Akadēmiskais centrsKartupeļu (Solanum tuberosum L.) ekstrakta ārstniecisko īpašību zinātniskā izpēte
Projekts: 2005/2-LU Projekta vadītāja: LU Medicīnas fakultātes profesore Ruta Muceniece Pētniecības projekta mērķis un darba uzdevumi Šī pētniecības projekta mērķis bija ar mūsdienīgām, jaunu zāļvielu pētījumos pielietotām metodēm pārbaudīt tautas medicīnas atziņas par kartupeļiem, akcentējot pārtikas kartupeļu ietekmi tieši uz smadzenēm. Funkcionālais uzturs Jēdziens „funkcionālais uzturs” tika ieviests Japānā 1980-os gados, kad veselības sistēmas autoritātes secināja, ka veselības aprūpes finansējums ir jākontrolē, un 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 tika definēta kā parastas pārtikas daļa, kas satur bioloģiski aktīvas vielas ar pierādītu ietekmi uz kādas slimības riska faktoriem. Funkcionālā uztura piemēri ir pārtikas produkti ar specifisku minerālu, vitamīnu, taukskābju, šķiedrvielu un fitoķīmisko vielu sastāvu un tie ir kādas lielas cilvēku grupas patēriņa prece.
Funkcionālās pārtikas aktīvās vielas var ietekmēt:
1) ar vecumu saistītās izmaiņas gan šūnu, gan vesela organisma līmenī
2) hormonu-atkarīgo vēža tipu veidošanos
3) svara un tauku depozīta izmaiņas
4) smadzeņu darbību
Kartupeļu lietošana tautas medicīnā
Mūsu pārtika sastāv galvenokārt no 20 pamatproduktiem. Starp tiem par pārtikas “gigantiem” tiek uzskatīti rīsi, kvieši, kukurūza un kartupeļi. Par kartupeļiem ir zināms, ka 1570. gadā spāņi no Andu kalniem uz Eiropu atveda tikai vienas botāniskās sugas Solanum tuberosum kartupeļus. Lai paplašinātu tik ģenētiski mazu materiālu, fermeri gadsimtiem ilgi ir veidojuši Solanum tuberosum apakštipus jeb pasugas. Kartupeļi ir tikuši ģenētiski modificēti, lai iegūtu pret slimībām izturīgus, karstuma un aukstumcietīgus kartupeļus, gan arī ar bioloģiski aktīvām vielām bagātākus augus.
Eiropā un Latvijā tradicionāli pārtikā lietotie kartupeļi ir maz pētīti kā funkcionālais uzturs ar ārstniecisku nozīmi. Vairāk pētījumu ir bijis par pretēju ietekmi – vai cepti un eļļā vārīti kartupeļi nesatur kancerogēnas vielas, kāds ir dioksīna un akrilamīda līmenis kartupeļos. Līdz ar to kartupeļu ārstnieciskā darbība līdz šim nav tikusi zinātniski pamatota.
Tautas medicīnā kartupeļi ir ieteikti kā bakterocīdi, diurētiski, pretklepus un pretspazmu līdzekļi. Kartupeļu mizu tēja ir ieteikta vēža ārstēšanai. Kartupeļu sula tiek lietota pie kuņģa čūlas pret sāpēm un pret paaugstinātu kuņģa skābumu, pret paaugstinātu asinsspiedienu, karsta bumbuļu masa kompresēs - pret reimatisma sāpēm, uzpampumu, hemaroīdiem, bet auksta masa - pret apdegumiem un ādas nobrāzumiem. Indijā kartupeļu mizu tējas lieto mutes dobuma skalošanai pret smaganu uzpampumu.
Kartupeļu neiroaktīvās vielas
1980s gados kartupeļos tika atklāti benzodiazepīnu struktūrai līdzīgi savienojumi. Benzodiazepīni ir vielas ar nomierinošu efektu, kas, uzņemti ar pārtiku, var ietekmēt psihi, uzvedību un smadzeņu darbību. Sākotnēji benzodiazepīni tika atrasti mazās koncentrācijās cilvēku, dzīvnieku, arī savvaļas dzīvnieku smadzenēs, un tika izteikta hipotēze par to endogēno izcelsmi.
