Медико-биологическое значение растений, содержищих сердечные гликозиды

Важное значение имеет ориентация функциональных групп относительно плоскости молекулы. Наибольшей активностью обладают СГ, у которых имеется β-ориентапия лактонного кольца и других заместителей.

Свободные агликоны СГ плохо удерживаются миокардом. Поэтому действие проявляется очень короткое время и они более токсичны по сравнению с гликозидами.

Углеводная (гликозильная) часть молекулы содержит от 1 до 5 моносахаридов, всегда присоединющихся через кислород у С3. Все СГ являются О-гликозидами. Образование гликозидной связи происходит за счет атома кислорода полуацетального гидроксила сахара и атома водорода от гидроксила у Сз агликона СГ. Олигосахаридна часть, состоящая более чем из двух сахаров, построена линейно, в других случах может быть разветвленной.

Наиболее часто встречаются  распространенные в растениях сахара (глюкоза, галактоза, ксилоза, арабиноза). Кроме того, в составе СГ присутствуют специфические обедненные кислородом - 6-дезоксисахара (рамноза) или 2,6-дезоксисахара (дигитоксоза) и их метиловые эфиры (цимароза) и другие.

    

             L-рамноза D-дигитоксоза  D-цимароза

 

Дезоксисахара всегда присоединяются непосредственно к агликону. Если в состав углеводной части молекулы входит глюкоза, то она всегда находится в конце цепи.

Количество моносахаридных остатков имеет важное значение для силы, быстроты и продолжительности действия СГ. Монозиды, биозиды действуют сильно, но кратковременно. С возрастанием количества сахаров в углеводной части молекулы действие СГ становится более мягким и продолжительным.

СГ состоят из трех основных частей:

1. Стероидный цикл;

2. Лактонное кольцо;

3. Углеводная цепь.

 

 

 

R1 = -CH3; -CH2OH; -CHO; -COOH

R2 = -H; -OH

 

 

Классификация сердечных гликозидов

В зависимости от строения лактонного кольца, все СГ делят на две группы:

1. Буфадиенолиды (bufo (лат.) - жаба) - СГ, содержащие у С17 шестичленное лактонное кольцо (диенолид). Эта группа СГ встречается редко. Обнаружены в яде кожных выделений некоторых жаб, а также в растениях родов Scilla и Helleborus. В настоящее время известно всего около 20 соединений. Лекарственные растения, содержащие буфадиенолиды, в медицинской практике в настоящее время не используются.

2. Карденолиды (сагdia (греч.) - сердце) - СГ, содержащие у С17 пятичленное лактонное кольцо (енолид). Эта основная, наиболее важная группа СГ. В настоящее время известно более 380 соединений этой группы.

  

Буфадиенолид                                                 Карденолид

Специфическое действие веществ этой группы на сердечную мышцу обусловлено  наличием в их молекуле ненасыщенного  лактонного кольца. Любые изменения в структуре лактонного кольца ведут к потере этими веществами характерного сердечного действия.

Такими изменениями могут быть:

- расщепление лактонного кольца под действием щелочи;

- образование при гидрировании  гидролактона.

В зависимости от характера заместителей у С10 , все карденолиды делят на несколько подгрупп. С терапевтической точки зрения, наиболее важное значение имеют 2 подгруппы:

Подгруппа наперстянки. В 10 положении  агликона находится метильная (-СНз) группа. В основе карденолидов этой подгруппы лежит агликон дигитоксигенин и его оксипроизводные - гитоксигении (16- оксидигитоксигенин) и дигоксигенин (12-оксидигитоксигенин).

 

  

Дигитоксигенин                         Гитоксигенин

Дигоксигенин

Для всех карденолидов подгруппы наперстянки характерно наличие углеводной цепи, состоящей из 3 молекул дигитоксозы и 1 молекулы глюкозы. Наибольшее значение имеют первичные гликозиды наперстянки пурпурной - пурпуреагликозиды А и В и продукты их гидролиза - вторичные гликозиды (дигитоксин и гитоксин).

Особенностью углеводной цепи карденолидов наперстянки шерстистой является наличие ацетильного остатка в одной из молекул дигитоксозы. Первичные гликозиды - ланатозиды или дигиланиды А, В и С, а также продукты их гидролиза - вторичные гликозиды (ацетилдигитоксин, ацетилдигоксин и дигоксин) и третичные (дигитоксин, гитоксин и дигоксин соответственно), агликон – дигоксигенин.

 

Подгруппа строфанта

В 10 положении агликона находится альдегидная (-СНО) группа. Большое значение имеют карденолиды, в основе которых лежат агликоны строфантидин и адонитоксигенин.

 

Cтрофантидин                                            Адонитоксигенин

 

Углеводная цепь составлена различными сахарами, образующими тетразиды, триозиды - строфантозид, биозиды - к-строфантин-β, монозиды – цимарин, конваллатоксин (рамнозид строфантидина), адонитоксин (рамнозид адонитоксигенина).

