-->
supermom_test
Связаться с нами

Микробиологическое обоснование целесообразности применения эфирных масел лекарственных растений в лечении воспалительных заболеваний верхних дыхательных путей

АО «АКВИОН»


Автор: Е.В. Иванова, Е.И. Данилова, И.Н. Чайникова, О.Е. Челпаченко, С.Б. Фадеев, Т.А. Бондаренко, А.В. Бекпергенова
Медицинский совет. – 2023. – № 17.
Скачать работу

Описано сравнительное исследование in vitro антибактериальной и антимикотической активности растительных эфирных масел, входящих в композицию «Масло Дыши», и самой композиции в отношении условно-патогенных микроорганизмов – возбудителей воспалительных заболеваний ВДП.

Резюме. Неоспорима роль нарушений микрофлоры респираторного тракта в качестве этиологического и патогенетического фактора развития воспалительных заболеваний верхних дыхательных путей (ВДП), высока значимость факторов персистенции респираторных условно-патогенных микроорганизмов. Традиционное использование при патологии ВДП антибиотиков и антимикотических средств потерпело фиаско ввиду значительного роста количества антибиотикорезистентных штаммов микроорганизмов и развития ряда нежелательных побочных реакций у больных. Альтернативное преимущество в этих условиях приобретают препараты растительного происхождения. Целью нашей работы явилось сравнительное исследование in vitro антибактериальной и антимикотической активности растительных эфирных масел, входящих в композицию «Масло Дыши», и самой композиции «Масло Дыши» в отношении условно-патогенных микроорганизмов – возбудителей воспалительных заболеваний ВДП. 

Материалы и методы. В работе использовали эфирные масла гвоздики, можжевельника, перечной мяты, эвкалипта, а также композицию масел «Дыши». В качестве тест-культур использовали культуры бактерий Staphylococcus aureus АТСС 25923, Klebsiella pneumoniae ICIS-278, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27853 и Candida albicans АТСС 24433. В качестве представителя нормобиоты ВДП был выбран штамм Staphylococcus epidermidis 25, изолированный от условно-здорового человека. Антимикробная активность эфирных масел определялась методом диффузии в питательном агаре, МПК-методом серийных разведений.

Результаты. Установлено наличие зон выраженной задержки роста золотистого стафилококка, клебсиеллы и псевдомонады, а также дрожжеподобных грибов при воздействии композиции масел Дыши, в то время как в отдельности используемые масла видимого влияния на рост бактерий и грибов не оказывали, что свидетельствует о синергидном взаимодействии входящих в состав препарата масел.

Выводы: Доказано наличие синергидного антимикробного действия композиции «Масло Дыши» в отношении условно-патогенных бактерий и дрожжеподобных грибов рода Candida. Отсутствие ингибирующего влияния на рост эпидермального стафилококка, являющегося представителем нормобиоты верхних дыхательных путей, свидетельствует о возможном избирательном эффекте масла «Дыши», направленном на поддержание колонизационной резистентности биотопа ВДП.

Ключевые слова: эфирные масла, заболевания ВДП, антимикробная активность, условно-патогенные микроорганизмы 

Введение 

В настоящее время лидирующее положение среди заболеваний респираторной системы занимает воспалительная патология верхних дыхательных путей (ВДП), включающая острый и хронический ринит, риносинусит, аденоидит, фарингит, тонзиллит, ларингит. Острые воспалительные заболевания ВДП могут вызывать более 300 различных микроорганизмов: вирусы, бактерии, атипичная флора (микоплазмы, хламидии, легионеллы, пневмоцисты) и грибы.

Респираторный тракт постоянно подвергается воздействию микроорганизмов посредством ингаляции, либо микроаспирации, при этом заболевание реализуется не всегда. Многочисленные исследования продемонстрировали наличие бактериальной ДНК как в верхних, так и в нижних отделах дыхательных путей, что служит доказательством существования здорового микробиома респираторного тракта. Неоспорима роль нарушений микрофлоры респираторного тракта в качестве этиологического и патогенетического фактора их развития, высока значимость факторов персистенции респираторных патогенов (Streptococcus pyogenes, Haemophilus influenza, Streptococcus pneumonia, Moraxella catarrhalis, Staphylococcus аureus) на слизистой верхних дыхательных путей [1]. 

