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植物精油及其主要成分对呼吸道病菌的抗菌活性

植物精油及其主要成分对呼吸道病菌的抗菌活性

研究了14种植物精油及其主要气态成分对流感嗜血杆菌、肺炎链球菌、化脓性链球菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性。在大多数精油检测中,流感嗜血杆菌是最敏感的,其次是肺炎链球菌和化脓性链球菌,然后是金黄色葡萄球菌。对青霉素敏感和对肺炎链球菌耐受性相似。作为对照的大肠杆菌的敏感性最低。引入最小抑制剂量(MID)作为测定精油雾化气体活性的方法。在14种精油中,肉桂、柠檬草和百里香精油的含量最低,其次是主要成分为萜烯醇的精油。含有萜烯酮、乙醚,特别是烃类的精油中含油量较高。短时间暴露的蒸汽活性与夜间暴露后的蒸汽活性相当,快速蒸发比精油的缓慢蒸发更有效。精油的蒸气浓度和琼脂吸收在快速蒸发后1 ~ 2小时达到最大值。结果表明,精油的抑菌作用在短时间内的高蒸气浓度时最为有效。

antiviral

植物精油传统上用于呼吸道感染,现在被用作治疗感冒的处方药。在医学领域,芳香疗法已被用于治疗急慢性支气管炎和急性鼻窦炎。芳香疗法有助于增加呼吸道液体的输出,维持鼻窦的通气和引流,对气管有抗炎作用,减少哮喘。

植物精油具有的抗菌活性已被公认。虽然已经有关于肉桂油对呼吸道真菌的评价,但是还没有关于挥发油对主要的呼吸道细菌致病菌的蒸气活性的报告。

与抗生素不同,植物精油在室温下极易挥发。因此,我们研究了这些油作为吸入疗法的潜在作用,并确定了多种油对五种病原体的抗菌活性: 流感嗜血杆菌、肺炎链球菌、化脓性链球菌和金黄色葡萄球菌。以大肠杆菌为对照。

表一列出了所使用的植物精油及其各自的主要成分和分布。在整个实验过程中,每种油的用量都是一样的,且经气相色谱分析其含量均>95%。这些精油主要有:d-柠檬烯紫苏醛、紫苏醇、紫苏酸、樟脑、1,8-桉叶素、肉桂酸、芳樟醇、薄荷醇、薄荷酮、壬醛、α-蒎烯、百里香酚、柠檬醛、肉桂醛、辛醛和香叶醇、松油烯-4-醇

Essential oils used and their major constituents
Essential oil Major constituent (content) 
Cinnamon bark oil cinnamaldehyde (63.1%)
Lemongrass oil neral (33.2%), geranial (37.8%)
Perilla oil limonene (18.9%), perillaldehyde (60.8%)
Thyme (wild) oil carvacrol (80.0%)
Thyme (red) oil limonene (25.8%), γ-terpinene (19.4%), thymol (25.5%)
Thyme (geraniol) oil geraniol (32.7%), geranyl acetate (55.6%)
Peppermint oil p-menthone (19.5%), menthol (63.5%)
Tea tree oil γ-terpinene (17.7%), terpinen-4-ol (42.5%)
Coriander oil linalool (73.2%)
Lavender (spike) oil 1,8-cineole (23.7%), linalool (46.3%), camphor (17.1%)
Lavender (true) oil linalool (30.1%), linalyl acetate (36.6%)
Rosemary oil α-pinene (24.1%), 1,8-cineole (23.5%), camphor (19.7%)
Eucalptus (radiata) oil 1,8-cineole (74.3%), α-terpineol (10.3%)
Citron oil limonene (83.1%)

*植物精油及其主要成分的气体接触抗菌活性

表2为封闭条件下的最小抑制剂量。所检测的精油均表现出抗菌活性,抗菌活性的增加顺序依次为:大肠杆菌<金黄色葡萄球菌<链球菌<流感嗜血杆菌。对青霉素耐药的肺炎链球菌和对青霉素敏感的肺炎链球菌之间没有交叉耐药性,肺炎链球菌和化脓性链球菌之间的敏感性也没有显著差异。在14种精油中,肉桂、柠檬草和百里香(野生和红色)精油的活性最高,在低于12.5 mg/L的空气中抑制了6个品系,但柠檬草精油对大肠杆菌(100 mg/L的空气)的活性较弱。紫苏、百里香(香叶醇)、薄荷、茶树、香菜和薰衣草精油对除大肠杆菌外的所有分离物都有一定的活性。然而,茶树和香菜油对大肠杆菌的活性与对其他菌株的活性相当。桉树油,尤其是香橼油的活性最弱。

