Kartupeļu (Solanum tuberosum, L.) ekstrakta ārstniecisko īpašību zinātniskā izpēte

Projekta vadītāja, LU Medicīnas fakultātes profesore Ruta Muceniece
 

Darba mērķis:

Šī darba mērķis ir ar mūsdienīgām, jaunu zāļvielu pētījumos pielietotām metodēm pārbaudīt tautas medicīnas atziņas un sniegt zinātnisku pamatojumu vai noliegumu kartupeļu bioaktīvo vielu ārstnieciskam efektam.

 

Pētījuma pamatojums:

Jēdziens „funkcionālais uzturs” tika ieviests Japānā 1980-os gados, kad veselības sistēmas autoritātes secināja, ka īpaši sabiedrībā ar lielu vecu cilvēku skaitu diēta nosaka dzīves kvalitāti un novērš riska faktorus saslimt ar plaši izplatītām slimībām, tai skaitā diabētu, sirds slimībām, vēzi. Funkcionālā pārtika nozīmē produktus, kas satur bioloģiski aktīvas vielas ar pierādītu ietekmi uz kādas slimības riska faktoriem.

Kad mēs pirmo reizi pieteicām šī pētījuma projektu, nebija zinātnisku publikāciju, ka kartupeļus varētu uzskatīt par funkcionālu uzturu. Tagad situācija ir mainījusies, un par kartupeļu ārstnieciskajiem efektiem jau ir vairākas publikācijas.

Ir sagadījies, ka tieši Japānas zinātnieki ir apstiprinājuši mūsu izteikto hipotēzi, ka kartupeļu bumbuļos ir atrodams zīdītāju smadzeņu neiromediators – gamma-aminosviestskābe (GASS). Viņi arī parādīja, ka kartupeļu ēšana žurkām ar hipertensiju pazemināja asinsspiedienu. Žurkām ar normālu asinsspiedienu kartupeļi neizmainīja asinsspiedienu.

Pie kartupeļos atrastām bioloģiski aktīvam vielām var pieskaitīt benzodiazepīnus, GASS, polifenolus un glikoalkaloīdus.

 

Pētījuma rezultāti:

Iepriekšējā finansējuma periodā mēs atklājām, ka kartupeļu aktīvajām vielām arī pēc ievadīšanas per os (caur muti) pelēm tiek novērota ietekme uz centrālo nervu sistēmu (CNS), kas tika reģistrēta kā pretkrampju darbība. Mēs noteicām benzodiazepīnu saturu kartupeļos un secinājām, ka tas ir pārāk mazs, lai visus CNS efektus varētu izskaidrot ar benzodiazepīnu darbību un izteicām hipotēzi, ka kartupeļos ir pati GASS vai citas GASS-receptoru aktīvas vielas. 2007.g. tika veikti papildus eksperimenti ar pelēm, lai salīdzinātu kartupeļu sulas iedarbību ar  medicīnā lietoto benzodiazepīnu pārstāvi diazepāmu un GASS. Mēs atklājām, ka intracisternāli ievadīta kartupeļu sula pat atšķaidījumā 1:2 izraisa spēcīgāku pretkrampju darbību pelēm kā 25 μg/kg diazepāma un GASS 50 μg/kg (Attēls 1). Šīs diazepāma un GASS devas bija sākuma devas, pie kurām pelēm  tika novērota pretkrampju darbība bikukulīna krampju testā. Papildus pārbaudījām diazepāma saistīšanos pie GASS saistīšanās vietām uz GASS-A receptoriem peļu smadzeņu homogenātos. Diazepāma afinitāte pret šo saistīšanās vietu ir zema, jo aprēķinātā Ki ir 18.9 μM ± 4 μM. Šie eksperimenti vēl vairāk apliecina, ka kartupeļos ir CNS iedarbīgas vielas.

 

Attēls 1. Kartupeļu sulas pretkrampju darbības salīdzinājums ar diazepāmu un GASS.

Vielas ievadītas pelēm intracisternāli (i.c.) 10 min pirms bikukulīna.

