Оценка окислительной и антиоксидантной способности биологических субстратов по хемилюминесценции, индуцированной реакцией Фентона

Цель исследования — анализ связи между способностью к окислению и антиоксидантной активностью субстрата по результатам расчета кинетики хемилюминесценции, индуцированной реакцией Фентона.

Материалы и методы. Измерения хемилюминесценции, индуцированной реакцией Фентона, осуществляли с помощью биохемилюминометра БХЛ-07 (Россия) в 10–15 повторах. Время регистрации — 30 с. Для реакции Фентона использовали реактивы: раствор FeSO₄ (10^–3 моль/л в кислой среде, pH=2), раствор перекиси водорода (10^–3 и 10^–1 моль/л).

Исследовали индуцированную реакцией Фентона хемилюминесценцию альбумина, гемоглобина, смеси альбумина и гемоглобина, известных антиоксидантов: фенола C₆H₅OH, резорцина C₆H₄(OH)₂, пирогаллола C₆H₃(OH)₃, а также смеси антиоксидантов с гемоглобином и альбумином.

Для расчета кинетики процессов хемилюминесценции составляли схему реакций, описывающих процесс. На основе этой схемы составляли систему дифференциальных уравнений, где переменными являлись концентрации участвующих в процессе веществ. Число уравнений равнялось числу веществ, участвующих в реакции.

Результаты. Светосумма хемилюминесценции, индуцированной реакцией Фентона, при концентрации [H₂O₂]=10^–1 моль/л монотонно уменьшается с уменьшением концентрации субстрата (с разведением). Рассчитана зависимость S/S0 от концентраций окисляющихся фрагментов [RH], ингибитора [InH] и окисленного вещества [ROOH]. При [Fe²⁺]<[H₂O₂] отсутствует линейная зависимость между светосуммой S/S0 и концентрациями [RH], [ROOH] и [InH], поэтому получаемые результаты носят качественный характер.

Заключение. Хемилюминесценция, индуцированная реакцией Фентона, позволяет наблюдать продукты реакции, а не радикалы. Реакция Фентона протекает практически в любом субстрате. Уровень светосуммы хемилюминесценции, инициированной гидроксильными радикалами — реакцией Фентона, — определяется константами скорости реакций инициирования, продолжения и обрыва цепи. Увеличение или уменьшение светосуммы хемилюминесценции свидетельствует о разных значениях этих констант, но не указывает на антиоксидантную активность, т.е. на подавление цепной реакции путем образования неактивных продуктов. Поэтому по уровню хемилюминесценции, индуцированной гидроксильными радикалами, которые образуются в реакции Фентона, можно оценить способность субстрата к окислению в данных условиях.

