Алкалоиды в растениях что это такое
Алкалоиды в растениях: местонахождение и применение
Алкалоиды в растениях — органические вещества с щелочными свойствами. Их усложненная структура представлена гетероциклом и азотом, который может находиться в любом положении цепи. Использование алкалоидов обосновано их свойствами влияния на организм человека.
Нахождение в природе
Не все растения содержат эти вещества. Закономерности нахождения для них не характерно. Алкалоиды пребывают в клеточном соке.
Семейства растений, для которых характерно наличие этих веществ делятся на три категории:
В траве алкалоиды фигурируют в виде солевых соединений. Бывает так, что эти соединения доминируют в каком-нибудь органе растения. Либо распределяются равномерно по всей структуре. В растениях могут иметься разнообразные алкалоиды. Изредка находится растение, характеризующееся наличием одного алкалоида.
Условия для скопления алкалоидов
Растения, содержащие алкалоиды, могут накапливать их применительно к разным условиям:
Выяснено, что алкалоидными веществами богаты растения, находящиеся в тропическом климате с высокой влажностью. При высокой температуре окружающей среды их вырабатывается гораздо больше, чем при низких температурах. К примеру, животные в кавказских странах по прошествии заморозков употребляют в пищу черемицу, в итоге отравления не происходит.
Накопление происходит различно, касательно времени суток. Днем получается меньше, чем в ночные часы. Виды растений могут отличаться обилием веществ в связи с расположением над уровнем моря. Так, у крестовника плосколистного объем этих соединений больше, чем у травы, произрастающей на высоте более 1 800 м над уровнем моря. То же самое можно сказать в отношении хинного дерева, красавки и эфедры.
Отличаются растения также свойствами почвы, в которой растут. Обилие алкалоидов характерно для травы удобренного грунта. Один вид может отличаться от другого, произрастающих в равных условиях, числом накапливаемых алкалоидных соединений. В затененных условиях понижается содержание, например, у красавки. Но некая растительность, наоборот, в темноте накапливает большее количество, чем на свету (махорочные сорта табака). После сборки травы ее следует хранить в теплом сухом помещении, чтобы количество веществ не уменьшалось.
Свойства алкалоидов
Природные алкалоиды состоят из таких элементов, как водород, азот, кислород, углерод и сера. Множество кислородсодержащих алкалоидных веществ бесцветны. Имеют аморфную структуру или кристаллический вид. Отличаются оптической активностью. Встречаются вещества, которые окрашены, к примеру, барберин имеет желтую окраску. Запах и вкус этим веществам не свойственен.
Алкалоидные соединения с кислородом характеризуются резким запахом и жидким состоянием. Они летучи. Вещества, в которых содержится гидроксильная группа, не подвергаются растворению в воде.
Но хорошо смешиваются с такими растворителями:
Соли этих соединений характеризуются хорошей растворимостью в водной и спиртовой фазе.
Из алкалоидов можно получить карбазол, пиридин, хиномен. Для этого осуществляется реакция перегонки алкалоидного вещества и гидроокиси калия в отсутствии поступления кислорода. Получаемые вещества имеют свойства аминов. Для реакций окисления алкалоидов характерно образование кислот.
Получение и применение
В растительности алкалоидные соединения находятся в солевой форме или форме органических кислот. Все методы их выделения основаны на превращении органических солей в неорганические соли серной и соляной кислот. Затем происходит воздействие гидроокиси натрия или кальция для получения алкалоидов с примесями. Чтобы получить чистые вещества, необходимо перекристаллизовать или перегнать полученные в ходе реакций смеси. Для разделения совокупности алкалоидных разновидностей используется хроматографический метод на бумаге.
Эти вещества находят применение в фармацевтической, медицинской, сельскохозяйственной и пищевой промышленности. Значительная часть идет на изготовление лекарственных препаратов.
Использование алкалоидов на лекарственные нужды происходит в разных формах:
Алкалоиды в чистом виде поступают на нужды медицинской сферы, где ценится высокая биодоступность алкалоидных солевых форм. Они характеризуются свойством растворимости и легкого проникновения в тканевые и клеточные структуры организма.
Алкалоиды вызывают такие реакции при нужной дозировке:
Алкалоиды в растениях отличаются своей противоречивостью. Одни вещества могут быть ядовитыми, а другие полезными. Избирательность их воздействия на органы человека разнится. Некоторые возбуждают нервные окончания, а другие, наоборот, ослабляют.
Препараты из растений, содержащих алкалоиды
Существует большой список растений, которые содержат алкалоиды. Они могут быть ядовитыми, но в то же время считаются прекрасными лекарственными средствами.