Для лечения острых и хронических заболеваний ВДП традиционно используются антибактериальные препараты (АБП), которые широко применяются в условиях первичного звена здравоохранения. Но зачастую бесконтрольное и необоснованное их применение ведет к значительному росту количества штаммов бактерий, устойчивых к различным АБП. В частности, выявлена устойчивость Staphylococcus aureus к метициллину, которая уже в 1990-х гг. достигла 30% среди клинических изолятов по всему миру; отмечается рост количества полирезистентных штаммов Klebsiella pneumonia и Escherichia coli, продуцирующих бета-лактамазы расширенного спектра действия [2]. Наряду с недостаточной эффективностью, использование антибиотиков ведет к ряду побочных эффектов: повышает риск сосудистой смерти в 2,88 раз (макролиды); аллергическим реакциям в 5% случаев (пенициллины); хондро- и артротоксичности, гепатотоксичности (фторхинолоны); к развитию синдрома Стивена-Джонсона (Ко-тримоксазол); антибиотикоассоциированным диареям, псевдомембранозному колиту, вызванному C. difficile (любые АБП); способствуют появлению резистентных штаммов микроорганизмов, приводя к нарушению нормального микробного биоценоза различных биотопов, включая ВДП [3].

Растущая повсеместно устойчивость микроорганизмов к противомикробным препаратам и участившиеся вспышки инфекционных заболеваний, включая пандемию COVID-19, явились мощным стимулом для разработки лекарственных препаратов на основе натуральных продуктов растительного происхождения [4]. В растениях содержится большое разнообразие активных компонентов, что делает их богатым источником противомикробных средств в качестве альтернативы антибиотикам или компонентов, усиливающих их действие. Структурное разнообразие растительных компонентов обеспечивает реализацию их действия посредством различных механизмов, в отличие от традиционных противомикробных препаратов. Высокая биологическая активность растительных экстрактов может быть связана с тем, что различные метаболиты, входящие в экстракты, обладают синергидным эффектом.

Спектр антимикробного действия эфирных масел (ЭМ) и их компонентов затрагивает практически все группы микроорганизмов. Благодаря своей липофильности, эфирные масла могут легко проникать через бактериальную и вирусную мембраны, вызывая их разрыв, тем самым подавляя развитие бактерий, грибов, вирусов и различных видов простейших [4, 5, 6]. 

Большинство структурных соединений, образуемых растениями, являются вторичными метаболитами, которые являются неоднородными по биосинтезу и по структуре [7, 8]. Они проявляют антибактериальную активность in vitro и in vivo, причем большинство из этих соединений действуют как прямые ингибиторы роста, некоторые из них обладают антимикробными свойствами благодаря своим антитоксическим свойствам. В целом, антибактериальные свойства продуктов растительного происхождения включают ингибирование синтеза бактериальной клеточной стенки, разрушение клеточной мембраны, ингибирование синтеза бактериального белка, репликации ДНК и метаболических путей, что делает их оптимальными кандидатами для будущей разработки лекарственных средств [9, 10]. Кроме того, они могут ингибировать механизмы, участвующие в устойчивости бактерий к антибиотикам, включая сверхэкспрессию эффлюксных насосов, структурную модификацию поринов и модификацию антибиотик-мишень, что может привести к разработке новых подходов к преодолению устойчивости к антибиотикам [7, 11].

В этой связи, в последние годы наблюдается возрастание интереса к использованию инновационных антимикробных средств, которые являются потенциальной альтернативой традиционной антибиотикотерапии. Одним из перспективных направлений профилактики и лечения воспалительных заболеваний ВДП является использование ЭМ лекарственных растений путем введения в организм через дыхательные пути в виде ингаляций. ЭМ могут оказывать прямое воздействие на микробные агенты, являющиеся возбудителями воспалительных заболеваний ВДП, а также служить фактором для снижения резистентности к антибактериальным препаратам. В тоже время, современная фитотерапия должна опираться на доказательную научную базу, использовать стандартизованные и зарегистрированные лекарственные средства, иметь совместимость с другими фармакологическими препаратами и не обладать токсическими свойствами [12]. Таким характеристикам, по данным ряда авторов, соответствует композиция ЭМ – Масло Дыши [13, 14, 15]. 