1. Алясова А.В., Конторщикова К.Н., Терентьев И.Г., Иванова И.П., Кузнецов С.С., Сазанов А.И. Влияние низких терапевтических концентраций озонированного физиологического раствора на терапевтический патоморфоз опухоли в эксперименте. Современные технологии в медицине 2010; 4: 27–32.
2. Иванова И.П. Изменение эндогенной токсичности и уровня хемилюминесценции в крови животных-опухоленосителей после воздействия некогерентным световым излучением. Нижегородский медицинский журнал 2006; 2: 183–188.
3. Масленникова А.В., Щербатюк Т.Г., Лазарева В.А., Давыденко Д.В. Прогностическое значение параметров прооксидантного–антиоксидантного статуса больных местно-распространенным раком полости рта и глотки. Медицинский альманах 2009; 3: 110–113.
4. Ivanova I.P., Trofimova S.V., Piskarev I.M., Aristova N.A., Burhina O.E., Soshnikova O.O. Mechanism of chemiluminescence in Fenton reaction. Journal of Biophysical Chemistry 2012; 3(1): 88–100, http://dx.doi.org/10.4236/jbpc.2012.31011.
5. Иванова И.П., Трофимова С.В., Пискарев И.М. Хемилюминесценция, индуцированная реакцией Фентона, — математическое моделирование процесса; особенности, параметры и условия применения для биомедицинских исследований. Современные технологии в медицине 2014; 6(4): 14–25.
6. Ermolin S.V., Ivanova I.P., Knyazev D.I., Trofimova S.V., Piskarev I.M. Mechanism of water luminescence upon radiolysis under the effect of background radiation. Russian Journal of Physical Chemistry A 2012; 86(6): 1029–1032, http://dx.doi.org/10.1134/s003602441206009x.
7. Аристова Н.А., Иванова И.П., Трофимова С.В., Князев Д.И., Пискарев И.М. Люминол-зависимое свечение, сопровождающее реакцию Фентона. Электронный науч­ный журнал «Исследовано в России» 2011; 77–86, https://istina.msu.ru/publications/article/1108350/.
8. Ivanova I.P., Piskarev I.M., Trofimova S.V. Initial stage of lipid peroxidation with HO2· radicals. Kinetic study. American Journal of Physical Chemistry 2013; 2(2): 44–51, http://dx.doi.org/10.11648/j.ajpc.20130202.13.
9. CRC handbook of chemistry and physics. 95th edition. Editor-in-Chief Haynes W.M. CRC Press; 2014.
10. Ivanova I.P., Trofimova S.V., Piskarev I.M. Evaluation of prooxidant properties of ascorbic acid. Biophysics 2013; 58(4): 453–456, http://dx.doi.org/10.1134/s0006350913040076.
11. Музафаров А.М., Кузнецов А.А., Заремский М.Ю., Зеленецкий А.Н. Введение в химию высокомолекулярных соединений. М: Изд. МГУ; 2010.
12. Augusto O., Miyamoto S. Chapter II. Oxygen radicals and related species. In: Principles of free radical biomedicine. Vol. 1. Pantopoulos K., Schipper H.M. (editors). Nova Science Publishers; 2011; p. 1–23.
13. Мукменева Н.А., Бухаров С.В., Черезова Е.Н., Нугуманова Г.Н. Фосфорорганические антиоксиданты и цвето­стабилизаторы полимеров. Казань: КГТУ; 2010; 296 с.
14. Taverna M., Marie A.-L., Mira J.P., Guidet B. Specific antioxidant properties of human serum albumin. Annals of Intensive Care 2013; 3(1): 4, http://dx.doi.org/10.1186/2110-5820-3-4.
15. Piskarev I.M., Trofimova S.V., Ivanova I.P., Burkhina O.E. Investigation of the level of free-radical processes in substrates and biological samples using induced chemiluminescence. Biophysics 2015; 60(3): 400–408, http://dx.doi.org/10.1134/s0006350915030148.
16. Хасанов В.В., Рыжова Г.Л., Мальцева Е.В. Методы исследования антиоксидантов. Химия растительного сырья 2004; 3: 63–75.
17. Kusano C., Ferrari B. Total antioxidant capacity: a biomarker in biomedical and nutritional studies. Journal of Cell and Molecular Biology 2008; 7(1): 1–15.
18. Huang D., Ou B., Prior R.L. The Chemistry behind antioxidant capacity assays. Journal of Agricultural and Food Chemistry 2005; 53(6): 1841–1856, http://dx.doi.org/10.1021/jf030723c.
19. Занозина О.В., Боровков Н.Н., Щербатюк Т.Г. Свободно-радикальное окисление при сахарном диабете 2-го типа: источники образования, составляющие, патогенетические механизмы токсичности. Современные технологии в медицине 2010; 3: 104–112.
20. Мартусевич А.А., Перетягин С.П., Мартусевич А.К. Молекулярные и клеточные механизмы действия син­г­лет­ного кислорода на биосистемы. Современные технологии в медицине 2012; 2: 128–134.
21. Boskabadi H., Moeini M., Tara F., Tavallaie S., Saber H., Nejati R., Hosseini G., Mostafavi-Toroghi H., Ferns G.A.A., Ghayour-Mobarhan M. Determination of prooxidant–antioxidant balance during uncomplicated pregnancy using a rapid assay. Journal of Medical Biochemistry 2013; 32(3): 227–232, http://dx.doi.org/10.2478/jomb-2013-0018.
22. Alamdari D.H., Paletas K., Pegiou T., Sarigianni M., Befani C., Koliakos G. A novel assay for the evaluation of the prooxidant–antioxidant balance, before and after antioxidant vitamin administration in type II diabetes patients. Clinical Biochemistry 2007; 40(3–4): 248–254, http://dx.doi.org/10.1016/j.clinbiochem.2006.10.017.
23. Vladimirov Y.A., Proskurnina E.V., Izmajlov D.Y. Kinetic chemiluminescence as a method for study of free radical reactions. Biophysics 2011; 56(6): 1055–1062, http://dx.doi.org/10.1134/s0006350911060200.
24. Владимиров Ю.А., Проскурина Е.В. Свободные радикалы и клеточная хемилюминесценция. Успехи биологической химии 2009; 49: 341–388.
25. Алексеев А.В., Проскурина Е.В., Владимиров Ю.А. Определение антиоксидантов методом активированной хемилюминесценции с использованием 2,2’-азо-бис(2-амидинопропана). Вестник Московского университета. Серия 2. Химия 2012; 53(3): 187–193.

Piskarev I.M., Ivanova I.P. Assessment of Oxidative and Antioxidant Capacity of Biological Substrates by Chemiluminescence Induced by Fenton Reaction. Sovremennye tehnologii v medicine 2016; 8(3): 16, https://doi.org/10.17691/stm2016.8.3.02