Научная статья на тему 'Исследование антиоксидантных свойств аскорбатов металлов и смесей на их основе методом катодной вольтамперометрии'

Исследование антиоксидантных свойств аскорбатов металлов и смесей на их основе методом катодной вольтамперометрии Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
245
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭЛЕКТРОВОССТАНОВЛЕНИЕ КИСЛОРОДА / АНТИОКСИДАНТЫ / АСКОРБАТЫ МЕТАЛЛОВ / ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЯ / OXYGEN REDUCTION REACTION (ORR) / ANTIOXIDANT / METAL ASCORBATES / VOLTAMMETRY

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Вторушина Анна Николаевна, Никонова Елена Демьяновна

В статье освещены актуальные вопросы поиска новых препаратов, обладающих антиоксидантной активностью, и эффективности действия на организм человека многокомпонентных систем. Целью данной работы является определение антиоксидантной активности аскорбатов металлов (Ca, Mg, Li, Co, Fe), используемых в практической медицине, а также смесей на их основе в комплексе с широко известными антиоксидантами. В работе рассмотрено влияние аскорбатов металлов на процесс электровосстановления кислорода. Из представленных аскорбатов наибольшую активность по отношению к процессу катодного восстановления кислорода показали аскорбаты магния и лития. Также были рассмотрены смеси исследуемых аскорбатов с известными антиоксидантами (глюкоза, дигидрокверцетин) при разных концентрациях компонентов. Показано, что многокомпонентные смеси проявляют меньшую активность по сравнению с индивидуальными препаратами. Рекомендовано создание лекарственных препаратов на основе аскорбатов

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Вторушина Анна Николаевна, Никонова Елена Демьяновна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Mg и Li с числом компонентов не более трех.The paper highlights the current issues of searching for new drugs with antioxidant activity, and the effectiveness of multicomponent systems influence on a human body. The aim of the research is to determine the antioxidant activity of ascorbates metals (Ca, Mg, Li, Co, Fe) used in the practice of medicine, as well as the mixtures based on them together with well-known antioxidants. The paper considers the effect of metals ascorbate on oxygen electroreduction. Among these ascorbates lithium and magnesium ascorbate showed the greatest activity toward cathode oxygen reduction process. The paper considers as well the mixtures with well-known examined antioxidant ascorbates (glucose, dihydroquercetin) at different concentrations of components. It is shown that the multicomponent mixtures exhibit lower activity than the individual drugs. The authors have recommended preparing drugs on the basis of ascorbate Mg and Li with 3 components and less.

Текст научной работы на тему «Исследование антиоксидантных свойств аскорбатов металлов и смесей на их основе методом катодной вольтамперометрии»

УДК 543.552

ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ АСКОРБАТОВ МЕТАЛЛОВ И СМЕСЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ МЕТОДОМ КАТОДНОЙ ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИИ

А.Н. Вторушина, Е.Д. Никонова

Томский политехнический университет E-mail: anl@tpu.ru

В статье освещены актуальные вопросы поиска новых препаратов, обладающих антиоксидантной активностью, и эффективности действия на организм человека многокомпонентных систем. Целью данной работы является определение антиоксидантной активности аскорбатов металлов (Ca, Mg, Li, Co, Fe), используемых в практической медицине, а также смесей на их основе в комплексе с широко известными антиоксидантами. В работе рассмотрено влияние аскорбатов металлов на процесс электровосстановления кислорода. Из представленных аскорбатов наибольшую активность по отношению к процессу катодного восстановления кислорода показали аскорбаты магния и лития. Также были рассмотрены смеси исследуемых аскорбатов с известными антиоксидантами (глюкоза, дигидрокверцетин) при разных концентрациях компонентов. Показано, что многокомпонентные смеси проявляют меньшую активность по сравнению с индивидуальными препаратами. Рекомендовано создание лекарственных препаратов на основе аскорба-тов Mg и Li с числом компонентов не более трех.

Ключевые слова:

Электровосстановление кислорода, антиоксиданты, аскорбаты металлов, вольтамперометрия.

Введение

В настоящее время в клинической практике психотропных заболеваний широко используются препараты кальция, лития, железа, магния, такие как хлорид кальция, карбонат лития, хлорид лития и др. [1]. Кальций и магний играют важную роль в различных физиологических процессах организма. Установлено, что ионы кальция необходимы для осуществления процесса передачи нервных импульсов и активности некоторых ферментов [2]. Магний играет ведущую роль в энергетическом, пластическом и электролитном обмене, выступает в качестве регулятора клеточного роста, необходим на всех этапах синтеза белковых молекул. В частности, от наличия достаточного количества магния в организме зависят нормальное функционирование рибосом и связывание с ними информационной РНК - ключевого механизма биосинтеза белка. Кроме того, магний принимает участие в обмене фосфора, синтезе АТФ, регуляции гликолиза, построении костной ткани и т. д. [3, 4]. Железо является неотъемлемой составляющей многих процессов жизнедеятельности. В клетках организма оно расходуется на синтез гемосо-держащих ферментов и ферритина - основного белка, содержащего запасы железа. Железо имеет первостепенное значение при синтезе гемоглобина, а также для увеличения продукции эритроцитов. Литий активно влияет на протекающие в мозге нейрохимические процессы, что лежит в основе его терапевтической активности при психических заболеваниях. Установлено, что препараты лития обладают способностью купировать острое маниакальное возбуждение и предупреждать аффективные приступы. Однако известно, что эти препараты оказывают побочное токсическое действие на организм [4].

В связи с этим создание новых форм препаратов на основе солей данных металлов, а также изучение их биоактивности, в том числе и антиоксидантных свойств, представляется ак-

Вторушина Анна Николаевна, канд. хим. наук, доцент кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности Института неразрушающего контроля ТПУ. E-mail: anl@tpu.ru Область научных интересов: анализ объектов окружающей среды, электрохимия. Никонова Елена Демьяновна, студент кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности Института нераз-рушающего контроля ТПУ. E-mail: anl@tpu.ru Область научных интересов: анализ объектов окружающей среды.

туальным. Целью данной работы было исследование влияния комплексов магния, лития, кобальта, железа, кальция, содержащего в качестве биоактивного лиганда аскорбиновую кислоту, на электрохимическое поведение кислорода в водной среде в условиях линейной полубесконечной диффузии.

Методы и материалы

В работе использовали простой в аппаратурном оформлении, экспрессный и высокочувствительный метод вольтамперометрии (ВА).

Исследования проводили на компьютеризированном вольтамперометрическом анализаторе ТА-2 производства ООО НПП «Томьаналит» (г. Томск) с трехэлектродной ячейкой. В качестве индикаторного электрода использовался ртутно-пленочный электрод (РПЭ), вспомогательным и электродом сравнения служил хлоридсеребряный электрод (ХСЭ).

Использовался постоянно-токовый режим катодной ВА, скорость развертки потенциала (Ж) составляла 40 мВ/с, рабочий диапазон потенциалов от 0 до -1 В. Раствор перемешивали с помощью вибрации электродов.

В качестве модельной реакции использован процесс электровосстановления кислорода. Регистрировали первую волну катодного восстановления кислорода, растворенного в фоновом электролите, в указанной области потенциалов. Делали добавки приготовленного раствора испытуемого соединения, каждый раз снимая вольтамперограммы первой волны катодного восстановления кислорода.

Концентрацию кислорода в растворах электролитов контролировали при помощи по-тенциометрического кислородного датчика № 5972 производства центра вычислительных систем автоматики и измерений «МЕРА-ЭЛЬВРО» с автоматической компенсацией температуры в диапазоне 0-40 °С

В работе были использованы реактивы марки «о.с.ч.». Взвешивание навески вещества проводили на лабораторных аналитических весах ВЛ-210 фирмы «Госметр» с погрешностью взвешивания ±0,0002 г.

Экспериментальная часть

Перечень методов определения антиоксидантной активности (АОА) достаточно широк: хемилюминесцентный метод, хроматография газовой фазы, электрохимический, флуориметри-ческий и другие методы [5-8]. В данной работе для определения АОА аскорбатов металлов использовался метод катодной вольтамперометрии (ВА) [9].

В основе метода лежит процесс ЭВ О2, протекающий по механизму, аналогичному восстановлению кислорода в клетках и тканях организма (1-3). При этом на электроде генерируются активные формы кислорода: супероксид анион кислорода 02 и гидропероксид И0'2.

к

О2 + е" <-> О2

О2' " + Н+ <-> ГО2'

НО2 + Н+ + е" <-» Н2О2

Антиоксидантная активность определялась по относительному уменьшению тока ЭВ О2 в присутствии исследуемых компонентов в растворах.

В данной работе рассмотрено влияние комплексов магния, лития, кальция, кобальта, железа, содержащих в качестве биоактивного лиганда аскорбиновую кислоту (рис. 1 ), на электрохимическое поведение кислорода в водной среде в условиях линейной полубесконечной диффузии. Проведена сравнительная оценка активности нового комплекса магния с синтезированными ранее комплексами металлов и аскорбиновой кислоты.

Влияние исследуемых веществ на электрохимическое поведение кислорода рассмотрено в фоновом электролите - фосфатном буфере с рН 6,86 (0,025М KH2PO4 и 0,025М Na2HPO4).

Рис. 1. Структрные формулы исследуемых веществ: аскорбиновая кислота (1); аскорбат лития (2); аскорбат кальция (3); аскорбат магния (4)

Для исследования АОА препаратов регистрировались вольтамперограммы тока первой волны ЭВ О2 в отсутствии и в присутствии исследуемых аскорбатов. Проведенные исследования показали уменьшение предельного тока ЭВ О2 в присутствии всех рассматриваемых аскорбатов, за исключением аскорбата железа.

I, мкА

14

12

10

_L

_L

_L

_L

E, B

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0

Рис. 2. Вольтамперограмма тока ЭВ О2 на РПЭ в фосфатном буфере (pH 6,86) в отсутствие (2) и в присутствии 10-4 г/мл Asc Mg в растворе (3), остаточный ток фонового электролита в отсутствии О2 и вещества в растворе (1)

Линии (3) на рис. 2 характеризуют уменьшение тока кислорода в зависимости от времени протекания реакции между активными кислородными формами и аскорбатом магния в растворе. Аналогичные зависимости были получены для всех исследуемых аскорбатов.

По результатам полученных вольтамперограмм строились зависимости относительного уменьшения тока ЭВ О2 от времени протекания процесса в присутствии исследуемого препарата.

Антиоксидантная активность исследуемых препаратов оценивалась по кинетическому критерию антиоксидантной активности К (мкмоль/лмин), который отражает эффективность взаимодействия образца с активными кислородными формами [10]:

I CO к = (1 - -i- ) • —,

кинет. V j s у

1o *

где Ii - ток ЭВ О2 в присутствии АО в растворе, мкА; 1о - ток ЭВ О2 в отсутствии АО в растворе, мкА; CO - исходная концентрация кислорода в растворе, мкмоль/л; t - время реакции взаимодействия антиоксиданта с активными кислородными формами, мин.

2

3

8

6

4

2

Обсуждение результатов

Уменьшение тока первой волны ЭВ О2 связано с взаимодействием исследуемых аскор-батов металлов с продуктами восстановления кислорода. Наиболее активно по отношению к процессу ЭВ О2 ведет себя аскорбат М§, тогда как аскорбат Бе совершенно нейтрален и не проявляет антиоксидантных свойств.

Таблица 1. Антиоксидантная активность образцов (с = 10-4 г/мл) по отношению к процессу ЭВ О2 (р = 0,95, п = 5)_

Название К, мкмоль/л мин

ЛБС Mg 2,125 +0,053

ЛБС Ы 1,714 +0,024

Лбс Са 1,550 +0,042

Лбс Со 0,879 +0,027

ЛБС Бе -

Аскорбиновая к-та 1,165 +0,053

Глюкоза 0,169 +0,037

Дигидрокверцетин 0,650 +0,040

Большинство комплексов металлов и аскорбиновой кислоты проявили большую активность, чем сама аскорбиновая кислота, считающаяся несомненным антиоксидантом и синерге-тиком в процессах прерывания цепных радикальных реакций.

Поскольку АОА зависит как от времени взаимодействия АО с активными кислородными формами, так и от концентрации АО, было рассмотрено влияние концентрации Л8С Mg на процесс ЭВ О2 (рис. 3). Показано, что при увеличении концентрации Л8С Mg в растворе относительное изменение предельного тока ЭВ О2 возрастает, т. е. исследуемое вещество в большей степени реагирует с кислородными радикалами.

!/!0, мкА

Рис. 3. Зависимость относительного изменения тока ЭВ О2 от времени протекания процесса в присутствии 2 • 10-4 (1), 1 • 10-4 (2), 1 • 10-5 г/мл (3) Л8С Mg в растворе

Таблица 2. Антиоксидантная активность образцов по отношению к процессу ЭВ О2 в зависимости от концентрации (р = 0,95, п = 5)

Концентрация Л8С Mg, г/мл К, мкмоль/л мин Время хранения ЛБС Mg

2 • 10-4 5,374 +0,082 свежеприготовленный

2 • 10-4 2,711 +0,023 через 2 месяца

1 • 10-4 2,125 +0,053 свежеприготовленный

1 • 10-5 0,251 +0,004 свежеприготовленный

Как видно из представленных данных, при увеличении срока хранения Asc Mg он становится менее активен по отношению к процессу ЭВ О2.

Для установления наличия эффекта синергии была определена активность смесей известных антиоксидантов и рассматриваемых аскорбатов. Результаты представлены в табл. 3.

