Витамин E



Введение



В настоящее время не вызывает сомнений, что процессы свободнорадикального окисления (СРО) играют чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности клеток. Это связано с двумя основными моментами: с одной стороны, реакции СРО являются необходимым этапом различных метаболических процессов, а с другой стороны, повышенная интенсивность СРО во многих случаях является либо следствием, либо причиной тех или иных патологических изменений в клетках и тканях. В качестве примеров патологических состояний, развитие которых тесно связано со СРО, можно привести ревматические заболевания , атеросклероз , осложнения сахарного диабета (кардиомиопатия , нефропатия , ретинопатия ), амиотрофический боковой склероз , катаракту . На сегодняшний день накоплен обширный фактический материал о взаимосвязи функциональной активности антиоксидантной системы (ДОС) с интенсивностью СРО в физиологических условиях и при патологии . Это существенно приблизило нас к пониманию, каким образом протекают и регулируются процессы СРО в живых организмах.

В результате многочисленных исследований последнего десятилетия сложились представления о том, что единство строения и функции биологических мембран теснейшим образом связано с процессами пероксидного окисления липидов (ПОЛ), составляющих структурную основу бислоя. Установлено, что многие биосинтетические и деструктивные процессы сопряжены с механизмами окислительных превращений липидов. Не вызывает сомнения, что процессы ПОЛ клеточных мембран представляются наиболее важными с биологической точки зрения. Нарушение регуляции ПОЛ рассматривают в настоящее время в качестве патогенетического маркера целого ряда заболеваний. С этой позиции изучению биологической роли биоантиоксидантов как факторов, способных регулировать интенсивность пероксидации липидов, уделяется особенно важное внимание.

Антиоксидантом называют любое вещество, которое присутствует в низких концентрациях, сравнимых с концентрациями окисляющегося субстрата, и при этом значительно задерживает или ингибирует его окисление. Основным таким субстратом в биологических системах являются ненасыщенные жирные кислоты клеточных мембран и липопротеинов. Круг веществ, обладающих антиоксидантным действием, однако, довольно широк, и эффективность действия каждого из них в значительной мере зависит от выбранной модельной системы. Антиоксидантными свойствами могут обладать такие ферменты, как каталаза, супероксиддисмутаза, глутатионпероксидаза; соединения, связывающие ионы металлов переменной валентности; восстановители гидроперекисей, в том числе тиоловые соединения и, наконец, перехватчики (ловушки) свободных радикалов, например альфа-токоферол.

Витамин Е, известный как токоферол, является антиоксидантом, который регулирует клеточное дыхание и влияет на формирование небелковой части гемоглобина (гема). Недостаток витамина Е спровоцировать крайне трудно, и до сих пор все его функции окончательно не выяснены.



Обзор литературных данных. Антиоксидантная система организма



Окислительно-восстановительные процессы в организме составляют важную часть любого звена метаболизма и необходимы как для обеспечения энергетических потребностей, так и для доставки и утилизации кислорода в тканях. Эти процессы в организме контролируются различными регуляторными системами с целью поддержания сбалансированного взаимодействия реакций образования продуктов оксидации, а также механизмов контроля, ведущих к их торможению при избыточной активности реакций антиоксидации. Помимо четырехэлектронного восстановления кислорода в ОВР происходит одно- и двухэлектронное его восстановление, в результате чего образуются активные формы кислорода (АФК) : супероксидный радикал, перекись водорода , гидроксильный радикал, синглетный кислород.

АФК являются неотъемлимыми и жизненно необходимыми звеньями свободно-радикального окисления в организме человека и животных, и рассматривать промежуточные интермедиаты кислорода в отрыве от ПОЛ было бы неправильным. Процессы свободно-радикального окисления происходят во всех мембранных структурах клетки, что приводит к образованию перекисных соединений липидов. Благоприятное влияние процессов ПОЛ на организм человека проявляется в обновлении состава и поддержании свойств биомембран, участии в энергетических процессах, клеточном делении, синтезе биологически активных веществ.

В нормально функционирующих клетках содержание продуктов свободнорадикального окисления находится на крайне низком уровне, несмотря на обилие субстратов ПОЛ. Это свидетельствует о достаточно мощной антиоксидантной защитной системе.