Широко распространенным на Кавказе является Крестовник плосколистный.
Из него выделяют такие алкалоиды:
Из них изготавливаются препараты, оказывающие воздействие на центральную нервную систему (Тепафиллин, Палюфин, Плавефин). Они характеризуются спазмолитическими и успокаивающими качествами.
Другим видом, произрастающим на Кавказе, а также в Крыму, Карпатах, является Красавка обыкновенная. В ней накапливаются атропин, белладонин.
Эти алкалоиды обладают следующими свойствами:
Из нее производят лекарственные средства — Атропина сульфат, Бесалол, Бекарбон, Беллоид.
В сибирской земле растет Термопсис ланцетный, который отличается огромным составом алкалоидных соединений. Из него изготавливают отхаркивающие лекарства (Цититон) и средство для отказа от табакозависимости (Табекс).
В тропической и субтропической полосе можно встретить Стефанию гладкую, в корнях и клубнях которой находится около 6-8% алкалоидов. Из них производят Гиндарин гидрохлорид, Стефаглабрин сульфат, употребляемые при нервных расстройствах.
В повседневной жизни человек также употребляет алкалоидные вещества, когда пьет чай, кофе. В чае содержится 1-4% кофеина, относящийся к соединениям возбуждающего действия. Сорт кофе обусловлен наличием кофеина. При употреблении разнообразных сортов кофе организм получает стимулирующее воздействие.
Отравление алкалоидами
При приеме большого количества растительных алкалоидных веществ можно получить серьезные нарушения в работе организма. Влияние алкалоидов отличается избирательность, поэтому диагноз не сразу ставится.
Известны определенные симптомы отравления:
Вещества не характеризуются местным действием. При отравлении отдельными разновидностями следует проводить разные реанимирующие действия. При передозировке морфием или опиумом подразумевают промывку желудка перманганатом калия, танином. Для этих веществ отсутствует противоядие.
При отравлении атропином также проводится промывание желудка танином или применяются рвотные препараты. Существует специфический препарат-противоядие.
Отравление кофеином происходит изредка, но следует промыть желудок и принять солевое слабительное.
Природные алкалоиды: опасность, признаки отравления, лечение
О характеристиках алкалоидов как химических соединений на сегодня сказано немало. Сам термин «алкалоиды» имеет арабское происхождение и означает «щелочь
Исходя из современных исследований это совокупность азотистых веществ органического, а если быть конкретнее фитогенного происхождения. Практически все они в чистом виде представляют собой кристаллические вещества, в особенности оксигенсодержащие подтипы. Те же, которые не содержат его, встречаются преимущественно в жидком виде.
Алкалоиды очень распространены как составляющая часть растительных организмов. На сегодня усилиями ученых удалось выделить до 700 разновидностей этих химических соединений. Есть целые растительные семейства, такие как пасленовые, бобовые, маковые, представители которых содержат алкалоиды в изобилии. Но есть и такие, абсолютно их не содержащие. Это, к примеру, розоцветные. Характерно то, что одна и та же разновидность алкалоидов может находиться одновременно в неродственных растениях. Например, алкалоид эфедрин имеется как у представителей семейства хвойниковые, так и у мальвовых, в хлопчатнике травянистом и мальве лесной. Но все же имеют дело с ситуацией, когда конкретный алкалоид преимущественно находится в видах одного и того же растительного семейства. Например, атропин без труда можно отыскать у представителей семейства пасленовые, в белене, дурмане, ночной красавке.
Большинство известных на сегодня алкалоидов — высокобиологически активные вещества, проявляющие разное воздействие на жизнедеятельность, как животных, так и человека. Именно поэтому их нередко используют в лечебных целях в небольших дозировках. В высоких концентрациях их действие может из лечебного превратиться в обратное, приводящее к возникновению заболеваний.
На сегодня есть немало стран, где отравления домашнего скота алкалоидами растений составляют приблизительно половину от всех регистрируемых токсикозов. Среди них наиболее часто имеют дело с острой формой течения, чем с вялотекущим хроническим отравлением. О некоторых таких случаях, связанных с конкретным биологическим видом растения и пойдет речь в данной статье.
Токсикозы животных, вызванные чемерицей
Одной из широко распространенных трав степных, луговых, пастбищных фитоассоциаций является чемерица. Это растение нередко вырастает в высоту до 1,5 м. В ее корневой системе содержится до 2% алкалоидов от сухой массы. В других вегетативных частях содержание алкалоидов меньшее, до 0,5%. Среди домашних животных к их действию наиболее чувствительны лошади.