Tomēr centieni atrast orgānu, vai šūnas, kurš producētu benzodiazepīnus, bija nesekmīgi. Mūsdienās šī hipotēze ir noraidīta un tiek uzskatīts, ka benzodiazepīni nonāk cilvēka un dzīvnieku organismos ar pārtiku. Šie atklājumi tika saistīti ar vēl agrāk atklātiem benzodiazepīniem žurku smadzenēs, kuras nekad nebija saņēmušas jebkādu zāļu vielu, bet neskatoties uz to, šīm žurkām smadzenēs tika atrasts diazepāms un N-desmetildiazepāms un mirušu cilvēku smadzenēs tika atrasts N-desmetildiazepāms pirms tas tika reģistrēts kā zāļu līdzeklis. Šie cilvēki nevarēja būt lietojuši N-desmetildiazepāmu. Mūsdienās benzodiazepīni ir atklāti ne tikai kartupeļos, bet arī kviešos, vērmelēs, baldriānos, mētrās, salvijā, rūtās, maura kumelītēs, baldriānos u.c.
Interesanti atzīmēt, ka benzodiazepīni ir sintētiskas vielas, par kuru izgudrošanu ir saņemti patenti un tie ir pazīstami kā laboratorijā radītas, dabā neeksistējošas vielas. Pirmais benzodiazepīnu pārstāvis diazepāms tika atklāts 1930jos gados. Pēc tam sekoja virkne jaunu sintēžu un tika pieteikti patenti jaunās paaudzes benzodiazepīniem, kuri 2004.gadā, izmantojot jutīgo HPLC metodi, par lielu pārsteigumu zinātniekiem, arī tika atklāti kartupeļos. Tik pat pārsteidzoši kā kartupeļos tika atklāti benzodiazepīni, 2004.g. Corsi et al., pierādīja perifērā zīdītāju benzodiazepīnu receptora esamību kartupeļu meristemātiskajās un parenhīmas šūnās.
Kartupeļos ir atrasti arī cilvēku smadzeņu neiromediatori: gamma-aminoskābe (GASS), glutamīnskābe (Glu), dopamīns, serotonīns, noradrenalīns, adrenalīns u.c. Nesabalansēts GASS līmenis smadzenēs ir novērots tādu slimību kā Pārkinsona, Alcheimera, Hungtingtona slimību laikā un epilepsijas gadījumos. Pie šīm slimībām ir vēlama GASS līmeņa paaugstināšanās. GASS sintezējas smadzenēs un perifērijā ievadīta ar grūtībām šķērso smadzeņu-asinsvadu barjeru. GASS receptorus stimulē sintētiskas zāļu vielas barbiturāti un benzodiazepīni, kam ir atšķirīgas saistīšanās vietas pie receptora attēls 1).
Attēls 1. GASS receptora apakšvienības un vielu saistīšanās vietas
- GASS receptora struktūra un hlora jonu kanāla uzbūve
- GASS, konvulsanti, barbiturāti, benzodiazepīni (Bzd) un neirosteroīdu saistīšanās vietas
Atkarībā no selektivitātes benzodiazepīnu receptorus iedala centrālos un perifēros. Neironālie atrodas neironos, bet perifēro benzodiazepīnu receptoru loma nav līdz pilnībai izpētīta. Ir pierādījumi, ka tiem ir nozīme stresa reakcijās, šūnu proliferācijā, steroīdģenēzē, oksidatīvajā fosforilācijā, arī vēža izplatībā. 2005.gadā tika publicēti dati par perifērā benzodiazepīnu receptora gēnu polimorfisma saistību ar cilvēku T-limfomu. Dzīvniekiem un cilvēkiem benzodiazepīni un GASS izraisa koordinācijas, orientēšanās traucējumus, miegainību, uzrāda pretsāpju un pretkrampju aktivitāti.
