Антиоксиданты глазами ученого-химика Гузель Зиятдиновой
«Антиоксиданты (антиокислители) ‑ ингибиторы окисления, природные или синтетические вещества, способные замедлять окисление (рассматриваются преимущественно в контексте окисления органических соединений)».
Это определение, данное в Википедии, тиражируется практически во всех сайтах. Слово «антиоксиданты» модное, рекламодатели без него жить не могут, продвигая свою продукцию. Мы решили обратиться к старшему преподавателю кафедры аналитической химии, кандидату химических наук Гузель Камилевне Зиятдиновой и расспросить ее, что же это такое – антиоксиданты, ведь она занимается этими интригующими человечество веществами со студенческой скамьи.
В качестве отступления. Гузель Зиятдинова по примеру родителей с детства хотела стать врачом. В школе ей нравились уроки химии и биологии, любознательной девочке во всем виделось какое-то таинство: как из ничего может произойти что-то? И как это «что-то» может затем трансформироваться во что-то другое...
Любопытство привело ее однажды на химфак Казанского университета, и все враз было решено: она остается здесь! Как водится, сдала экзамены, поступила учиться, а на втором курсе решила связать свою жизнь с аналитической химией. Основным направлением исследований одной из лабораторий кафедры, в которой студентка Гузель стала работать, был электроанализ биологически активных веществ. Группой энтузиастов-исследователей руководил замечательный ученый ‑ доктор химических наук профессор Ильдар Фартович Абдуллин. А после его безвременной кончины руководство этой группой перешло к доктору химических наук, профессору Герману Константиновичу Будникову.
Итак, представляем вам размышления молодого ученого.
«Да, меня очень заинтересовала тематика, которой занимался профессор Абдуллин. – рассказывает Гузель Камилевна. ‑ Понятно, что круг биологически активных веществ очень широк, но, в частности, исследовались антиоксиданты, которым уже тогда уделяли большое внимание.
Антиоксиданты являются важными компонентами продуктов питания, фармацевтических препаратов, косметических средств, полимеров и нефтепродуктов. Поэтому, как объект исследования, они представляют огромный интерес. Впервые в СССР интерес к этим соединениям возник в конце 1970-х годов, ими занялись медики, а правильнее будет сказать, биохимики и биофизики Института биохимической физики Российской академии наук им. Н.М.Эммануэля, где как раз начинались первые работы по исследованию антиоксидантов.
Почему важна и интересна проблема антиоксидантов? Почти все естественные науки – и химия, и биология, и физика решают важные социальные задачи. Химия на рубеже веков повернулась к проблемам экологии и медицины, в частности, сохранения здоровья человека. Например, та же проблема окружающей среды, которая непосредственно влияет на организм человека, и такой важный объект исследований, как продукты питания. Решение этих проблем в заметной мере связано с применением фармпрепаратов, биодобавок, различных сборов природного происхождения, во многих из которых действующее начало относится к группе антиоксидантов. Поэтому в настоящее время антиоксиданты являются одними из важнейших объектов исследования и анализа в науках о жизни. Многие проблемы в рамках этой области связаны с необходимостью количественного определения содержания антиоксидантов в различных объектах. Поэтому разработка новых способов определения антиоксидантов представляет актуальную задачу.
Так вот, в самом начале мы занимались биологическими жидкостями человека, исследовали так называемый антиоксидантный статус организма. Тут необходимо отметить, что антиоксиданты бывают экзогенного происхождения, то есть поступают в организм человека извне, главным образом с продуктами питания. А есть и эндогенные антиоксиданты, которые синтезируются в организме человека. Антиоксидантный статус отражает общее содержание антиоксидантов. Был разработан способ, позволяющий оценивать обобщенный показатель (интегральную антиоксидантную емкость крови), который отражает антиоксидантный статус организма человека. Метод основан на реакции антиоксидантов крови с электрогенерированным бромом и является достаточно простым и доступным, что немаловажно для рутинного лабораторного анализа.
Исследовались биологические жидкости при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, почек, в частности, хронической почечной недостаточности, при которой пациенты находятся на гемодиализе. Для таких пациентов, конечно, особенно важным является поддержание качества жизни. Дополнительная антиоксидантная терапия для коррекции процессов окисления позволяет поддерживать способность почки выполнять свои функции по поддержанию гомеостаза. Хотелось бы остановиться на данном вопросе подробнее.
Примерно в то же время (в начале 2000-х) японские исследователи пришли к выводу, что вкрапления витамина Е в диализную мембрану оказывают положительный терапевтический эффект. Это реализуется за счет снижения интенсивности окислительного стресса, происходящего при каждой процедуре гемодиализа. Мембраны эти, безусловно, очень дорогие. И вот у наших врачей возникла идея: провести курс дополнительной антиоксидантной терапии витамином Е перорально. Будет ли при этом меняться интегральная антиоксидантная емкость? Мы провели эти исследования и получили положительные результаты. Антиоксидантная емкость крови и плазмы крови пациентов, которые принимали помимо гемодиализа витамин Е, была достоверно выше.