Конкретными причинами, приводящие к подобного рода токсикозам, являются:
употребление чемерицы в корм на лугах и пастбищах;поедание сена, силоса, зеленых кормов, в составе которых есть части этого растения, несоблюдение дозировки при внутреннем использовании настойки чемерицы, изготавливаемой из корней данного растения и широко распространенная в ветеринарии для стимуляции кишечной моторики, секреторной функции отделов желудка растительноядных животных. Безопасной для жизни дозировкой этого спиртового раствора является 5–12 мл для коров, козам — 2–4 мл. Для свиней оптимальным количеством будет 1–2 мл настойки.
Чемеричные алкалоиды негативно влияют на животный организм и при внешнем, и при внутреннем попадании. На слизистых оболочках, кожных покровах, куда могут попасть ее алкалоиды, незамедлительно начинается раздражение. Всасывание алкалоидов происходит не только при пероральном поступлении в организм. Поверхность тела, особенно у домашних животных с негустым шерстяным покровом, выступает хорошим проводником этих фитотоксикантов. Внутреннее их действие в основном направлено на нервную систему, а уже через нее на желудочно-кишечный тракт и сердечную мышцу.
Отравления, вызываемые данным растением, имеют острое течение, первые клинические признаки которого могут проявиться уже через несколько часов после попадания внутрь организма. У коров может наблюдаться непродолжительное нервное перевозбуждение, следом за которым животное может впасть в состояние подавленности. Нарушается в сторону усиления и функция слюноотделения, полностью не контролируемая больным животным. Кроме прочнго нарушается процесс вторичного пережевывания пищи, что чревато серьезнейшими пищеварительными нарушениями. Также можно заметить обильную секрецию пота. Самым верным и безоговорочным симптомом, который не может не встревожить животновода, является появление обильной рвоты. Она может длиться пару часов, приводя к выбросам всего содержимого желудочных камер наружу. Однако рвота является не только симптомом отравления, но и причиной таких пагубных патологий, как, например, обезвоживание. Стремясь избавиться от токсина организм выбрасывает из себя полупериваренную пищу, лишаясь при этом в первую очередь столь необходимой в случае отравления влаги.
При малейших подозрениях на отравление чемерицей, экстренно назначают промывание желудка. Для этого используют танин в растворе, слабоокрашенный гидрораствор марганцовки. После этого целесообразно давать животному сорбирующие препараты, постепенно подключая к ним слабительные, а так же препараты, действующие для устранения или ослабления определенных симптомов. В этом хорошо помогают коразол, глюкоза в растворе, хлорид кальция, кофеин-натрия бензоат. Лечение сопровождают употреблением витамина В1. Эффективным против судорог средством животным может быть оксибутират натрия и диазепам. В ходе соматогенной фазы отравления, составляющую временной промежуток после выведения яда из организма до полного выздоровления, нелишним будет применение сульфата атропина.
Токсикозы домашних животных, вызванные болиголовом
Это растение представляет семейство сельдерейных. В каждой местности оно имеет свое привычное название — гориголова, ствольник ядовитый, собачья петрушка, пустотел. Вегетирует два года. Полное ботаническое название — болиголов пятнистый. Растет во многих биотопах, особенно хорошо увлажненных и богатых на почвенные элементы питания. Растение можно отличить от других по характерному запаху, напоминающему мышиную мочу, ощущаемому при измельчении листьев. Растение содержит алкалоиды во всех частях, но наиболее обильно в несозревших семенах и листовых пластинках. Именно благодаря этому его издавна использовали в народной медицине для лечения опухолевых и злокачественных образований. Традиционная же этот способ напрочь отвергает ввиду высокой токсичности растения и его производных.
Среди домашних животных самыми уязвимыми являются коровы, поедающие его с другими сопутствующими и не вредоносными травами зеленой массы. Особенно часто это происходит рано весной или поздно осенью, в условиях дефицита ил обеднения травостоя. Считается, что для развития отравления взрослым особям коров необходимо несколько килограмм свежескошенного болиголова. Утке средних размеров для этого необходимо всего 50–70 г, утятам — в два раза меньше. А если расчёт вести весом семян, то токсическая доза будет составлять пару грамм.
Токсикодинамика алкалоидов болиголова следующая. Благодаря своей хорошей водорастворимости, а следовательно и быстрой адсорбции, приводит к параличным явлениям центрального отдела нервной системы. Способны оказывать блокирующее действие на процессы нервной и мышечной передачи. Мало того, имеются доказанное их тератогенное воздействие, влияющее на жизнеспособность и развитие плода в материнском организме.
