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海金沙提取液抑制草酸钙结石的化学基础研究



全 文 :第 31卷第 4期 通 化 师 范 学 院 学 报 Vol.31 № 4
2010年 4月 JOURNALOFTONGHUATEACHERSCOLLEGE Apr.2010
海金沙提取液抑制草酸钙结石的化学基础研究
王润霞1, 2 ,王秀芳 1 ,谢安建 1 ,沈玉华 1 ,周建庆 2 ,邾枝花2
(1.安徽大学 化学化工学院 ,安徽合肥 230039;2.安徽医学高等专科学校 ,安徽 合肥 230601)
摘 要:文中采用体外模拟方法研究了海金沙提取液对草酸钙结石的影响 ,用 X射线衍射 、红外光谱 、扫描电子显微镜等对结
果进行了表征.研究表明 ,海金沙提取液可以抑制COD晶体向热力学更稳定态的 COM晶体转变 ,这种抑制作用随海金沙提取液浓
度增大而增大 ,且 COD晶体尺寸随着海金沙提取液浓度的增大而减小 ,这有利于抑制草酸钙结石.
关键词:尿结石;草酸钙晶体;中草药;海金沙;抑制
中图分类号:O614.23+13;O743+3 文献标志码:A 文章编号:1008-7974(2010)04-0001-05
基金项目:国家自然科学基金(No.20671001, 20871001);高校博士点基金(No.20070357002);安徽省高等学校自然科学一般
项目(No.KJ2008B50ZC)
收稿日期:2010-01-22
作者简介:王润霞(1968-),女 ,安徽颍上人 ,硕士 ,安徽医学高等专科学校药学系副教授.
  生物体中存在着许多生物矿物 ,这些生物矿物
中包含的无机物是自然界常见的无机矿物 ,如草酸
钙 、碳酸钙和磷酸钙等.生物矿化是指在有机基质调
控和参与下生物矿物在生物体内的形成过程 ,尿结
石是生物体内病理矿化的产物 ,其中 70% ~ 80%的
晶体成分为草酸钙(CaOxa),它有三种水合物形式:
即热力学稳定的一水草酸钙 (CaOxa(H2 O, COM)、
亚稳态的二水草酸钙(CaOxa(2H2O, COD)和热力学
不稳定的三水草酸钙 (CaOxa(3H2 O, COT).由于
COM是热力学稳定状态 ,因此是结石中最普遍的晶
型 ,约占 70%以上 [ 1] .由于 COD表面呈电中性 ,其与
细胞膜表面的粘附能力大约是 COM的二分之一 ,与
肾小管细胞的接触程度较小 ,与肾小管细胞表面结
合力较弱 ,比 COM更容易随尿排出体外 [ 2] .因此 ,抑
制 COM形成或稳定 COD在尿液中的存在 ,有利于
治疗草酸钙结石.
中草药治疗尿结石具有副作用小 、价格便宜和
疗效明显等优点 ,已成为治疗尿结石的重要医疗手
段 ,但其治疗机制至今尚不清楚.本课题组曾研究了
金钱草 [ 3] 、乌梅[ 4] 、玉米须 [ 5]等植物对草酸钙晶体
生长的抑制作用 ,探索了抑制因素的作用原理 ,为临
床寻求防治尿结石的新药提供了一定的理论支持.
目前治疗尿结石的中草药使用较多的是 “三金 ”(金
钱草 、鸡内金 、海金沙)、“二子 ”(冬葵子 、车前子)、
“二石”(石韦 、滑石)等组成的合剂 [ 6] ,其中海金沙
草系海金沙科 Lygodiaceae海金沙属 Lygodium多年
生蕨类植物海金沙的地上部分.本文采用体外模拟
方法研究了单味中药海金沙提取液对草酸钙结晶的
影响 ,从化学配位和草酸钙晶相等角度讨论了其抑
制草酸钙结石的化学基础 ,这将为临床使用海金沙
作为治疗尿结石的有效药物提供理论依据和支持.
1 实验部分
1.1 试剂与仪器
草酸钠(北京化工厂),无水氯化钙 (上海泗联
化工厂)均为分析纯 ,水为二次水.海金沙为广西所
产 ,来源于多年生蕨类植物海金沙的地上部分的干
燥全草.
