АНТИОКИСЛИТЕЛИ

Антиокислители (синоним: антиоксиданты, антиоксигены) — вещества различной химической природы, способные тормозить или устранять неферментативное свободнорадикальное окисление органических веществ молекулярным кислородом. Широко используются в промышленности для увеличения сроков хранения различных веществ, подверженных окислению.

Антиокислители, функционирующие в живом организме (биоантиокислители), играют важную роль, защищая от неферментативного автоокисления биологические субстраты, напр, легкоокисляющиеся липиды и, в частности, жиры и жирные кислоты мембранных образований клетки. Биоантиокислители являются необходимыми компонентами всех тканей и клеток живых организмов, где они в нормальных физиологических концентрациях поддерживают на низком стационарном уровне свободнорадикальные автоокислительные процессы. В норме расходование и пополнение антиокислителей в тканях живых организмов сбалансировано.

Биоантиокислители — это, как правило, полифункциональные соединения, антиокислительная функция которых выражена в разной степени. В связи с этим различают антиокислители — соединения, основная биологическая функция которых определяется или связана с антиокислительной активностью, например, токоферолы, и вещества, обладающие антиокислительным действием, основная биологическая функция которых не связана с антиокислительными свойствами. К последним относятся, например, антибиотики, обладающие в первую очередь бактерицидным действием, но проявляющие также аитиокислительные свойства.

Индивидуальные биоантиокислители создают систему, определяющую антиокислительную активность живых тканей.

Классификация

Параллельно существуют три классификации антиокислителей, построенные на разных принципах: 1) по происхождению, 2) химическому строению и 3) механизму действия.

По происхождению антиокислители в наиболее общем виде делятся на природные (биоантиокислители) и синтетические.

В основу химической классификации положен учет числа ароматических колец в структуре химического соединения, обладающего антиокислительной активностью, и количества заместителей в кольце. Однако эта классификация далеко не охватывает всего многообразия соединений с антиокислительными свойствами.

По третьему типу классификации к антиокислителям относят собственно антиокислители, синергисты (то есть вещества, которые слабо или вообще не тормозя окисление, усиливают действие истинных антиокислителей) и группу соединений со смешанными свойствами.

Биоантиокислители

К числу наиболее эффективных и широко распространенных биоантиокислителей относятся в первую очередь токоферолы (витамин E), ряд фенолов (эвгенол и его производные) и полифенолов (конидендрин, пирокахетин, производные галловой кислоты и др.), флавоноиды (рутин, кверцетин), убихиноны, некоторые стероидные гормоны, фосфолипиды, в том числе лецитин и кефалин. Сюда следует отнести также аскорбиновую, лимонную, никотиновую, дегидрокофеиновую и бензойную кислоты и их соли, серосодержащие аминокислоты (цистеин, глутатион), серотонин, адреналин, билирубин, некоторые антибиотики и т. д.

Из синтетических антиокислителей в промышленности, биологии и медицине используются многочисленные соединения фенольной природы (бутилоксианизол, бутилокситолуол - ионол), нафтолы, органические соединения серы и в первую очередь аминотиолы (бетамеркаптоэтиламин, бетамеркаптопропиламин), производные барбитуровой кислоты и т. д.

В настоящее время синтезированы многие природные антиокислители (токоферол, производные галловой кислоты и др.) и налажено их промышленное производство.

Механизм действия

Первичный механизм действия антиокислителей заключается во взаимодействии:

а) с активными радикалами (R·, ROO·),

б) с гидроперекисями (ROOH),

в) в блокировании катализаторов свободнорадикального окисления, прежде всего ионов металлов переменной валентности.

Антиокислительная активность большинства индивидуальных соединений определяется наличием у них подвижного атома водорода. Молекулу таких антиокислителей представляют в виде А—Н, где H — подвижный атом водорода, который и определяет взаимодействие антиокислителей с радикалами по схеме:

ROO· + A—Н → ROOH + A'

R· + A—H → RH + A'.

Происходит замена активных радикалов субстрата (ROO·, R·) на малоактивный радикал антиокислителя А', который не способен к продолжению цепи и превращается в стабильные молекулярные продукты за счет полимеризации (см.):

А' + А' → А—А

A' + R· → A—R.

