Email this article Antioxidant activity of some promising fatty oils: comparative study in vitro
- Authors: Mubinov A.R.1, Avdeeva E.V.1, Kurkin V.A.1, Latypova G.M.2, Farkhutdinov R.R.2, Kataev V.A.2, Ryazanova T.K.1
-
Affiliations:
- Samara State Medical University
- Bashkir State Medical University
- Issue: Vol 21, No 5-6 (2021)
- Pages: 23-29
- Section: Pharmacy
- Published: 15.05.2021
- URL: https://aspvestnik.ru/2410-3764/article/view/105757
- DOI: https://doi.org/10.55531/2072-2354.2021.21.3.23-29
- ID: 105757
Cite item
Full Text
Abstract
This paper presents the results of the comparative study of the in vitro antioxidant activity of fatty oils obtained by cold-pressing (black cumin, argania prickly, olive oil) which are promising for the use in medical practice. An oil solution of alpha-tocopherol acetate was also used as a comparison. Antioxidant activity was determined by registration of chemiluminescence on the device HLM-003 in systems simulating the production of reactive oxygen species and lipid peroxidation. The study revealed the ability of most samples of the investigated fatty oils to inhibit the generation of reactive oxygen species and lipid peroxidation in model systems in vitro which characterized their antioxidant properties in the comparative aspect with the reference preparation. Samples of black cumin fatty oil showed the greatest antioxidant activity. The optimum fatty oil concentrations for each model system (1 mg/ml and 5 mg/ml) were also selected and the dose-dependent effect on the oil concentration in the system was established.
Full Text
Введение
Проблема поиска новых антиоксидантных препаратов на основе растительного сырья в современной фармацевтической практике по-прежнему считается актуальной. Загрязнение окружающей среды, дисбаланс пищевого рациона и широкий круг патологических процессов стали причинами повышенного образования свободных радикалов в человеческом организме [3]. В норме скорость свободнорадикальных реакций относительно мала, что обусловлено сбалансированной работой системы антиоксидантной защиты организма. Клетки инактивируют активные формы кислорода (АФК) при помощи антиокислительной защитной системы, однако повышение уровня АФК сверх защитных возможностей клетки может вызвать серьезные нарушения на уровне клетки и организма в целом. Значительное усиление процессов свободнорадикального окисления, связанное с увеличением содержания АФК, называется оксидативным стрессом [10]. Свободные радикалы окисляют биологические макромолекулы, такие как ДНК, протеины, липиды, ингибируя их функциональную активность и инициируя мутации [7]. Доказано, что оксидативный стресс — причина развития сердечно-сосудистых заболеваний, в том числе атеросклероза, гипертонии, а также диабета, онкологических и ряда других заболеваний [11, 13, 14].
Вещества-антиоксиданты играют важную роль в регуляции протекания свободнорадикальных реакций в организме и существенно влияют на его состояние [6]. В многочисленных исследованиях, проведенных как in vitro, так и in vivo, было показано положительное влияние различных химических классов веществ-антиоксидантов на течение большого числа заболеваний, в том числе инфекционно-воспалительных [1, 2].
Крайне актуальной задачей является корректная оценка антиоксидантных свойств различных соединений, так как при всей вариабельности методических подходов стандартизированного метода оценки антиоксидантной активности не существует [9].
К числу перспективных для использования в медицинских целях антиоксидантов природного происхождения, на наш взгляд, относится жирное масло семян однолетнего травянистого растения чернушки посевной (Nigella sativa L.) из семейства Лютиковых (Ranunculaceae). Жирное масло черного тмина содержит различные биологически активные вещества — ненасыщенные жирные кислоты, терпеноиды, витамины, для которых в мировой литературе описаны антиоксидантные, липолитические антибактериальные, желчегонные свойства [4, 5, 12, 15]. Поэтому целью исследования стало изучение in vitro влияния жирного масла чернушки посевной на процессы свободнорадикального окисления в модельных системах (МС) с использованием экспресс-метода определения антиоксидантной активности, основанного на регистрации хемилюминесценции (ХЛ) в сравнительном аспекте с другими известными и перспективными видами жирных масел (оливковым и аргановым).