Как и большинство других отравлений на алкалоидной почве, имеет острую форму течения. Вначале заметна подавленность, вплоть до того, что потерпевшее животное может вообще перестать проявлять какие-либо реакции на раздражения. Нарушается координация движений, что заметно по шатающейся походке. Может наблюдаться мышечный тремор, плавно переходящий в отнимание конечностей. Отклонения со стороны сердечно-сосудистой системы проявляются в виде нарушенного синусового ритма, возникающего из-за ограниченной дыхательной активности. У животных идет обильное слюноотделение, газоскопление в рубце, а так же мидриаз. Характерно, что жидкие и газообразные продукты выделения отравленного болиголовом животного, как и оно само, имеют все тот же характерный запах. Лошади, помимо этого, начинают неестественно скрежетать зубами и секретировать пот. Летальные случаи в своем большинстве происходят из-за прекращения вентиляции легких.
Экстренная ветеринарная помощь должна начинаться с процедуры удаления из желудка пищевых частиц. Можно производить его слабым 0,1% марганцевым раствором. После этого эффективен будет внутренний прием адсорбентов, танина, к которым можно подключить слабящие препараты солевой природы.
Лекарства, влияющие на нервную возбудимость, применяют с высокой осторожностью. Это касается кофеин- и эфедринсодержащего фармацевтического комплекса. Препаратами, стимулирующими дыхательную функцию, так же нельзя переусердствовать во избежание судорог. Последующая терапия должна основываться на ускорении выработки и выведения из организма мочи, а вместе с ней и конечных метаболитов алкалоидов. Параллельно этому, для поддержания постоянства водно-солевого баланса показаны внутривенные инъекции раствором глюкозы.
Согласно отдельным рекомендациям, допустимым будет введение галантамина или же прозерина с целью стабилизации тонуса мышц. При учащенном сердцебиении можно воспользоваться внутривенными инъекциями гидрохлорида лидокаина 2% концентрации. Его дозировка должна не превышать 1 мг/кг живого веса. С судорожными явлениями неплохо справляется диазепам.
Обманчивая красота полевых цветов
Нередко вдоль берегов рек, по окраинам придорожных лесополос, в луговых и пастбищных экосистемах встречается невероятно красивое растение — борец из семейства лютиковых. Его насыщенно фиолетовые цветки, собранные в кисти, сложно не заметить в конце июля, когда он начинает зацветать.
Несмотря на то, что отдельные виды этого рода, охраняются как на государственном, так и международном уровне, абсолютно все представители содержат алкалоид аконитин, отравляюще воздействующие на животных и человека. Именно поэтому род борец еще известен под другим названием — аконит. Ядовитые свойства этих фитоорганизмов проявляются повсеместно, как в корнях, так и цветках и плодах. Причем ни высушиванием, ни другими манипуляциями как-то уменьшить их тоже невозможно.
Среди домашних животных наибольшую чувствительность к аконитину проявляют овцы. Всего 15 г сухой или свежей травы борца синего уже может оказаться летальной для коровы весом в 750 кг. А человеку для этого может быть достаточно и 4–5 г.
Аконитин среди другие алкалоидов выделяется сильным холинотропным действием. В ранних стадиях его воздействия отмечается повышенная возбудимость нервных центров головного мозга, в наибольшей степени дыхательного. Также подвергаются воздействию нервные узлы и окончания вегетативного отдела нервной системы. Доказано токсическое воздействие аконитов не только на нервную систему, а и сердечно-сосудистую систему. В малых концентрациях алкалоид аконитин приводит к возбуждению нервной деятельности, при больших — наоборот, подавляет ее центры и проводящие пути. Может так же иметь место нарушение нормальной работы различных отделов сердца, кровообращения, пищеварительной системы.
Первыми признаками, что животное отравилось, является нервное возбуждение, обильное и неконтролированное выделение слюны. Могут наблюдаться рвотные позывы и сама рвота. В самом начале острого токсикоза животное могут начать мучить частые позывы к мочеиспусканию, диарея. На смену резкому возбуждению немного погодя придет состояние апатии. Животное может потерять и вовсе реакцию на раздражители. Слизистые оболочки обсыхают, пульс угасает, вплоть до полной потери дыхания и кровообращения. Нередко появление судорог. Отравление большими дозами аконитина практически всегда заканчивается скорой смертью из-за сердечного паралича.
При малейших подозрениях на отравление аконитином, проводят экстренное промывание желудка слабо концентрированными растворами марганцовки или танина. Дальнейшая терапия должна производиться с акцентом на энтеросорбенты и слабительные. Зависимо от имеющихся симптомов, курс лечения расширяют успокаивающими и кардиостимулирующими лекарствами. Можно проводить внутривенное инъектирование глюкозой, тиосульфатом натрия.
Большое значение в данном случае имеет инфузионная терапия — капельное или внутривенное введение лекарственных растворов с целью восстановления кислотно-щелочного баланса внутренней среды организма.
