Charakterisierung der radikalfangenden Eigenschaften pflanzlicher Entzündungshemmer

Abstract

Bei entzündlichen Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts wie Gastritis, Reizmagen und Reizdarm und bei entzündlichen Gelenkerkrankungen spielen reaktive Sauerstoffspezies eine wichtige Rolle. Da zur Behandlung häufig Phytopharmaka eingesetzt werden, wurden Iberogast ® und seine Einzelextrakte, Extrakte aus Weidenrinde, Teufelskrallenwurzel, Brennnesselblättern und Phytodolor ® und seine Einzelextrakte sowohl in rein chemischen Testsystemen (AAPH-Reaktion, Xanthin/ Xanthinoxidase-Reaktion) als auch in zellulären Modellen (Lungen-, Vollblut-, Leukozytenmodell) auf ihre radikalfangenden Eigenschaften hin untersucht. Für das Magen-Darm-Therapeutikum Iberogast ® und seine neun pflanzlichen Komponenten wurden in allen Testmodellen radikalfangende Effekte gefunden, wobei die Extrakte je nach Testsystem unterschiedlich stark wirksam waren. In den chemischen Testsystemen und im Lungenmodell war der Extrakt aus Pfefferminzblättern am wirksamsten. Im Leukozytenmodell senkte der Extrakt aus Kamillenblüten die verbleibende basale Radikalproduktion am stärksten, die Radikalproduktion nach Stimulation mit Zymosan wurde am stärksten durch den Pfefferminzblätterextrakt reduziert. Um die radikalfangenden Eigenschaften von Extrakten zu charakterisieren, sollten diese also immer in verschiedenen Testsystemen geprüft werden. Zusätzlich wurde der Frage nachgegangen, ob in Vielstoffgemischen wie Iberogast ® hemmende oder aktivierende Wechselwirkungen zwischen den Einzelextrakten auftreten. Die Ergebnisse deuteten in den chemischen Modellen auf additive, in den zellulären Systemen auf supraadditive Wechselwirkungen hin, was eventuell an der höheren Komplexität der zellulären Modelle liegt. Auf Grund dieser Ergebnisse scheint der Einsatz solcher Vielstoffgemische in vielen Fällen der Verwendung von Einzelsubstanzen überlegen zu sein, eine Erkenntnis, die auch in der konventionellen Arzneimitteltherapie bei multifaktoriellen Erkrankungen, wie der Hypertonie, wieder zunehmend Anwendung findet. Exemplarische Untersuchungen zu einzelnen isolierten Inhaltsstoffen der Einzelextrakte von Iberogast ® zeigten große Unterschiede zwischen dem antioxidativen Verhalten des jeweiligen Gesamtextraktes im Vergleich zur Wirkung der isolierten Substanz, sodass in der Regel die Wirkung eines Extraktes nicht durch einen einzelnen Inhaltsstoff zustande kommt. Auch die bei entzündlichen Gelenkerkrankungen eingesetzten Extrakte aus Weidenrinde (ethanolisch und wässrig), Teufelskrallenwurzel und Brennnesselblättern wurden in verschiedenen Testsystemen auf ihre radikalfangenden Eigenschaften untersucht. In den chemischen Modellen fingen alle vier Extrakte Radikale ab, wobei die Extrakte aus Weidenrinde die stärksten Wirkungen hatten, der Brennnesselblätterextrakt die schwächsten. In den zellulären Modellen konnte nur für Weidenrinde eine eindeutige antioxidative Wirkung gefunden werden. Die Untersuchung verschieden polarer Fraktionen des wässrigen Weidenrindenextraktes auf ihr radikalfangendes Potential in verschiedenen Testsystemen zeigte, dass sich die antioxidativ wirksamen Substanzen in den lipophilen Fraktionen anreicherten. So scheinen vor allem Polyphenole für den radikalfangenden Effekt verantwortlich zu sein. Da, wie von anderen Arbeitsgruppen gezeigt, auch die weiteren Fraktionen zum Beispiel Enzym hemmende Wirkungen zeigten, sollte weiter untersucht werden, welcher Anteil der antiinflammatorischen Wirkung den verschiedenen Fraktionen zuzuschreiben ist. Damit könnte geklärt werden, ob Entzündungshemmung entweder durch antioxidative Mechanismen oder COX-Hemmung oder nur synergistisch erreicht wird. Um bei komplexen Wirkstoffgemischen, wie sie in pflanzlichen Extrakten vorliegen, aus analytischen Daten pharmakologische Wirkungen vorhersagen zu können, wurde in Zusammenarbeit mit Frau Dr. K. Wuthold, Institut für pharmazeutische Chemie, Universität Tübingen, ein neuartiges Verfahren angewandt, bei dem für verschiedene Weidenrindenextrakte analytische Daten (HPLC, HPTLC) mit pharmakologischen Daten (antioxidative Effekte) mittels multivariater Datenanalyse korreliert wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass dieses Verfahren gut geeignet ist, um die pharmakologische Wirkung von Extrakten nur mit Hilfe der Analytik vorauszuberechnen. Auch Phytodolor ®, das bei rheumatischen Erkrankungen und Neuralgien eingesetzt wird, und seine Einzelextrakte waren in der AAPH-Reaktion als Radikalfänger wirksam, wobei der Extrakt aus Eschenrinde den stärksten Effekt zeigte, der Goldrutenkrautextrakt den schwächsten. Bei der Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen den Einzelextrakten von Phytodolor ® in der AAPH-Reaktion deuteten die Ergebnisse auf eine additive Verstärkung hin. In komplexeren Modellen, wie dem Leukozytenmodell, scheinen supraadditive Wechselwirkungen aufzutreten. Wenn diese in vitro gefundenen antioxidativen Wirkungen der verschiedenen Extrakte auch in vivo bestätigt werden, kann man annehmen, dass ein Teil der antiinflammatorischen Wirkungen der Extrakte auch über diesen Mechanismus zustande kommt, zumindest, dass damit entsprechende pleiotrope Effekte verbunden sind. Allerdings muss bei einer Therapie mit Antioxidantien auch immer bedacht werden, dass bei einer zu hohen Dosierung des Radikalfängers eventuell auch physiologische Aufgaben der ROS nicht mehr erfüllt werden und entsprechende Nebenwirkungen auftreten könnten.