Savukārt glutamātreceptori iedalās jonotropos un metabotropos, kuriem vēl ir vairākas apakšklases un apakštipi. Glutamāts pieder pie smadzeņu darbību stimulējošam aminoskābēm. Kartupeļos glutamāts sastāda apmēram 53 % no brīvajām aminoskābēm, kas varētu uzbudināt centrālo nervu sistēmu.
Kartupeļu bumbuļu sulas benzodiazepīnu un GASS receptoru aktivācija
Mēs pierādījām kartupeļu bumbuļu sulas saistīšanos ar peļu smadzeņu benzodiazepīnu un GASS receptoriem un aprēķinājām benzodiazepīnu un GASS saturu 100 ml sulas. To izdzerot varētu uzņemt 3 μg benzodiazepīnu un 1.5 mg GASS. Diazepāma terapeitiskā deva dienā ir tūkstoš un desmittūkstoš reizes lielāka - 5-20 mg. Tomēr diazepāma un citu benzodiazepīnu izdalīšanās no organisma puslaiks ir 30-44 stundas, tāpēc, biežāk ēdot pārtiku, kura satur benzodiazepīnus, novēro to uzkrāšanos organismā. Zviedrijā veiktie pētījumi liecina, ka daži cilvēki mēnesī ir 39 reizes ēduši kartupeļus, kas liecina, ka kartupeļus ēd vairākas reizes vienā dienā.
GASS medicīnā nelieto, jo tā ir smadzeņu endogēna viela, kas slikti šķērso smadzeņu-asinsvadu barjeru, tomēr eksogēni ievadīta tā var saistīties pie perifēriem receptoriem un nedaudz nonāk arī smadzenēs.
Kartupeļu sulas ietekme uz dzīvnieku uzvedības reakcijām
Lai nebūtu šaubu par vielu nonākšanu smadzenēs, kartupeļu sula tika ievadīta pelēm intracisternāli (i.c.) (attēls 2.) un salīdzinājumam perorāli (caur muti).
Intracisternāla vielu ievadīšana pelēm
Kontrolei kalpoja peles, kurām tika ievadīts fizioloģiskais 0.9% nātrija hlorīda šķīdums.
Pelēm tika pārbaudītas uzvedības reakcijas atklāta lauka (open field) testā, noteiktas orientēšanās spējas un kustību koordinācija, kā arī spēja noturēties uz rotējoša stieņa (rotarod test) (attēls 3).Šajā testā tiek skaitīts laiks, cik ilgi peles noturas uz rotējoša stieņa.
Attēls 3. Tests, kurā pārbauda peļu spēju noturēties uz rotējoša stieņa
Iegūtie rezultāti liecina, ka kartupeļu sulas injekcijas neizraisīja peļu uzvedības izmaiņas, neietekmēja koordinācijas spējas un neizraisīja miegainību.
Gan benzodiazepīniem, gan GASS-erģiskām vielām piemīt krampjus nomācoša darbība, tāpēc kartupeļu sula tika pārbaudīta arī bikukulīna krampju testā. Bikukulīns ir GASS receptoru antagonists un izraisa krampjus. Šajā testā nosaka mazāko bikukulīna intravenozo (i.v.) devu, kas izraisa pirmo krampju parādīšanos. Ja vielai ir pretdarbība, tad bikukulīna krampjus izraisošā deva ir vajadzīga lielāka. Bikukulīna mazākā deva, kas izraisīja krampjus bija 2mg/kg, bet pēc ievadīšanas kopā ar kartupeļu sulu tā deva bija 2-3.5 reizes jāpalielina (attēls 4).
Attēls 4. Kartupeļu sulas ietekme uz bikukulīna krampjus izraisošo darbību pēc i.c. ievadīšanas pelēm
# ticama atšķirība no bikukulīna sākotnējās devas
Tātad kartupeļu sulā esošo benzodiazepīnu un GASS saturs ir pietiekošs, lai uzrādītu pretkrampju darbību pēc i.c. ievadīšanas.
Turpinot pētījumus, kartupeļu sula tika ievadīta pelēm caur muti 0.4 ml tilpumā.