При этом ее успешно сочетают с применение диуретиков. Эффективным будет внутривенное инъектирование раствора из 0,5 мл/кг веса новокаина в 1% концентрации и 3–4 мл/кг 5% глюкозы. Внутримышечно вводят сульфат магния из расчета 0,1 мл/кг 25% раствора. Эти мероприятия подкрепляют витаминной терапией, в особенности витаминами С, В1, В6, которые так же можно вводить внутримышечно. В случаях аритмии показаны растворы новокаинамида и анаприлина — первого в 10% концентрации из расчета 0,1 мл/кг, второго 0,01 мг/кг в 0,1% растворе. При судорогах хорошо зарекомендовал себя хлоралгидрат. На протяжении всего курса лечения параллельно с основными лекарствами можно пострадавшему животному давать противоаллергические препараты, такие как димедрол, дипразин, супрастин. Диазепам употреблять не рекомендуется, поскольку он может привести к нарушениям работы сердца.
Проводить это следует в самые первые часы, поскольку они являются самыми решающими для жизни больного. Многие считают, что мясо животного, погибшего от отравлений аконитами, можно использовать в пищу, предав кулинарной обработке. Это ошибочное мнение, и известно немало случаев, как человек становился жертвой их алкалоидов, съедая жареное или вареное мясо. Кроме того, мед, полученный с цветков борца, тоже может нести потенциальную опасность своему потребителю.
Полностью искоренить проблему токсикозов животных, вызванных алкалоидсодержащей флорой, к сожалению, невозможно. В большинстве моментов прямую ответственность за здоровье скота несет фермер, который должен делать все возможное, чтобы его поголовью не пришлось бороться за жизнь в прямом смысле слова. Главным способом профилактики отравлений растительными алкалоидами сводится к ограничению их попадания в кормовые рационы. Оперативность оказанной помощи будет зависеть от готовности фермера к таким нежелательным сюрпризам. Поэтому, любому животноводу желательно обзавестись аптечкой с минимальным составом медпрепаратов. Именно это в сочетании с наблюдательностью и пусть небольшим, но все же запасом первичных знаний сможет изменить статистику
АЛКАЛОИДЫ
АЛКАЛОИДЫ. C древнейших времен человек использовал алкалоиды как лекарства, яды и колдовские зелья, однако структура многих из этих соединений была определена относительно недавно. Термин «алкалоид» («похожий на щелочь») был предложен в 1819 фармацевтом В.Мейснером. Первое современное определение (1910), данное Э.Винтерштейном и Г.Триром, описывает алкалоид в широком смысле как азотсодержащее вещество основного характера растительного или животного происхождения; при этом истинный алкалоид должен удовлетворять четырем условиям: 1) атом азота должен быть частью гетероциклической системы; 2) соединение должно иметь сложную молекулярную структуру; 3) оно должно проявлять значительную фармакологическую активность и 4) иметь растительное происхождение.
Сложность структуры – слишком расплывчатое понятие, чтобы входить в определение: то, что сложно для одних химиков, кажется простым для других. Фармакологическая активность – неудачный критерий, поскольку многие вещества проявляют ее, если присутствуют в достаточных дозах. Если включить ее в определение, придется оговорить уровень доз. Многие вещества со структурой классических алкалоидов получены из материалов нерастительного происхождения – тканей животных, грибов (в том числе плесневых), бактерий. Так что новое определение понятия «алкалоид», с одной стороны, должно охватывать возможно большее число соединений, относимых к алкалоидам большинством исследователей, а с другой – исключать такие классы природных азотсодержащих соединений, как алифатические амины, аминокислоты, аминосахара, белки и пептиды, нуклеиновые кислоты, нуклеотиды, птерины, порфирины и витамины. Следующее определение, предложенное У.Пельтье, отвечает этим условиям и поэтому получило широкое признание: алкалоид – это циклическое органическое соединение, содержащее азот в отрицательной степени окисления и имеющее ограниченное распространение среди живых организмов.
Историческая справка.
Распространенность.
Алкалоиды часто встречаются в виде солей растительных кислот. Одни из них присутствуют в растениях в соединениях с сахарами (например, соланин в картофеле Solanum tuberosum и томатах Lycopersicon esculentum), другие – в форме амидов (например, пиперин из черного перца) или сложных эфиров (кокаин из листьев Erythroxylum coca), а третьи сохраняются в твердом состоянии в омертвевших тканях, таких, как клетки коры. Алкалоиды обычно неравномерно распределены по разным частям растения. Обычно в алкалоидосодержащем растении встречается сразу несколько алкалоидов, иногда до 50.
