Elemental profiling of Trifolia leaves (Menyanthes trifoliata L.) by ICP-MS method

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Introduction. The need for systematic studies of the elemental composition of Menyanthes trifoliata is due to the need to ensure the quality and safety of pharmacopoeial raw materials in accordance with modern requirements.

Aim. To carry out a analysis of the elemental composition of the leaves of Menyanthes trifoliata L., growing in the conditions of the swamp ecosystem of the Moscow region, using the ICP-MS method to assess compliance with the requirements of the GF RF, to identify the features of the accumulation of elements in specific environmental conditions.

Matherial and Methods. M. trifoliata leaf samples were collected in July 2022 from bog ecosystem in Moscow region (55°86′N, 37°16′E). Sample preparation was performed according to OFS.1.1.0005.15. GF RF XV. Quantitative determination of 62 elements was performed by ICP-MS using ELAN DRC-e instrument. Statistical analysis included Pearson correlation analysis and cluster analysis.

Results. Dominant concentrations of macroelements K > Ca > P > Mg > Na were established. Among essential microelements, Mn (215 μg/g) > Fe (111 μg/g) > Zn (53.2 μg/g) > Cu (9.77 μg/g) prevailed. The content of As (0.12 μg/g), Hg (0.015 μg/g) and Pb (0.16 μg/g) is below the maximum permissible concentrations of the Russian Pharmacopoeia by 4.2, 6.7 and 37.5 times, respectively. Cd concentration (2.87 μg/g) exceeds Russian Pharmacopoeia standards (1.0 μg/g) by 2.87 times. Correlation analysis revealed significant relationships between Ca and Sr (r=0.81; p<0.01), Mg and Sr (r=0,55; p<0,05), negative correlation between K and Al (r=–0.54; p<0.05).

Conclusion. For the first time, 62-element profiling of M. trifoliata in bog conditions was performed. Cd content exceedance excludes the use of the studied sample for drug production. The identified correlations between elements reflect bioaccumulation features in specific ecological conditions of bog ecosystems.

About the authors

L. G. Babeshina

Moscow University "Synergy"

Author for correspondence.
Email: lbabeshina@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2028-0316
SPIN-code: 6738-4841

Dr.Sc. (Biol.), Associate Professor, Professor of the Department of General Biology and Pharmacy

Russian Federation, 80 b/3 Leningradsky Prospekt, Moscow, 125315

A. Y. Pinigina

Moscow University "Synergy"; Moscow Medical University "Reaviz"

Email: Annapin83@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-1126-934X
SPIN-code: 8797-9268

Senior Lecturer at the Department of Nursing Technologies; Senior Lecturer at the Department of Internal Medicine at the Moscow Medical University

Russian Federation, 80 b/3 Leningradsky Prospekt, Moscow, 125315; 27/2, Trade Union street, Moscow, 117418

E. V. Tyurina

Moscow Medical University "Reaviz"

Email: djun_25@mail.ru
ORCID iD: 0009-0001-7592-9952

Student of the Faculty of Medicine

Russian Federation, 27/2, Trade Union street, Moscow, 117418

L. А. Sotskova

Moscow Medical University "Reaviz"

Email: Lyubavalev@mail.ru
ORCID iD: 0009-0006-1979-0665

Student of the Faculty of Medicine

Russian Federation, 27/2, Trade Union street, Moscow, 117418

N. G. Paskar

I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation

Email: nnikpaskar@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0002-6656-6667
SPIN-code: 8269-0440

