Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

КИНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ ЭМОКСИПИНА, ОСАЛМИДА И ПАРАЦЕТАМОЛА

Перевозкина М.Г. 1
1 ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»
Изучены особенности антиоксидантного действия эмоксипина, осалмида и парацетамола в процессе каталитического и инициированного окисления липидных субстратов. Показано, что соединения действуют по двум механизмам: реагируют с пероксильными радикалами с константой скорости реакции k7 = 0,61∙104 (М∙с)–1 (эмоксипин), k7 = 6,86∙104 (М∙с)–1 (осалмид) и k7 = 4,00∙104 (М∙с)–1 (парацетамол), а также разрушают гидропероксиды на 20–75 % с образованием молекулярных продуктов, снижают максимальную скорость окисления в 5–30 раз. Установлена высокая антиоксидантная активность парацетамола в безводной инициируемой среде и низкая в водно-липидной катализируемой среде. Показан идентичный механизм действия стационарного антиоксиданта дибунола при окислении липидных субстратов в растворе хлорбензола в присутствии 3∙10–3 М инициатора 2,2¢-азобисизобутиронитрила и водно-липидной системе в присутствии 2∙10–3 М хлорида меди (II), 1∙10–3 М цетилтриметиламмоний бромида. Рассчитана скорость инициирования в обеих системах, получены значения 4,2∙10–8 и 6,7∙10–5 М∙с–1 в безводной и водно-липидной среде соответственно. Показано, что скорость окисления модельных субстратов в водно-липидной среде в 1000 раз выше, чем в безводной среде. Установлено, что a-токоферол проявлял слабую антиоксидантную активность при каталитическом окислении водно-липидных субстратов.
антиоксиданты
a-токоферол
дибунол
эмоксипин
осалмид
парацетамол
пероксидное окисление
антиоксидантная активность
1. Бурлакова Е.Б., Крашаков С.А., Храпова Н.Г. Кинетические особенности токоферолов как антиоксидантов. – Черноголовка, 1992. – 56 с.
2. Волчегорский И.А., Тур Е.В., Солянникова О.В. и др. Эффективность применения производных 3-оксипиридина и янтарной кислоты в комплексном лечении первичной открытоугольной глаукомы // Экспериментальная и клиническая фармакология. – 2012. – Т. 75. – № 7. – С. 20–26.
3. Голиков А.П., Овчинников А.Л., Полумисков В.Ю. Антиоксидант эмоксипин: влияние на формирование очага некроза и репаративные процессы при инфаркте миокарда // Кардиология. – 1990. – № 7. – С. 50–53.
4. Доровских В.А., Целуйко С.С., Кодинцев В.В. и др. Эмоксипин в клинике и эксперименте. – Благовещенск: Изд. Полисфера, 2005. – 110 с.
5. Мустафаева М.Н., Мизиков В.М. Парацетамол (Перфалгин) как анальгетическая составляющая медикаментозной седации // Анестезиология и реаниматология. – 2011. – № 2. – С. 23–26.
6. Перевозкина М.Г. Кинетика каталитического окисления мицеллярных субстратов в присутствии лекарственных препаратов различного фармакологического действия // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 3 (1). – С. 68–75.
7. Перевозкина М.Г. Моделирование процессов окисления липидов биомембран в присутствии антиоксидантов // Актуальные вопросы ветеринарной биологии. – 2014. – № 2 (22). – С. 10–22.
8. Перевозкина М.Г. Тестирование антиоксидантной активности полифункциональных соединений кинетическими методами: монография. – Новосибирск: Изд. СибАК, 2014. – 240 c.
9. Упницкий А.А. Принципы диагностики и лечения функциональных расстройств желчного пузыря и сфинктера Одди // Справочник поликлинического врача. – 2012. – № 2. – С. 53–56.
10. Шляпинтох В.Я., Капухин О.Н., Постников Л.М. и др. Хемилюминесцентные методы исследования медленных химических процессов. – М.: Наука, 1966. – 300 с.