* P  ≤ 0.05 salīdzinot ar kontroli (bikukulīns ar fizioloģisko šķīdumu);

^ P ≤ 0.05 salīdzinot ar diazepāma 25 μg/kg efektu;

# P ≤  0.05 salīdzinot ar GASS 50 μg/kg efektu

 

Starp kartupeļu bioloģiski aktīvajām vielām tiek minēti arī polifenoli. Kartupeļu bumbuļi satur dažādus fenolu savienojumus, no kuriem apmēram 50% ir lokalizēti kartupeļu bumbuļu mizā un zem tās. 1989. gadā Lisinska un Leszcinski noteica, ka mizā fenolu savienojumu daudzums ir desmit reizes augstāks kā pārējā kartupeļu bumbulī. Tomēr procentuāli kopējais fenolu saturs kartupeļos ir zems. 1997. gadā Yamamoto u.c. noteica, ka kartupeļu bumbuļos kafijskābes daudzums ir 0,2 – 3,2 mg/kg. Lahmans u.c. 2000. gadā konstatēja, ka kartupeļu bumbuļi satur neohlorogēnskābi (7 mg/kg), p-kumarīnskābi (4 mg/kg), kā arī ferulīnskābes amīdus un kvercitīna, petunidīna, delfidīna glikozīdus. Polifenolu saturs kartupeļu bumbuļos var svārstīties, tas ir atkarīgs no dažādiem faktoriem - uzglabāšanas ilguma (rudenī kartupeļos polifenolu saturs ir augstāks kā pavasarī); audzēšanas laikā pielietotajām nezāļu apkarošanas metodēm. Piemēram, atkarībā no tā, kādā vidē kartupeļi audzēti, kopējais fenolu savienojumu saturs var svārstīties no 36,85 – 52,89 mg/100g.

Mūsu eksperimentos polifenolu summārais līmenis tika noteikts pēc galluskābes ekvivalentiem (GSE) ar Folīna – Čikalteu metodi. Tika noteikts polifenolu saturs trijās Latvijā audzētās kartupeļu šķirnēs – „Adretta”, „Herta” un „Laura”. Vidēji kartupeļu sulā ir 190,93 ± 20 GSE mg/200ml polifenolu (Attēls.2).

Pārsvarā kartupeļu polifenoli ir fenolskābes ar zemu antioksidatīvo darbību, tāpēc kartupeļu ekstraktiem prognozē pretiekaisuma darbību, jo fenolskābēm – hlorogēnskābei,  kafiskābei u.c. ir pierādītas pretiekaisuma un pretreimatisma  iedarbība.

 

Attēls 2. Polifenolu satura salīdzinājums trijās kartupeļu sķirnēs.

 

Kartupeļi satur atsevišķus alkaloīdu tipus, no kuriem vissvarīgākie ir glikoalkaloīdi. Tie ir savienojumi, kuros viena vai vairākas cukura molekulas ir saistītas ar steroidālo alkaloīdu – solanidīnu. Glikoalkaloīdi ir toksiski savienojumi, tomēr organismā to toksicitāte izpaužas augstu devu gadījumos. Kartupeļos esošie glikoalkaloīdi ir holīnesterāzes inhibitori, kas rada traucējumus neirālajās funkcijās. Drošības robeža pārtikā lietojamiem kartupeļiem ir 200mg glikoalkaloīdu uz kilogramu termiski neapstrādātu kartupeļu.

Kopējais glikoalkaloīdu saturs kartupeļu bumbuļos variē. Čehijā, divus gadus monitorējot glikoalkaloīdu saturu trijos dažādos rajonos audzētu kartupeļu šķirnēs, tika noteikts glikoalkaloīdu vidējais līmenis 31 – 166 mg/kg. Tomēr Francijā atklājās, ka dažās vietās glikoalkaloīdu līmenis ir 360mg/kg un divas kartupeļu šķirnes pat aizliedza izmantot pārtikā. Kopējais glikoalkaloīdu daudzums palielinās, ja kartupeļus ilgstoši uzglabā saules gaismā. Glikoalkaloīdu daudzumu kartupeļu bumbuļos ietekmē dažādi faktori, piemēram, klimats audzēšanas vietā.

 95% gadījumu kopējais glikoalkaloīdu saturs veidojas no α-hakonīna un α-solanīna, nelielos daudzumos ir konstatētas arī citas solanidīna kombinācijas ar cukura molekulām: β-hakonīns; γ-hakonīns; β1-solanīns; β2-solanīns; γ-solanīns.

