В биологических системах антиоксидантами называются вещества, способные ингибировать процессы свободнорадикального окисления. Для живых клеток наибольшую опасность представляет цепное окисление полиненасыщенных жирных кислот, или перекисное окисление липидов (ПОЛ). В реакциях ПОЛ образуется большое количество липидных гидроперекисей, которые обладают высокой реакционной способностью и оказывают мощное повреждающее действие на клетку.

В последнее время свободные радикалы и реакции с их участием считаются причиной возникновения:

  • старения,
  • раковых заболеваний,
  • артрита,
  • эмфиземы,
  • атеросклероза,
  • астмы,
  • диабета,
  • болезни Альцгеймера,
  • болезни Паркинсона,
  • катаракты и мн. др.

Защита организма от этих и многих других заболеваний - основная задача антиоксидантной системы. Антиоксиданты предотвращают перекисное окисление липидов и не дают свободным радикалам накапливаться в организме. Однако, естественная антиоксидантная система организма часто оказывается перегруженной и буквально захлебывается лавиной свободных радикалов. Это состояние называется окислительным стрессом. Чаще всего окислительный стресс вызывается УФ излучением, которое не только индуцирует свободнорадикальное окисление, но и нарушает работу ферментных антиоксидантов кожи. По мнению ученых, антиоксидантные пищевые добавки и косметические средства могут предотвращать окислительный стресс и замедлять процессы старения.

Антиоксиданты в косметике

Антиоксидантные добавки вводятся в рецептуру косметических средств не только для защиты кожи, но и для предотвращения перекисного окисления масел, содержащих полиненасыщенные жирные кислоты. При этом, измеряя скорость разрушения антиоксиданта в косметическом препарате, можно оценить интенсивность протекающих в нем окислительных процессов5. Это позволяет при необходимости вносить изменения в рецептуру, увеличивая долю мононенасыщенных (более устойчивых к окислению) масел, подбирая условия хранения или исключая вещества, которые способствуют быстрому окислению (например, фотокатализаторы).

Синергизм антиоксидантов

Антиоксиданты, как правило, оказывают положительный эффект в больших дозах. С другой стороны, известно, что большинство соединений данной группы характеризуется двухфазным действием, т.е. антиоксидантный эффект при превышении некоторой пороговой величины сменяется прооксидантным.

Необходимость использования больших концентраций антиоксидантов объясняется тем, что молекула антиоксиданта разрушается при реакции со свободными радикалами и выбывает из игры. Для того, чтобы антиоксидант эффективно работал, необходимо присутствие восстановителей, которые будут переводить его в активное состояние. Например, витамин С восстанавливает витамин Е, но сам при этом окисляется. Тиоловые соединения (содержащие серу) восстанавливают витамин С8, а биофлавоноиды восстанавливают как витамин Е, так и витамин С. Такой же синергизм наблюдается между витамином Е и каротиноидами, а также между витамином Е и селеном. Полагают, что альфа-токоферол предохраняет от окисления селенсодержащие и негемовые железопротеиды и поэтому необходим для поддержания биологической формы селена в активном состоянии. В свою очередь, селен снижает потребность в токофероле и сохраняет его уровень в крови.

Таким образом, функциональный синергизм антиоксидантов позволяет добиваться максимального защитного эффекта и высокой стабильности препарата при меньшей концентрации антиоксидантов. В настоящее время ведутся интенсивные исследования по изучению взаимодействия различных антиоксидантов в организме, которые позволят создавать оптимальные антиоксидантные композиции. Можно прогнозировать, что человек, решая проблему антиоксидантов, по-видимому, не сможет изобрести ничего нового и вынужден будет признать, что уникальные композиции, созданные природой, не нуждаются в усовершенствовании. Поэтому мы в первую очередь остановимся на свойствах природных антиоксидантов, а затем скажем несколько слов об их структурных аналогах и о синтетических антиоксидантах.