Распространение алкалоидов обычно ограничено определенными семействами и родами растительного царства; редки случаи, когда все или бóльшая часть членов более крупных таксономических групп содержит алкалоиды. Хотя около 40% семейств растений включает хотя бы один алкалоидоносный вид, алкалоиды были обнаружены лишь в 9% из более чем 10000 родов. Среди покрытосеменных они в изобилии встречаются в некоторых двудольных, особенно в семействах Apocynaceae (квебрахо, кора перейры, кендырь); Compositae (крестовник, амброзия); Berberidaceae (европейский барбарис); Leguminosae (ракитник, утесник, люпин); Lauraceae (розовое дерево); Loganiaceae (американский жасмин, виды Strychnos); Menispermaceae (луносемянник); Papaveraceae (мак, чистотел); Ranunculaceae (аконит, дельфиниум); Rubiaceae (хинная кора, ипекакуана); Rutaceae (цитрус, пилокарпус), Solanaceae (табак, томат, картофель, красавка, белена, дурман). Алкалоиды редко находят в тайнобрачных (споровых), голосеменных и однодольных растениях. Однако среди последних Amaryllidaceae (амарилис, нарцисс) и Liliaceae (безвременник, чемерица) являются важными алкалоидоносными семействами. Семейство маковых (Papaveraceae) необычно в том отношении, что все его виды содержат алкалоиды. Большинство растительных семейств занимают промежуточную позицию, когда не все, но часть видов какого-либо рода или близкие роды содержат алкалоиды. Так, виды родов Aconitum и Delphinium в семействе лютиковых (Ranunculaceae) содержат алкалоиды, тогда как бóльшая часть других родов того же семейства (Anemone, Ranunculus, Trollius) алкалоидов не содержат. Обычно данный род или близкие роды содержат одни и те же или структурно родственные алкалоиды; например, семь различных родов семейства паслёновых (Solanaceae) содержат гиосциамин. Простые алкалоиды часто встречаются в многочисленных и ботанически не родственных растениях, тогда как распространение более сложных алкалоидов (таких, как колхицин и хинин) обычно ограничено одним видом или родом растений, для которых содержание такого алкалоида служит отличительным признаком.
Номенклатура и классификация.
Две обычно используемые системы классифицируют алкалоиды по родам растений, в которых они встречаются, или на основании сходства молекулярной структуры. Классы алкалоидов, члены которых объединены по источнику выделения, – это алкалоиды аконита, аспидоспермы, хинного дерева, спорыньи, эфедры, ибоги, ипекакуаны, люпина, опийного мака, раувольфии, крестовника, картофеля, стрихноса (рвотного ореха) и иохимбе. Химическая классификация основана на особенностях молекулярного азотно-углеродного скелета, общих для членов данной группы алкалоидов. Главные структурные классы включают пиридиновые (никотин), пиперидиновые (лобелин), тропановые (гиосциамин), хинолиновые (хинин), изохинолиновые (морфин), индольные (псилоцибин, активное начало мексиканских галлюциногенных грибов, резерпин и стрихнин), имидазольные (пилокарпин), стероидные (томатидин из томатов), дитерпеноидные (аконитин), пуриновые (кофеин из чая и кофе, теофиллин из чая и теобромин из чая и какао) алкалоиды:
Биогенез.
Одна из наиболее захватывающих и увлекательных сторон химии алкалоидов – это их синтез в растениях. В течение последних десятилетий химики предложили много биогенетических схем синтеза различных алкалоидов. Большая часть этих схем основана на мысли, что алкалоиды образуются из относительно простых предшественников, например, фенилаланина, тирозина, триптофана, гистидина, ацетатных и терпеновых остатков, метионина и других аминокислот, таких, как антраниловая кислота, лизин и орнитин. Структуры большинства алкалоидов можно вывести теоретически из таких простых предшественников, используя немногие хорошо известные химические реакции. Несколько простых алкалоидов были синтезированы из производных аминокислот в физиологических условиях с применением таких биогенетических концепций. С помощью радиоактивных меток эти теории были подвергнуты экспериментальной проверке.
Сходные эксперименты продемонстрировали, что многие другие алкалоиды (никотин, гиосциамин, пеллотин, папаверин, колхицин, грамин) синтезируются из аминокислот. В настоящее время произошел качественный скачок в исследованиях биогенеза алкалоидов: в растительную систему биосинтеза успешно вводят не только аминокислоты, ацетаты и мевалонолактон, но и в некоторых случаях большие промежуточные соединения.