Материалы и методы
Объектами сравнительного исследования служили 3 коммерческих образца нерафинированных, полученных методом холодного прессования жирных масел — жирное масло чернушки посевной «Egyptian Black Seed Oil» (Organic for Natural oil, Египет), аргановое масло «Huiled`Argane Cosmetique» (Марокко, регион Эль-Суэйра), оливковое масло высшего качества «Extra Virgin olive oil» (Filippo Berio, Италия).
В качестве образца сравнения использовали масляный раствор альфа-токоферола ацетата (витамин Е) 100 мг/мл фасовкой 50 мл («Марбиофарм», Россия). Год изготовления: 2019, срок годности — 2 года (исследования проведены в пределах срока годности).
Антиоксидантную активность определяли методом регистрации хемилюминесценции на приборе «ХЛМ-003» (Россия) в системах, моделирующих процессы выработки АФК и перекисного окисления липидов (ПОЛ) [8].
В качестве МС, где генерировались АФК, использовали 20 мл фосфатного буфера (20 мМ KH2PO4, 105 мМ KCl) с добавлением раствора люминола (10–5 М) и цитрата натрия (50 мМ). Предварительно все исследуемые образцы были растворены в диметилсульфоксиде (ДМСО) из расчета содержания в 1 мл полученного образца 0,2 мл исследуемого масла. Величину pH полученного раствора МС доводили до 7,45 ед. титрованием насыщенным раствором калия гидроксида. Для инициирования реакций, сопровождающихся образованием АФК, вводили 1 мл 50 мМ раствора солей Fe2+. Регистрация свечения продолжалась в течение 5 мин при постоянном перемешивании. ХЛ МС характеризовалась спонтанным свечением, быстрой вспышкой и развивающейся затем медленной вспышкой. Основными наиболее информативными характеристиками ХЛ служили светосумма свечения, определяющаяся по интенсивности излучения, и амплитуда максимального свечения.
Влияние исследуемых извлечений на ПОЛ изучали в липидах куриного желтка, сходных по составу с липидами крови человека. Липиды получали путем гомогенизирования куриного желтка в фосфатном буфере в соотношении 1 : 5 и последующим разбавлением в 20 раз; отбирали 20 мл. Добавление в систему 1 мл 50 мМ раствора солей Fe2+ вело к инициированию окисления ненасыщенных жирных кислот, что сопровождалось ХЛ. По интенсивности свечения судили о процессах ПОЛ. Окисление липидов инициировалось введением сернокислого железа, катализирующего окисление ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав липидов, и образование продуктов перекисного окисления. Уровень спонтанного свечения характеризует интенсивность перекисного окисления липидов до введения катализатора; амплитуда быстрой вспышки отражает скорость окисления ионов Fe2+ и образования АФК и гидроперекисей липидов; длительность латентного периода коррелирует с антиокислительной активностью изучаемого образца. Величина светосуммы свечения определяет способность липидов подвергаться окислению.
В качестве контроля служили МС без добавления исследуемых препаратов (в тех же объемах добавляли физиологический раствор), а также с добавлением ДМСО (контроль + ДМСО). Исследуемые образцы масел добавляли в МС в виде растворов в ДМСО. В качестве препарата сравнения использовали масляный раствор альфа-токоферола ацетата. В сериях экспериментов с МС для определения АФК было оптимально подобрано и выбрано добавление по 0,5 мл раствора приготовленных образцов, для МС при определении ПОЛ добавляли по 0,1 мл раствора приготовленных образцов масел (как минимально эффективных и имеющих аналитический эффект концентрации).
Результаты и их обсуждение
Методом регистрации хемилюминесценции было установлено существенное ингибирующее влияние исследуемого образца масла чернушки посевной на кинетику свободнорадикального окисления в системах АФК и ПОЛ. Менее выраженную активность показали образцы арганового и оливкового масел, однако она была большей по отношению к препарату сравнения (альфа-токоферола ацетату).