Настоящая работа продолжает серию наших экспериментов [6, 7], посвященных тестированию ингибиторов окисления различного химического строения кинетическими методами. На сегодняшний день известно большое количество природных (убихиноны, токоферолы, каротиноиды, флавоноиды) и синтетических антиоксидантов (АО), имеющих несколько активных функциональных групп и обладающих комбинированным действием. Многие из них применяются для стабилизации пищевых продуктов, фармацевтических и косметических препаратов, полимеров, топлива, смазочных масел. В медицине уделяется большое внимание антиоксидантотерапии как способу неспецифической коррекции широкого спектра заболеваний, сопровождающихся усилением свободнорадикального окисления липидов биомембран. Ведется целенаправленный поиск перспективных антиоксидантов из числа традиционных лекарственных препаратов с целью расширения спектра их фармакологического действия.

Цель исследования – тестирование антиоксидантной активности ряда лекарственных препаратов при различных способах инициирования в гомогенных и гетерогенных системах, в сравнении со стандартными антиоксидантами: дибунолом и a-токоферолом.

Материалы и методы исследования

Антиоксидантную активность (АОА) изучали волюмометрическим методом поглощения кислорода в модифицированной установке типа Варбурга при окислении этилолеата (ЭО) в присутствии 1∙10−3 М цетилтриметиламмоний бромида (ЦТМАБ) в качестве поверхностно-активного вещества (ПАВ), с добавками 2∙10−3 М хлорида меди (II) в пробе при t = (60 ± 0,2) °С, Wi = 6,7∙10-5 М∙с–1. Соотношение липидов и воды составляло 1:3, а общий объем пробы 4 мл. Разработанная нами кинетическая модель тестирования антиоксидантов, подбор концентраций катализатора и ПАВ описываются в работе [8]. Процесс окисления метилолеата (МО) в среде инертного растворителя хлорбензола инициировали за счет термического разложения 3∙10–3 М 2,2¢-азобисизобутиронитрила (АИБН) в пробе при t = (60 ± 0,2) °С, Wi = 4,2∙10-8 М∙с–1. В качестве критериев оценки антиоксидантных свойств соединений использовали – периоды индукции (t), начальные и максимальные скорости окисления (Wнач, Wmax). Антиоксидантную активность, количественно определяемую по формуле АОА = τi – τS/τS, где τS и τi – периоды индукции окисления субстрата в отсутствие и в присутствии исследуемого АО соответственно. Антирадикальную активность (АРА) соединений тестировали в системе инициированного окисления этилбензола хемилюминесцентным методом (ХЛ) по известной методике [10]. Окисление инициировалось АИБН при t = (60 ± 0,2) °С, Wi = 2,3∙10-8 М∙с–1 [8]. Кинетику накопления гидропероксидов изучали при аутоокислении линолевой кислоты (ЛК) методом обратного йодометрического титрования в среде хлорбензола, t = (60 ± 0,2) °С.

Результаты исследования и их обсуждение

В медицине парацетамол используется как противовоспалительное, жаропонижающее и обезболивающее средство, соединение ингибирует фермент циклооксигеназу, тормозит образование простагландинов, участвующих в механизме возникновения гиперальгезии и повышенной температуры [5]. Осалмид применяется как желчегонное средство [9]. Эмоксипин используется в офтальмологии как ретинопротектор, в последнее время применяется при лечении гипертонии и ишемической болезни сердца [2, 3, 4]. Формулы изучаемых соединений представлены в табл. 1.

Таблица 1

Химические формулы изучаемых антиоксидантов

Название АО

Формула

Парацетамол

(N-(4-гидроксифенил)ацетамид)

pic_9.tif

Осалмид

(N-(4¢-гидроксифенил)-2-гидроксибензамид)

pic_10.tif

Эмоксипин

(2-этил-6-метил-3-гидроксипиридина гидрохлорид)

pic_11.tif

a-Токоферол

(6-гидрокси-2,5,7,8-тетраметил-2-фитилхроман)

pic_12.tif

Дибунол

(2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол)

pic_13.tif

Методом хемилюминесценции в группе исследуемых соединений была оценена величина константы скорости реакции k7 фенолов с пероксильными радикалами [10]:

perevoz01.wmf

где InH – ингибитор окисления; In● – радикал ингибитора; perevoz02.wmf – пероксильный радикал. Стехиометрический фактор ингибирования f, показывающий количество свободных радикалов, реагирующих с молекулой ингибитора, для большинства изучаемых соединений был близок 2 (табл. 2).