Iegūtie rezultāti parādīja, ka arī iedzerta kartupeļu sula darbojas kā pretkrampju viela bikukulīna testā. Tika novērots no kartupeļu sulas izdzertā daudzuma atkarīgs efekts.
Iespējamās kartupeļu sulas pretsāpju darbības noteikšanai tika izmantots astes atraušanas (tail flick) tests. Šajā testā nosaka peļu sāpju slieksni, pārliekot asti speciālā aparātā pāri atverei, no kuras nāk elektriskās spuldzītes radīts karstums. Ja dzīvnieks sajūt karstuma radītās sāpes, tas atrauj asti un maina pozu. Tiek reģistrēts latentā perioda ilgums, tas ir laiks, kamēr pele asti neatrauj. Ja vielai ir pretsāpju darbība, tad šis laiks ir ilgāks kā kontroles laiks. Lai pele asti neapdedzinātu, eksperimentu neturpina ilgāk par 20 sekundēm, tas ir laiks, kādu parasti uzrāda stipras pretsāpju vielas, piemēram, morfīns.
Izrādījās, ka iedzertai kartupeļu sulai piemīt pretsāpju darbība, jo sāpju sajūtu latentais periods pagarinājas no 5 sekundēm līdz 8-9 sekundēm.
Secinājums pēc šiem testiem ir, ka arī caur muti ievadītai kartupeļu sulai, neskatoties uz mazo benzodiazepīnu un GASS saturu, ir spēja ietekmēt peļu uzvedību eksperimenta apstākļos. Tas, ka per os un intracisternāli ievadīta kartupeļu sula darbojas līdzīgi, apliecina aktīvo vielu spēju nonākt smadzenēs arī pēc apēstiem kartupeļiem. Pie tam GASS un benzodiazepīni ir termiski stabilas vielas.
Metabotropiem glutamātreceptoriem (mGlu) ir liela loma vairāku slimību izpausmēs: epilepsijas, Pārkinsona, Hungtintona slimību u.c., kā arī to aktivācija mainās pie sāpēm, šizofrēnijas un uzbudinājuma. Mēs pierādījām, ka kartupeļu sula saistās pie mGlu receptoriem, sasniedzot IC50 atšķaidījumā 1:1000.
Polifenolu saturs kartupeļu sulā
Polifenolu saturs tika noteikts par standartvielu lietojot galluskābi. Tāpēc polifenolu saturs tiek izteikts galluskābes ekvivalentos (GSE). Starp dažādām kartupeļu šķirnēm „Bete”, „Sante” un „Brasla” netika novērota atšķirība polifenolu daudzumā, tāpēc tie tika summāri izmantoti aprēķiniem. Zaļās tējas polifenoli ir biežāk pētītie augu izcelsmes antioksidanti. Tiem ir pierādīta atmiņas uzlabošanas spēja un zaļo tēju iesaka dzert Alcheimera slimības sākumā. Tomēr salīdzinot polifenolu saturu 200 ml dzērienu, visaugstākais tas ir kakao. Polifenola saturā ziņā veidojas rinda: kakao>sarkanvīns>kartupeļu sula=zaļā tēja>melnā tēja (attēls 5).
Attēls 5. Polifenolu saturs sagatavotos dzērienos, vīnā un kartupeļu sulā.
# dati no Lee et al., 2003.
Secinājumi:
1. Kartupeļus var uzskatīt par funkcionālu pārtiku, jo to aktīvās vielas farmakoloģiski darbojas arī uzņemot caur muti,
2. Kartupeļos esošie benzodiazepīni konkurē par saistīšanos ar smadzeņu benzodiazepīnu receptoriem,
3. Kartupeļos esošās brīvās aminoskābes konkurē par saistīšanos ar smadzeņu GASS un mGlu receptoriem,
4. Kartupeļu ūdens ekstrakts (sula) izraisa pretkrampju un pretsāpju darbību,
5. Kartupeļu sula neietekmē orientēšanos telpā un koordinācijas spējas,
6. Kartupeļu sula satur polifenolus, kuru daudzums neatšķaidītā sulā ir samērojams ar tējas polifenolu saturu.