К антиокислителям, реагирующим с гидроперекисями, относятся серосодержащие соединения. Разлагая гидроперекиси, они исключают возможность диссоциации гидроперекиси на два активных радикала, которые могли бы начать цепь новых реакций окисления. Подобный механизм разработан на примере диалкилсульфидов (R—S—R):

Уменьшение каталитического влияния ионов металлов переменной валентности (например, ионов железа, которое в различных соединениях может быть двух- или трехвалентным) происходит за счет способности ряда веществ (например, лимонная кислота, цианистые соединения и др.) связывать эти ионы в комплексные соединения.

Свободнорадикальное окисление, хотя и с очень малой скоростью, непрерывно протекает в норме в тканях живого организма с образованием активных продуктов: свободных радикалов (см.), перекисных радикалов, гидроперекисей, альдегидов, кетонов и сопровождается радикальной полимеризацией.

Общебиологическое обоснование роли антиокислителей как защитного профилактического и лечебного средства при патологических состояниях с резким усилением свободнорадикального окисления впервые было дано на примере лучевого поражения (Б. Н. Тарусов, 1954). Токсическое действие продуктов свободнорадикального окисления проявляется в инактивации сульфгидрильных групп белков, активации липаз, появлении в клетках крупных капель жира, разобщении и подавлении окислительного фосфорилирования, деформации, набухании, слипании, а в некоторых случаях и в полном разрушении митохондрий, в хромосомных аберрациях, в активации аутолитических процессов. Происходит неспецифическое нарушение целостности и функционирования биологических мембран (см. Мембраны биологические) и как следствие нарушение клеточного метаболизма, а также процесса деления клеток. На целом организме наблюдается уменьшение веса тела, вялость, ослабление реакции на внешние раздражители, изъязвление слизистой оболочки глаз, носа, анемия, расстройство функции желудочно-кишечного тракта, аритмия дыхания, лейкопения, преобладание дистрофических процессов над регенеративными и т. д.

Биоантиокислители регулируют степень влияния свободнорадикального окисления в большинстве метаболических процессов. Конечным итогом действия биоантиокислителей является создание оптимальных условий для метаболизма и обеспечение нормального роста клеток и тканей.

Общее или местное изменение содержания антиокислителей в тканях живого организма, как правило, связано с изменениями интенсивности метаболизма и состояния организма. Можно выделить несколько основных типов изменения уровня биоантиокислителей.

Снижение уровня биоантиокислителей

Длительное снижение или полное исчезновение в тканях некоторых биоантиокислителей происходит при авитаминозе E, а также при авитаминозах C, P, K. При этих патологических состояниях резко снижается устойчивость к таким активирующим радикальное окисление факторам, как ионизирующая радиация или отравление кислородом. Антиокислительное действие служит, очевидно, одним из основных свойств токоферолов (см.), определяющим их биологические функции. Об этом свидетельствует накопление липидных перекисей в тканях животных на начальных фазах E-авитаминоза и общность симптомов Е-авитаминоза с симптомами, возникающими при скармливании животным продуктов окисления жиров, а также снижение уровня липидных перекисей и снятие основных симптомов E-авитаминоза введением некоторых соединений (например, дифенилпарафенилендиамин), у которых общим с токоферолом являются только антиокислительные свойства.

Длительное снижение суммарной антиокислительной активности тканей живого организма происходит при лучевом поражении.

Постоянное, хотя и незначительное, снижение антиокислительной активности липидов мышечной ткани происходит при старении.

Общим для изученных случаев значительного или длительного понижения уровня биоантиокислителей в тканях живого организма является нарушение нормального метаболизма и как следствие этого снижение темпов роста, ослабление регенеративных и пролиферативных процессов, а также снижение адаптационных возможностей организма.

Повышение уровня биоантиокислителей

В опытах кратковременное искусственное повышение содержания в организме антиокислителей (за счет введения мышам в нетоксических концентрациях глутатиона, тиомочевины, бетааминоэтилизотиурония, пропилгаллата, нордигидрогваяретовой кислоты) давало однозначный эффект — увеличивало устойчивость животных к отравлению кислородом.

Большинство радиозащитных средств (см. Радиопротекторы) обладает антиокислительными свойствами. Введение их в организм повышает антиокислительную активность тканей и увеличивает устойчивость животных к действию ионизирующей радиации.

