При действии на организм человека различных неблагоприятных физических или химических факторов, а также стрессовых ситуаций в организме человека формируется неспецифическая реакция, которая проявляется в повышении свободнорадикальных процессов вследствие патологического метаболизма кислорода (т.н. синдром переоксидации или свободнорадикальная патология). В результате этих реакций в организме возрастает уровень продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) мембран клеток, при этом повреждаются белки, липиды, ферменты, изменяется структура макромолекул и нарушается целостность клетки.
Перекисное окисление сложный многостадийный цепной процесс окисления кислородом липидных субстратов, главным образом полиненасыщенных жирных кислот, включающий стадии взаимодействия липидов со свободнорадильными соединениями и образования свободных радикалов липидной природы. Перекисное окисление фосфолипидов биологических мембран играет важную роль в жизнедеятельности живых организмов. Продукты ПОЛ, в частности, перекиси липидов, используются в организме для синтеза биологически активных веществ, простагландинов, тромбоксанов, стероидных гормонов и т.д. В живых организмах существует сложная система регуляции интенсивности процесса перекисного окисления. В норме процессы образования и расходования продуктов ПОЛ сбалансированы, что определяет их относительно низкое содержание в клетках. Повышение интенсивности свободнорадикальных процессов лежит в основе развития тяжелых заболеваний, таких как атеросклероз, инфаркт миокарда, онкологические заболевания, а также ускоренное и преждевременное старение организма [1].
Повреждающему эффекту свободных радикалов и активных форм кислорода противостоит система противоокислительной защиты, главным действующим звеном которой являются антиоксиданты – соединения, способные тормозить, уменьшать интенсивность свободнорадикального окисления, нейтрализовать свободные радикалы путем обмена своего атома водорода (в большинстве случаев) на кислород свободных радикалов. Поэтому одним из способов профилактики и комплексной терапии перекисной патологии организма является использование антиоксидантов. К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супероксиддисмутазу, каталазу и глутатионпероксидазу. К неферментативным факторам антиоксидантной защиты относятся витамины А, Е, С, микроэлемент селен [3].
Доказано, что селен – незаменимый для человека микроэлемент, участвующий в функционировании антиоксидантной и иммунной системы, в детоксикации ксенобиотиков. Ферменты, регулирующие процессы перекисного окисления липидов, находятся во всех тканях, поэтому симптомы дефицита селена неспецифичны.
Ранее проведенными исследованиями элементного статуса различных возрастных групп населения г. Челябинска с целью выявления рисков развития гипоэлементозов и обоснования развития производства обогащенных продуктов питания минеральными компонентами, дефицит которых в пищевом рационе обусловлен геохимическими особенностями региона, установлено, что практически каждый горожанин, начиная с 18-летнего возраста и на протяжении всей жизни, испытывает дефицит такого микроэлемента, как Se. При этом риск развития гипоэлементоза Se довольно высок и составляет 93,2–96,2 % [4, 7].
Важнейшей ролью селена является его вхождение в состав глутатионпероксидазы – фермента, предохраняющего клетки от токсического действия перекисных радикалов. Имеется связь между селеном и витамином Е – они влияют на разные этапы образования органических перекисей: токоферолы подавляют (предупреждают) перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот, а содержащая селен глутатионпероксидаза разрушает уже образовавшиеся перекиси липидов, перекись водорода. Глутатионпероксидаза, не содержащая селен, – глутатион-S-трансфераза – разрушает только перекись водорода (как и каталаза).
При достаточном поступлении в организм витамина Е проявления дефицита селена значительно нивелируются. Витамин Е предупреждает окисление селена, способствует его сохранению. Добавка селена при Е-дефицитном рационе тормозит накопление липоперекисей, ликвидирует или предупреждает симптомы Е-витаминной недостаточности [8].
Мировой и отечественный опыт показывает, что разработка и внедрение в производство пищевых продуктов массового потребления, дополнительно обогащенных дефицитными нутриентами до уровня, отвечающего физиологическим потребностям человека, является наиболее эффективным и целесообразным с экономической, социальной, гигиенической и технологической точек зрения методом кардинального решения проблемы дефицита микронутриентов в организме человека. Ингредиенты, входящие в состав функциональных продуктов, приносят пользу здоровью человека, повышают его сопротивляемость заболеваниям, улучшают многие физиологические процессы в организме человека, позволяют долгое время сохранять активный образ жизни.
Потребительские свойства функциональных продуктов включают три составляющие: пищевую ценность, вкусовые качества и физиологическое воздействие. Все продукты позитивного питания содержат ингредиенты, придающие им функциональные свойства. В связи с чем на кафедре технологии и организации питания факультета пищевых технологий ФГБОУ ВПО ЮУрГУ (НИУ) были разработаны обогащенные хлебобулочные изделия: булка «Городская с селеном» (ТУ 9115-066-02068315) и булка «Городская с селеном», обогащенная витаминами (ТУ 9115-022-71554597).
В качестве обогащающей добавки в обоих изделиях использовался «Селексен» (производитель ООО НПП «Медбиофарм») – синтетическое гетероциклическое органическое соединение селена (содержит не менее 95 % селенопирана). Это устойчивый при хранении кристаллический порошок от светло-бежевого до желтого цвета со слабым специфическим запахом, растворимый в жирах и некоторых органических растворителях, имеющий температуру плавления 95–96 °С и термостабильность 150 °С. Содержание селена в препарате составляет 23–24 %.
Механизм антиоксидантного действия селексена и вне организма (липиды, продукты питания), и в организме заключается именно в способности его молекулы переносить электрон со своей высшей молекулярной орбитали на низшую молекулярную орбиталь активных окислителей, в том числе перекисей водорода и липоперекисей. Благодаря этой способности молекулы селексена он и проявляет мощную, многогранную защиту организма и является активным антиоксидантом в кормах, продуктах питания и жирах, на длительное время продлевая их качество.
Селексен в отличие от традиционных антиоксидантов (витамин Е, ионол, кверцетин) не только существенней замедляет скорость липопероксидации, но и обладает новым, отсутствующим у них свойством, – он нейтрализует ранее образовавшиеся гидроперекиси липидов. По существу, селексен, поступивший в организм оральным либо парентеральным путями, следует рассматривать как работающую пролонгированную форму селена, как метаболически активно функционирующее депо селена с самостоятельно проявляемыми в организме специфическими функциями. Эти специфические функции заключаются в способности селексена не только активировать каталитическую активность глутатионпероксидазы, но и самостоятельно выполнять в организме ее роль [5].
При производстве булки «Городская с селеном», обогащенной витаминами, использовался витаминный премикс 986 (производитель DSM Nutritional Products) – мелкодисперсный порошок желтого цвета, легко растворимый в холодной воде, содержащий витамины Е, Н, группы В.
Проектирование обогащенных пищевых продуктов в форме представления доказательств преимущества нового товара, а также его позиционирование предназначено для эффективного продвижения функциональных пищевых продуктов на рынок. При этом информация о новом продукте должна быть аргументированной, подтвержденной апробацией на репрезентативных группах людей, демонстрирующей не только его полную безопасность, приемлемые вкусовые качества, но также способность существенно улучшать показатели здоровья [2].
Целью исследования явилось изучение эффективности антиоксидантных свойств хлебобулочных изделий, обогащенных селеном.
Материал и методы исследования
Для диагностики липоперекисной патологии в организме человека принято определять в плазме крови содержание первичных продуктов перекисного окисления липидов (диеновых конъюгатов), вторичных (МДА), конечных (шиффовых оснований) продуктов ПОЛ. В некоторых случаях исследуют активность ферментов – антиоксидантов [6].
Для оценки эффективности функциональных (антиоксидантных) свойств обогащенных хлебобулочных изделий было проведено экспериментальное биохимическое исследование (типа «до – после») крови 64 взрослых добровольцев в возрасте 25 лет, проживающих на территории г. Челябинска, отобранных в соответствии с критериями включения-исключения (информированное согласие на участие в исследование, отсутствие острых заболеваний, хронических заболеваний в стадии обострения или декомпенсации).
Все добровольцы были разделены (по 32 человека) на две группы: 1 группа – употребляли ежедневно по 150 г (усредненную суточную порцию) булки «Городская с селеном», что обеспечивало удовлетворение суточной потребности человека в селене не менее чем на 42,9 %; 2 группа – употребляли аналогичное количество булки «Городская с селеном», обогащенной витаминами, что дополнительно обеспечивало удовлетворение суточной потребности человека в витамине Е не менее чем на 34,9 %; в витамине В1 – на 30,0 %; в витамине В2 – на 25,0 %; в витамине В6 – на 18,7 %; в витамине РР – на 37,5 %; в витамине В3 – на 39,0 %; в витамине Вс – на 24,4 %; в витамине В12 – на 34,9 %; в витамине Н – на 30,0 %) в течение 30 дней.
Контролировалось также фактическое питание с целью исключения вмешивающихся факторов. Самими добровольцами, получавшими обогащенные хлебопродукты, на протяжении всего периода исследований не было отмечено побочных реакций на их употребление. Неудовлетворительных отзывов, в т. ч. на органолептические свойства продукции не поступало. Переносимость обогащенных хлебобулочных изделий была хорошей.
Определение содержания ТБК-активных веществ (МДА) и активности супероксиддисмутазы и каталазы в сыворотке крови; общих полиеновых и диеновых конъюгатов, а также шиффовых оснований в плазме крови проводили на базе биохимического отдела ЦНИЛ ЧелГМА согласно методическим рекомендациям [6].
Результаты исследования и их обсуждение
В ходе исследования особенностей состояния липоперекисной системы организма челябинцев до и после употребления различных селенсодержащих хлебобулочных изделий была установлена активность ферментативной системы антиоксидантной защиты организма, особенно после употребления в течение 30 дней булки «Городская с селеном», обогащенной витаминами (таблица). Так, активность каталазы после употребления булки «Городская с селеном» возросла на 15,88 % (р < 0,05), при употреблении булки «Городская с селеном», обогащенной витаминами, – на 23,63 % (р < 0,01) по сравнению с аналогичным показателем до употребления обогащенных хлебопродуктов. И это не случайно, т.к. известно, что к алиментарным факторам, повышающим каталазную активность, относят достаточное потребление витаминов группы В, фолиевой кислоты, биотина, пантотеновой кислоты, которые и содержатся в булке «Городская с селеном», обогащенной витаминами [8].
Активность супероксиддисмутазы при этом достоверно снизилась на 30,89 % и на 35,0 % соответственно.
Показатели перекисного окисления липидов и антиоксидантной защиты организма в крови челябинцев
|
Наименование показателя |
Результаты исследований |
|||
|
до употребления обогащенных хлебопродуктов |
после употребления обогащенных хлебопродуктов |
|||
|
1 группа |
2 группа |
1 группа |
2 группа |
|
|
Общие полиеновые, Е220/мл |
5,25 ± 0,2 |
5,22 ± 0,2 |
4,83 ± 0,12 |
4,69 ± 0,13 |
|
Диеновые конъюгаты, Е233/мл |
2,6 ± 0,06 |
2,64 ± 0,06 |
2,53 ± 0,06 |
2,31 ± 0,04** |
|
Диенкетоны, Е278/мл |
1,87 ± 0,05 |
1,91 ± 0,09 |
1,73 ± 0,1 |
1,56 ± 0,07* |
|
Шиффовы основания, Е400/мл |
0,18 ± 0,07 |
0,2 ± 0,04 |
0,16 ± 0,04 |
0,1 ± 0,02 |
|
Каталаза сыворотки, мкат/л |
15,81 ± 0,5 |
15,53 ± 0,31 |
18,32 ± 0,11* |
19,2 ± 0,21** |
|
СОД, усл.ед./л |
1,23 ± 0,05 |
1,2 ± 0,03 |
0,85 ± 0,03** |
0,78 ± 0,04*** |
|
ТБК-акт. прод., нМ/мл |
4,73 ± 0,12 |
4,67 ± 0,14 |
3,89 ± 0,13** |
3,69 ± 0,16** |
Примечание. Достоверно при * р < 0,05, ** р < 0,01, *** р < 0,001.
Высокая степень антиоксидантной защиты в организме челябинцев после употребления селенсодержащих хлебопродуктов повлияла на интенсивность перекисного окисления липидов в клетках органов и тканей. Содержание первичных и вторичных продуктов ПОЛ (в изопропаноловом слое): диеновых конъюгатов и диенкетонов достоверно снизилось после включения в пищевой рацион горожан булки «Городская с селеном», обогащенной витаминами, на 12,5 % (р < 0,01) и на 18,32 % (р < 0,05) соответственно. Содержание в крови аналогичных продуктов ПОЛ после употребления булки «Городская с селеном» также снизилось, но не достоверно.
Положительная динамика снижения в крови общих полиеновых и шиффовых оснований после употребления обогащенных хлебобулочных изделий при статистической обработке оказалась недостоверной. Несмотря на сложившуюся ситуацию, после употребления обоих хлебопродуктов достоверным оказалось снижение в крови одной из фракций конечных продуктов ПОЛ – ТБК-активных веществ, а именно малонового диальдегида (МДА). После употребления булки «Городская с селеном» его содержание снизилось на 17,76 %, а после употребления булки «Городская с селеном», обогащенной витаминами, – на 20,98 %.
Таким образом, действие селена на процессы активации антиоксидантной защиты организма человека более полно проявляется при совместном влиянии микроэлемента не только в связке с витамином Е, но и витаминами группы В, поскольку употребление в составе пищевого рациона булки «Городская с селеном», обогащенной витаминами, дает более достоверное снижение показателей перекисного окисления липидов в крови обследованных добровольцев. В результате научно обоснована и доказана эффективность применения селенсодержащих хлебопродуктов в качестве профилактических средств для снижения интенсивности свободнорадикальных процессов в организме человека.
Заключение
Производство обогащенных продуктов приоритетными для региона нутрицевтиками является перспективной профилактикой, способствующей улучшению и сохранению здоровья населения. Понимание важнейшей роли реакций свободнорадикального окисления липидов и состояния антиоксидантной системы при изменении иммунного статуса организма является важнейшим фактором, который необходимо учитывать при разработке научно-обоснованных подходов к моделированию функциональных селенсодержащих продуктов питания.
Рецензенты:
Брюхин Г.В., д.м.н., профессор, зав. кафедрой гистологии, эмбриологии и цитологии, ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная медицинская академия», г. Челябинск;
Гордиевских М.Л., д.т.н., профессор, зав. кафедрой хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, ФГБОУ ВПО «Челябинская государственная агроинженерная академия», г. Челябинск.
Работа поступила в редакцию 11.04.2013.