При добавлении в модельную систему, где генерировались АФК, образцов масел уменьшалась амплитуда быстрой вспышки, удлинялся латентный период, медленная вспышка начиналась позже и угасала раньше, значение максимальной светимости снижалось. Наиболее характерные высокие показатели определены у образца жирного масла чернушки посевной (рис. 1), гораздо меньшие — у образца оливкового масла (рис. 2).
Рис. 1. Влияние масла чернушки посевной на процессы свободнорадикального окисления в модельной системе активных форм кислорода (АФК). ДМСО — диметилсульфоксид / Fig. 1. Influence of the black cumin oil on free radical oxidation processes in the model ROS system. DMSO — dimethyl sulfoxide
Рис. 2. Влияние оливкового масла на процессы свободнорадикального окисления в модельной системе активных форм кислорода (АФК). ДМСО — диметилсульфоксид / Fig. 2. Influence of the olive oil on free radical oxidation processes in the model ROS system. DMSO — dimethyl sulfoxide
Показательная характеристика хемилюминесценции — светосумма свечения была меньшей по сравнению с контролем, контроль + ДМСО и препаратом сравнения (альфа-токоферола ацетатом) во всех трех образцах изучаемых масел (табл. 1). Угнетение ХЛ зависело от концентрации жирных масел в МС: на примере первого образца масла была выбрана оптимальная для данного анализа проба в 0,5 мл раствора (5 мг/мл в МС), а проба в 0,1 мл раствора (1 мг/мл в МС) имела сравнительное значение, так как положительное влияние на уменьшение свободнорадикального окисления было недостаточным. Таким образом, чем больше концентрация масла в МС, тем сильнее подавлялось свечение, что свидетельствовало о дозозависимом эффекте исследуемых образцов жирных масел.
Таблица 1. Влияние жирных масел на хемилюминесценцию в модельной системе активных форм кислорода / Table 1. Influence of fatty oils on chemiluminescence in the model ROS system
Опыт | Объем, мл | Светосумма абсолютная (относительно контроля) | Максимальная светимость, усл. ед. |
Контроль | – | 123 ± 0,2 (102,5 %) | 52 ± 0,2 |
Контроль + диметилсульфоксид | – | 120 ± 0,1 (100 %) | 51 ± 0,1 |
Масло черного тмина «Egyptian Black Seed Oil» (Organic for Natural oil, Египет) | 0,1 0,5 | 110 ± 0,2 (91,7 %) 18 ± 0,1 (15 %) | 52 ± 0,2 11 ± 0,1 |
Аргановое масло «Huiled`Argane Cosmetique» (Марокко, регион Эль-Суэйра) | 0,1 | 95 ± 0,1 (79,1 %) | 47 ± 0,1 |
Оливковое масло высшего качества «Extra Virgin olive oil» (Filippo Berio, Италия) | 0,1 | 103 ± 0,2 (85,8 %) | 48 ± 0,2 |
Препарат сравнения (масляный раствор альфа-токоферола ацетата) | 0,5 | 115 ± 0,3 (95,8 %) | 50 ± 0,3 |
Препарат сравнения (масляный раствор альфа-токоферола ацетата) незначительно удлинял латентный период и уменьшал величину светосуммы ХЛ. Исследуемый образец жирного масла чернушки посевной показал в 6,4 раза бóльшую активность по отношению к препарату сравнения (по уменьшению величины светосуммы ХЛ). Образцы оливкового и арганового жирных масел показали меньшую активность, сравнимую с альфа-токоферола ацетатом.
Для анализа в МС желточных липопротеидов было выбрано оптимальным взятие пробы в 0,1 мл раствора (1 мг/мл в МС), в качестве сравнения — 0,5 мл раствора, или 5 мг/мл в МС (для прослеживания дозозависимого эффекта). Наблюдалось подавление уровня свечения МС, отмечалось более выраженное уменьшение амплитуды быстрой и медленной вспышек, увеличение длительности латентного периода, снижение значений максимальной светимости. Наиболее высокие показатели также были определены у образца жирного масла чернушки посевной (рис. 3), незначительные — у образца оливкового масла (рис. 4).