Ряд исследований указывают на наличие у препарата «Масла Дыши» антимикробных свойств. Так, в работе коллектива авторов [16] показана ингибирующая активность композиции данных ЭМ в отношении способности условно-патогенных микроорганизмов к биопленкообразованию (БПО), что рассматривается как один из подходов к предотвращению развития антибиотикорезистентности. 

Учитывая выше изложенное, целью нашей работы явилось сравнительное исследование in vitro антибактериальной и антимикотической активности растительных эфирных масел, входящих в композицию «Масло Дыши», и самой композиции «Масло Дыши» в отношении условно патогенных микроорганизмов – возбудителей воспалительных заболеваний ВДП. 

Материалы и методы

В работе использовали эфирные масла гвоздики, можжевельника, перечной мяты, эвкалипта (OLEOS, Россия), а также композицию масел «Дыши» (АО «АКВИОН», Россия), в которую входят 6 натуральных растительных эфирных масел (эвкалиптовое, мятное, каепутовое, гвоздичное, можжевеловое, винтергриновое) и левоментол. В качестве объектов были выбраны тест-штаммы условно-патогенных микроорганизмов, наиболее часто вызывающие инфекционно-воспалительные заболевания верхних дыхательных путей: Staphylococcus aureus АТСС 25923, Klebsiella pneumoniae ICIS-278, Pseudomonas aeruginosa АТСС 27653 и Candida albicans АТСС 24433. В качестве представителя нормобиоты верхних дыхательных путей был выбран штамм Staphylococcus epidermidis 25, изолированный от условно-здорового человека. Штаммы засевали газоном в чашки Петри с питательным агаром и культивировали 24 часа в условиях термостата (37℃). 

Для определения антимикробной активности эфирных масел и их композиции «Дыши» использовали метод диффузии в питательном агаре. Суспензию каждого исследуемого образца микроорганизма, разбавленную до 6×104 клеток/мл, распределяли шпателем Дригальского на поверхности питательного агара в чашках Петри. Стерильные диски из фильтровальной бумаги (диаметром 6 мм) пропитывали 0,1 мл исследуемого эфирного масла и помещали на поверхность засеянного агара. Чашки инкубировали при 37°C в течение 24 часов. Чувствительность штаммов определяли по диаметру зон ингибирования роста микроорганизмов (измеряли в миллиметрах).

Для исследования минимальной подавляющей активности композиции масел «Дыши» в отношении тест-штаммов были приготовлены её водные растворы, путем солюбилизации эфирных масел раствором полисорбат 20 с последующим серийным разведением до 1:2, 1:4, 1:8, 1:16 и 1:32, что соответствовало концентрации эфирных масел 400,0 мг/мл, 200,0 мг/мл, 100,0 мг/мл, 50,0 мг/мл и 25,0 мг/мл [17]. Изучение роста, размножения микроорганизмов в присутствии ряда разведений композиции масел «Дыши» проводили фотометрическим методом на приборе Elx808 (BioTek, США) с последующим высевом тест-штаммов методом секторного посева на твердый питательный агар и культивированием их в течение 24 часов в термостате. В результате были определены значения минимальной ингибирующей концентрации (MIC) и минимальной бактерицидной концентрации (MBC) композиции «Дыши» в отношении тест-штаммов.

Все эксперименты выполнены не менее, чем в трех дублях. Полученные результаты обработаны статистически с вычислением непараметрического критерия Манна-Уитни (р≤0,05).

Результаты и обсуждение

В работе установлено, что в отношении грибов рода Candida умеренным антимикробным действием обладало масло гвоздики (6,8±0,5 мм), а более заметную задержку роста вызвало масло «Дыши» (11,8±1,2 мм) (р≤0,05). Остальные эфирные масла не проявляли антимикробного действия в отношении грибов. Выраженную задержку роста золотистого стафилококка оказывала композиция масел (9,67±0,6 мм) (р≤0,05), другие исследуемые масла не влияли на рост данной культуры (рис. 1 А). Подобная закономерность была выявлена и при исследовании влияния масел на рост штаммов клебсиеллы и псевдомонады: заметную задержку роста вызвало масло «Дыши» (12,4±1,3 мм и 9,5±0,7 мм, соответственно, р≤0,05) и отсутствовала выраженная задержка роста указанных бактериальных культур у других исследуемых масел. Следует отметить, что в отношении эпидермального стафилококка, являющегося представителем нормобиоты, не выявлено существенного влияния на его рост всех исследуемых масел и композиции (рис. 1 Б).