Однако кислородные радикалы при нарушении стационарного равновесия оказывают негативное действие. Эти частицы, имеющие свободные валентности, легко вступают во взаимодействие с биомолекулами, нарушая их структуру и, следовательно, функцию. Наиболее агрессивны гидроксильные радикалы и синглетный кислород. АФК воздействуют на некоторые аминокислоты, нарушая функции тех биологических образований в структуру которых они входят. В связи с такими изменениями страдают все 4 структуры белка, а также гликопротеиды, ферменты, металлопротеины . Кроме того, повреждаются молекулы ДНК, РНК, что ведет к хромосомным аберрациям, повреждениям ядерного матрикса с появлением и накоплением мутаций, нарушению синтеза белка. АФК приводят к нарушениям окислительно-восстановительных процессов энергетического обмена посредством разобщения окислительного фосфорилирования. АФК отрицательно воздействуют на биологические структуры и посредством инициации и поддержания реакции неконтролируемого перекисного окисления липидов, что приводит к изменению структурной и функциональной организации клеточных мембран, их проницаемости и ионному дисбалансу.



Свободные радикалы и антиоксиданты. Свободные радикалы



Первичные радикалы образуются из молекул за счет реакций одноэлектронного окисления с участием металлов переменной валентности. Это компоненты дыхательной цепи, такие, как радикалы убихинона (коэнзима Q), супероксид и окись азота (NO). Вторичными радикалами мы назовем те, которые образуются из перекиси водорода, липоперекисей и гипохлорита в присутствии ионов двухвалентного железа, потому что сами эти радикал-продуцирующие молекулы образуются, как правило, из первичных радикалов. К вторичным радикалам относятся прежде всего гидроксильный радикал и (с некоторыми оговорками) липидные радикалы, участвующие в реакциях цепного окисления ненасыщенных жирно-кислотных цепей липидов биологических мембран и липопротеинов плазмы крови. Наконец, в качестве третичных можно рассматривать радикалы, которые образуются при действии вторичных радикалов на молекулы антиоксидантов и других легко окисляющихся соединений.

Следует подчеркнуть принципиальную разницу в биологическом действии первичных и вторичных радикалов. Первичные радикалы специально вырабатываются нашим организмом и выполняют жизненно важные функции переноса электрона в дыхательной цепи (убихинон), защиты от микроорганизмов (супероксид) и регуляции кровяного давления (окись азота), тогда как вторичные радикалы оказывают цитотоксическое действие и, как правило, наносят организму большой вред. Многие болезни, как сейчас показано, развиваются именно вследствие поражающего действия вторичных радикалов. Роль третичных радикалов может быть разной.



Цепное окисление липидов



В липидсодержаших системах, таких, как биологические мембраны и липопротеины крови, ионы двухвалентного железа образуют радикалы при взаимодействии с гидроперекисями ненасыщенных жирных кислот. Эти радикалы дают начало новым цепям окисления, и, таким образом, в присутствии ионов железа реакция цепного окисления становится разветвленной, а ее скорость многократно возрастает.

Реакции, в которых принимают участие вторичные радикалы гидроксила и липидов, оказывают разрушительное действие и приводят к развитию большого числа так называемых дегенеративных болезней, или болезней пожилого возраста, включая атеросклероз, диабет, гипертонию, рак, иммунные нарушения, катаракту, артриты и др. Естественно, что организм стремится предотвратить образование вторичных радикалов как в водной, так и в липидной фазе, используя систему защиты, включающую ферменты, соединения, связывающие железо, восстановители гидроперекисей и ловушки радикалов. Все эти соединения, тем или иным способом тормозящие накопление продуктов пероксидации, носят общее название «антиоксиданты».



Антиоксиданты



Антиоксиданты - это соединения, которые препятствуют образованию свободных радикалов и, таким образом, предотвращают развитие болезней, вызываемых повреждением свободными радикалами структур клеток организма.

Антиоксидантами называют многие водорастворимые и гидрофобные соединения, действие которых в конце концов приводит к снижению скорости образования свободных радикалов и уменьшению концентрации продуктов реакций, протекающих с участием радикалов.

Первично образуемый супероксид способен восстанавливать ионы трехвалентного железа из депо и различных комплексов (исключая гемовое железо) с образованием ионов Fe2+ . Последние могут реагировать с перекисью водорода или гипохлоритом с образованием гидроксильного радикала. Радикал гидроксила оказывает повреждающее действие на многие компоненты клетки и, в частности, способен инициировать цепное окисление (пероксидацию) липидов в биологических мембранах и липопротеинах.

