Живица кедра

Pinus sibirica

Введение

С давних пор человечество знакомо с применением природных смол. Их использование в качестве лаков, покрытий, клея для укрепления острия стрел и копий, в косметике, при исполнении религиозных обрядов, в медицине. Применение смол считалось в некоторые времена даже мерилом культуры и благосостояния народа или слоя населения.

Одной из самых важных смол еще с древних времен была смола хвойных. Издавна ее применяли для факелов и при постройке судов. В исторические времена впервые получать терпентин, вероятно, стали на Кавказе, откуда он распространился в среднюю и северную Европу. Об этом свидетельствуют и некоторые словообразования. Так, слово канифоль произошло от малоазиатского города Колофона, откуда ее раньше ввозили. Слово терпентин – название живицы, вытекающей из раны хвойных деревьев, - персидского происхождения (Зандерманн, 1964.).

Прозрачная смола (живица), выделяющаяся из надрезов в коре растущих хвойных, может быть разделена перегонкой с паром на две фракции: одна из них, летучая с паром, называется живичным скипидаром (терпентинное масло), а вторая, остающаяся в остатке после перегонки, застывающая при охлаждении в желтую или коричневую стеклообразную массу, называется канифолью.

Живица и канифоль представляют собой многокомпонентные смеси природных соединений терпенового ряда. Химический состав их изучали с середины XIX века, однако лишь в последние 30 лет благодаря использованию современных методов физико-химического анализа достигнуты значительные успехи в этом направлении. Выделено большое число основных компонентов, входящих в состав живицы и канифоли, и установлено их строение.

Свежая, только что вытекшая из смоляных ходов живица представляет собой светлую прозрачную подвижную жидкость, которая содержит 35-38% монотерпеновых углеводородов, остальное – дитерпеновые (смоляные) кислоты и нейтральные терпеноиды. Из-за испарения монотерпенов и кристаллизации смоляных кислот живица густеет, становится мутной, непрозрачной и вязкой (Пузанова и Радбиль, 1988).

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЖИВИЦЫ СОСНЫ СИБИРСКОЙ

Особое место среди живиц хвойных занимает живица сосны сибирской (Pinus sibirica R. Mayr.), который часто называют кедром. Исчерпывающее изучение компонентного состава живицы сосны сибирской было предпринято Ралдугиным с соавторами. С целью уточнения состава живицы авторским коллективом была предложена схема группового разделения (Ралдугин и др., 1976).

Согласно этой схеме все многообразие соединений живицы можно разделить на группы согласно их химических свойств (таблица 1). Для наглядности на Рис. 1 приведена диаграмма компонентного состава Pinus sibirica R. Mayr.

Как видно из Табл. 1 и Рис. 1 основными группами веществ живицы являются углеводороды - представители обширной группы терпеноидов и кислородсодержащие соединения нейтрального и кислого характера.

Монотерпеноиды

Монотрепены являются самыми низкомолекулярными соединениями найденными в живице кедра. По данным Пентеговой (Пентегова и Семенов 1987) и Чудного (Чудный, 1984) основными монотрепенами живицы кедра являются: терпинолен, линолен, β-пинен, Δ3-карен, камфен, β-фелландрен (таблица 2). Лидером по содержанию среди монотерпенов явялется α-пинен. Его содержание колеблется от ½ до 2/3 от фракции монотерпенов. Высокое содержание α-пинен характерно для хвойных. В состав живицы сосны сибирской так же входят кислородсодержащие монотерпеноиды: α-терпинеол, α-терпинилацетат, транс-дигидро-α-терпинеол, γ-терпинеол, карвон, камфора, метилхавикол, борнеол, борнилацетат, изоборнеол, вербенон, β-фенхол и фенхон. Содержание кислородсодержащих монотрпеноидов на много меньше чем монотерпеновых углеводородов.

Сесквитерпеноиды

Содержащиеся в живице кедра сесквитерпеноиды более многочисленны. Все многообразие этих соединений принято классифицировать на основании биогенетических групп (путь биосинтеза этих соединений). Массовая доля этой группы терпеноидов в живицах хвойных незначительна. По этой причине их выделение связано с определенными трудностями экспериментального характера (Пузанова и Радбиль, 1988 ).