1. tabula


Kartupeļos konstatētie glikoalkaloīdi
 

Glikoalkaloīds

Solanidīna un cukuru kombinācija

α – solanīns

Solanidīns – galaktoze – glikoze – ramnoze

α - hakonīns

Solanidīns – glikoze – ramnoze – ramnoze

β – hakonīns

Solanidīns – glikoze – ramnoze

γ – hakonīns

Solanidīns – glikoze

β1 – solanīns

Solanidīns – galaktoze – glikoze

β2 – solanīns

Solanidīns – galaktoze – ramnoze

γ - solanīns

Solanidīns – galaktoze

 

Cilvēka organismā α-solanīna un α-hakonīna toksicitāte sākotnēji izpaužas kā gastrointestināli traucējumi (vemšana, caureja, vēdergraizes), galvassāpes, kam seko neiroloģiska rakstura traucējumi. Spēcīgas saindēšanās gadījumos var būt zems asinsspiediens, drudzis, halucinācijas, delīrijs un var iestāties koma. Tik spēcīga saindēšanās var notikt, ja nekontrolē glikoalkaloīdu līmeni. Latvijā līdz šim glikoalkaloīdu saturu kartupeļos nekur nemēra. Mēs esam izstrādājuši metodi vienlaicīgai solanīna un hakonīna noteikšanai, kuru vēl vajag validēt. Mēs apkopojām vairāk nekā 10 dažādas solanīna un hakonīna noteikšanas metodes kartupeļos ar augstefektīvās šķidrumu hromatogrāfijas (AEŠH) metodi.

Metodes izstrādes pamatā tika veikta sākotnēja standartvielu izdalīšana un atdalīšana. Pirmkārt, tika uzņemti katras standartvielas UV absorbcijas spektri. Veiktie eksperimenti parādīja, ka solanīnam un hakonīnam nav izteiktas UV absorbcijas virs 210 nm (Attēls 3), kas mazliet sarežģī metodes izstrādi, jo šis faktors neļauj veikt hromatogrāfisko analīzi virs 220 nm, tad analizējamās vielas vienkārši netiks detektētas. Otrs faktors ir hromatogrāfijā izmantojamo šķīdinātāju un bufervielu izmantošanas ierobežojums pie zemajiem UV viļņiem.

 Tā kā solanīns un hakonīns ir savstarpēji izomēri, to atdalīšana apgrieztās fāzes (AF) AEŠH apstākļos izrādījās komplicēta. Izmēģinot virkni sorbentu un kustīgo fāžu, gala rezultātā veiktie eksperimenti parādīja, ka šo glikoalkolaīdu optimālai hromatogrāfiskai analīzei AF apstākļos nepieciešama augsta (75%) organiskā modifikatora koncentrācija, par kustīgo fāzi lietojot acetonitrila (CH3CN) ūdens buferšķīdumus (KH2PO4) ar noteiktu kustīgās fāzes pH (pH=6). Analizējamo paraugu hromatogrāfiskias profils parādīts 4. attēlā.

Sistēmas efektivitāte pret pētīto hakonīnu ir pazemināta (3500 – 5000 teorētiskie šķīvji), salīdzinājumā ar testēšanai izmantotajiem savienojumiem (10000 teor. šķ.), ja vielu atdalīšanas kolonnas izmēri ir 4,6 ×250 mm. Savukārt solanīna gadījuma novēro daudz augstāku sistēmas efektivitāti (> 12000 teor. šķ.). Abu savienojumu savstarpējā izšķiršana (Rs) ir robežās no 6-7, kas ir augsts rādītājs AF-AEŠH (Rs>1,5).

Iegūto rezultātu galvenā zinātniskā nozīmība ir apstākļu noskaidrošanā, kas ļaus solanīnu un hakonīnu tālāk analizēt kartupeļos ar AEŠH.

 



Attēls 3. Glikoalkolaīdu solanīna un hakonīna UV absorbciju spektri.

 


Attēls 4. Glikoalkolaīdu solanīna un hakonīna atdalīšana ar Spherisorb NH2 kolonnu un acetonitrilu/20 mM KH2PO4 pH 6 šķīdumu kā kustīgo fāzi.

 

Secinājumi: Kartupeļu  padziļinātie pētījumi sniedz jaunu informāciju, kādu aktīvo vielu  saturu vajadzētu kontrolēt, un kā kartupeļus labāk un drošāk izmantot pārtikā. Pēc zinātniskiem pētījumiem par tautas medicīnas kartupeļu pielietojumu, iespējama arī kartupeļu ārstnieciska izmantošana. Piemēram, Dānijā no nestandarta kartupeļiem ražo kartupeļu ekstraktu saturošu ziedi reimatisma, artrīta un  muskuļu sāpju remdināšanai. Šajā ziedē izmanto kartupeļu ekstraktu, kurš satur polifenolus un glikoalkaloīdus.