Карденолиды этой группы обнаружены в различных органах Strophanthus kombe (строфантозид, к-строфантин-β, цимарин), Егуsimum diffusum (к-строфантин-β, цимарин, эризимин), Сonvallaria majalis (конваллатоксин), Adonis vernalis (адонитоксин, к-строфантин-β, цимарин).

 

 

Биосинтез сердечных гликозидов

Образование СГ происходит, преимущественно, в листьях. Затем транспортируются в различные органы растений.

По своему происхождению СГ биогенетически связаны с тритерпенами (С5Н8)6 и образование СГ идет по общей схеме биосинтеза терпенов через стадии:

 

 

 

Сквален является биогенетическим предшественником стероидных и терпеновых соединений. В дальнейшем, через стадии циклизации, деметилирования, окисления, гидрирования, ацетилирования и ряд промежуточных продуктов сквален, теряя атомы углерода, превращается в агликон дигитоксигенин.

 

 

 

Из дигитоксигенина, через процессы гидроксилирования, окисления происходит образование других агликонов СГ.

Физическо-химические свойства сердечных  гликозидов.

СГ - кристаллические, реже аморфные вещества, бесцветные, иногда беловатые или  с кремовым оттенком, без запаха, горького вкуса, с определенной температурой плавления и углом вращения.

СГ растворяются в этиловом и  метиловом спирте, не растворяются в органических растворителях. Чем  длиннее сахарная цепочка, тем лучше  растворяются сердечные гликозиды.

Агликоны СГ растворяются в органических растворителях. Обладают способностью флуоресцировать в УФ-свете оттенками желтого, зеленого и голубого цветов, например, ланатозиды наперстянки шерстистой имеют следующие свечения в УФ-свете:

Ланатозид А – желто-зеленое;

Ланатозид В – голубовато-зеленое;

Ланатозид С – голубое.

Сердечные гликозиды легко подвергаются кислотному, щелочному и ферментативному  гидролизу.

При кислотном или щелочном гидролизе  сразу происходит глубокое расщепление  до агликона и cахаров.

Наиболее мягкое, ступенчатое расщепление  протекает при ферментативном гидролизе.

Из первичных, нативных гликозидов при ферментативном гидролизе образуются вторичные, которые отличаются длиной углеводной цепи.

Например, при ферментативном гидролизе  пупуреагликозида А вначале образуется дигитоксин и 3 молекулы дигитоксозы.

При кислотном или щелочном гидролизе  сразу происходит глубокое расщепление  до агликона и сахарных компонентов.

 

Анализ сырья, содержащего сердечные  гликозиды.

Качественные реакции на СГ проводят с очищенным спиртовым извлечением  из растительного сырья.

Все реакции на СГ можно разделить  на 3 группы:

- реакции на углеводную часть  молекулы (2-дезоксисахара) (реакция  Келлер-Килиани);

- на стероидную структуру (реакция  Либермана-Бухарда);

- на лактонное ненасыщенное кольцо.

 

Реакции на стероидную структуру

Основаны на способности стероидного  ядра СГ подвергаться дегидратации под  действием кислотных реагентов (уксусный ангидрид, конц. серная кислота, трихлоруксусная кислота) с образованием окрашенных комплексных соединений. Для СГ обычно проводят реакции:

1. Реакция Либермана-Бурхарда. При взаимодействии СГ со смесью уксусного ангидрида и конц. серной кислотой появляется розовое окрашивание, переходящее в зеленое.

2. Реакция Розенгейма. При взаимодействии СГ с 90% водным раствором трихлоруксусной кислоты появляется розовое окрашивание, переходящее в лиловое и затем в синее.

3. Реакция с хлоридом сурьмы (III). СГ при взаимодействии с  хлоридом сурьмы в среде уксусного  ангидрида образуют лиловое окрашивание

 

Реакции на ненасыщенное лактонное кольцо

Основаны на способности ненасыщенного  лактонного кольца легко окисляться в щелочной среде с образованием окрашенных продуктов реакции. Для СГ обычно проводят реакции:

1. Реакция Балье. При взаимодействии  с пикриновой кислотой в щелочной  среде СГ образуют комплексы,  окрашенные в оранжевый цвет.

2. Реакция Кедде. При взаимодействии с 3,5-динитробензойной кислотой СГ образуют комплексы, окрашенные в красный цвет,

3. Реакция Легаля. При взаимодействии с нитропруссидом натрия в щелочной среде СГ образуют комплексы, окрашенные в красный цвет.

4. Реакция Раймонда. При взаимодействии  с мета-динитробензолом СГ образуют комплексы, окрашенные в красно-фиолетовый цвет.