СОД тормозит развитие этих событий, поскольку удаляет супероксидный радикал из системы с образованием перекиси водорода, которая в свою очередь удаляется благодаря активности каталазы и пероксидаз и в первую очередь глутатионпероксидазы. Экспериментально показано, что в очень многих системах комбинация СОД + каталаза снижает уровень продуктов пероксидации липидов и предотвращает другие последствия действия свободных радикалов.

В то же время торможение образования вторичных радикалов может быть достигнуто связыванием и удалением ионов железа.

Появление свободных радикалов в липидной фазе мембран приводит к инициированию цепной реакции, которая развивается благодаря чередующимся реакциям продолжения цепи. В присутствии двухвалентного железа происходит разложение гидроперекисей, сопровождающееся образованием радикалов, дающих начало новым цепям окисления. Наиболее радикальный способ торможения цепных реакций заключается в связывании ("захвате") радикалов, ведущих цепи окисления, которые способны осуществлять такие восстановители, как фенол и его производные. Синтезировано и изолировано из живых объектов множество подобных соединений, называемых ловушками радикалов, ингибиторами свободнорадикальных реакций, липидными антиоксидантами, которые резко тормозят реакции липидной пероксидации в весьма низких концентрациях.



Физиологические свойства



Витамин Е обладает антиоксидантными свойствами, т.е. защищает полиненасыщенные жирные кислоты и липиды клеточных мембран от перекисного окисления и повреждения свободными радикалами. Токоферол может выполнять структурную функцию, взаимодействуя с фосфолипидами биологических мембран. Имеются данные, что in vitro токоферол снижает продукцию простагландина и уменьшает агрегацию тромбоцитов.

Известно, что длительная недостаточность токоферола у крысы обусловливает стерильность самцов, выкидыш и рассасывание плодов у самок. Дефицит его у морских свинок приводит к поражениям миокарда и скелетной мускулатуры. Существуют данные, что мегалобластическая анемия у человека, резистентная к витамину В12 и фолиевой кислоте, может корригироваться при лечении витамином Е. Низкое содержание токоферола в плазме человека наблюдается при таких состояниях, как тромбоцитоз, периферические отеки. Не являясь основной причиной, токоферол имеет определенное значение в развитии фиброплазии у новорожденных, нейромышечной патологии у детей и неврологических заболеваний у взрослых.

Источниками витамина Е являются растительные масла, молоко, яичный желток, зеленые листья салата. Как и другие жирорастворимые витамины, витамин Е хорошо всасывается в верхних отделах тонкой кишки и поступает в кровяное русло через лимфатическую систему. В крови связывается с бета-липопротеидами. Около 80% введенного в организм токоферола через неделю экскретируется с желчью, а небольшая часть выводится в виде метаболитов с мочой.



Применение



Витамин Е применяют при самых разнообразных заболеваниях. Большинство сообщений об эффективности токоферола базируется на единичных клинических наблюдениях и экспериментальных данных. Контролируемые исследования практически не проводились. Механизмы действия токоферола в большинстве случаев остаются не выясненными. В исследованиях было показано терапевтическое действие токоферола (в дозах 200-600 мг в течение 3 месяцев) при фиброкистозе молочной железы, которое, возможно, связано с нормализацией нарушенного соотношения прогестерона с эстрадиолом. В настоящее время нет четких данных о роли витамина Е в предупреждении опухолевых заболеваний, хотя показана способность препарата снижать образование нитрозаминов (потенциально канцерогенные вещества, образующиеся в желудке), уменьшать образование свободных радикалов и оказывать антитоксическое действие при применении химиотерапевтических средств. Токоферол в дозе 450-600 мг в день оказывает терапевтический эффект у больных с синдромом перемежающейся хромоты, что, возможно, связано с улучшением реологических свойств крови. Терапевтические дозы витамина Е могут защищать генетически дефектные эритроциты при талассемии, недостаточности глютатионсинтетазы и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы. В большинстве других случаев (стенокардия, гиперхолестеринемия, тренированность спортсменов, сексуальная потенция, замедление процессов старения и многие другие) эффективность витамина Е не подтвердилась.

Побочные эффекты

Длительный прием витамина Е в дозах от 100 до 800 мг не вызывает побочных реакций. Возможные проявления токсического действиявитамина Е при парентеральном введении больших доз -креатинурия, потенцирование коагулопатии при недостаточности витамина К и ухудшение заживления ран.