傅立叶变换红外光谱在 NEXUS-870型红外光
谱仪(美国 Nicolet公司)上测试;扫描电子显微镜
(SEM)为 S4800型(日本),加速电压 10KV;物相测
试用 MAP18XAHF型 X-射线衍射仪完成 ,测试电
压 40KV,电流 100mA,扫描速度 4o/min.DDS-11A
电导率仪(上海理达仪器厂).TGL-16G高速离心
机(上海安亭科学仪器厂).
1.2 实验方法
1.2.1 海金沙提取液的制备
取海金沙 400g,加二次蒸馏水 4000ml,煮沸 60
min,过滤 ,收集滤液 ,滤渣加二次蒸馏水 4000 ml,煮
沸 40 min,过滤 ,合并两次滤液 ,浓缩成含生药 0.05
g·ml-1 , 0.2 g· ml-1 , 0.4 g· ml-1 , 0.8 g· ml-1
的海金沙提取液 ,用高速离心机进行离心(转速为
11000转 /分),取上清液备用.
1.2.2 海金沙对草酸钙晶体生长的影响
在一只洁净的烧杯中分别加入 5 mmol· L-1的
·1·
DOI :10.13877/j.cnki.cn22-1284.2010.04.001
CaCl2溶液 50 ml,二次蒸馏水 50 ml和 5 mmol· L-1
的 Na2C2O4溶液 50 ml,搅拌均匀 ,反应 10 min,静置
陈化 2h,离心分离 ,所得样品干燥后待测.分别替换
二次水为含生药 0.05g·ml-1 , 0.2g· ml-1 , 0.4g·
ml-1 , 0.8g· ml-1的海金沙提取液 ,同法操作 ,所得
样品干燥后待测.
1.2.3 草酸钙结晶动力学研究
结晶动力学通过测定溶液电导率变化来监测.
向 25ml浓度为 5mmol· L-1的 CaCl2溶液中加入
25ml二次蒸馏水 ,再加 25ml浓度为 5mmol· L-1的
Na2C2O4溶液 ,测定所得溶液的电导率 ,测定过程中
用恒定速度搅拌被测溶液.然后分别用生药浓度为
0.05g·ml-1和 0.4g· ml-1的海金沙提取液替换二
次蒸馏水 ,同法测定电导率.
2 结果与讨论
2.1 海金沙对草酸钙晶体形成的影响
2.1.1 草酸钙晶体的 SEM照片
图 1 加入不同浓度海金沙提取液后草酸钙晶体的 SEM图像
(a)0g· ml-1 , (b)0.05g· ml-1 , (c)0.2g· ml-1 ,
(d)0.4g· ml-1 , (e)0.8g· ml-1oflygodiumextract, respectively
不同条件下制得的草酸钙晶体的形貌通过扫描
电镜观察.图 1a为未加海金沙提取液的水溶液中形
成的草酸钙晶体照片 ,照片显示草酸钙晶体为不规
则的六边形片状结构 ,并且聚集成菊花状 ,这种六边
形片状结构的草酸钙是 COM型晶体[ 7] ,因此可以推
测在未加海金沙提取液形成的草酸钙晶体是 COM
型.图 1b为加入 0.05g· ml-1提取液后形成的草酸
钙晶体照片 ,照片显示有两种形貌的草酸钙晶体 ,一
种是与图 1a中晶体相似的大小不一的不规则的六
边形片状结构的 COM型晶体 ,另一种是四方锥形晶
体 ,此为 COD晶体[ 8] ,晶体的边长约 4.5μm,棱长约
2.5μm,因此可以推测 ,加入 0.05 g· ml-1海金沙提
取液后形成的是 COM与 COD混合的草酸钙晶体.
图 1c为加入 0.2 g· ml-1海金沙提取液后形成的草
酸钙晶体照片 ,与图 1b相似 ,也有两种形貌的晶体 ,
一种是大小不一的六边形片状的 COM晶体 ,另一种
是大小不一的四方锥形的 COD晶体 ,晶体的平均边
长约 3μm,平均棱长约 1.5μm,因此可以推测 ,加入
0.2 g· ml-1海金沙提取液后形成的也是 COM与
COD混合的的草酸钙晶体 ,所得 COD晶体比图 1b
中的小.图 1d为加入 0.4 g· ml-1提取液后形成的
草酸钙晶体的 SEM图像 ,照片中没有发现片状六边
形 COM晶体 ,只有大小均匀的四方锥形的 COD型
晶体.图 1e为加入 0.8 g· ml-1提取液后形成的草
酸钙晶体的 SEM图像 ,图中也没有发现片状六边形
晶体 ,与图 1d比较 ,晶体由四角双锥形变为四角双
锥柱形 ,两端的锥形面更趋于圆钝 , 柱体长约为
0.5μm,晶体明显要比 1d中晶体的尺寸小 ,初步推
测 ,此条件下所得草酸钙也只是 COD型的晶体.从
上述讨论可以推测海金沙提取液不仅可以抑制 COD
晶体向 COM晶体转化 ,而且随海金沙提取液浓度增
大 COD晶体尺寸随之减小.