Интерес, однако, представляют мажорные сесквитерпеноиды сосны сибирской, представленные в таблице 3. По сравнению с другими хвойными в живице кедра найдено большое количество сибирена. Среди кислородсодержащих сесквитерпеноидов кедра доминируют соединения кадаланового и бизаболанового рядов: δ-кадинол, α-бизаболо, эпиэлемол (Пентегова и Семенов, 1987).

Дитерпеноиды

Нейтральные дитерпеноиды живицы кедра принадлежат к структурным группам цембрана, лабдана, абиетана и изопимарана. Из дитерпеновой фракции выделены моноциклические дитерпеноиды: цембрен, изоцембрен, неоцембрен, изоцемброл и 4-эпиизоцемброл (Пентегова и Семенов, 1987).

Наиболее распространенными бициклическими дитерпеноидами являются изоагатолаль, метилизокупрессат и пинусолид.

В живице Pinus sibirica R. Mayr. Содержатся трициклические углеводороды абиетадиен и дегидроабиетан (Табл. 4).

По данным Ралдугина с соавторами преобладающими дитерпенами являются цембрен, изоцембрен, неоцембрен, абиетадиен, изопимарадиен (Табл. 4).

Смоляные кислоты

Смоляные кислоты (дитерпеновые кислоты) являются наиболее интересной частью живицы хвойных с точки зрения биологической активности. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, смоляные кислоты являются самой большой фракцией живицы до 70% (по массе). Во-вторых, эти соединения имеют полярную карбоксильную группу что определяет их гидрофильные свойства, позволяя действовать в водных растворах, в которых протекают все основные биологические процессы.

Основными смоляными кислотами в живице Pinus sibirica являются абиетиновая и изопимаровая кислоты. Особенностью кислой части живицы кедра является наличие бициклических кислот, в частности найдено большое количество ламбертиановой кислоты (таблица 5). (Перцовский и Буйнова, 1990).

Кроме смоляных кислот во фракции слабых кислот присутствуют окисленные смоляные кислоты. Основной компонент этой фракции по данным Ралдугина с соавторами является изокупрессовая кислота (Ралдугин и др., 1984).

Таким образом, живица Pinus sibirica представляет сложную смесь соединений. Основными фракциями живицы являются углеводороды и кислоты. Доминирующей фракцией являются дитерпеновые (смоляные) кислоты. Биологическая активность живицы в большей степени определяется фракцией дитерпеновых кислот.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ЖИВИЦЫ

Ламбертиановая кислота и метилламбертианата

Наличие ламбертиановой кислоты и ее производны является отличительной особенностью живицы кедра. Поэтому рассмотрение биологической активности необходимо начать с этих соединений.

Нейротропная активность

Исследована нейротропная активность ламбертиановой кислоты, метилламбертианата (Kobayashi et al., 2000, Ono et al., 2002). Определены следующие значения их острой токсичности (ЛД50, мг/кг): ламбертиановой кислоты - 920; метилламбертианата - 1500. Эксперименты проводились на неинбредных мышах-самцах массой 20-22 г, содержавшихся в стандартных условиях вивария Института цитологии и генетики СО РАН. Изучаемые соединения вводили в водно-твиновом растворе за час до воспроизведения тестов, однократно, внутрижелудочно в дозе 5 мг/кг, что составляет 1/120-1/240 от ЛД50. Эталоном сравнения служил общеизвестный антидепрессант мелипрамин, который вводили внутрижелудочно в дозе 25 мг/кг (1/28 от ЛД50).

Острую токсичность определяли при однократном внутрижелудочном введении на белых беспородных мышах. Параметры токсичности рассчитывали по методу Кербера. Для определения влияния производных ламбертиановой кислоты на ЦНС использовали следующие тесты: хлоралгидратовый сон (350 мг/кг), барбиталовый сон (200 мг/кг), апоморфиновая стереотипия (25 мг/кг), спонтанная двигательная активность, вызванная L-DOPA (200 мг/кг), клонидиновая агрессия (20 мг/кг), коразоловая токсичность (70 мг/кг), стрихниновая токсичность (2 мг/кг), резерпиновая гипотермия (2,5 мг/кг), трифтазиновая каталепсия (2 мг/кг), двигательная активность на фоне реланиума (2 мг/кг).

На основании полученных данных по определению острой токсичности все изучаемые соединения можно отнести к третьму классу умеренно-токсичных веществ.