Рис. 3. Влияние масла чернушки посевной на процессы свободнорадикального окисления в модельной системе перекисного окисления липидов (ПОЛ). ДМСО — диметилсульфоксид / Fig. 3. Influence of the black cumin oil on free radical oxidation processes in the model LP system. DMSO — dimethyl sulfoxide
Рис. 4. Влияние оливкового масла на процессы свободнорадикального окисления в модельной системе перекисного окисления липидов (ПОЛ). ДМСО — диметилсульфоксид / Fig. 4. Influence of the olive oil on free radical oxidation processes in the model LP system. DMSO — dimethyl sulfoxide
В МС желточных липопротеидов внесение жирного масла чернушки посевной в наименьшей концентрации (1 мг/мл) уже сопровождалось значительным уменьшением амплитуды быстрой и медленной вспышек, увеличением длительности латентного периода, снижением значения максимальной светимости. В данной МС оливковое масло показало меньшую активность по сравнению с препаратом сравнения, немного выше активность проявило аргановое масло (табл. 2).
Таблица 2. Влияние жирных масел на хемилюминесценцию в модельной системе перекисного окисления липидов / Table 2. Influence of fatty oils on chemiluminescence in the model LP system
Опыт | Объем, мл | Светосумма абсолютная (относительно контроля) | Максимальная светимость, усл. ед. |
Контроль | – | 69 ± 0,1 (104,5 %) | 30 ± 0,1 |
Контроль + диметилсульфоксид | – | 66 ± 0,1 (100 %) | 27 ± 0,2 |
Масло черного тмина «Egyptian Black Seed Oil» (Organic for Natural oil, Египет) | 0,1 0,5 | 19 ± 0,2 (28,8 %) 7,8 ± 0,3 (11,8 %) | 12 ± 0,2 2,7 ± 0,3 |
Аргановое масло «Huiled`Argane Cosmetique» (Марокко, регион Эль-Суэйра) | 0,5 | 28 ± 0,5 (42,4 %) | 19 ± 0,5 |
Оливковое масло высшего качества «Extra Virgin olive oil» (Filippo Berio, Италия) | 0,5 | 41 ± 0,3 (62,1 %) | 23 ± 0,3 |
Препарат сравнения (масляный раствор альфа-токоферола ацетата) | 0,1 | 33 ± 0,2 (50,0 %) | 20 ± 0,2 |
Выводы
Таким образом, полученные данные показывают перспективную для использования способность жирных масел подавлять генерацию АФК и перекисного окисления липидов в модельных системах, что характеризует их антиоксидантные свойства. По величине светосуммы отмечено, что образец масла чернушки посевной в 6,4 раза активнее подавляет процессы свободнорадикального окисления в системе АФК, в 4,2 раза активнее — в системе ПОЛ, чем препарат сравнения (масляный раствор альфа-токоферола ацетата), что позволяет рассматривать жирное масло чернушки посевной для использования в медицинских целях.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
About the authors
Artur R. Mubinov
Samara State Medical University
Author for correspondence.
Email: mubinov.arthur@gmail.com
Postgraduate student, Department of Pharmacognosy with Botany and Bases of Phytotherapy
Russian Federation, SamaraElena V. Avdeeva
Samara State Medical University
Email: e.v.avdeeva@samsmu.ru
Doctor of Pharmaceutical Sciences, Professor, Department of Pharmacognosy with Botany and Bases of Phytotherapy
Russian Federation, SamaraVladimir A. Kurkin
Samara State Medical University
Email: v.a.kurkin@samsmu.ru
Doctor of Pharmaceutical Sciences, Professor, Head of the Department of Pharmacognosy with Botany and Bases of Phytotherapy
Russian Federation, SamaraGuzel M. Latypova
Bashkir State Medical University
Email: 79177525174@yandex.ru
Doctor of Pharmaceutical Sciences, Professor, Department of Pharmacy
Russian Federation, UfaRafagat R. Farkhutdinov
Bashkir State Medical University
Email: farkhutdinov@mail.ru
Doctor of Medical Sciences, Senior Researcher, Central Research Laboratory
Russian Federation, UfaValerij A. Kataev
Bashkir State Medical University
Email: centreles@mail.ru
Doctor of Pharmaceutical Sciences, Professor, Head of the Department of Pharmacy
Russian Federation, UfaTatyana K. Ryazanova
Samara State Medical University
Email: t.k.ryazanova@samsmu.ru
Candidate of Pharmaceutical Sciences, Associate Professor, Department of Management and Economics of Pharmacy
Russian Federation, SamaraReferences
- Vasilyev AN. Antioxidant impact on specific antiviral activity of human recombinant interferon α-2b with respect to herpes simplex in cell culture. Antibiotics and Chemotherapy. 2010;55(7–8):20–25. (In Russ.)