Оценивая антимикробное действие масла гвоздики, выявленное в данном исследовании (преимущественно в отношении грибов рода Candida), следует отметить, что эвгенол, являющийся основой этого масла, относится к биологически активному соединению, содержащемуся во многих травянистых растениях, в том числе источником его является и гвоздика. Терапевтические свойства эвгенола проявляются в антиоксидантной, противомикробной, анестезирующей, противовоспалительной, антиканцерогенной и противодиабетической активности [18].

В настоящее время прогресс в разработке лекарств сосредоточен на внедрении новых препаратов, которые могут одновременно ингибировать ключевые ферменты, участвующие в пути биосинтеза эргостерола. Как известно, эргостерол является ключевым стероидным компонентом клеточной мембраны грибов, включая плесневые и дрожжевые грибы. Любое снижение уровня эргостерола в клеточной мембране грибов делает их уязвимыми к повреждению клеточной мембраны и даже ее гибели. Большинство противогрибковых препаратов нацелены на ключевые ферменты, участвующие в пути биосинтеза эргостерола: сквален-эпоксидаза (SE) и 14α-деметилаза (CYP51 – член семейства цитохромов Р450). Одним из таких хорошо зарекомендовавших себя природных противогрибковых фитохимикатов является эвгенол. В экспериментальных исследованиях Jignesh Prajapati с соавт. (2022) установлено участие эвгенола в ингибировании обоих ферментов, необходимых для биосинтеза эргостерола [19]. Таким образом, наши данные совпадают с результатами исследований других авторов о противогрибковой активности ЭМ гвоздики. 

После определения антимикробной активности композиции масел «Дыши» в отношении исследуемых тест-штаммов, которые оказались чувствительны к действию препарата, были определены значения MIC и MBC композиции. В результате было установлено, что изучаемые параметры варьировали в зависимости от вида тест-штаммов. Данные представлены в таблице 1, которая демонстрируют, что наибольшую чувствительность к действию препарата «Дыши» проявляли культуры K. pneumoniae ICIS-278 и C. albicans АТСС 24433. Так, минимальная подавляющая концентрация сохранялась при разведении препарата в 16-32 раза, а минимальная бактерицидная - в 4-8 раз. Для культур S. aureus АТСС 25923 и P. aeruginosa АТСС 27653 показатели MIC и MBC составляли, соответственно, 50,0-100,0 мг/мл (1:16-1:8) и 200,0-400,0 мг/мл (1:4 и 1:2), что также свидетельствовало о выраженном антимикробном эффекте композиции масел «Дыши».

Таблица 1. Показатели MIC и MBC композиция масел «Дыши» в отношении тест-штаммов
Table 1. MIC and MBC indicators of «Dyshi» oil composition in relation to test strains

Тест-штаммы

Test strains

Композиция масел «Дыши»

Composition of oils «Dyshi»

MIC (мг/мл)

MIC (mg/ml)

MBC (мг/мл)

MBC (mg/ml)

Staphylococcus aureus

АТСС 25923

50,0-100,0 (1:16-1:8)

200,0-400,0 (1:4 и 1:2)

Klebsiella pneumoniae

 ICIS-278

25,0-50,0 (1:32-1:16)

100,0-200,0 (1:8 и 1:4)

Pseudomonas aeruginosa

 АТСС 27653

50,0-100,0 (1:16-1:8)

200,0-400,0 (1:4 и 1:2)

Candida albicans

АТСС 24433

25,0-50,0 (1:32-1:16)

100,0-200,0 (1:8 и 1:4)

Как известно, существуют тысячи структурно различных соединений, производимых растениями (полифенолы, терпеноиды, фенольные кислоты, эфирные масла, лектины, полипептиды и алкалоиды), каждое из которых обладает различными биологическими свойствами, которые обеспечивают в том числе, и антимикробные свойства [20]. Разрушение плазматической мембраны является наиболее распространенным механизмом противомикробного действия ЭМ. Количество и положение фенольных гидроксильных групп, двойных связей, делокализованных электронов и конъюгация с сахарами в случае флавоноидов, имеют решающее значение для антимикробной активности ЭМ [10]. 