2.1.2 草酸钙晶体的 FTIR光谱
图 2 加入不同浓度海金沙提取液后草酸钙晶体的 FTIR谱图
(a)0g· ml-1 , (b)0.05g· ml-1 , (c)0.4 g· ml-1 ,
(d)0.8g· ml-1oflygodiumextract, respectively
图 2所示为加入不同浓度海金沙提取液后生长
的草酸钙晶体的 FTIR谱图.在不加海金沙提取液生
长的草酸钙晶体的 FTIR光谱如图 2a所示 , COO-
的伸缩振动带 ν(COO-)为 1318 cm-1 ,反对称伸缩
振动带 νas(COO-)以双峰出现 , 双峰位置分别在
1618cm-1和 1650 cm-1 , 峰位置与文献 [ 9] 报道的
COM和 COD晶体吸收峰吻合 ,在指纹区内 ,为 COM
的特征峰 657cm-1 ,这表明 ,此时生成的草酸钙晶体
主要为 COM[ 10] .在 0.05g· ml-1海金沙提取液中生
长的草酸钙晶体的 FTIR光谱如图 2b所示 , COO-
·2·
的伸缩振动带 ν(COO-)为 1326 cm-1 , νas(COO-)
也以双峰出现 ,双峰位置分别在 1618cm-1和 1650
cm-1 ,在指纹区内 ,又出现双峰 ,分别为 COM的特征
峰 657cm-1和 COD的特征峰 618cm-1 ,表明形成的
晶体为 COM和 COD的混合物[ 9] .在 0.4 g· ml-1海
金沙提取液中生长的草酸钙晶体的 FTIR光谱如图
2c所示 , COO-的伸缩振动带 ν(COO-)为 1326
cm-1 , νas(COO-)也以双峰出现 , 双峰位置分别在
1618cm-1和 1650cm-1 ,在指纹区 COD的特征峰出
现在 918, 616cm-1处 ,表明此时形成的草酸钙晶体
主要为 COD型.在 0.8 g· ml-1海金沙提取液中生
长的草酸钙晶体的 FTIR光谱如图 2d所示 , COO-
的伸缩振动带 ν(COO-)为 1326 cm-1 , νas(COO-)
以单峰出现 , 峰位置分别在 1647 cm-1 , 在指纹区
COD的特征峰出现在 918, 616cm-1处 ,表明此时形
成的草酸钙晶体为 COD型 ,与 SEM推测结果一致.
2.1.3 草酸钙晶体的 XRD图
图 3 加入不同浓度海金沙提取液后草酸钙晶体的 XRD图谱
(a)0g· ml-1 , (b)0.05g· ml-1 , (c)0.2g· ml-1 ,
(d)0.4g· ml-1 , (e)0.8g· ml-1oflygodiumextract, respectively
图 3所示为加入不同浓度海金沙提取液后草酸
钙晶体的 XRD图谱.图 3a是未加海金沙提取液的
草酸钙晶体的 XRD谱 ,位于 15.08°, 24.44°和 30.