- Vasil’ev AN, Deryabin PG, Galegov GA. Antiviral activity of antioxidants and their combination with human recombinant interferon alpha-2b against the influenza A/H5N1 virus. Cytokines and Inflammation. 2011;10(2):32–37. (In Russ.)
- Vladimirov YuA. Svobodnye radikaly i antioksidanty. Annals of the Russian Academy of Medical Sciences. 1998;(7):43–51. (In Russ.)
- Kurkin VA. Farmakognoziya: uchebnik dlya studentov farmacevticheskih vuzov. 4th ed. Samara; 2019. (In Russ.)
- Orlovskaya TV, Gavrilin MV, Chelombit’ko VA. Novyy vzglyad na pishchevye rasteniya kak perspektivnye istochniki lekarstvennykh sredstv. Pyatigorsk; 2011. (In Russ.)
- Pozdnyakova TA, Bubenchikov RA. The study of antioxidant activity of the herb astragalus glycyphyllus L. Aspirantskiy vestnik Povolzh’ya. 2019;(1–2):27–32. (In Russ.). doi: 10.17816/2072-2354.2019.19.1.27-32
- Saybel OL, Dargaeva TD, Pupykina KA, et al. Ocenka antioksidantnoj aktivnosti travy cikoriya obyknovennogo (Cichorium intybus L.). Acta Biomedica Scientifica (East Siberian Biomedical Journal). 2017;2(2(114)):85–88. (In Russ.). doi: 10.12737/article_59a614fcd18c42.95236968
- Farkhutdinov RR, Tevdoradze SI. Metodiki issledovaniya khemilyuminestsentsii biologicheskogo materiala na khemilyuminometre KhL-003. Metody otsenkiantioksidantnoy aktivnosti biologicheskiaktivnykh veshchestv lechebnogo i profilakticheskogo naznacheniya: sbornik dokladov. Ed. by E.B. Burlakova. Moscow; 2005. P. 147–154. (In Russ.)
- Khasanov VV, Ryzhova GL, Mal’tseva EV. Metody issledovaniya antioksidantov. Khimija Rastitel’nogo Syr’ja. 2004;(3):63–75. (In Russ.)
- Cherenkevich SN, Martinovich GG, Martinovich IV, et al. Redox regulation of cellular activity: concepts and mechanisms. Izvestiya Natsional’noy akademii Belarusi. Seriya biologicheskikh nauk. 2013;(1):92–108. (In Russ.)
- Chikezie P, Ojiako O, Ogbuji A. Oxidative stress in diabetes mellitus. Int J Biol Chem. 2015;9(3):92–109. doi: 10.3923/ijbc.2015.92.109
- Gharby S, Harhar H, Guillaume D, et al. Chemical investigation of Nigella sativa L. seed oil produced in Morocco. J Saudi Soc Agric Sci. 2015;14(2):172–177. doi: 10.1016/j.jssas.2013.12.001
- Kattoor AJ, Pothineni NVK, Palagiri D, Mehta JL. Oxidative stress in atherosclerosis. Curr Atheroscler Rep. 2017;19(11):32–42. doi: 10.1007/s11883-017-0678-6
- Rodrigo R, González J, Paoletto F. The role of oxidative stress in the pathophysiology of hypertension. Hypertens Res. 2011;34(4):431–440. doi: 10.1038/hr.2010.264
- Telci I, Sahin-Yaglioglu A, Eser F, et al. Comparison of seed oil composition of Nigella sativa L. and N. damascena L. During seed maturation stages. J Am Oil Chem Soc. 2014;91(10):1723–1729. doi: 10.1007/s11746-014-2513-3
Supplementary files