Оценивая в целом антимикробные свойства ЭМ, следует отметить, что для адекватной противомикробной эффективности эфирных масел зачастую требуется комбинация различных вторичных метаболитов, что используется в композициях масел. Как известно, масло «Дыши» – это композиция из 6 натуральных эфирных масел (эвкалиптовое, мятное, каепутовое, гвоздичное, винтергриновое, можжевеловое) и левоментола (АО «АКВИОН», Россия), обладающих антисептическими, противовоспалительными и тонизирующими свойствами. Важное значение использование композиций эфирных масел и их паров имеет в борьбе с биопленочными и персистирующими инфекциями [21]. Как выше указывалось, нами ранее были получены данные о способности паров «Масло Дыши» подавлять персистентный потенциал условно-патогенных бактерий и дрожжеподобных грибов путем снижения их способности к биопленкообразованию и инактивации лизоцима (антилизоцимная активность – АЛА) на популяционном уровне [16]. 

Результаты, полученные в настоящем исследовании, подтверждают выраженный синергидный антибактериальный и антимикотический (в отношении грибов рода Candida) эффект натуральных эфирных масел, входящих в композицию «Масло Дыши», и целесообразность использования данного препарата для лечения и профилактики острых и хронических заболеваний верхних дыхательных путей у детей микробной этиологии. Особое значение приобретают полученные нами результаты об отсутствии негативного влияния композиции масел «Дыши» на рост штамма эпидермального стафилококка, являющегося представителем нормобиоты, колонизирующей кожу и слизистые верхних дыхательных путей. Тем самым использование композиции «Масло Дыши» не нарушает колонизационную резистентность слизистой дыхательных путей, обеспечивая эффективность и избирательность антимикробного действия данной композиции ЭМ.

Заключение

Таким образом, результаты наших исследований подтверждают эффективность антимикробного действия композиции «Масло Дыши», как в отношении условно-патогенных бактерий, так и дрожжеподобных грибов. Обращает внимание, что композиция ЭМ, оказывала более выраженный антимикробный эффект по сравнению с каждым отдельно взятым маслом, ее образующим, что свидетельствует о выраженном синергидном действии подобранных в исследуемую композицию масел в отношении условно-патогенных бактерий и грибов рода рода Candida. Отсутствие ингибирующего влияния данной композиции ЭМ на рост эпидермального стафилококка, являющегося представителем нормобиоты верхних дыхательных путей и кожи, следует рассматривать как вариант возможного избирательного эффекта масла «Дыши», направленного на поддержание колонизационной резистентности биотопа ВДП.

Литература:

  1. Захарова И.Н., Касьянова А.Н., Климов Л.Я., Курьянинова В.А., Симакова М.А., Дедикова О.В., Кольцов К.А. Микробиом респираторного тракта: что известно сегодня? Педиатрия. Consilium Medicum, 2018;4:10-17. DOI: 10.26442/24138460.2018.4.180129
  2. Землянко О.М., Рогоза Т.М., Журавлева Г.А. Механизмы множественной устойчивости бактерий к антибиотикам. Экологическая генетика, 2018;16(3):4-17. DOI: 10.17816/ecogen1634-17
  3. Андрюков Б.Г., Запорожец Т.С., Беседнова Н.Н. Перспективные стратегии поиска новых средств борьбы с инфекционными заболеваниями. Антибиотики и химиотерапия, 2018;63(1-2):44-55.
  4. Elsebai M.F., Albalawi M.A. Essential Oils and COVID-19. Molecules. 2022;27(22):7893. 
  5. Лыков И.Н. Исследование противогрибковой активности действия эфирных масел. Тенденции развития науки и образования. 2019;51:17-20. 
  6. Dhifi W. Essential Oils’ Chemical Characterization and Investigation of Some Biological Activities: A Critical Review. Medicines. 2016:3(25):2-6. URL:www.mdpi.com/journal/medicines (accessed: 12.06.2021).
  7. Porras G., Chassagne F., Lyles J.T., Marquez L., Dettweiler M., Salam A.M., et al. Ethnobotany and the Role of Plant Natural Products in Antibiotic Drug Discovery. Chem. Rev. 2021;121:3495–3560. doi: 10.1021/acs.chemrev.0c00922. 
  8. Vaou N., Stavropoulou E., Voidarou C., Tsigalou C., Bezirtzoglou E. Towards Advances in Medicinal Plant Antimicrobial Activity: A Review Study on Challenges and Future Perspectives. Microorganisms. 2021;9:2041. doi: 10.3390/microorganisms9102041
  9. Gorlenko C.L., Kiselev H.Y., Budanova E.V., Zamyatnin A.A., Ikryannikova L.N. Plant Secondary Metabolites in the Battle of Drugs and Drug-Resistant Bacteria: New Heroes or Worse Clones of Antibiotics? Antibiotics. 2020;9:170. doi: 10.3390/antibiotics9040170
  10. Álvarez-Martínez F.J., Barrajón-Catalán E., Herranz-López M., Micol V. Antibacterial plant compounds, extracts and essential oils: An updated review on their effects and putative mechanisms of action. Phytomedicine. 2021;90:153626. doi: 10.1016/j.phymed.2021.153626
  11. Khameneh B., Diab R., Ghazvini K., Fazly Bazzaz B.S. Breakthroughs in bacterial resistance mechanisms and the potential ways to combat them. Microb. Pathog. 2016;95:32–42. doi: 10.1016/j.micpath.2016.02.009
  12. Холодова И.Н. Современная фитотерапия: возможности и перспективы её использования в лечебных программах у детей. Медицинский совет, 2017; 1:122-127. DOI: 10.21518/2079-701X-2017-1-122-127
  13. Карпова Е.П., Вагина Е.Е. Возможности использования эфирных масел в комплексной терапии острых респираторных заболеваний у детей. Российский вестник перинатологии и педиатрии, 2016;1:104-109.
  14. Николаева С.В., Шушакова Е.К., Хлыповка Ю.Н. Профилактика и лечение острых респираторных инфекций в педиатрической практике – фокус на применение эфирных масел. РМЖ, 2020;6:23-27.
  15. Пухов А.А. Эфирные масла с антимикробными и противовирусными свойствами для медицинской практики. Журнал Поликлиника, 2022; 1:76-79.
  16. Челпаченко О.Е., Данилова Е.И., Чайникова И.Н., Иванова Е.В., Перунова Н.Б. Эфирные масла лекарственных растений в коррекции микробиоценоза верхних дыхательных путей у детей с риносинуситом. Вопросы практической педиатрии, 2021;16(6): 112-121.DOI: 10.20953/1817-7646-2021-6-112-121
  17. Скала Л.З., Сидоренко С.В., Нехорошева А.Г., Лукин И.Н., Груднина С.А. Практические аспекты современной клинической микробиологии. Тверь: ООО «Издательство «Триада»; 2004. 312 с.
  18. Mohammed J.A., Mohamad T., Sarwar B., Surajpal V., Sadaf G.J., Perwaiz A. A Review of Eugenol-based Nanomedicine: Recent Advancements, Current Bioactive Compounds. 2021;17(3). doi.org/10.2174/1573407216999200525145633
  19. Prajapati J., Goswami D., Dabhi M., Acharya D., Rawal R.M. Potential dual inhibition of SE and CYP51 by eugenol conferring inhibition of Candida albicans: Computationally curated study with experimental validation, Computers in Biology and Medicine. 2022;151:106237 doi.org/10.1016/j.compbiomed.2022.106237
  20. Qassadi F.I., Zhu Z., Monaghan T.M. Plant-Derived Products with Therapeutic Potential against Gastrointestinal Bacteria. Pathogens. 2023:12(2):333. doi: 10.3390/pathogens12020333
  21. Zeineldin M., Esmael A., Al-Hindi R.R., Alharbi M.G., Ashenafi Bekele D., Teklemariam A.D. Beyond the Risk of Biofilms: An Up-and-Coming Battleground of Bacterial Life and Potential Antibiofilm Agents. Life (Basel). 2023:13(2):503. doi: 10.3390/life13020503
Поделитесь статьей: