Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ВЛИЯНИЕ НУТРИЕНТОВ НА СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЙ БАЛАНС КРОВИ IN VITRO

Лесовская М. И.,

1.3. Химическая природа и механизмы действия биологически активных нутриентов

Сложность классификации при изучении биологически активных компонентов питания связана с химической гетерогенностью их состава. Так, биологически активные вещества используемые в микронутриентах, подразделяют на природные неорганические (минералсодержащие), органические (животного, растительного, микробного, происхождения) и их синтетические аналоги, а также модифицированное сырье [Лесовская М.И. и др., 2001].

Согласно другому подходу, биологически активные нутриенты разделяют на жирорастворимые (витамины А, Е, К, D, Q, F, стерины и др.) и водорастворимые (серусодержащие соединения, витамины группы В, С, Р, РР, биогенные амины и т.п.) [Тутельян В.А., 1996]. Наконец, в соответствии с химической леесификацией выделяют витамины, микроэлементы, алкалоиды, гликозиды (лпонины, антрагликозиды, иридоиды, глюкозинолаты), фенольные соединения (с одним, двумя или несколикими ароматическими кольцами), терпеноиды, органические кислоты, ферменты, фитонциды, гормоны и гормоноподобные вещества [Пилат Т.Л., Иванов А.А., 2002].

Несмотря на важное значение подобных классификаций, они не учитывают функциональные свойства данных соединений и не позволяют прогнозировать и сравнивать эффективность БАД,
создаваемых на их основе. Поэтому более предпочтительными являются классификация по признаку биологической активности, в соответствии с которой вещества, способные усилить неспецифическую сопротив-ляемость организма к неблагоприятным факторам среды, называются адаптогенами. Функция адаптогенов заключается в повышении общей резистентности организма к неблагоприятным воздействия среды, а особенности физиологического эффекта во многом определяются химической природой адаптогена, доминирующего в дизайне БАД.

По одной из гипотез [Шугалей В.С., 1994], адаптогены являются результатом эволюции химических сигналов, связывающих организм с внешней средой. Такими сигналами могли являться рецепторно-активные катаболиты, экскретируемые во внешнюю среду, в первую очередь – аммиак, мочевина, аминокислоты и их производные, путресцин, ГАМК и пептиды (регуляторы нелизосомального протеолиза), низкомолекулярные нуклеотиды, пуриновые и пиримидиновые основания, мочевая кислота как продукт их окисления, липо- и полисахариды.

У высших организмов древние неспецифические регуляторные функции продуктов катаболизма могли сохраниться как реликтовые свойства, проявляющиеся только при резких экологических сдвигах. Триггером многих биологических эффектов является содержание кислорода в среде, реакционная активность которого в живых системах, в свою очередь, зависит от температуры и активности оксидоредуктаз [Владимиров Ю.А., 2009]. Поэтому многие известные адаптогены, во-первых, являются азотсодержащими соединениями, а во-вторых, регулируют центральные звенья метаболизма, прежде всего окислительный метаболизм клеток и тканей, выполняя антиоксидантную функцию.

Согласно свободнорадикальной теории старения [Дильман В.М., 1987], свободные радикалы, образующиеся в результате различных окислительных реакций в организме, оказывают множественные повреждающие воздействия на макромолекулы (нуклеиновые кислоты и белки), вызывая их деградацию, ускоряя развитие основных болезней онтогенеза (сердечно-сосудистые заболевания, возрастные иммунодепрессия и дисфункция мозга, катаракта, рак и некоторые другие). Подсчитано, что за 70 лет жизни человека организм производит около одной тонны радикалов кислорода, хотя только 2…5 % вдыхаемого с воздухом кислорода превращается в его токсические радикалы.
В клетке крысы может возникать до 104 вызыванных активными формами кислорода повреждений ДНК в день и при постоянных условиях до 10 % молекул белка могут иметь карбонильные модификации. Подавляющее большинство из них нейтрализуется еще до того, как успеют повредить те или иные компоненты клетки, благодаря постоянному функционированию ферментных и неферментативных систем антиоксидантной защиты от химически агрессивных интермедиатов кислорода.

Следовательно, одной из наиболее важных характеристик адаптогенов является их антиоксидантный потенциал. По механизму ингибирующего действия антиоксиданты разделяют на 6 классов
[Денисов Е.Т., 2003].

1. Ингибиторы, обрывающие цепи по реакции с пероксильными радикалами. Ароматические соединения со сравнительно слабыми O–H- и N–H-связями (фенолы, нафтолы, ароматические амины, аминофенолы, диамины) обладают редуцирующими свойствами и быстро реагируют с пероксил-радикалами.

2. Ингибиторы, обрывающие цепи по реакции с алкильными радикалами. Это хиноны, иминохиноны, метиленхиноны, стабильные нитроксильные радикалы, молекулярный йод. Алкильные радикалы быстро реагируют с кислородом, поэтому ингибиторы этого типа эффективны при низкой концентрации растворенного кислорода в среде.

3. Ингибиторы, разрушающие гидропероксиды. Это вещества, быстро реагирующие с гидропероксидами без образования свободных радикалов: сульфиды, фосфиты, арсениты и т. д., а также тиофосфаты и карбаматы металлов, разнообразные комплексы металлов. Реакция может протекать стехиометрически (сульфиды, фосфиты) и каталитически (комплексы металлов).

4. Ингибиторы – дезактиваторы металлов. Соединения металлов переменной валентности разрушают гидропероксиды с образованием свободных радикалов, что ускоряет окисление. Такое катализированное окисление замедляют комплексообразователи (диамины, гидроксикислоты, другие бифункциональные соединения), образуя с металлом соединение, неактивное по отношению к гидропероксиду.

5. Ингибиторы многократного действия. При окислении некоторых классов веществ (спирты, алифатические амины) образуются пероксильные радикалы, обладающие как окислительным, так и восстановительным действием. В таких системах ряд ингибиторов, обрывая цепи, снова регенерируются в актах обрыва цепи: происходит каталитический обрыв цепей. Число обрывов цепей зависит от соотношения скоростей реакций регенерации ингибитора и его обратимого расходования. Многократный обрыв цепей наблюдается и в полимерах. Ингибиторами многократного обрыва цепей являются ароматические амины, нитроксильные радикалы, соединения металлов переменной валентности.

6. Ингибиторы комбинированного действия тормозят окисление, одновременно реагируя и с алкильными, и с пероксильными радикалами (антрацен, метиленхинон), разрушая гидропероксиды и обрывая цепи по реакции с RO2· (карбаматы и тиофосфаты металлов). При этом возможен синергизм ингибиторов (усиление тормозящего действия друг друга), аддитивность (период индукции при действии смеси равен сумме периодов индукции при самостоятельном действии каждого из ингибиторов) или антагонизм (тормозящее действие смеси меньше суммы индивидуальных тормозящих эффектов).

К наиболее важным эндогенным факторам антиоксидантной защиты организма относятся некоторые ферменты, витамины и метаболиты, содержащиеся в крови (табл. 2).

Таблица 2

Активные формы кислорода, прооксиданты
и важнейшие эндогенные биоантиоксиданты организма

В то же время продукты взаимодействия активных форм кислорода с макромолекулами постоянно обнаруживаются в органах и тканях организма. Это свидетельствует о том, что системы антиоксидантной защиты недостаточно эффективны и что клетки постоянно подвергаются окислительному стрессу.

Таким образом, необходима постоянная экзогенная поддержка антиоксидантной системы организма с помощью алиментарных антиоксидантов.

Наличие в БАД компонентов, способных синергически тормозить гиперпродукцию свободных радикалов во внутренней среде организма, дает основания для благоприятного прогноза успешности их применения при многих нарушениях здоровья.

Окислительный баланс является важным адаптационным механизмом, эффективность которого зависит от функциональной согласованности прооксидантного и антиоксидантного компонентов. Химические особенности антиоксидантов связаны со способностью как к донорным, так и акцепторным взаимодействиям с восстановительными элементами редокс-систем. Поэтому в числе адаптогенов, использованных для коррекции нарушенного метаболизма, были природные биологически активные соединения животной и растительной природы.