Таблица 2

Значения константы скорости реакции антиоксидантов с пероксильными радикалами perevoz03.wmf, Wi = 2,3∙10-8 М∙с–1; САО = 1∙10–3 М; t = 60 °С

№ п/п

Название АО

K7∙104, М–1∙с–1

f

1

Парацетамол

4,00

2,4

2

Осалмид

6,86

2,4

3

Эмоксипин

0,61

2,0

4

a-Токоферол

360

2,0

5

Дибунол

1,40

2,0

При исследовании кинетики изменения интенсивности ХЛ в присутствии исследуемых соединений было установлено, что все АО оказывают ингибирующее действие на процесс окисления модельного субстрата. Показано, что наибольшую активность в реакции с пероксильными радикалами проявлял осалмид, константа скорости реакции k7 которого обусловлена акцепторным характером заместителя в пара-положении, наличием p-р-сопряжения между амидной группой и фенолом. АРА осалмида складывается из активности двух гидроксильных групп, в парацетамоле донорный заместитель содержится в пара-положении. В эмоксипине в положениях 2 и 4 по отношению к гидроксилу расположены донорные алкильные заместители. Сравнение констант скорости реакции k7 исследуемых соединений и a-токоферола показывает, что основной природный АО более активен в реакции с пероксильными радикалами ~ в 360 раз.

Для доказательства механизма действия антиоксидантов изучали кинетику окисления липидного субстрата при различных условиях инициирования процесса. Кинетику окисления соединений в условиях каталитического окисления этилолеата изучали в широком диапазоне концентраций (1∙10–6–1∙10–1 М). Осалмид проявлял высокую антиоксидантную активность по сравнению с парацетамолом и эмоксипином в соизмеримых концентрациях. На рис. 1 показаны типичные кинетические кривые (КК) окисления этилолеата в водно-липидной среде в присутствии осалмида. Установлено, что все исследуемые концентрации осалмида уменьшали начальную и максимальную скорости окисления в 2–5 раз по сравнению с контролем (табл. 3). Кинетические кривые окисления этилолеата с добавками парацетамола представлены на рис. 2. В изученном диапазоне концентраций парацетамола наблюдалось отсутствие периода полного торможения, но отмечалось снижение начальной и максимальной скоростей окисления по сравнению с контролем в 3–5 раз (табл. 3). Такой характер КК для парацетамола предполагает подавление антиоксидантных свойств фенольного гидроксила за счет образования хелатных комплексов с катионами меди (II) и проявление ингибирующего эффекта только за счет амидной группы.

pic_14.wmf

Рис. 1. Кинетика окисления этилолеата в водно-липидной среде в присутствии добавок осалмида, М: 1 – контроль; 2 – 1∙10–4; 3 – 5∙10–4; 4 – 1∙10–3; 5 – 1∙10–2; 2∙10−3 М CuCl2; 1∙10−3 М ЦТМАБ; t = 60 °С

Таблица 3

Кинетические параметры окисления этилолеата в водно-липидной среде в присутствии 2∙10−3 М CuCl2 в зависимости от концентрации АО, Wi = 6,7∙10-5 М∙с–1, t = 60 °С