20°处的衍射峰应归属于 COM晶体(JCPDS卡片号:
20-0231)的(101)面 、(020)面和(202)面 ,这表明
未加海金沙提取液的草酸钙晶体是以 COM晶型存
在的.加入浓度为 0.05 g· ml-1的海金沙提取液后
的草酸钙晶体的 XRD谱如图 3b,与图 3a相比较 ,可
以发现图 3b中 COM型晶体的衍射峰减弱 ,而位于
14.22°, 19.90°, 32.22o, 37.16o和 40.23o出现衍射
峰 ,对应于 COD晶体(JCPDS卡片号:17-0541)的
(200), (211), (411), (103)和 (213)面 ,表明此时
草酸钙晶体以 COM和 COD两种晶型同时存在.图
3c为加入浓度为 0.2 g· ml-1的海金沙提取液后的
草酸钙晶体的 XRD谱 ,与图 3b相比较 ,可以发现图
3c中 COM型晶体的衍射峰更弱 ,而 COD型晶体的
衍射峰增强 ,表明此时草酸钙晶体虽然仍以 COM和
COD两种晶型同时存在 ,但 COD的量增多.加入浓
度为 0.4g· ml-1的海金沙提取液后 ,所得草酸钙
晶体的 XRD如图 3d所示 ,与图 3c相比较 ,可以发
现图 3d中 COM型晶体的衍射峰消失了 ,表明此时
所得草酸钙晶体主要为 COD型.加入浓度为
0.8g· ml-1的海金沙提取液后 ,所得草酸钙晶体的
XRD如图 3e所示 ,与图 3d非常相似 ,表明此时所得
草酸钙晶体也主要为 COD型.以上结果与 SEM图
及 FTIR光谱推测的结果吻合.将图 3d与图 3c相
比 ,可以发现 COD晶体的(213)面的衍射峰的强度
减弱 ,而(211)面的衍射峰的强度则明显增加了 ,这
可能是海金沙提取液中的有效成分在抑制 COD向
COM晶体转化过程中 ,随着海金沙提起液浓度增
大 ,其有效成分与 Ca2+具有某种特定的络合作用 ,
引起不同晶面的生长速率改变 [ 11] ,因而使得(213)、
(211)等面的衍射峰的强度发生变化 ,使晶体生长表
现取向性 ,这与 SEM图观察的结果相吻合.
图 4 加入不同浓度海金沙提取液后草酸钙晶体
生长过程中溶液电导率和时间的关系
(a)0g· ml-1 , (b)0.05g· ml-1 ,
(c)0.8g· ml-1oflygodiumextract, respectively
2.2 加入不同浓度海金沙提取液后草酸钙晶体生
长的动力学研究
加入不同浓度海金沙提取液后草酸钙过饱和溶
·3·
液结晶沉淀过程中溶液电导率随时间的变化如图 4
所示.从图 4a可以看出 ,在未加海金沙提取液的水
中 ,加入 CaCl2溶液再加入 Na2C2O4溶液后 ,所测电
导率在短时间内迅速下降 , 1分钟后电导率基本不
变 ,即达到沉淀溶解平衡 ,说明 Ca2+离子与 C2O42 -
离子反应迅速聚集成核.从图 4b可见 ,加入 0.05g·
ml-1海金沙提取液后 ,电导率的动力学曲线下降缓
慢 , 1.5分钟后达到沉淀溶解平衡.当加入 0.8 g·
ml-1海金沙提取液后(图 4c),电导率的动力学曲线
下降更缓慢 , 2.5分钟后才达到沉淀溶解平衡 ,表明
CaC2O4晶体的成核速率随着海金沙提取液浓度增大
变小 ,这可能是因为随海金沙提取液浓度增大 ,其中
的有效成分与 Ca2+络合能力增大 ,抑制了晶体的成
核.以上情况说明海金沙提取液对草酸钙晶体的成
长具有抑制作用 ,并且随着海金沙提取液浓度增大 ,
这种抑制作用增强.
2.3 海金沙提取液对草酸钙结晶的影响机理探讨
图 5 海金沙提取液的红外光谱
(a)beforecoordinationwithCa2+ions,
(b)aftercoordinationwithCa2+ions
图 5a是海金沙提取液的红外光谱 , 图中位于
1611cm-1处的吸收峰对应于有机酸或者多糖中 vsC
=O的伸缩振动.图 5 b是海金沙提取液和 CaCl2混
合液的红外光谱 ,从图中可看出 ,海金沙提取液和
CaCl2混合液的 vsC=O的伸缩振动峰移至 1619
cm-1.这可能是由于海金沙提取液中存在蒙花苷 、香
叶木苷 、山柰酚 -3-O-芸香糖苷 、(6S, 9R)-6-
羟基 -3-酮 -α-紫罗兰醇 -9-O-β -D-葡萄
糖苷 、3-甲氧基 -4-羟基苯甲酸 、正二十五烷酸和
正二十六烷酸等成分 [ 12] ,含有羧基 、羟基 、羰基等基
团 ,这些基团与钙结合形成可溶性配位络合物 ,因此
vsC=O的伸缩振动峰发生红移.同时 ,蒙花苷 、香叶
木苷属黄酮类物质 ,黄酮类物质中的羟基可以与
Ca2+配位形成配合物 [ 13] ,同时提取液中一些相对分
子质量较大的单体成分(如黄酮 、糖苷等)不但能与
Ca2+形成配合物 ,而且还能以疏水 、交叠 、包合等方
式形成分子络合物 ,减小 Ca2+与 Oxa2-的络合能力 ,
从而降低 CaOxa的过饱和度 , 低饱和条件抑制了
CaOxa的成核和生长.
在几种晶型的草酸钙晶体中 , COM在单位面积
里具有最多的吸附点 ,吸附能力最强 ,而 COD在单
位面积里具有最少的吸附点 ,吸附能力最弱.要使
COD在水溶液中保持长时间的稳定性 ,就需要使用
添加剂将 COD晶体全部覆盖 [ 14] .本论文中当加入
海金沙提取液为 0.05或 0.2 g· ml-1时 ,其有效成
分可能不足以将形成的 COD晶面全部覆盖 ,不能完
全阻止 COD转变为 COM,故存在 COM和 COD两种
晶体.随着海金沙提取液浓度增大 ,有效成分与 COD
的吸附位点键合增多.当加入海金沙提取液等于或
大于 0.4 g· ml-1时 ,估计其有效成分在 COD上的
吸附已达到最大值 ,减小了 COD晶体的溶解速率 ,
增强了 COD晶体在溶液中的热力学稳定性 ,进而抑
制了 COD晶体向 COM转变 ,故此条件下形成的草
酸钙晶体主要为 COD型.
3 结论
综上所述 ,海金沙提取液中的有机分子可以抑
制亚稳态草酸钙晶体 COD向热力学更为稳定的
COM转化 ,并且随着海金沙提取液浓度的增加 , 这
种抑制效果更加明显 ,同时 COD晶体尺寸随海金沙
提取液浓度增大而变小.由于抑制 COM晶体的形成
及减小 COD尺寸均有利于阻止草酸钙结石的形成 ,
因此 ,该结果为临床使用海金沙作为防治尿结石的
有效药物提供了理论支持 ,并且还可为开发新的防
治草酸钙结石的中草药提供启示.
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(下转第 8页)
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(责任编辑:王宏志)
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Abstract:Amaximalcompletesub-graphofGiscaledacliqueofG.IfeveryblockofGisacliqueofG, thenG
iscaledablockgraph.Theproblemsofsolvingtheminimumcliquetransversalsetandthemaximum
cliqueindependencesetarecaledMCTS-ProblemandMCIS-Problemrespectively.Thispapergivesa
linear-timealgorithmofMCTS-ProblemandMCIS-Probleminblockgraphsandprovesthattheclique
transversalnumberequalsthecliqueindependencenumberinblockgraphs, thatisτC(G)=αC(G).
Keywords:clique;minimumcliquetransversalset;maximumcliqueindependenceset;blockgraph;algorithm
(上接第 4页)
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(责任编辑:王宏志)
ChemicalBasicResearchofLygodiumExtractonInhibitingCalciumOxalateCrystal
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(1.SchoolofChemistryandChemicalEngineering, AnhuiUniversity, Hefei, Anhui230039, China;
2.AnhuiMedicalColege, Hefei, Anhui230601, China)
Abstract:Inthisarticle, theefectofaqueousextractfromlygodium, aChinesetraditionalherboninhibitingcalci-
umoxalatecrystalwasdiscussed.Thephasecompositionsofcalciumoxalatecrystal(CaOxa)investigated
invitromethodusingscanningelectronmicroscopy(SEM), X-raydifraction(XRD), fouriertransform
infraredspectroscopy(FT-IR).Theexperimentalresultsshowthatthelygodiumextractcouldnotonly
prohibitthetransformationofcalciumoxalatedehydrate(COD)tocalciumoxalatemonohydrate(COM),
butalsoreducethesizeofCOD.Theresultsupportslygodiummaybeusedtotreatandpreventcalcium
oxalatecrystalintheory, andmaygivereferenceandcluetofindnewChinesetraditionalmedicine.
Keywords:urinarycalculus;calciumoxalatecrystal;Chinesetraditionalherb;lygodium;inhibition
·8·