 

Реакции на углеводную часть молекулы

Основаны на способности моносахаридов  углеводной цепи образовывать окрашенные комплексы с различными реактивами.

1. Моносахара, входящие в состав СГ, после предварительного гидролиза вступают во все цветные реакции, свойственные углеводам (Феллинга, серебряного зеркала).

2. Для дезоксисахаров предложена реакция Келлер-Килиани. Дезоксисахара в присутствии сульфата железа (III), ледяной уксусной кислоты и конц. серной образуют комплексы, окрашенные в синий или сине-зеленый цвет. Необходимым условием для проведения этой реакции является отсутствие на конце углеводной цепи обычных сахаров (глюкозы).

Достоверное заключение о присутствии  в лекарственном растительном сырье  СГ можно сделать только при положительном  результате всех трех групп качественных реакций на различные части молекулы.

В ГФ-Х1 на сырье наперстянок пурпурной  и крупноцветковой, ландыша майского и горицвета весеннего качественных реакций не предусмотрено.

Кроме того, СГ образуют нерастворимые  комплексы с растворами дубильных  веществ, что используется при отравлениях  СГ.

Количественное определение СГ проводят методом биологической  стандартизации (ГФ-Х1, вып.2, с. 163-175).

Метод основан на способности СГ вызывать в токсических дозах остановку сердца животных в стадию систолы. В качестве подопытных животных используют лягушек, голубей или кошек. Чувствительность животных к сердечным гликозидам определяют в сравнении со стандартными индивидуальными веществами или экстрактами, которые вырабатывают в специальных научно-исследовательских институтах. Активность выражают в единицах действия (ЕД), которые, в зависимости от вида животных обозначают: ЛЕД - «лягушачьи» ЕД, КЕД - «кошачьи» ЕД или ГЕД голубиные ЕД.

ЛЕД соответствует наименьшей дозе стандартного препарата, вызывающей остановку  сердца стандартной лягушки (самец  травяной лягушки массой 28-33 г). В  нормативной документации на лекарственное  сырье и препараты, содержащих СГ, обязательно указывается ВАЛОР (количество ЕД в 1 г сырья).

Недостатками метода биологической  стандартизации являются его трудоемкость, высокая стоимость, большая ошибка опыта (до 25%).

Поэтому нормативная документация на некоторые виды сырья и препараты  требует определять их количественное содержание физико-химическими методами (хроматофотоэлектроколориметрнческим или хроматоспектрофотометрическим) методами. Они основаны на предварительном хроматографическом разделении СГ с последующим фотоэлектроколориметрическим или спектрофотометрическим определением.

 

 

 

Раздел 3. Растения, содержащие сердечные  гликозиды.

Распространение сердечных гликозидов в растительном мире, локализация  в растениях. Влияние условий  обитания на накопление сердечных гликозидов в растениях

Кардиотонические гликозиды ограничено встречаются в растительном мире. Среди растений России и стран ближнего зарубежья, СГ встречаются лишь в 0,35% от общего числа видов.

СГ обнаружены у представителей 13 семейств цветковых растений, чаще всего в следующих: кутровые, лютиковые, бобовые, крестоцветные, ландышевые, норичниковые.

СГ находятся в растениях  растворенными в клеточном соке. Накопление СГ происходит в различных частях растений — во всей надземной части (горицвет, ландыш, желтушник), в семенах (строфант), листьях (наперстянка, олеандр), подземных органах (кендырь коноплевый, морозник кавказский, морской лук), коре (обвойник греческий).

В растениях обычно содержится не один, а несколько СГ.

На образование и накопление СГ положительно влияют свет, температура, высота над уровнем моря, плодородие почв и минеральное питание.

Большинство растений, содержащих СГ, произрастает в регионах с теплым климатом - тропики, субтропики (строфант, морской лук), степной и лесостепной  зонах России (горицвет, желтушник). При низких температурах содержание СГ в растениях снижается.

Условия освещенности также влияют на биосинтез СГ. Так, наперстянка  накапливает максимум карденолидов на открытых участках, ландыш майский — в тени.

На образовании СГ сказывается  плодородие почв и их богатство минеральными элементами питания. Особенно благоприятно влияет на биосинтез повышенное содержание в почве фосфора и некоторых  микроэлементов.

 

Сырьевая база растений, содержащих сердечные гликозиды

Сырьевая база растений, содержащих СГ, в России не обеспечена в достаточной  степени.

Наперстянка — Digitalis L. Род Digitalis включает 34 вида растений, 7 из них культивируют .

 

Наперстянка красная (пурпурная) —  Digitalis purpurea. Двулетнее, иногда многолетнее травянистое растение высотой 30—120 см. Стебель прямостоячий, густо покрыт волосками. Цветки собраны в густую одностороннюю многоцветковую кисть. Венчик пурпуровый (реже белый), слегка двугубый. Цветет в июне—июле.