表3总结了主要成分及相关化合物的最小抑制剂量。主要成分的最小抑制剂量与母体挥发油相近。在醛类成分中,桂皮油中的肉桂醛活性最高,对6株菌株的最小抑制剂量为<6.25 mg/L。接下来是柠檬醛,然后是紫苏醛,辛醛和壬醛。百里酚是百里香油的酚类成分,其活性与肉桂醛相当。在萜烯醇中,香叶醇的活性最高。薄荷醇、松油烯-4-醇和芳樟醇活性中等,相互之间具有可比性。α-松油醇测试只对金黄色葡萄球菌测试,显示最小抑制剂量为25mg/L。萜烯酮的活性:薄荷酮、1,8桉叶素较弱,萜烯碳氢化合物如d-柠檬烯和α-蒎烯活性最低。酯类成分乙酸香叶酯和乙酸芳樟酯对金黄色葡萄球菌的活性较弱,在空气中的最小抑制剂量约为800 mg/L。

表4为精油蒸发速率中最小抑制剂量对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的影响。肉桂油在空气中通过快速蒸发表现出最小抑制剂量为6.25-12.5mg/L,而在空气中通过缓慢蒸发为100mg/L时没有抑制作用。对于茶树油,快速蒸发比缓慢蒸发低16倍。研究了两种精油对流感嗜血杆菌暴露时间的影响。茶树油和柠檬草油暴露2小时后的最小抑制剂量分别小于50和3.13mg/L,相当于或两倍于夜间暴露。

*讨论

从最小抑制剂量来看,以醛类或酚类为主要成分的挥发油活性最强,其次是含有醇类成分的挥发油。另一方面,含酮类或醚类成分的精油,特别是含烃类成分相对较弱。在高度活跃的肉桂皮油和最弱的香橼油之间观察到128倍的最小抑制剂量差异。此外,主要成分的最小抑制剂量与各香精油的最小抑制剂量密切相关,表明这些精油的大部分活性是由于它们的主要成分,以下是一些例外。

迷迭香油中含有大量类似比例的成分,如表I所示,但从最小抑制剂量的比较来看,樟脑被认为是生物活性的主要贡献者。桉叶油的主要成分重量百分比是1,8-桉叶素,但生物活性的主要因素是假定为α-松油醇,其对金黄色葡萄球菌的活性8倍高于1,8-桉叶素。有报道说1,8-桉油素不是一个有效的活性物质,在其他桉树油。类似的情况也出现在百里香(香叶醇)油和薰衣草油中,它们各自的主要成分,香叶醇乙酸酯和芳樟醇乙酸酯,并不是主要的活性成分,而活性成分是香叶醇和芳樟醇,它们同时存在于各自的母油中。同样,作为主要成分之一的柠檬烯可能对百里香(红色)油的抗菌活性没有显著的贡献。

挥发性化合物的抗菌活性是直接蒸气吸收微生物和通过吸收蒸气的介质间接作用的综合结果。据报道,挥发性化合物通过琼脂吸收对大肠杆菌有显著贡献。相对于不稳定、挥发性中等的柠檬醛,香芹酚和百里香酚在琼脂层中积累的量更大,它们非常稳定,在水中可中度溶解,挥发性也较低。d-柠檬烯挥发性强,极难溶于水,仅在琼脂层中略有积聚,当蒸汽浓度降低时,极易蒸发。因此,香橼油不能指望从琼脂上吸收的成分中获得抗菌作用。

据报道,萜烯类成分的抗菌活性与其水溶性密切相关。

本研究不包含柠檬烯和alpha蒎烯的抗菌活性,但是,根据我们和他人的研究结果,这些萜烯醇比其碳氢化合物可能拥有更多的活性,这意味着他们在很大程度上贡献了生物活性。此外,d-柠檬烯在水溶液中表现稳定。

已知革兰氏阳性细菌比革兰氏阴性细菌对精油更敏感。本研究发现大肠杆菌对14种精油最不敏感,这与以往的研究结果一致。对革兰氏阴性菌的弱抑菌活性归因于外膜的存在,其具有亲水多糖链作为疏水精油的屏障。因此,流感嗜血杆菌的高易感性是意料之外的。原因之一可能是形成粗糙菌落的流感嗜血杆菌外膜的疏水性,而形成光滑菌落的是大肠杆菌和铜绿假单胞菌。

总结这些结果,我们得出结论: 当精油短时间暴露在高浓度蒸汽中其抗菌作用是最有效的。本研究结果提示,空气中最大水汽浓度为0.1-0.9mg/L,可抑制呼吸道感染病原菌的生长。该水平略高于抑制豚鼠实验性咳嗽所需的水平(30-500ppb),但可被小鼠耐受。在挥发油蒸气疗法应用于临床实践之前,除了进行安全性评估外,还应确定一些重要的因素,如功效的最小暴露时间和杀菌蒸气浓度。