Среди адаптогенов животного происхождения наиболее известны гормоны надпочечников, половые стероиды, гормоны щитовидной, поджелудочной желез, соматотропный гормон (СТГ), эстрогены, мелатонин [Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 2007]. Так, индольный гормон эпифиза in vitro в 514 раз эффективнее угнетает образование гидроксил-радикала, чем такие известные ингибиторы, как глутатион и маннитол, in vivo угнетает развитие новообразований, стимулирует образование антител В-клетками [Земсков А.М. и др., 1994]. Пептидный препарат эпиталамин, получаемый из эпифизов крупного рогатого скота, стимулирует синтез и секрецию мелатонина, существенно ингибирует свободнорадикальные (СР-) процессы в организме, увеличивает продолжительность жизни животных, замедляет старение репродуктивной и иммунной систем и тормозит развитие опухолей. Мелатонин зарегистрирован в качестве самостоятельной БАД многими компаниями («Тяньши», Китай [1mag.ru], Витамакс (США) [vitamax.dp.ua] и др.), а также является лееtionным средством [Регистр…, 2002].

К небелковым регуляторам метаболизма относятся простагландины, лееды никотиновой кислоты, незаменимые аминокислоты и продукты их обмена, карнозин и его аналоги [Лесовская М.И. и др., 2001] и др. Аминокислоты являются компонентами БАД «Колострум-Иммулак» («Глорион», Россия) [bizweb.h1.ru], простагландины – компонентами БАД «Энерголам-Плюс» («Био-Шельф», Россия)
[www.bioshelf.ru], получаемых из икры морского ежа и ламинарии, а карнозин используется как самостоятельная биодобавка («ООО Сателит», Россия) [www.biodobavki.org]. Природный имидазолсодержащий дипептид карнозин, а также индивидуальные аминокислоты b-аланин и гистидин ингибируют хемилюминесценцию липопротеинов плазмы крови человека in vitro [Реброва О.Ю., Болдырев А.А., 1995]. Иммунорегуляторные пептиды моока и молозива богаты пролином, неспецифически увеличивают гуморальный иммунитет, созревание и генерацию Т-супрессоров [Немировский Л.Е., Васильев В.К., 1998].

Не менее активными являются растительные адаптогены, эффективность которых сопоставима с таковой у биопрепаратов животного происхождения при более низкой себестоимости. Для некоторых из растительных адаптогенов найдены аналоги в животном организме. Так, структурное и функциональное сходство со стероидными гормонами млекопитающих обнаружено у гензинозидов женьшеня и стероидных гликозидов паслена дольчатого (Solanum laciniatum Ait.) [Фонин В.С. и др., 1996]. Считают, что стероидные сапонины накапливаются в эволюционно молодых видах растений, а алкалоиды – в более древних [Шугалей В.С., 1994]. Многие алкалоидоносы являются концентраторами до 10 видов металлов, половина из которых (Cu, Cr, Se, Zn, Fe) участвует в редокс-процессах в составе ферментов, а остальные (Ba, Co, Mn, B, Al) обеспечивают нормальное функционирование опорной, кроветворной, нервной, дыхательной систем [Тутельян В.А., 1996], следовательно, имеют высокий адаптоген-
ный потенциал.

Виноград является уникальным источником регуляторно значимых незаменимых аминокислот, оптимизирующих синтез холина, коферментов, медиаторов, гормонов и антиоксидантов. Экстракт виноградных выжимок под названием «резвератрол» является широко распространенным компонентом биодобавок («Антиокс» («Neways»), «Детокс» («Vision»), «Лайф Пак» («Enrich») [Максимов О.Б. и др., 1998]. В составе коммерческих пищевых антиоксидантов все чаще встречается
флавоноидный комплекс пикногенол, получаемый из сосновой коры и виноградных косточек [Tagliazucchi D. е.а., 2013]. По интенсивности действия пикногенол превышает эффективность витамина С в 20 раз, витамина Е в 50 раз, а его биодоступность составляет 95 %.

Некоторые виды морских водорослей и гидробионтов являются источниками специфических биологических активных веществ и энтеросорбентов, не встречающихся в составе сухопутных растений и животных (йод, альгиновая кислота, лее) [Алёшин С.Н., 2002].