С(АО), М

τi, мин

Wнач∙10–5, М∙с–1

Wmax∙10–5, М∙с–1

Wmax ЭO/Wmax AO

Контроль ЭО

15

7,5

14,0

Парацетамол

5∙10–5

15

7,3

13,7

1,0

1∙10-4

20

6,2

10,0

1,4

5∙10–4

30

4,7

4,0

3,5

1∙10−3

40

2,5

3,1

4,5

5∙10−3

40

2,2

2,6

5,4

1∙10−2

45

2,0

2,4

5,8

Осалмид

5∙10–5

25

5,1

10,0

1,4

1∙10-4

45

2,9

4,4

3,2

5∙10–4

215

1,4

4,2

3,3

1∙10−3

350

0,6

2,7

5,2

5∙10−3

425

0,5

2,5

5,6

1∙10−2

500

0,4

2,5

5,6

Эмоксипин

5∙10–5

30

3,4

5,1

2,7

1∙10-4

40

2,1

4,3

3,3

5∙10-4

45

1,5

3,7

3,8

1∙10−3

55

1,0

3,5

4,0

5∙10−3

70

0,8

3,2

4,4

1∙10−2

90

0,7

2,6

5,4

a-Токоферол

1∙10–5

30

4,3

8,8

1,6

5∙10–5

35

4,1

8,2

1,7

1∙10–4

40

3,8

7,4

1,9

5∙10-4

70

3,0

7,9

1,8

1∙10−3

45

4,3

16,8

0,8

Дибунол

1∙10–5

65

7,0

12,3

1,1

5∙10–5

110

2,6

9,3

1,5

1∙10–4

140

2,1

8,7

1,6

5∙10–4

360

1,3

8,4

1,7

1∙10−3

600

1,0

8,0

1,8

На рис. 3 показано, что при всех концентрациях эмоксипин тормозит начальные и максимальные скорости окисления. В присутствии эмоксипина наблюдаются периоды индукции и периоды аутоускорения. Вероятно, в этих условиях лимитирующей является реакция разрушения эмоксипином гидропероксидов по молекулярному механизму. Зависимости периодов индукции от концентрации эмоксипина приведены в табл. 3.

Показано, что в водно-липидной среде дибунол проявлял себя как сильный ингибитор: наблюдался период полного торможения, период аутоускорения и достижение максимальной скорости окисления. Периоды индукции увеличивались пропорционально увеличению концентрации дибунола (табл. 3). По наклону прямой в координатах t,[InH] была рассчитана скорость инициирования в обеих системах, получены значения 4,2∙10–8 и 6,7∙10–5 М∙с–1 в безводной и водно-липидной среде соответственно. Максимальные скорости окисления липидов в гомогенной и гетерогенной системах были равны 8,0∙10–7 и 1,4∙10–4 М∙с–1 соответственно.

pic_15.wmf

Рис. 2. Кинетика окисления этилолеата в водно-липидной среде в присутствии добавок парацетамола, М: 1 – контроль; 2 – 1∙10–4; 3 – 1∙10–3; 4 – 1∙10–2; 2∙10−3 М CuCl2; 1∙10−3 М ЦТМАБ, t = 60 °С

pic_16.wmf

Рис. 3. Кинетика окисления этилолеата в водно-липидной среде в присутствии добавок эмоксипина, М: 1 – контроль; 2 – 1∙10–6; 3 – 5∙10–5; 4 – 1∙10–4; 5 – 5∙10–4; 6 – 1∙10–3; 7– 5∙10–3; 8 – 1∙10–2; 2∙10−3 М CuCl2, 1∙10−3 М ЦТМАБ, t = 60 °С

Анализ кинетических кривых окисления этилолеата с добавками АО показал существенные отличия механизма действия a-токоферола от дибунола в зависимости от концентраций. С увеличением концентрации a-токоферола наблюдалась инверсия антиоксидантного действия (табл. 3), при этом увеличивалась максимальная скорость окисления. Причиной ускорения процесса могло быть комплексообразование OH-группы a-токоферола с катионами меди (II). В процессе окисления a-токоферол образует достаточно активные токофероксильные радикалы (In·) [1], способные участвовать в побочных реакциях продолжения цепей с молекулами субстрата.

Установлено, что a-токоферол имеет экстремальную зависимость периодов индукции от концентрации с максимумом в 5∙10–4 М. Для осалмида и эмоксипина периоды индукции возрастали с увеличением концентрации соединения, периоды индукции парацетамола возрастали до 1∙10–3 М и в дальнейшем практически не изменялись (табл. 3).

Ингибирующее действие указанных соединений тестировали в широком диапазоне концентраций (1∙10–5–1,5∙10–3 М) в условиях инициированного окисления метилолеата в среде хлорбензола. Исследуемые АО увеличивали периоды индукции в процессе окисления модельного субстрата. Для осалмида, парацетамола, эмоксипина и дибунола наблюдалась линейная зависимость между периодом индукции и концентрацией. Действие a-токоферола в изучаемом диапазоне концентраций описывалось также линейной зависимостью (рис. 4).

pic_17.wmf

Рис. 4. Зависимость периодов индукции от концентрации АО: 1 – парацетамол; 2 – дибунол; 3 – a-токоферол; 4 – осалмид; 5 – эмоксипин; субстрат окисления МО, Wi = 4,2∙10–8 М∙c–1, t = 60 °С

Таблица 4

Кинетические параметры окисления МО в присутствии различных концентраций исследуемых АО, Wi = 4,2∙10–8 М∙c–1, t = 60 °С

С(АО)∙10–4, М

tинд, мин

Wнач∙10–7, M∙c–1

Wmax∙10–7, M∙c–1

Wмак. MO/Wмак. AO

АОА = τi –τS/τS

Метилолеат (контроль)