Основные методы изучения реакций свободных радикалов



Как всегда в биохимии, для изучения реакций образования и удаления веществ прежде всего нужно располагать прямыми методами количественного анализа этих веществ. К сожалению, свободные радикалы обладают столь высокой реакционной способностью, что их невозможно изолировать, исследовать и количественно определить обычными биохимическими методами. Пожалуй, методы оценки свободных радикалов можно разделить на косвенные, к которым относятся методы анализа продуктов реакций, протекавших с участием свободных радикалов, и ингибиторный анализ, а также прямые, к которым можно отнести метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и (с некоторыми оговорками) метод хемилюминесценции.

Непрямые биохимические методы

Большинство исследователей, изучающих реакции свободных радикалов, используют косвенные методы, определяя первичные или вторичные продукты свободно радикальных реакций, такие, как конъюгированные диены или соединения, реагирующие с тиобарбитуровой кислотой. Вторым широко распространенным методом исследования свободнорадикальных реакций, а точнее, роли свободных радикалов в том или ином процессе, является использование "перехватчиков" радикалов (в англоязычной литературе принят термин "scavenger"). Принцип такого ингибиторного анализа довольно прост: если какой-то процесс подавляется "перехватчиком", значит, перехватываемые радикалы участвовали в процессе. Наиболее плодотворным оказалось использование супероксиддисмутазы СОД (обычно в сочетании с каталазой), поскольку считается очевидным, что этот фермент удаляет супероксидные радикалы и только их. Менее бесспорны выводы, сделанные на основе опытов с использованием "ловушек" липидных радикалов, таких, как токоферол, поскольку не столь очевидно, что перехват радикалов является единственным результатом действия этих веществ.

Метод электронного парамагнитного резонанса

Хотя польза исследований, основанных на изучении молекулярных продуктов свободнорадикальных реакций и ингибиторного анализа, сомнений не вызывает, не следует пренебрегать возможностью прямого обнаружения свободнорадикальных реакций и непосредственного изучения изменении концентрации свободных радикалов в ходе исследуемого процесса. На сегодняшний день существуют два прямых метода обнаружения радикалов: ЭПР и хемилюминесценция (ХЛ). Попытки непосредственно обнаружить методом ЭПР радикалы кислорода или липидов в биологических системах оказались неудачными, поскольку стационарные концентрации большинства радикалов, таких, как радикалы кислорода или липидов, в биологических системах слишком малы. Успех пришел после разработки метода спиновых ловушек. Спиновые ловушки - это молекулы, которые при взаимодействии с нестабильными радикалами образуют стабильные гидроксильные радикалы, так называемые спиновые аддукты, сигналы ЭПР которых затем измеряются с целью качественного и количественного анализа соответствующих радикалов.

Метод хемилюминесценции

Довольно похожая ситуация сложилась и с применением ХЛ. Реакции рекомбинации радикалов супероксида, гидроксила и липидных радикалов сопровождаются очень слабым свечением. Изучение этой ХЛ внесло большой вклад в исследование процессов цепного (или перекисного) окисления липидов в биологических мембранах, но и в этом случае низкая интенсивность сигнала стала одним из существенных препятствий в применении данного метода. В связи с этим получили широкое применение так называемые активаторы ХЛ. Наиболее известны химические активаторы, вступающие с определенными радикалами в реакции, которые сопровождаются свечением: это люцигенин, дающий свечение с радикалами супероксида, и люминол, дающий мощное свечение в присутствии радикалов гидроксила. Для изучения свободнорадикалыных реакций при цепном окислении липидов был предложен ряд физических активаторов ХЛ, таких, как краситель родамин Ж, комплекс европия с тетрациклином и некоторые лазерные красители, производные кумарина. Физические активаторы не вступают в реакцию с радикалами, но увеличивают квантовый выход ХЛ за счет переноса энергии электронного возбуждения от молекул продуктов реакции на активатор.



Методы определения витамина Е



В настоящее время для получения токоферолов в очищенном виде их выделяют преимущественно из растительных масел с использованием методов омыления липидов, экстрагирования органическими растворителями, молекулярной дистилляции или хроматографии. Поскольку при определении содержания витамина Е обычно применяют колориметрическую реакцию, зависящую от окислительновосстано-вительного потенциала исследуемого вещества, часто определяют общее количество восстанавливающих веществ, а не токоферолов. Для количественного определения токоферолов используют их способность окисляться хлорным железом. Реакцию проводят в присутствии а, а1-дилиридила или 2,4,6-трипиридил-8-триазина, которые образуют окрашенный в красный цвет комплекс с получающимся в результате реакции двухвалентным железом. Фотометрически измеряют величину оптической плотности раствора, которая соответствует количеству прореагировавшего токоферола. Этот принцип положен в основу определения содержания токоферолов в сыворотке или плазме крови. При исследовании тканей данный метод может быть применен лишь после отделения витамина Е от убихинонов и убихроменолов. В последнее время для определения витамина Е в пищевых продуктах, биологических тканях и жидкостях особенно перспективным является метод газожидкостной хроматографии.