Таблица 3. Антиоксидантная активность образцов по отношению к процессу ЭВ О2 в зависимости от концентрации (р = 0,95, n = 5)

Смесь антиоксидантов К, мкмоль/л мин Смесь антиоксидантов К, мкмоль/л мин

Asc Mg, дигидрокверцетин (1:1) 2,727 +0,131 Asc Li, глюкоза (1:1) 0,338 +0,094

Asc Mg, дигидрокверцетин (1:3) 1,111 +0,128 Asc Li, глюкоза, дигидрокверцетин (1:1:1) 0,453 +0,023

Asc Mg, глюкоза (1:1) 0,383 +0,019 Asc Li, глюкоза, дигидрокверцетин (1:2:1) 0,642 +0,068

Исходя из полученных данных, можно сказать, что многокомпонентные смеси менее активны по отношению к процессу катодного восстановления О2, чем смеси, содержащие два компонента. Следует отметить, что в случае двухкомпонентных смесей наблюдается эффект синергии, т. е. усиление активного действия каждого компонента в присутствии другого. Аналогичного поведения компонентов смесей на основе аскорбатов Mg и Li с большим числом составляющих не наблюдалось. В смесях с числом компонентов, превышающих 3, суммарная активность по отношению к процессу ЭВ О2 уменьшалась в арифметической прогрессии. Возможно, это объясняется сферическими затруднениями органических остатков, мешающих катодному восстановлению О2 на РПЭ. Таким образом, для более эффективного воздействия необходимо создание лекарственных препаратов на основе аскорбатов Mg и Li с числом компонентов не более трех.

Также проводились исследования токсичности композиций на основе аскорбатов Mg и Li на 25 мышах линии BALB/с при внутрибрюшном введении водного раствора препарата в широком спектре доз (от 100 до 1000 мг/кг веса). Наблюдения велись в течение 30 суток. При этом не обнаружено побочного токсического действия и гибели животных. Возможно, уменьшение токсического действия металлов связано с их связыванием с аскорбиновой кислотой и созданием смесей с такими широко известными антиоксидантами, как дигидрокверцетин, глюкоза и др.

Заключение

Проведенные исследования антиоксидантных свойств аскорбатов металлов показали значительную активность Asc Mg и Asc Li. Показано, что при увеличении концентрации Asc Mg его активность по отношению к процессу ЭВ О2 возрастает. Также было отмечено, что в смесях Asc Mg с дигидрокверцетином с количеством компонентов не более двух наблюдается эффект синергизма. На основании полученных данных можно рекомендовать создание фармакологических препаратов на основе аскорбатов магния, лития в смесях с небольшим количеством компонентов для более активного воздействия на организм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Машковский М.Д. Лекарственные средства: в 2 т. - 14-е изд. - Т. 1. - М.: Медицина, 2000. -540 с.

2. Rasmussen L., Husted S.E., Johnsen S.P. Severe intoxication after an intentional overdose of am-lodipine // Acta Anaesthesiologica Scandinavica - 2003. - V. 47. - № 8. - P. 1038-1040.

3. Чекман И.С., Горчакова Н.А., Николай С.Л. Магний в медицине. - Кишинев, 1992. - 101 с.

4. Ebel H., Gunther T. Magnesium metabolism: a review // J. Clin. Chem. & Clin. Biochem. - 1998. - V. 18. - P. 257-270.

5. Денисов Е.Т. Циклические механизмы обрыва цепей в реакциях окисления органических соединений // Успехи химии. - 1996. - Т. 65. - № 6. - С. 547-563.

6. Moyer R.A., Hummer K.E., Finn C.E., Frei B., Wrolstad R.E. Anthocyanins, phenolics, and antioxidant capacity in diverse small fruits: vaccinium, rubus, and ribes // Journal Agricultural and Food Chemistry. - 2002. - V. 50. - № 3. - Р. 519-525.

7. Campanella L., Bonanni A., Bellantoni D. et al. Comparison of fluorimetric, voltammetric and biosensor methods for the determination of total antioxidant capacity of drug products containing acetylsalicylic acid // J. Pharm. Biomed. Anal. - 2004. - V. 36. - № 1. - P. 91-99.

8. Blasco A.J., Rogerio M.C., Gonzalez M.C. et al. «Electrochemical Index» as a screening method to determine «total polyphenolics» in foods: A proposal // Anal. Chim. Acta. - 2005. - V. 539. -P.237-244.

9. Вторушина А.Н., Короткова Е.И., Катаев С.Г. Физико-химические закономерности процесса электровосстановления кислорода в присутствии природных антиоксидантов // Аналитика и контроль. - 2013. - Т. 17. - № 4. - C. 423-428.

10. Вторушина А.Н. Метод вольтамперометрии в определении антиоксидантних свойств некоторых биологически активных соединений: дис. ... канд. хим. наук. - Томск, 2008. -200 с.

Поступила 29.01.2015 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.