Функции алкалоидов
в растениях не вполне понятны. Возможно, алкалоиды – это побочные продукты обмена веществ (метаболизма) в растениях, или они служат резервом для синтеза белков, химической защитой от животных и насекомых, регуляторами физиологических процессов (роста, обмена веществ и размножения) или конечными продуктами детоксикации, обезвреживающей вещества, накопление которых могло бы повредить растению. Каждое из этих объяснений может быть справедливым в конкретных случаях, однако 85–90% растений вовсе не содержат алкалоидов.
Фармакологическая активность
алкалоидов изменяется в широких пределах в зависимости от структуры. Среди них имеются обезболивающие средства и наркотики (морфин, кодеин); мощные стимуляторы центральной нервной системы (стрихнин, бруцин), мидриатические (т.е. расширяющие зрачок) средства (атропин, гиосциамин) и миотические (т.е. суживающие зрачок) средства (физостигмин, пилокарпин). Некоторые алкалоиды обнаруживают адренергическую активность, возбуждают симпатическую нервную систему, стимулируют сердечную деятельность и повышают кровяное давление (эфедрин, эпинефрин). Другие – снижают кровяное давление (резерпин, протовератрин А). Благодаря своей физиологической активности многие алкалоиды, будучи сильными ядами, находят применение в медицине.
Важнейшие алкалоиды.
Атропин
– оптически неактивная форма гиосциамина, широко применяется в медицине как эффективный антидот при отравлениях антихолинэстеразными веществами, такими, как физостигмин и фосфорорганические инсектициды. Он эффективно снимает спазмы бронхов, расширяет зрачок и т.д. Токсические дозы вызывают нарушение зрения, подавление слюноотделения, расширение сосудов, гиперпирексию (повышение температуры), возбуждение и состояние делирия (помрачения сознания).
Винбластин и винкристин.
Барвинок (Catharanthus roseus, ранее известный как Vinca rosea) содержит множество сложных алкалоидов, среди которых мощные противораковые средства винбластин и винкристин. Поскольку концентрация активных алкалоидов в барвинке ничтожна, для их промышленного получения необходимы огромные количества растительного сырья. Так, для выделения 1 г винкристина нужно переработать 500 кг корней. Винбластин применяется для лечения различных форм рака и особенно эффективен при болезни Ходжкина (лимфогранулематоз) и хорионкарциноме. Винкристином лечат острую лейкемию, а в комбинации с другими препаратами – лимфогранулематоз.
Кодеин
Колхицин
выделен из клубнелуковиц и семян различных видов Colchicum, обычно Colchicum autumnale (безвременник осенний). Это нейтральный алкалоид, используемый для лечения подагры и для получения клеток растений с удвоенным набором хромосом.
Кокаин
Кофеин
содержится в кофе, чае, какао, коле и матé (парагвайский чай). В составе многих напитков его потребляют миллионы людей во всем мире. Кофеин обычно извлекают из чая, чайной пыли, чайных отходов или выделяют возгонкой при поджаривании кофе. Его также можно синтезировать из теобромина. Кофеин оказывает возбуждающее действие на центральную нервную и сердечно-сосудистую системы, используется для стимуляции сердечной деятельности, дыхания и как противоядие при отравлении морфином и барбитуратами. Он входит в состав продуктов с торговыми названиями эмпирин, фиоринол, кафергот, виграин. См. также КОФЕИН.
Лобелин
содержится в лобелии (Lobelia inflata) и обладает действием, сходным с действием никотина. По этой причине его вводят в состав таблеток, облегчающих отвыкание от курения. В малых дозах способен возбуждать дыхание, в связи с чем его применяют в случаях удушения, отравления газами, т.е. когда нужно стимулировать дыхание. Большие дозы, наоборот, парализуют дыхание.
Мескалин
содержится в лофофоре Уильямса (Lophophora williamsii, мексиканское название – пейот или мескаль) сем. кактусовых и является галлюциногеном. Пейот издавна использовался в обрядах мексиканских и американских индейцев. Поедание пейота вызывает расширение зрачка, сопровождаемое необычным и причудливым восприятием цвета. Мигающие огни и изменчивые образы характеризуют начальную стадию видений. Затем цвета блекнут, человек становится вялым и засыпает. Мескалин проявляет то же действие, что и необработанный растительный материал.
Морфин
Никотин.
Пилокарпин.
Этот имидазольный алкалоид получают из листьев различных видов африканского кустарника Pilocarpus. Его гидрохлорид и нитрат – холиномиметические (действие аналогично возбуждению холинорецепторов) и миотические (сужающие зрачок с одновременным понижением внутриглазного давления) средства. Главное же использование пилокарпина – для лечения глаукомы. Он применяется также для усиления деятельности потовых и слюнных желез, при водянке на почве нефрита, при некоторых отравлениях (ртутью или свинцом) и др. Пилокарпин также вводят перорально или подкожно, параллельно с введением ганглиоблокаторов, чтобы стимулировать слюноотделение.