По механизму действия антиоксиданты можно разделить на:

"мусорщиков" (scavenger of free radicals), которые очищают организм от всех свободных радикалов, чаще всего восстанавливая их до стабильных неактивных продуктов;

"ловушки" (trap of free radicals) - антиоксиданты, которые имеют сродство к какому-то определенному свободнорадикальному продукту (ловушки синглетного кислорода, гидроксил-радикала и т.д.). Ловушки часто используют для уточнения механизма свободнорадикальной реакции;антиоксиданты, обрывающие цепи (chain breaking antioxidants) - вещества, молекулы которых более реакционноспособны, чем их радикалы. Чаще всего это фенолы, которые легко отдают свои электроны, превращая радикал, с которым они прореагировали, в молекулярный продукт, а сами при этом превращаются в слабый феноксил-радикал, который уже не способен участвовать в продолжении цепной реакции.

Антиокислительная система тканей представлена:

ферментными антиоксидантами: супероксиддисмутазой, каталазой, пероксидазами, глутатионредуктазой и восстановленным глутатионом;

макромолекулярными неферментативными компонентами: белком-переносчиком железа - трансферрином и другими белками сыворотки, способными связывать ионы железа - церулоплазмином, гаптоглобинами, гемопексином;

низкомолекулярными компонентами: женскими половыми гормонами, тироксином, флавоноидами, стероидными гормонами, витаминами А, Е, К, убихиноном, низкомолекулярными SH-соединениями и аскорбиновой кислотой.

Ферментные антиоксиданты

Ферментные антиоксиданты катализируют реакции, в которых активные формы кислорода и некоторые другие окислители восстанавливаются до стабильных и нетоксичных продуктов.

Супероксиддисмутаза и каталаза - важнейшие компоненты антиокислительной системы всех клеток организма. Супероксиддисмутаза (СОД) катализирует реакцию дисмутации супероксидного аниона:

О2- + О2- + 2Н+ --> Н2О2 + О2

Образующиеся в супероксиддисмутазной реакции гидропероксид сам является сильнейшим окислителем. Однако, каталаза клетки, локализованная в пероксисомах, не позволяет накапливаться перекиси водорода:

Н2О2 --> 2Н2О + О2

Пара "супероксиддисмутаза и каталаза" - это очень мощная антиокислительная система, которая теоретически исключает возможность протекания свободнорадикальных реакций в коже. Однако, ряд факторов внешней среды, среди которых основную роль играет УФ излучение, может существенно снижать активность антиокислительных ферментов.

Глутатионпероксидаза - использует глютатион для восстановления перекиси водорода и липидных гидроперекисей до нейтральных и малотоксичных соединений.

H2O2 + 2GSH --> GSSG + 2H2O
-LOOH + 2GSH --> GSSG + -LOH + H2O

Окисленный глютатион (GSSG) снова восстанавливается глутатионредуктазой:

GSSG + НАДФН --> 2GSH - НАДФ+

Разрушая гидроперекиси липидов, глютатионпероксидаза регулирует тем самым продукцию арахидоновой кислоты и уменьшает воспаление. Для эффективной работы глютатионпероксидазы необходим селен, который входит в состав активного центра фермента. Дефицит селена нарушает работу глютатионпероксидазы и других селенсодержащих ферментов. Источником селена является злаки, которые накапливают селен, содержащийся в почве. В ряде стран (Китай, Новая Зеландия, Финляндия) почвы бедны селеном, поэтому злаки, выращенные на них, так же содержат мало селена.

Низкомолекулярные вещества

Жирорастворимые антиоксиданты (альфа-токоферол и каротиноиды) играют главную роль в защите основных структурных компонентов биомембран, таких, как фосфолипиды и погруженные в липидный слой белки. Водорастворимые антиоксиданты (тиоловые соединения и аскорбиновая кислота), в свою очередь, проявляют свое защитное действие в водной среде - цитоплазме клетки или плазме крови, инактивируя попадающие туда свободные радикалы.