0

26

1,90

8,00

Парацетамол

2

220

0,57

1,30

6,2

8,5

4

425

0,50

1,16

6,9

16,3

6

625

0,31

0,66

12,1

24,0

8

820

0,21

0,30

26,7

31,5

10

1030

0,20

0,28

28,6

39,6

Осалмид

2

110

1,06

2,19

3,7

4,2

4

200

0,76

1,98

4,0

7,7

6

300

0,62

1,30

6,2

11,5

8

410

0,46

1,18

6,8

15,8

10

500

0,37

1,12

7,1

19,2

Эмоксипин

2

45

1,81

7,12

1,1

1,7

4

65

1,74

5,81

1,4

2,5

6

110

1,62

4,30

1,9

4,2

8

160

1,53

4,03

2,0

6,2

10

180

1,51

3,91

2,1

6,9

a-Токоферол

2

160

0,78

6,51

1,2

6,2

4

280

0,76

6,42

1,2

10,8

6

400

0,77

6,50

1,2

15,4

8

500

0,76

6,34

1,2

19,2

10

600

0,76

6,42

1,2

23,1

Дибунол

2

190

0,68

6,32

1,3

7,3

4

380

0,69

6,21

1,3

14,6

6

570

0,67

6,40

1,3

21,9

8

750

0,68

6,12

1,3

28,9

10

950

0,69

6,30

1,3

36,5

В работе была проанализирована закономерность изменения начальной (Wo2нач) и максимальной (Wo2max) скорости окисления в присутствии различных концентраций изучаемых АО. Установлено, что указанные кинетические параметры практически не изменялись с ростом концентрации дибунола и α-токоферола, но существенно уменьшались при введении других АО (табл. 3, 4). По всей вероятности, выявленная закономерность связана с участием АО в реакциях нерадикального разрушения гидропероксидов.

pic_18.wmf

Рис. 5. Кинетика накопления гидропероксидов при аутоокислении линолевой кислоты в присутствии равных концентраций АО: 1 – контроль; 2 – эмоксипин; 3 – осалмид; 4 – парацетамол. Стрелкой показан ввод АО. С(АО) = 2∙10–4 M, t = 60 °C

 

Были проведены эксперименты по прямому тестированию кинетики накопления гидропероксидов после введения в частично окисленный липидный субстрат каждого из исследуемых АО. Из рис. 5 видно, что после ввода АО в течение первого часа наблюдалось снижение концентрации гидропероксидов практически до исходного уровня. Установлено, что АО способствовали разрушению гидропероксидов на 20–75 %.

Выводы

1. Получен ряд уменьшения константы скорости реакции k7 соединений с пероксильными радикалами: 3,60∙106 М–1∙с–1 (a-токоферол) > 6,86∙104 М–1∙с–1 (осалмид) > 4,00∙104 М–1∙с–1 (парацетамол) > 1,40∙104 М–1∙с–1 (дибунол) > 0,61∙104 М–1∙с–1 (эмоксипин).

2. Установлено, что осалмид и парацетамол в процессе окисления способны как эффективно уничтожать пероксильные радикалы, так и разрушать гидропероксиды молекулярным путем. Вероятно, что антирадикальная активность ингибиторов обусловлена присутствием в их химической структуре фенольного гидроксила, а способность разрушения гидропероксидов связана с наличием амидной группы.

3. Показан идентичный механизм действия стационарного антиоксиданта дибунола при инициированном окислении безводных и катализируемых водно-липидных субстратов.

4. Установлена слабая антиоксидантная активность a-токоферола при каталитическом окислении водно-липидных субстратов.

5. Установлена высокая антиоксидантная активность парацетамола в безводной инициируемой среде и низкая в водно-липидной катализируемой среде.

6. С целью расширения спектра фармакологического действия изучаемых соединений были получены патенты на изобретение (осалмид, парацетамол).

Рецензенты:

Ерёмин Д.И., д.б.н., профессор кафедры почвоведения и агрохимии, ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень;

Грехова И.В., д.б.н., профессор кафедры общей химии, ФГБОУ ВПО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья», г. Тюмень.

Работа поступила в редакцию 06.02.2015.



Библиографическая ссылка

Перевозкина М.Г. КИНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ ЭМОКСИПИНА, ОСАЛМИДА И ПАРАЦЕТАМОЛА // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-5. – С. 940-947;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=36961 (дата обращения: 24.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074