При взаимодействии всех соединений с хлоралгидратом показано, что ламбертиановая кислота потенцируют продолжительность его снотворного эффекта, а соединения метилламбертианат незначительно уменьшает время сна. Несколько иной результат получен при изучении влияния на снотворный эффект барбитала. Так, ламбертиановая кислота и ее метиловый эфир, подобно мелипрамину, проявляют антагонизм к барбиталу.

Изучение влияния всех соединений на продолжительность и интенсивность действия апоморфина показало, что они уменьшают время стереотипных движений у мышей как по сравнению с мелипрамином, так и по отношению к контролю. Интенсивность стереотипии усиливается под воздействием только ламбертиановой кислоты, метилламбертианата. Ламбертиановая кислота не оказывает влияния на эффект предшественника дофамина L-DOPA.

Продолжая изучение воздействия агентов на адренергическое звено, в тесте «клонидиновая агрессия» показано, что ламбертиановая кислота резко уменьшают количество «драк» у мышей, проявляя в большей степени седативный характер. Метилламбертианат, подобно мелипрамину, усиливает действие а-адреномиметика клонидина.

При взаимодействии с симпатолитиком резерпином в тесте «ре зерпиновая гипотермия» все соединения усиливают его депрессогенный эффект в течение 2,5 ч. Стимулирующий эффект соединения метилламбертианата обнаруживается в тестах коразоловой и стрихниновой токсичности, где гибель животных достигает 100%. Ламбертиановая кислота в этих тестах проявляет защитное действие (84%) на токсический эффект ГАМК-литиков. Мелипрамин проявляет блокирующее воздействие в обоих тестах.

Ламбертиановая кислота достоверно потенцирует действие нейролептика трифтазина. Метилламбертианат укорачивают время каталептогенной реакции, аналогично мелипрамину.

На фоне диазепама ламбертиановая кислота незначительно снимают его седативное проявление в тесте «ориентировочные реакции», тогда как метилламбертианат полностью снимает действие диазепама, тем самым еще раз подтверждая свой стимулирующий характер действия.

Проведенное исследование позволило прийти к следующим выводам. Ламбертиановая кислота в изученной дозе в большинстве тестов проявляет преимущественно седативное и противосудорожное действия. Известно, что седативное действие не обязательно сопровождается снотворным эффектом, поэтому наблюдаемое сокращение продолжительности барбиталового сна под воздействием ламбертиановой кислоты не противоречит сделанному выше заключению. Метилламбертианат показал себя как стимулирующий антидепрессант, подобный мелипрамину. Его стимулирующее действие проявляется в слабом потенцировании эффекта хлоралгидрата, антагонизме к барбиталу, увеличении степени агрессивности, вызванной клонидином, снятии седативного эффекта реланиума. Отличает эфир от мелипрамина центральное стимулирующее действие, проявляющееся в усилении эффектов коразола и стрихнина.

Метилламбертианат перспективен как стимулирующий антидепрессант, подобный мелипрамину. Сама ламбертиановая кислота по влиянию на ЦНС занимает промежуточное положение между эфиром и аминосодержащими производными (Толстикова и др., 2000., Tolstikova et al., 1998).


Ноотропная активность

Было изучено влияние метилламбертианата на противотревожную активность у мышей. Установлено, что в низких дозах (1 и 2 мг/кг) метилламбертианат не оказывают влияния на психомоторную активность животных. При увеличении дозы до 10 мг/кг он понижал тревожность мышей.

Согласно полученным данным, под действием метилламбертианата скорость выработки условного рефлекса возрастала. Отмеченный ноотропный эффект носил дозозависимый характер.

Таким образом, метилламбертианат в дозе 10 мг/кг повышает когнитивные и мнестические способности животных, оказывая тем самым ноотропный эффект, реализующийся, по-видимому, через его преимущественно ингибирующее влияние на ГАМК-ергическую систему. Небольшое снижение тревожности у мышей, вызванное этой же дозой препарата, свидетельствует о наличии у него слабого анксиолитического эффекта (Tolstikova et al., 2001).


Анальгетическая активность

Исследована анальгетическая активность ламбертиановой кислоты и метилламбертианата (Морозова и др., 2010).

