Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

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.

Статья в формате PDF

506 KB

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

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

где InH – ингибитор окисления; In● – радикал ингибитора;  – 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 , Wi = 2,3∙10-8 М∙с–1; САО = 1∙10–3 М; t = 60 °С

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.

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

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.

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

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).

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

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.

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).

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