Следующая группа объектов, содержащих антиоксиданты, представлена фармпрепаратами и БАДами. Число этих препаратов на рынке растет в геометрической прогрессии, постоянно появляется что-то новое. Объектами исследования этой области являются сырье для создания лекарственных средств или субстанции, промежуточные продукты их синтеза, лекарственные формы и их метаболиты, а также примеси и продукты деградации. Для фармпрепаратов, конечно, важны надежные, простые, быстрые и в то же время высокочувствительные и селективные способы определения компонентов, входящих в них. О чем идет речь?
Наибольшее распространение в анализе фармпрепаратов по частоте использования получили оптические и хроматографические методы, причем доля последних значительно увеличилась в последнее время. Они обладают высокой селективностью и точностью, но имеют также высокую себестоимость. Для определения антиоксидантов можно использовать электрохимические методы, которые характеризуются простотой инструментального оформления, умеренной стоимостью и портативностью. Подходы, используемые в электроанализе, могут быть легко адаптированы для решения проблем фарманализа с высокой точностью, правильностью, чувствительностью, селективностью и воспроизводимостью. Это позволяет считать их достаточно универсальными для использования в фармацевтическом анализе. Низкие пределы обнаружения позволяют определять лекарственные препараты и их метаболиты на уровне нано- и пикограмм, в том числе и при совместном присутствии. Среди электрохимических методов активно используется вольтамперометрия. Селективность определения антиоксидантов обычно достаточно высокая, поскольку аналит идентифицируется по потенциалу окисления, наблюдаемого на вольтамперограммах.
Кроме того, в ряде случаев нет необходимости определять все компоненты образца, можно определить отдельный класс антиоксидантов, что особенно актуально в анализе лекарственного растительного сырья. Для решения такого рода задач эффективно кулонометрическое титрование с электрогенерированными окислителями, позволяющее быстро и надежно оценить содержание компонентов того или иного класса.
Наконец, самая обширная группа объектов анализа, содержащая антиоксиданты различной природы, ‑ продукты питания. Первые разработки по оценке их антиоксидантных свойств начались еще при Ильдаре Фартовиче Абдуллине. Сейчас мы продолжаем исследования в этой области.
Чем обусловлен такой выбор? Основными антиоксидантами продуктов питания являются природные антиоксиданты: токоферолы, каротиноиды, аскорбиновая кислота и полифенолы. Причем наибольшая доля приходится на полифенолы, число которых в настоящее время составляет около десяти тысяч соединений. Многие полифенолы обуславливают окраску листьев и плодов. Оценка антиоксидантных свойств пищевых продуктов важна, поскольку имеет значение для создания новых пищевых добавок, продуктов питания с заданными свойствами, а также прогнозирования их биологической активности и возможного терапевтического эффекта на организм человека. Большое внимание уделяется и контролю качества продуктов питания. Это, в свою очередь, требует разработки доступных и экспрессных способов надежного определения параметров, характеризующих антиоксидантные свойства. Тут для ученого важно определиться, есть ли необходимость определения каждого индивидуального антиоксиданта или достаточно определить их суммарное содержание. Для характеристики объекта в целом имеет значение интегральная оценка антиоксидантных свойств. Мы разработали способы вольтамперометрической и кулонометрической оценки антиоксидантных свойств различных пищевых продуктов (чая, кофе, специй, коньяков).
Кроме того, следует учитывать, что продукты питания содержат широкий круг биологически активных веществ, а это приводит к взаимному влиянию компонентов и изменению свойств отдельных соединений, а именно ‑ их биологической активности. Например, большое влияние на реакционную способность полифенолов оказывают белки, содержащиеся в объекте исследования. Зная взаимное влияние компонентов в сложных объектах, мы можем частично спрогнозировать тот или иной эффект и закономерности химического поведения продукта при попадании в организм.
Например ‑ кофе с молоком. Кто-то любит просто черный кофе, кто-то с молоком или сливками. Известно, что белки, которые содержатся в молоке, а главным образом, казеин, связывают полифенолы кофе, переводя их в неактивную форму. Это приводит к тому, что концентрация активных полифенолов, поступающих в организм, ниже, чем при употреблении черного кофе. Конечно, при попадании в организм в присутствии ферментов в условиях среды возможно частичное высвобождение связанных полифенолов.
Сейчас мы разрабатываем способы определения индивидуальных антиоксидантов в различных объектах с использованием вольтамперометрии и кулонометрии в организованных средах на основе поверхностно-активных веществ. Поверхностно-активные вещества способны к самоассоциации в растворах с образованием мицелл. Они обеспечивают достаточную растворимость органических соединений в водной среде и изменяют скорость или направление электрохимических реакций, то есть позволяют управлять их селективностью. Кроме того, модифицирование поверхности электродов поверхностно-активными веществами используется для концентрирования молекул антиоксидантов, что позволяет понизить пределы определения. В целом, использование поверхностно-активных веществ в электроанализе антиоксидантов расширяет возможности методов при решении медико-биологических задач, а также оценке качества пищевых продуктов.
Обобщая, можно сказать, что современная аналитическая химия и ее методы решают важные проблемы в науках о жизни».
Мы благодарим Гузель Камилевну Зиятдинову за подробный рассказ и желаем нашим ученым дальнейших успехов.