Все опыты были проведены на половозрелых белых беспородных мышах массой 20-25 г. Для изучения анальгетической активности соединений были использованы стандартные модели: тест висцеральной боли «уксусные корчи» и термической боли «горячая пластина». Для всех соединений были определены параметры острой токсичности при однократном внутрижелудочном введении мышам. Было показано, что для изучаемых соединений ЛД50 находится в пределах 600-1200 мг/кг, что позволяет отнести их к третьему классу умеренно-токсических веществ, что подтверждает ранее полученные результаты.

Сама ламбертиановая кислота в дозе 5 мг/кг не обладает анальгетической активностью ни в тесте на висцеральную боль, ни в тесте на термическую боль. Метиловый эфир ламбертиановой кислоты обладает анальгетической активностью в обоих тестах: в «уксусные корчи» он угнетает болевую реакцию на 42 %, а «горячая пластина» на 57,5% увеличивает латентное время болевой реакции. Надо отметить, что все дальнейшие химические трансформации метилламбертианата приводят к потере анальгетической активности полученных соединений в тесте на термическую боль.

Таким образом, на основании проведенного скрининга анальгетической активности представленных соединений можно констатировать, что метилламбертианат можно отнести к анальгетикам нового структурного типа, проявляющими достаточно высокую активность в тесте на висцеральную боль.


Антиаллергенная и протиовоспалительная активность

В работе (Chae and Young-Won, 2012) оценивали влияние ламбертиановой кислоты на аллергических медиаторы, в том числе простагландин D2 (PGD2), лейкотриен С4 (LTC4), β-гексозаминидазу (β-Hex) и циклооксигеназу-2 (СОХ-2), в тесте стимулирования тучных клеток форбол-12-миристат-13-ацетатом. Результаты показали, что ламбертиановой кислота ингибирует выработку интерлейкина-6 (ИЛ-6), PGD2 и LTC4, синтез СОХ-2 и высвобождение β-гексозаминидазы. Эти результаты предполагает, что ламбертиановой кислота может обладать потенциалом в лечении аллергии.


Пинусолид

Противоопухолевая активность

По данным (Ралдугин и др., 1970) в живице кедра содержатся значительные количества пинусолида – представителя группы дитерпеноидов. В работе (Shults et al., 2006) было показано, что пинусолид не только уменьшает пролиферативную активность опухолевых клеток при относительно низких концентрациях, но и индуцирует апоптоз в концентрации 100 мкМ по средствам митохондриального пути в клеточной линии BJAB. Кроме того, с использованием культуры первичных клеток лимфобласт и лейкозных клеток у детей с острым лимфобластным лейкозом и острым миелоидным лейкозом, отмечена значительная фрагментации ДНК в клетках, обработанных пинусолидом.


Антагонизм фактора агрегации тромбоцитов

В опытах с использованием тромбоцитов кролика были получены следующие результаты. Значение ІС50 для пинусолида для агрегации тромбоцитов, вызванной ФАТ, снижалось от 19 до 5 мкМ при снижении концентрации ФАТ от 500 до 5 нМ. Эти данные указывают на то, что пинусолид является антагонистом ФАТ.

Также были проведены исследования in vivo, в которых оценивалась выживаемость мышей после внутривенного введения ФАТ, при этом летальность составила 84 %. При однократном перораль- ном введении пинусолида за 30 мин до введения ФАТ наблюдалось дозозависимое предотвращение гибели животных. Такой же эффект отмечался и при внутривенном введении агента через 30 с после введения ФАТ. ЕД50 составила 1,1 мг/кг для внутривенного введения и 69,0 мг/кг - per os.

Пинусолид (2 мг/кг) также проявил местное противовоспалительное действие в эксперименте на ухе мыши, где воспаление и отек вызывались при помощи кротонового масла. Активность тестируемого соединения была сравнима с гидрокортизоном. Наибольшее ингибирование отека наблюдалось при введении агента через ч после введения масла. Через 72 ч после введения масла толщина ушной раковины приближалась к показателям интактного животного. Следует отметить, что даже через 24 ч после введения масла применение пинусолида на сильно воспаленном ухе препятствовало некротизации и способствовало значительному уменьшению толщины уха (Толстиков Г.А., Толстикова Т.Г., Шульц Э.Э. и др. Смоляные кислоты хвойных России. Химия, фармакология 2011 г. – 395 с.).