Резерпин.
Раувольфия – древнее лекарственное растение; сообщения о ее использовании датируются 1000 до н.э. В индуистской Аюрведе она рекомендуется для лечения дизентерии, змеиных укусов и как жаропонижающее. Гипотензивная (снижающая кровяное давление) активность корней Rauwolfia serpentina, обнаруженная в 1933, объясняется присутствием алкалоида резерпина. Резерпин проявляет также успокаивающее действие. Поэтому его иногда используют для снижения высокого кровяного давления и повышенной возбудимости при неврозах, истерии и стрессах. Побочные эффекты включают сонливость, брадикардию (уменьшение частоты сердечных сокращений), избыточное слюноотделение, тошноту, понос, усиленное отделение желудочного сока и депрессию.
Скополамин
является антихолинергическим агентом. Его часто используют для снятия спазмов кишечника при спастическом колите, гастроэнтерите и язве желудка, в качестве успокаивающего при психических возбуждениях. Благодаря антисекреторному действию скополамина его применяют для снижения мокротоотделения при анестезии (для преднаркоза и при операциях), для подавления секреции желудочного сока при лечении язвы желудка и для уменьшения выделений слизистой оболочки носа при простуде и аллергических заболеваниях:
Стрихнин.
Рвотный орех (чилибуха, Strychnos nux-vomica) содержит от 1,5 до 5% алкалоидов, главным образом стрихнина или бруцина (диметоксистрихнина). Стрихнин чрезвычайно токсичен, действует главным образом на спинной мозг, приводя к конвульсиям (судорогам), и используется для истребления вредных животных. Он применяется в медицине при параличах, связанных с поражениеми ЦНС, при хронических расстройствах ЖКТ и главным образом как общее тонизирующее при различных состояниях расстроенного питания и слабости, а также для физиологических и нейро-анатомических исследований.
Тубокурарин.
Хинидин
– диастереомер хинина – встречается в хинной коре (например, Cinchona succirubra) в количествах от 0,25 до 1,25%. Это антиаритмическое сердечное средство, применяемое для предупреждения фибрилляции предсердий (мерцательной аритмии).
Хинин.
До Второй мировой войны хинин был единственным антималярийным препаратом. Когда доставка хинной коры с Явы была прервана войной, были предприняты чрезвычайные меры для получения синтетических антималярийных препаратов. Хинин применяют также для приготовления шипучих тонизирующих напитков. Недавно хинин снова приобрел значение как антималярийный препарат – для лечения устойчивой к хлорохину формы малярии (молниеносной трехдневной малярии).
Эметин
– главный алкалоид корня ипекакуаны (Cephaelis ipecacuanha или Cephaelis acuminata) и был выделен П.Пельтье и Ф.Мажанди в 1817. Его применяют для лечения амебной дизентерии, альвеолярной пиореи и других амебных болезней. Эметин является рвотным и отхаркивающим средством.
Эргоновин
(эргометрин, эргобазин). В Европе на протяжении более чем 1000 лет (вплоть до 20 в.) наблюдались периодические вспышки эрготизма. Болезнь характеризуется перемежающимися ощущениями жара и холода в конечностях с последующим онемением, судорогами и конвульсиями. Пораженную конечность приходилось ампутировать из-за развития сухой гангрены. Теперь известно, что эпидемии вызываются алкалоидами спорыньи Claviceps purpurea, паразитирующей на ржи (Secale cereale). Один из этих алкалоидов – эргоновин – стимулирует мышцы матки. Его применяют для предупреждения и лечения послеродовых воспалений, вызванных атонией матки (т.е. отсутствием физиологического тонуса).
Эфедрин.
Китайцы более 5000 лет используют ма-хуан – смесь надземных частей растений Ephedra equisentina, E. sinica и E. distachya. Главное действующее начало ма-хуана – алкалоид эфедрин. Он применяется как мидриатик и для расширения бронхов. Он возбуждает симпатическую нервную систему, вызывает сужение сосудов, стимулирует сердечную деятельность и на продолжительное время обеспечивает подъем кровяного давления. Раствор эфедрина (0,5–1,0%) используют при насморке. Эфедрин применяют также при бронхиальной астме, сенной лихорадке, неудержимом кашле, миастении и остановке сердца.
Орехов А.П. Химия алкалоидов растений СССР. М., 1965
Юнусов С.Ю. Алкалоиды. Справочник. Ташкент, 1981
Машковский М.Д. Лекарственные средства. М., 1993