Reactive oxygen species play an important role in inflammatory diseases of the gastrointestinal tract, like gastritis, irritable stomach and bowel syndrome, and also in inflammatory joint diseases. Often herbal pharmaceuticals are used in the treatment of those diseases. Therefore Iberogast ® and its single components, extracts from Salix (bark), Harpagophytum procumbens (root), Urtica dioica (leaves) and Phytodolor ® and its single components were tested for their radical scavenging properties not only in pure chemical models (AAPH-reaction, Xanthine/ Xanthine oxidase-reaction) but also in cellular models (lung-, blood- and leucocytes-model). Iberogast ®, used in the treatment of gastrointestinal diseases, and its nine herbal components revealed radical scavenging activity in all test systems, whereby the extracts showed different effectiveness according to the test system. In both chemical systems and in the lung-model the extract of Mentha piperita (leaves) was most effective. The extract of Matricaria recutita (flowers) diminished the basal radical production of leucocytes most; the production of radicals after stimulation with zymosan was reduced most by the extract of Mentha piperita (leaves). To characterize the radical scavenging properties of herbal extracts, the extracts should be tested in several test models. In addition it was investigated, whether there were inhibiting or activating interactions between the single components of the multi-component-mixture Iberogast ®. There seem to be additive interactions in the chemical models, supraadditive interactions in the cellular models. One reason could be the higher complexity of the cellular models. Pursuant to those results in most cases the use of multi-component-mixtures seems to be superior to the treatment with only a single component. For example in the treatment of hypertension the combination of several drugs is usual. Some investigations of isolated substances of the extracts revealed high differences in the antioxidative behavior between the total extract compared to the isolated substance. The effectiveness of the total extract could therefore usually not be explained by an isolated substance. Also the extracts of Salix (bark) (water and hydro-ethanolic extract), Harpagophytum procumbens (root) and Urtica dioica (leaves), all used in the treatment of inflammatory joint diseases, were tested for their radical scavenging activities in the different test models. In the chemical systems all four extracts scavenged radicals. The extract of Salix showed the strongest, the extract of Urtica dioica the weakest effect. In the cellular systems only the extract of Salix revealed clear antioxidative effectiveness. The water extract of Salix (bark) was extracted with different solvents, resulting in five fractions of different polarity. The radical scavenging properties of those fractions were tested and there was indication that the substances with antioxidative activity accumulated in the lipophilic fractions. So above all polyphenols seem to be responsible for the radical scavenging effects. The other fractions revealed for example enzyme inhibiting effects (shown by others). Therefore it should be investigated, which part of the anti-inflammatory effect belongs to which fraction. With this it could be clarified, whether the inhibition of inflammation is reached by antioxidative mechanisms, COX- inhibition or synergistic mechanisms. In cooperation with Mrs. K. Wuthold (PhD), Institute of Pharmaceutical Chemistry, University of Tübingen, a new method was tested to predict pharmacological effects from analytical data in multi-component-mixtures like herbal extracts. For several Salix (bark) extracts analytical data (HPLC, HPTLC) and pharmacological data (antioxidative properties) were correlated by multivariate data analysis. The results showed that this method is qualified for the prediction of pharmacological effectiveness on the basis of analytical data. Also Phytodolor ®, used in the treatment of rheumatic diseases and neuralgia, and its single components scavenged radicals in the AAPH-reaction. The extract of Fraxinus excelsior (bark) revealed the strongest effect, the extract of Solidago virgaurea (herb) the weakest. There was also an investigation regarding the interactions between the single components of Phytodolor ®. There seem to be additive effects in the AAPH-reaction and supraadditive effects in more complex models like the leucocytes-model. If these in-vitro antioxidative effects of extracts could be confirmed in-vivo, one can suppose that a part of the anti-inflammatory effect comes about this mechanism, at least that there are pleiotropic effects. Yet using antioxidants for the therapy one should pay attention that in high doses of the radical scavenger perhaps the physiological functions of the ROS could not be done anymore and negative side effects could appear.