Изокупрессовая кислот

Противоопухолевая активность

Показана высокая противоопухолевая активность изокупрессовой кислоты, мажорного компонента фракции окисленных смоляных кислот живицы кедра. Исследование ряда соединений извлекаемых из хвойных с использованием опухолевых клеточных линий NUGC и HONE-1 показало что среди соединений с лабдановой структурой наибольшей активностью обладает изокупрессовая кислота, подавляющая рост опухолевых клеток на 50% (Chiang et al., 2003).

Таким образом, живица Pinus sibirica является источником ценных биологически активных веществ. Отличительной особенностью этой живицы является наличие веществ обладающих сильным нейротропным и ноотропным эффектом. Подтверждением научных результатов являются рецепты народной медицины, где в качестве общеукрепляющего средства используется водный настой хвои кедра. Кроме того, компоненты живицы сосны сибирской обладают еще рядом свойств. Среди которых наиболее выраженными являются противовоспалительная и противоопухолевая.

Список литературы

  1. Зандерманн В. Природные смолы, скипидары, талловое масло. – 1964.
  2. Пузанова В. Ю., Радбиль Б. А. Терпеноиды живицы и канифоли //Химия древесины. – 1988. – №. 2. – С. 3-16.
  3. Ралдугин В. А., Хан В. А., Дубовенко Ж. В., Пентегова В. А. Схема группового разделения компонентов живиц хвойных. Терпеноиды живицы Pinus cembra. // Химия природных соединений. - 1976. - № 5. - С. 609–613.
  4. Ралдугин В. А., Деменкова Л. И., Пентегова В. А. Групповой состав живицы кедра
  5. сибирского. // Химия природных соединений. - 1984. - № 5. - С. 677-678.
  6. Пентегова, В. А., и Семенов А. А.. Терпеноиды хвойных растений. Наука, 1987.
  7. Чудный, А. В. Сопряженность состава терпентинных масел и устойчивости к повреждениям насекомыми и болезням видов семейства Pinaceae. Растит. ресурсы 20.2 (1984): 153-166.
  8. Перцовский, А. Л., и Буйнова Б. Ф. Состав дитерпеновых кислот продуктов заготовки и переработки экстрактивных веществ кедра. Химия древесины (1990).
  9. Kobayashi, Jun'ichi, et al. "Chapecoderins AC, New Labdane-Derived Diterpenoids from Echinodorus macrophyllus." Journal of natural products 63.3 (2000): 375-377.
  10. Ono, Masateru, et al. "New Diterpenes and Norditerpenes from the Fruits of Vitex r otundifolia." Journal of natural products 65.4 (2002): 537-541.
  11. Толстикова и др., Ламбертиановая кислота и ее аминопроизводныеновая группа перспективных нейротропных агентов. Докл. АН. Vol. 374. No. 2. 2000.
  12. Tolstikova et al., // 3rd Internet. Symp. on the Chemistry of Natural Compounds. Buchara, 1998. P. 53.
  13. Tolstikova, T. G., et al. "Nootropic activity of lambertianic acid derivatives." Doklady Biological Sciences. Vol. 376. No. 1. MAIK Nauka/Interperiodica, 2001.
  14. Морозова Е. А., и др. Анальгетическая активность некоторых фуранодитерпеноидов лабданового ряда и их производных. Химия в интересах устойчивого развития 4 (2010).
  15. Chae, Hee-Sung, and Young-Won Chin. "Anti-allergic effect of lambertianic acid from Thuja orientalis in mouse bone marrow-derived mast cells." Immunopharmacology and immunotoxicology 34.2 (2012): 250-255.
  16. Ралдугин и др., Пинусолид - новый дитерпеноид из Pinus sibirica и Pinus koraiensis. // Химия природных соединений. - 1970. - № 5. - С. 541-545.
  17. Толстиков и др., Смоляные кислоты хвойных России. Химия, фармакология 2011 г. – 395 с.
  18. Shults, E. E., et al. "Gram-scale synthesis of pinusolide and evaluation of its antileukemic potential." Bioorganic & medicinal chemistry letters 16.16 (2006): 4228-4232.
  19. Chiang Y. M. et al. Cytotoxic constituents of the leaves of Calocedrus formosana //Journal of the Chinese Chemical Society. – 2003. – Т. 50. – №. 1. – С. 161-166.).