Альфа-токоферол (витамин Е) - жирорастворимый антиоксидант, расположенный в клеточной мембране. Содержится во всех злаках, в пророщенных зернах пшеницы и в растительных маслах, получаемых холодной выжимкой. По подсчетам ученых, только 20-40% алиментарного витамина Е усваивается организмом, поэтому рекомендуется принимать витамин Е дополнительно в качестве пищевой добавки. Альфа-токоферол содержит фенольное кольцо с системой сопряженных двойных связей, поэтому он легко отдает электрон свободным радикалам, восстанавливая их до стабильных продуктов. Феноксил-радикал, который при этом образуется, сам по себе достаточно стабилен и в продолжении цепи не участвует.

Аскорбиновая кислота (витамин С) является мощным восстановителем, который предохраняет от окисления целый ряд биологически активных веществ. Известна роль аскорбиновой кислоты в метаболизме железа в организме. Организм человека усваивает только двухвалентное железо (Fe2+), в то время как трехвалентное не только не усваивается, но и приносит много вреда, инициируя реакции перекисного окисления липидов. Восстановление Fe3+ в Fe2+ осуществляется аскорбиновой кислотой. Следует помнить, что в присутствии окислителей и особенно Fe3+ витамин С очень быстро разрушается, поэтому, включая его в рецептуру, необходимо проверить его стабильность в присутствии других ингредиентов. Некоторые производители предпочитают выпускать витамин С в закрытых ампулах, которые смешиваются с косметическим препаратом непосредственно перед употреблением.

Биофлавоноиды - большая группа полифенолов, которые содержатся в водных экстрактах различных растений. Некоторые биофлавоноиды действуют как ловушка гидроксил-радикала (катехин, эпикатехин, рутин). Другие (кверцетин) не снижают содержание гидроксила, зато ингибируют продукцию супероксиданион-радикала (СОД-подобная активность). Третьи (морин) не влияют ни на гидроксил, ни на супероксиданион-радикал, но, тем не менее, проявляют высокую антиоксидантную активность.

Каротиноиды - красные и оранжевые растительные пигменты. Относятся к жирорастворимым антиоксидантам. Наиболее известен бета-каротин, который является предшественником витамина А. Все каротиноиды в той или иной степени являются ловушками синглетного кислорода. Каротиноиды содержатся в красных и оранжевых фруктах и овощах, а так же, соответственно, в их масляных экстрактах и некоторых маслах. Наиболее богато каротиноидами масло облепихи, шиповника, пальмовое масло.

Убихинон (коэнзим Q) - фенол, по химической структуре близок к токоферолам. Он содержится в митохондриях, где участвует в работе дыхательной цепи. Убихинон обладает высокой антиоксидантной активностью, причем его эффективность в пять раз выше, чем у витамина Е. Это весьма существенно для митохондрий, где идут активные окислительные процессы и постоянно образуются свободные формы кислорода.

Глютатион содержит SH-группу и относится к тиоловым соединениям. Служит восстановителем в глютатионпероксидазной реакции. Необходим прежде всего для восстановления витамина С в активную форму. В условиях in vitro и в присутствии окислителей витамин С разрушается за считанные минуты. Однако, в клетке, где обязательно есть тиоловые соединения, даже ничтожные количества аскорбата будут эффективной защитой от окисления.

Синтетические антиоксиданты

Ионол (2,6-дитретбутил-4-метилфенол, бутилгидрокситолуол, дибунол) является жирорастворимым фенолом. Его окисленная форма представляет радикал, стабилизированный двумя боковыми третбутильными группировками, а поэтому более стабильный, чем у токоферолов. Ионол успешно применяется для профилактики острых ишемических повреждений органов и постишемических расстройств. Препарат высоко эффективен при лечении лучевых и трофических поражений кожи и слизистых оболочек, успешно используется в терапии больных дерматозами, способствует быстрому заживлению язвенных поражений желудка и двенадцатиперстной кишки.