Повышенный уровень антиокислительной активности липидов ряда опухолей обнаружен в период максимальной скорости роста этих опухолей. Одновременно в опухолях отмечено накопление одного из сильнейших биоантиокислителей — токоферола.

Кратковременное повышение антиокислительной активности сопровождается обычно общей активацией метаболизма с усилением пролиферативных процессов и повышением адаптационных возможностей организма. Длительное повышение уровня биоантиокислителей сопровождается нарушением нормального метаболизма и наблюдается при злокачественном росте.

Постоянство уровня суммарной антиокислительной активности тканей, индивидуальность этого уровня для каждого органа служат, очевидно, одним из основных показателей гомеостаза (см. Гомеостаз). Имеющиеся экспериментальные данные показывают, что значительное и длительное изменение антиокислительной активности как в сторону повышения, так и в сторону понижения приводят к патологическим изменениям в организме.

Методические основы определения антиокислительного действия тканей, водных и липидных вытяжек и индивидуальных соединений при введении их в организм или в модельные системы строятся: 1) на определении уменьшения количества образующихся перекисей в присутствии антиокислителя по сравнению с контролем; 2) на изменении скорости разрушения некоторых соединений продуктами свободнорадикального окисления [например, диоксифенилаланин (ДОФА) при окислении образует продукты с другими свойствами]; 3) на увеличении времени (индукционного периода), в течение которого образуется определенное количество перекисей; 4) на изменении интенсивности хемилюминесценции; 5) на уменьшении объема радикальной сополимеризации; 6) на уменьшении токсичности окисляющихся образцов; 7) на регистрации методом электронного парамагнитного резонанса (см.) динамики накопления относительно стабильных радикалов А'.

Библиография: Баглей Е. А. и Сидорик Е. П. Антиоксиданты и свободные радикалы липидов при опухолевом процессе, Вопр. онкол., т. 16, № 10, с. 95, 1970, библиогр.; Бурлакова Е. Б., Дзюба H. М. и Пальмина Η. П. Синтетические ингибиторы и природные антиоксиданты, Биофизика, т. 10, в. 5, с. 766, 1965; Журавлев А. И. Биоантиокислители и их роль в регуляции окислительных процессов, в кн.: Физ.-хим. основы авторегуляции в клетках, под ред. Е. Б. Бурлаковой и О. Р. Колье, с. 7, М., 1968, библиогр.; Иванов И. И. и Кочур Н. А. Определение антиокислителей в биолипидах электрохемилюми-несцентным методом, Науч. докл. Высшей школы, Биол, наука, Jsfc 7, с. 146, 1969; Тарусов Б. Н. Основы биологического действия радиоактивных излучений, М., 1955, библиогр.; он же, Первичные процессы лучевого поражения, М., 1962, библиогр.; Тарусов Б. H., Иванов И. И. и Петрусевич Ю. М. Сверхслабое свечение биологических систем, М., 1967, библиогр.; Эмануэль П. М. и Лясковская Ю. Н. Торможение процессов окисления жиров, с. 11, М., 1961; Эмануэль Н. М., Денисов E. Т. и Майзус 3. К. Цепные реакции окисления углеводородов в жидкой фазе, М., 1965, библиогр.; Barber A. A. a. Wilbur К. The effect of X-irradiation on the antioxidant activity of mammalian tissues, Radiat. Res., v. 10, p. 167, 1959; Bruckner V. a. Szent-György i A. Chemical nature of citrin, Nature (Lond.), v. 138, p. 1057, 1936; Gilbert D. L. The role of pro-oxidants and antioxidants in oxigen toxicity, Radiat. Res., Suppl. 3, p. 44, 1963, bibliogr.; Glavind J. Antioxidants in animal tissue, Acta chem. scand., v. 17, p. 1635, 1963; Wissenschaftliche Grundlagen des Strahlenschutzes, hrsg. v. B. Rajewsky, Karlsruhe, 1957; Zal-kin H., Tappel A. L. a. Jordan J. P. Studies of the mechanism of vitamin E action, Arch. Biochem., v. 91, p. 117, 1960, bibliogr.

А. И. Журавлев.