Alkaloidy pirolizydynowe (AP) to wtórne metabolity roślinne wydzielane przez roślinę w celu ochrony przed roślinożercami. Rośliny zielarskie, które zawierają alkaloidy pirolizydynowe, takie jak: podbiał, lepiężnik i żywokost, są albo zabronione do użytku wewnętrznego, albo ich dawkowanie jest ograniczone w zależności od zawartości alkaloidów. Problem jednak rodzi się w momencie, gdy surowiec roślinny zostaje zakażony innymi roślinami zawierającymi alkaloidy pirolizydynowe. Taki problem może dotyczyć wielu upraw, gdzie obok roślin hodowlanych rosną rośliny z rodzin Senecio, Echium, Heliotropium, Crotalaria, Boraginaceae i Eupatorium. Alkaloidy pirolizydynowe mogą przedostawać się do zbieranych zbóż, ziół, warzyw czy roślin przeznaczonych na kiszonkę. W ten sposób następuje zakażenie łańcucha żywnościowego alkaloidami, które mogą przedostawać się do takich produktów, jak: chleb, ciasta, miody, mieszanki sałat, herbaty ziołowe, suplementy diety na bazie ziół, mięso, jaja, mleko itp.

Alkaloidy pirolizydynowe są metabolitami, które są biosyntetyzowane przez roślinę w celu ochrony przed zwierzętami roślinożernymi. Alkaloidy te mogą występować w każdej części rośliny, jednakże najwięcej jest ich w tkance epidermalnej. Szacuje się, że około 6000 gatunków roślin na świecie – co stanowi 3% wszystkich roślin kwitnących – może zawierać alkaloidy pirolizydynowe. AP występują głównie w rodzinach okrytonasiennych Boraginaceae (wszystkie rodzaje), Asteraceae (Senecioneae i Eupatorieae) i Fabaceae (rodzaj Crotalaria). Można je znaleźć w niektórych roślinach zielarskich, takich jak: żywokost lekarski (Symphytum officinale L.), lepiężnik różowy (Petasites hybridus L.), podbiał pospolity (Tussilago farfara L.) oraz ogórecznik lekarski (Borago officinalis L.).

Zawartość AP w materiale roślinnym zależy od wielu czynników (gatunku, części rośliny, zbioru, przechowywania, procedury ekstrakcji itp.). Zmienność zawartości alkaloidów w różnych częściach tej samej rośliny obrazują badania składu liści i kłączy lepiężnika różowego (Petasites hybridus). Autorzy zauważyli istnienie sporych różnic w zawartości AP, np. kłącze tej rośliny zawiera 4,8-89,9 μg/g s.m., a liście 0,02-1,50 μg/g s.m. (1). Ponadto, zawartość alkaloidów w różnych częściach roślin może ulec zmianie poprzez realokację jako odpowiedź na atak roślinożercy na roślinę (2). Interesujące wydają się badania podbiału zebranego z różnych części Polski, w których stwierdzono zmienność zawartości alkaloidów uzależnioną od miejsca wzrostu rośliny. Zaobserwowano, że liście podbiału zebrane z różnych stron kraju mogą zawierać alkaloidy pirolizydynowe w ilości od 0,02 do 0,34 μg/g s.m. (3). Wyniki tych badań sugerują, że nie można jednoznacznie stwierdzić, czy rośliny potencjalnie zawierające AP będą toksyczne dla człowieka.

Obecnie zidentyfikowano ponad 500 związków chemicznych należących do grupy alkaloidów pirolizydynowych. Są to pochodne pirolizydyny lub necyny, o charakterze estrów i diestrów. AP ulegają hydrolizie kwaśnej lub zasadowej, dając zasadowe aminoalkohole typu necyna (takie jak: retronecyna, heliotrydyna, platynecyna, otonecyna) oraz kwasy necynowe mono- i dikarboksylowe. Mogą także tworzyć się N-tlenki (4, 5).

Alkaloidy pirolizydynowe działają toksycznie i genotoksycznie, mogą powodować toksyczność ostrą, mutagenność, aberracje chromosomowe, tworzenie nieprawidłowych wiązań poprzecznych pomiędzy nićmi DNA i wiązań DNA-białko oraz megalocytozę. Działanie AP w badaniach na zwierzętach doświadczalnych powodowało powstawanie guzów wątroby i zmian płucnych (6). Odnotowano także zatrucia u ludzi powodowane przez AP (7).

Liczne badania na zwierzętach wykazały, że reaktywne metabolity 1,2-nienasyconych alkaloidów pirolizydynowych, takich jak riddelliny i retroryny, powstają pod wpływem enzymu CYP 3A4. Dane sugerują, że ten sam mechanizm zachodzi po podaniu doustnym; następuje uszkodzenie makromolekuł, w tym DNA. Należy podkreślić, że nienasycone AP są nietoksyczne przed aktywacją metaboliczną i dlatego są klasyfikowane jako protoksyny.

Toksyczność alkaloidów zależy od ich metabolizowania w wątrobie. W wątrobie na skutek działania kompleksu enzymów cytochromu P450 najczęściej do alkaloidu przyłącza się grupa hydroksylowa (8). N-tlenki nie ulegają przekształceniu do hydroksypirolizydyn i są w takiej formie nietoksyczne dla człowieka. Spożyte jednak ulegają redukcji przez enzymy jelitowe lub mikrosomy wątroby i zaczynają wykazywać działanie toksyczne (9). AP występujące w rodzinie Senecio, takie jak: senecionina, senecifilina, senkirkina czy retrorsyna, uszkadzają wątrobę, powodując sieciowanie DNA. CYP3A4 to główny enzym zaangażowany w bioaktywację i detoksykację senecioniny w ludzkiej wątrobie (10-12). Pirolowe związki pośrednie wykazują wysoką reaktywność, co powoduje działanie cytotoksyczne i genotoksyczne. Stwierdzono, że AP są genotoksyczne w teście punktowym Wing Drosophila (13).