Бобовые растения являются источником не только ценного растительного белка, но и галактоманнанов – нейтральных полисахаридов клеточной стенки, выполняющих функцию резервного субстрата и регулятора водного баланса в организме растений и животных. Галактоманнаны бобовых входят в состав БАД «Люцернат», «Люцернозим» (Россия) [extech.ru], предназначенных для профилактическоего применения при диабете, ишемии, гиперлипидемии [Местечкина Н.М. и др., 1996]. Галактоманнаны семян баптизии, часто встречаемого компонента зарубежных БАД, повышают активность пероксидазы [Анулов О.В., 1997]. Плодовые тела съедобных сумчатых грибов (используемых в китайских приправах) – фукозоспецифичный лектин, а зародыши пшеницы – фитогемагглютинины [Антонюк В.А., 1997], обладающие аналогичным действием.

Морские водоросли служат источниками полисахаридов с противоопухолевой активностью, которые, как и галактоманнаны, являются антигенами к поверхностным рецепторам фагоцитирующих клеток и резко стимулируют их активность [Звягинцева Т.Н. и др., 1998].

Корнеплоды являются источником нескольких биологически активных фитокомплексов. Полисахаридный комплекс, выделенный из флоэмы моркови, входит в состав БАД «Аргиллавит» («lifestyles», [aboutlifestyles.com]) и является источником каротина, тогда как белковый комплекс ксилемы моркови содержит больше метионина и обладает гепатопротекторными свойствами. Кроме того, гемицеллюлозы и пектины моркови обладают повышенной способностью к связыванию катионов поливалентных металлов и используются в защите организма от экзогенных хемотоксикантов [Chaves, D. F.S., 2013].

Корнеплоды столовой свеклы являются источником природных пигментов растений – беталаинов беталаиноксидазы, а также тиолового фермента – беталаиноксидазы [Захарова Н.С., Петрова Т.А., 1996]. Тиоловые группы фермента не являются каталитически значимыми, а следовательно, могут использоваться организмом как дополнительный антиоксидантный ресурс, повышать его устойчивость к влиянию прооксидантов. Этот фермент-антиоксидант активируется под влиянием ионов Са2+, Mn2+, Fe3+ и необратимо ингибируется под влиянием ионов Fe2+ и Сu+, участвующих в реакциях перекисного окисления. Беталаины (бетацианины и бетаксантины) относятся к азотсодержащим гетероциклическим соединениям, причем более высокая антиоксидантная активность обнаружена у бетаксантинов, а индивидуальные антиоксидантные эффекты в обеих группах были намного слабее сочетанных.

Биопрепараты тыквы входят в состав многих БАД (например, «Эко-мон» («Авита-К», Россия) [avita.ru]. В семенах тыквы (Cucurbita maxima L., сорт «Миндальный») обнаружен низкомолекулярный ингибитор цистеиновых протеиназ, эффективно подавляющий активность фицина (Кi = 1,06∙10–7 М), в меньшей степени действующий на химопапаин и не влияющий на бромелаин [Ивлева И.В. и др., 1997]. Цистеиновые протеиназы являются центральным звеном в регуляции апоптоза [Дилакян Э.А. и др., 1998], что объясняет адаптогенные эффекты указанных препаратов.

Растительные фитоадаптогены характеризуются активностью в отношении эндокринных, анаболических, бактерицидных и фунгицидных реакций организма в ответ на воздействия стресс-факторов. Компоненты древесной зелени хвойных пород Picea, Abies, Pinus – низкомолекулярные полипренолы С70–С85 и их ацетаты – обладают иммунотропной, антивирусной и противоязвенной активностью [Шарапаева М.С, Лесовская М.И., 2012], а 3,3′,4′,5,7-пентагидрокси-флаванон (диквертин), получаемый из измельченной древесины лиственницы даурской и сибирской, оказывает антиагрегационное влияние на тромбоциты посредством повышения содержания в них циклонуклеотидов [Кубатиев А.А., 1999]. Иммуномодулирующая активность таких растительных тритерпеноидов, как производные урсоловой кислоты, обусловлена их влиянием на синтез цитокинов, например, ИЛ-2, ИЛ-1, a-ФНО, g-ИФ [Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П., 2007]. Фитопрепараты, созданные на основе традиционных пищевых растений южной флоры (борщевик, купена, чабрец, кориандр, чабер, женьшень, переступень) усиливают активность миелопептидов и повышают продукцию соматотропного гормона человека in vitro при сочетанном применении [Трескунов К.А., 2012].