Student of the A.P. Nelyubin Institute of Pharmacy

Russian Federation, 8/2, Trubetskaya str., Moscow, 119991

References

  1. Dyakova N.A. Zhiznenno neobhodimye mikroelementy, v dikorastushih lekarstvennyh rasteniyah estestvennyh ekotopov Voronezhskoj oblasti. Ulyanovskij mediko-biologicheskij zhurnal. 2025; 1: 124–134. (In Russ.); https://doi.org/ 10.34014/2227-1848-2025-1-124-134.
  2. Chevidaev V.V., Bokov D.O., Gravel I.V., Samylina I.A. Issledovanie elementnogo sostava grudnogo sbora № 2 i ego komponentov. Vedomosti Nauchnogo centra ekspertizy sredstv medicinskogo primeneniya. Regulyatornye issledovaniya i ekspertiza lekarstvennyh sredstv. 2024; 14(2): 171–180. (In Russ.); https://doi.org/10.30895/1991-2919-2023-566.
  3. Babeshina L.G., Haustova S.Yu., Sokolovskaya L.N., Kubrikova Yu.V. Elementnyj sostav listev beryozy pushistoj. Izvestiya GGTU. Medifina, farmaciya. 2024; 1(17): 17–23. (In Russ.); https://doi.org/10.51620/2687-1521-2024-1-17-17-23.
  4. Pramod K.S., Anilakumar K.R., Vidya S.K. et al. Phytochemistry, pharmacology and toxicology of Menyanthes trifoliata L.: a review. Journal of Ethnopharmacology. 2017; 197: 229–238. doi: 10.1016/j.jep.2016.10.075.
  5. Lovkova M.Ya., Duzuk G.N., Sokolova S.M., Derevyago L.N. O vozmozhnosti ispolzovaniya lekarstvennyh rastenij dlya lecheniya i profilaktiki mikroelementozov i patologicheskih sostoyanij. Mikroelementy v medicine. 2005; 6(4): 3–9. (In Russ.).
  6. Turusova E.V., Aleksandrova L.N., Lyshikov A.N., Nasakin O.E. Himicheskij sostav listev vahty tryohlistnoj. Himiko-farmacevticheskij zhurnal. 2021; 55(3): 34–37. (In Russ.).
  7. Kolomiec N.E., Boev R.S., Zhalnina L.V. i dr. Ocenka elementnogo profilya listev, kornej, semyan i suhih ekstraktov Arctium lappa i Arctium tomentosum. Himiya rastitelnogo syrya. 2024; 2: 138–147. (In Russ.). doi: 10.14258/jcprm.20240212998.
  8. Rybashlykova L.P. Makro- i mikroelementy v lekarstvennyh rasteniyah, kultiviruemyh v Astrahanskoj oblasti. Voprosy biologicheskoj, medicinskoj i farmacevticheskoj himii. 2017; 5: 33–35. (In Russ.).
  9. World Health Organization. WHO Guidelines for assessing quality of herbal medicines with reference to contaminants and residues. Geneva: World Health Organization; 2011 134 p. https://apps.who.int/iris/handle/10665/44406.
  10. European Medicines Agency. Guideline on quality of herbal medicinal products/traditional herbal medicinal products. EMA/HMPC/246816/2005 Rev. 2; 2014; https://www.ema.europa.eu/en/documents/scientific-guideline/guideline-quality-herbal-medicinal-products-traditional-herbal-medicinal-products_en.pdf.
  11. United States Pharmacopeial Convention. USP General Chapters <232> Elemental Impurities—Limits and <233> Elemental Impurities—Procedures. Rockville, MD; 2016; https://www.usp.org/monographs-and-general-chapters/general-chapter-232.
  12. U.S. Food and Drug Administration. Botanical Drug Development: Guidance for Industry. Rockville, MD: FDA; 2016 47 p. https://www.fda.gov/media/93190/download.
  13. OFS.1.5.3.0009.15 «Opredelenie soderzhaniya tyazhyolyh metallov i myshyaka v lekarstvennom rastitelnom syre i lekarstvennyh rastitelnyh preparatah» [Elektronnyj resurs]. Gosudarstvennaya farmakopeya Rossijskoj Federacii. Izd. 15-e. (In Russ.). URL: https://pharmacopoeia.regmed.ru/pharmacopoeia/izdanie-15/1/1-5/1-5-1/opredelenie-soderzhaniya-tyazhyelykh-metallov-i-myshyaka-v-lekarstvennom-rastitelnom-syre-i-lekarstv/ (дата обращения/date of access 05.05.2025).
  14. Li X., Ma T., Wang H., Yan B. Elemental profiling study for the authentication of Chinese medicinal herbs using ICP-MS. American Journal of Analytical Chemistry. 2020; 11(6): 396–405. doi: 10.4236/ajac.2020.116029.
  15. Yamamoto A., Nakamura K., Tanaka T., Saito T. Elemental Analysis of Medicinal Plants by ICP-MS: Implications for Quality Control. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2021; 172: 81–89. doi: 10.1016/j.jpba.2019.03.020.
  16. Kuznetsov P.V., Makarova M.E., Petrov V.V. et al. Multi-element analysis of herbal tea samples by ICP-MS. Analytical Methods. 2021; 13(12): 1572–1580. doi: 10.1039/D0AY02340F.
  17. Radysh I.V., Skalny A.V., Notova S.V., Marshinskaya O.V., Kazakova T.V. Vvedenie v elementologiyu: uchebnoe posobie. Orenburgskij gos. un.-t. Orenburg: OGU. 2017. 183 s. (In Russ.).
  18. Rastitelnye resursy Rossii: dikorastushie cvetkovye rasteniya, ih komponentnyj sostav i biologicheskaya aktivnost. T 4. Otv. red. A.L. Budancev. — SPb-M.: Tovarishestvo nauchnyh izdanij KMK, 2011; s. 67–68. (In Russ.).
  19. FS.2.5.0065.18 «Vahty trehlistnoj listya " [Elektronnyj resurs]. Gosudarstvennaya farmakopeya Rossijskoj Federacii. Izd. 14-e. (In Russ.). URL: https://pharmacopoeia.regmed.ru/pharmacopoeia/izdanie-14/ (дата обращения/ date of access 05.05.2025).
  20. Lindholv P., Gullbo J., Claeson. P., Goransson U. et al. Selective cytotoxicity evaluation in anticancer drug screening of fractionated plant extract. J. Biomol. Screen. 2002; 7(4): 333–340.
  21. Teneva I., Panchev I., Stoikov I. Flavonoids from Menyanthes trifoliata. Phytochemistry. 2001; 58(7): 1003–1007. doi: 10.1016/S0031-9422(01)00187-6.
  22. Wójciak-Kosior M., Gładkowski W., Jędrusik P. Isolation and structure elucidation of new lignans from Menyanthes trifoliata. Planta Medica. 2007; 73(15): 1500–1503. doi: 10.1055/s-2007-990343.
  23. Turrini A., Baldi L., Alfonso V. et al. Heavy metals in plants used in phytotherapy and dietary supplements. Plant Biosystems. 2020; 154(3): 349–354. doi: 10.1080/11263504.2019.1685825.
  24. Šajn R., Balážová Z., Pongráč P., Vasilev A. Micro- and macronutrient concentrations in aquatic plants in Northern European wetlands. Chemosphere. 2007; 68(5): 817–823. doi: 10.1016/j.chemosphere.2007.01.013.
  25. Nawrot N.P., Kartushina V., Lampe C. Trace metals in wetland plants of the Carpathian region. Ecological Indicators. 2019; 96: 844–852. doi: 10.1016/j.ecolind.2018.10.069.
  26. François A.C., Springer E.J., Leston K.P., Madsen T.A. Metal accumulation in Typha latifolia in constructed wetlands. Environmental Science & Technology. 2002; 36(4): 721–726. doi: 10.1021/es010837d.
  27. Canton J.T., Street-Keirans J., Leston K.P. et al. Metal accumulation in Sphagnum species from southern Québec. Environmental Pollution. 2012; 169: 142–150. doi: 10.1016/j.envpol.2012.04.003.
  28. OFS.1.1.0005.15 «Otbor prob lekarstvennogo rastitelnogo syrya i lekarstvennyh rastitelnyh preparatov» [Elektronnyj resurs]. Gosudarstvennaya farmakopeya Rossijskoj Federacii. Izd. 15-e. (In Russ.). URL: https://pharmacopoeia.regmed.ru/pharmacopoeia/izdanie-15/1/1-1/otbor-prob-lekarstvennogo-rastitelnogo-syrya-i-lekarstvennykh-rastitelnykh-preparatov-/ (дата обращения/date of access 05.05.2025).
  29. Zajcev G.N. Metodika biometricheskih raschetov. Matematicheskaya statistika v eksperimentalnoj botanike. M. 1976. 256 s. (In Russ.).
  30. Skalny A.V. Himicheskie elementy v fiziologii i ekologii cheloveka. M.: Izdatelskij dom «Oniks 21 vek»: Mir. 2004. 216 s. (In Russ.).
  31. Skalny A.V., Rudakov I.A. Bioelementy v medicine. M.: Izdatelskij dom «Oniks 21 vek»: Mir. 2004. 272 s. (In Russ.).
  32. Marschner P. Marschner's Mineral Nutrition of Higher Plants. 3rd ed. London: Academic Press. 2012. 672 p.
  33. White P.J., Broadley M.R. Calcium in plants. Annals of Botany. 2003; 92(4): 487–511. doi: 10.1093/aob/mcg164.
  34. Broadley M.R., White P.J., Hammond J.P. et al. Zinc in plants. New Phytologist. 2007; 173(4): 677–702. doi: 10.1111/j.1469-8137.2007.01996.x
  35. Brown P.H., Welch R.M., Cary E.E. Nickel: A micronutrient essential for higher plants. Plant Physiology. 1987; 85(3): 801–803. doi: 10.1104/pp.85.3.801.
  36. White P.J., Broadley M.R. Biofortification of crops with seven mineral elements often deficient in human diets – iron, zinc, copper, calcium, magnesium, selenium and iodine. New Phytologist. 2009; 182(1): 49–84. doi: 10.1111/j.1469-8137.2008.02738.x
  37. Vasilevich R., Vasilevich M., Lodygin E., Abakumov E. Geochemical characteristics of the vertical distribution of heavy metals in the hummocky peatlands of the cryolithozone. Int J Environ Res Public Health. 2023; 20(5): 3847. doi: 10.3390/ijerph20053847.
  38. Ramos V.H., Martinez I., Silva M.A., Costa M. Elemental correlation networks in aquatic macrophytes: an approach to trace metal uptake. Journal of Environmental Management. 2022; 286: 112188. doi: 10.1016/j.jenvman.2021.112188.
  39. Li J., Wang L., Liu Q., Nie X. Multivariate statistical analysis of heavy metal concentrations in vegetables using PCA and HCA. Environmental Science and Pollution Research. 2019; 26(10): 10199–10211. doi: 10.1007/s11356-019-04380-4.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Heat map of correlations between elements in Menyanthes trifoliata L. leaf samples

Download (44KB)
Indexing metadata

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».