Metabolity alkaloidów reagują z grupami SH zlokalizowanymi w glutationie czy cysteinie. Dlatego dieta bogata w glutation, taurynę, cysteinę i metioninę może obniżać toksyczność spożytych AP (14, 15). Na zmianę toksyczności alkaloidów może także wpływać wzmaganie lub hamowanie aktywności cytochromu P450 przez leki (16). Toksyczność AP zależy również od czasu ekspozycji, dawki oraz podatności organizmu. W tabeli 1 przedstawiono LD₅₀ ważniejszych AP (17, 18).

Dawka AP w ilości 10 mg/kg m.c. na dzień powoduje ostrą toksyczność w ciągu 1-6 dni, natomiast dawki 0,1 mg/kg m.c. na dzień – przewlekłą toksyczność. U ludzi dawka toksyczna waha się w przedziale 0,1-10 mg/kg m.c. na dzień (19). Dodatkowo zakres toksyczności AP zależy od stanu odżywienia. Szczury karmione dietą niskobiałkową wykazywały wyższą śmiertelność niż osobniki karmione normalną dietą (20). Młode zwierzęta także wykazywały większą wrażliwość na toksyczne działania AP (21, 22). Nowo narodzone szczury wykazywały większą podatność na działanie toksyczne senecioniny i monokrotaliny, ponieważ mikrosomalna aktywność hydroksylowania wątroby u nich jest niska (23).

Stwierdzono, że zmiany w płucach objawiające się obrzękiem pęcherzyków płucnych następowały po pojedynczej dawce monokrotaliny 60 mg/kg m.c. podanej podskórnie szczurom i u psów otrzymujących tę dawkę dożylnie. Ponadto podskórne podawanie co 2 miesiące 4 dawek monokrotaliny w ilości 120 mg/kg
m.c. szczurom spowodowało martwicze tętnicze zapalenie płuc (18). W innym badaniu po 4 godzinach od wstrzyknięcia do żyły ogonowej szczurów 3,5 mg/kg
m.c. monokrotaliny pirolu (pochodnej dehydropirolizydyny monokrotaliny) obserwowano wczesne zmiany płucne (24).

W kolejnym badaniu szczurom podawano 5 dni w tygodniu przez 105 tygodni riddellinę w ilości 0,033 mg/kg m.c. dziennie i obserwowano wygląd hepatocytów. U myszy nastąpiło powstanie ogniska martwiczego w wątrobie przy dawce 0,1 mg/kg m.c./dzień, a przy dawce 0,3 mg/kg m.c./dzień w obrazie histopatologicznym hepatocytów nastąpiły zmiany wielkości średnicy jądra (25).

Zauważono, że zespół niedrożności zatokowej wątroby (HVOD) jest powiązany ze stosowaniem preparatów roślinnych zawierających AP (26). VOD prowadzi do marskości i w końcu do śmierci organizmu. Istnieje wiele zgłoszonych przypadków zatruć spowodowanych przez AP, które doprowadziły do śmierci: Afganistan (27), Anglia (28), Egipt (29), Hong Kong (30), Indie (31), Izrael (32), Jamajka (33), Szkocja (34), Stany Zjednoczone (35) i Peru (36).

Istnieje kilka raportów opisujących stadium przypadku powstania HVOD. W jednym z opisanych zdarzeń u noworodka stwierdzono powstanie zespołu niedrożności zatokowej wątroby na skutek spożywania mleka matki, która piła w czasie karmienia herbatę ziołową zawierającą AP (37). Inny przypadek dotyczył 4 osób dorosłych spożywających herbatę ziołową z AP (30, 38) oraz 18-miesięcznego chłopca, któremu podawano także herbatę ziołową zawierającą alkaloidy (39). Stwierdzono także uszkodzenie wątroby u wcześniaka, którego matka w czasie ciąży piła herbatę zawierającą żywokost oraz kilka zatruć alkaloidami w Wielkiej Brytanii na skutek spożywania herbaty z żywokostu (40).

Odnotowano również zatrucia AP wywołane zanieczyszczeniem zbóż przez nasiona ogórecznika (w Afganistanie) i przez gatunki z rodzaju Crotalaria w Indiach Środkowych (41).

Dawki AP rzędu 1 mg/kg m.c. powodują u ludzi działanie hepatotoksyczne ujawniające się chorobą zarostową żył (41). Zatrucia te zostały opisane w takich krajach, jak: Pakistan, Indie i Afganistan (choroba Charmaka), których powodem była mąka pszenna zanieczyszczona AP. Istnieje również udokumentowany przypadek choroby zarostowej żył wątroby ze Stanów Zjednoczonych (lata 70. ubiegłego wieku) związany z przyjmowaniem herbat ziołowych z AP, a także bieżące raporty z Chin dotyczące stosowania tradycyjnych chińskich leków. Przypadki z USA i Chin są związane z przyjmowaniem ziołowych produktów przygotowywanych z roślin wytwarzających AP. Surowce botaniczne na ogół są zanieczyszczone bardzo niskimi poziomami AP, ale dzięki nowo opracowanym metodom analitycznym (LC-MS/MS) można obecnie wykrywać i oznaczać ilościowo nawet śladowe ilości tych związków (41).