Подобный защитный эффект обнаружен и у суммарных фитопрепаратов лекарственных растений (Eleutherococcus seticosus, Aralia mandshurica, Rhaponticum carthamoides). Под влиянием этих соединений отменялись признаки адаптационного напряжения иммунной системы (активация макрофагов, возрастание концентрации ИЛ-1a и кортикостерона в крови) у мышей после кратковременного ротационного стресса, тогда как у нестрессированных животных не активировало иммунную систему [Шанин С.Н., 1996].

В основе множественных регуляторных эффектов растительных фитоадаптогенов лежит их способность модулировать окислительно-восстановительные процессы гомеостаза [Шугалей В.С., 1994].
Химическая природа активных начал фитоадаптогенов на основе лекарственных растений чрезвычайно разнообразна и включает практически все известные классы химических соединений. При этом известные составляющие из экстрактов лекарственных растений, выделенные в чистом виде, не воспроизводят всех эффектов
[Трескунов К.А., 2012]. Возможно, в растениях имеются и неидентифицированные активные соединения, либо их суммарный адаптогенный эффект не сводится к сумме свойств элементов.

Антибактериальная активность обнаружена у многих фитоэкстрактов сибирских растений, обладающих антихолинэстеразной (спазмолитической), гипотензивной, седативной, антибактериальной активностью (зверобой, лапчатка, багульник, подорожник, шалфей, ромашка, толокнянка). Этим растениям свойственно избирательное концентрирование алкалоидов и микроэлементов (Fe, Al, Ba, Cr, Co, Se, Mn, B, Cu, Zn), входящих в состав антиоксидантных ферментов [Гичев Ю.Ю., Гичев Ю.П., 2006]. Природные растительные антиоксиданты 2″-О-гликозилизовитексин, 2,5-диметил-4-ОН-3(2Н)-фуранон L-аскорбат подавляют образование малональдегида и ацетальдегида при окислении липидов плазмы крови, окисленных реактивом Фентона. Обнаружено субстратное регулирование активности пероксидазы: при связывании 2–5 молекул аскорбата наблюдается активирование фермента, однако связывание 6–9 молекул ингибирует пероксидазу [Рогожин В.В., Верхотуров В.В., 1998].

Регуляторное влияние адаптогенов, как правило, осуществляется на уровне медиаторов воспаления, сопровождающегося свободнорадикальными реакциями. Это влияние характеризуется модулирующим действием в зависимости от исходного биохимического статуса организма, в частности, от уровня синтеза цитокинов: фактора некроза опухоли, ИЛ-6, a- и g-интерферонов; от интенсивности ПОЛ и активности АОС и т.д. [Владимиров Ю.А., 2009].

Многие пептидные адаптогены снижают пероксидацию липидов за счет модулирующего влияния на активность каталазы, а также на содержание церулоплазмина и лактоферрина. Эти белки осуществляют обезвреживание и элиминацию продуктов свободнорадикального окисления и участвуют в переводе супероксидного анион-радикала в Н2О2, которую каталаза разлагает до воды. В результате снижаются явления токсикоза, опасность развития воспалительных реакций со стороны лейкоцитов, нейтрофилов, моноцитов, тромбоцитов, восстанавливается продукция белков-антиоксидантов и ЛПВП, что ведет к снижению ПОЛ, восстановлению функции эндотелия, предупреждению ишемии, улучшению трофики слизистых оболочек, устранению язвы желудка и двенадцатиперстной кишки практически без побочных эффектов [Лебедев В.В., 1999].

Таким образом, одним из главных критериев эффективности адаптогенов является их противодействие окислительному стрессу. Поэтому изучение антиоксидантного потенциала микронутриентов и их компонентов необходимо для адресного их использования и снижения риска, связанного с фальсифицированными или неэффективными препаратами. Для этого необходимо выбрать наиболее адекватный методический подход для решения поставленной задачи.