Фенозаны (К+- или Li+-соли 4-гидрокси-3,5-дитретбутилфенилпропионовой кислоты) синтезированы в ИХФ РАН, являются водорастворимыми производными ионола.

Оксипиридины - группа азотсодержащих гетероциклических фенолов, синтетических аналогов витамина В6. Существенным удобством препаратов является их растворимость в воде. К группе синтетических антиоксидантов относятся так же селен-неорганические и селен-органические соединения, механизм антирадикального действия которых связан, в основном, с активацией селен-зависимой глутатионпероксидазы, являющейся первой линией защиты клеток организма от накопления токсических гидропероксидов и свободных радикалов.

Структурные аналоги природных антиоксидантов

В последние годы предпринимаются многочисленные попытки добиться повышения эффективности действия антиоксидантов путем той или иной их структурной модификации. Так, например, имеются сведения о более эффективном действии ферментного препарата СОД в соединении с дериватным носителем, синтезирована большая группа водорастворимых производных витамина Е и бета-каротина.

Самое пристальное внимание уделяется соединениями, близким к витамину Е. Так, наряду с самим витамином Е антиоксидантными свойствами обладают его водорастворимые аналоги: тролокс-С и альфа-токоферола полиэтиленгликольсукцинат (ТПГС). Тролокс-С действует как эффективный тушитель свободных радикалов по тому же механизму. что и витамин Е, а ТПГС даже превосходит витамин Е по эффективности.

От теории к практике

С тех пор, как были открыты сложные взаимосвязи антиоксидантов, интерес изготовителей косметики к синтетическим и химически чистым соединениям начал падать. Действительно, выделяя вещество в чистом виде, химики избавлялись от большого количества соединений, которые казались им ненужным балластом. Позднее оказывалось, что без этого балласта выделенное вещество становилось гораздо менее эффективным. Так произошло с каротиноидами, когда выяснилось, что бета-каротин - вовсе не самый эффективный из них, и что есть ряд свойств, которыми обладают одни каротиноиды, и которые совершенно отсутствуют у других соединений этой группы.

Так было и с химически чистым витамином С, выделенным из лимонного сока, который быстро разрушался в любом растворе, где встречались ионы железа. Для стабилизации растворов аскорбиновой кислоты пришлось использовать хелаторы (соединения, способные связывать ионы металлов). В чем же секрет устойчивости витамина С в натуральных соках? Оказывается, в растениях витамин С восстанавливается полифенольными соединениями - биофлавоноидами. Действительно, если взять водный растительный экстракт, в котором содержится миллиграммы витамина С, то мы найдем в нем граммы биофлавоноидов. Для каждого растения характерен свой набор биофлавоноидов и свой уникальный антиоксидантный профиль. Помимо известных соединений, обладающих антиоксидантной активностью, растительные экстракты могут содержать много других веществ, свойства которых до сих пор не изучены. Поэтому в последнее время появилось много работ по определению антиоксидантной активности не только отдельных веществ, но и неочищенных растительных экстрактов.

Noda с соавт. (1997, University of California at Berkeley, USA) сравнили антиоксидантную активность нескольких растительных экстрактов. По способности обезвреживать гидроксил-радикалы растительные экстракты расположились в следующем порядке (по убыванию): экстракт зеленого чая, экстракт коры сосны ("Пикногенол"), экстракт Гингко Билоба, смесь биофлавоноидов из различных фруктов. СОД-активность была сходной для всех образцов. Аскорбат-подобная активность оказалась больше у экстракта Гингко Билоба, за которым следовал "Пикногенол", а затем экстракт зеленого чая. Вообще, зеленому чаю посвящено довольно много исследований, так как полифенольные соединения, содержащиеся в нем, обладают противораковым действием.

Изучение природных антиоксидантов продолжается. 





Загрузить еще