Современные представления. Биосинтез витамина Е



Жирорастворимый витамин, поступает в двух формах - токоферол и токотриенол. Существует нескольно различных видов токоферола, из которых наиболее активный - альфа-токоферол, но необходимы все. Kaк и другие жирорастворимые витамины, витамин Е хорошо всасывается в верхних отделах тонкой кишки и поступает в кровяное русло через лимфатическую систему. В крови связывается с бета-липопротеидами. Около 80% введенного в организм токоферола через неделю экскретируется желчью, а небольшая часть выводится в виде метаболитов с мочой.



Содержание витамина В продуктах питания



Витамин Е широко распространен в растительном и животном мире. Он найден в одноклеточных организмах, дрожжах, водорослях. Альфа-токоферол встречается практически во всех животных тканях. В растительных клетках происходит биосинтез витамина Е. Его концентрация особенно высока в хлоропластах. По-видимому, в биосинтезе токоферолов принимает участие фитол, производное которого - фитилбромид - использовано для химического синтеза альфа-токоферола. Содержание витамина Е в пшеничной муке и белом хлебе составляет 2,8-3,4 мг на 1 кг сырого веса. Такое же содержание витамина Е обнаружено в бобах. В картофеле оно несколько ниже -1 мг на 1 кг сырого веса. В неочищенных сырых яблоках двух сортов количество витамина Е составляло 11 и 6,4 мг, а после очистки и извлечения сердцевины - соответственно 6,7 и 3,4 мг. В лярде содержание витамина Е равнялось 5,4 мг, в сливочном масле - 29 мг, в жареном говяжьем жире - 100 мг, в арахисовом масле -140 мг, в кукурузном масле -100-230 мг на 1 кг сырого веса. В женском молоке содержание альфа-токоферола составляет приблизительно 40 мкг на 1 г липидов. В коровьем молоке оно колеблется от 4 (весной) до 30 мкг (осенью) на 1 г липидов.

Таким образом, витамин Е содержится практически во всех природных пищевых продуктах, в зерновых и бобовых ростках (проростки пшеницы и ржи, гороха), в овощах - спаржевой капусте, помидорах, салате, горохе, шпинате, ботве петрушки, семенах шиповника. Некоторые количества содержатся в орехах, авокадо, мясе, жире, яйцах, молоке, говяжьей печени, но особенно много его в растительных маслах.



Взаимосвязь витаминов Е и А



В литературе представлено сравнительно большое количество данных о взаимодействии между витаминами Е и А. По мнению большинства исследователей, эти взаимоотношения достаточно многообразны. С одной стороны, альфа-токоферол предохраняет витамин А в тканях от окисления, с другой - усиленное накопление витамина А в тканях вызывает разрушение витамина Е. Кроме того, обнаружено снижение содержания токоферолов в органах и тканях животных, получавших избыточное количество витамина А. У крыс с недостаточностью витамина А отмечалось увеличенное освобождение из лизосом кислой РНК-азы, арилсульфатаз А и В, катепсина и фосфатазы-глицерофосфата. Введение повышенного количества альфа-токоферола в рацион крыс с недостаточностью витамина А предотвращало освобождение лизосомальных ферментов . Однако в условиях недостаточности витамина А возможны антагонистические взаимоотношения между витаминами Е и А. Таким образом, в малых дозах витамин А является синергистом витамина Е, тогда как в чрезмерно больших дозах, по-видимому, может выступать в качестве антиметаболита токоферола.

Итак, витамин Е (токоферол) предохраняет витамин А от окисления как в кишечнике, так и в тканях. Следовательно, если у вас недостаток витамина Е, вы не сможете усваивать нужное количество витамина А и поэтому эти два витамина нужно принимать вместе.



Химические и физические свойства витамина Е



Витамин Е (альфа-токоферол) и его химические аналоги представляют собой производные 2-метил-2(4', 8', 12'-триметилтридецил)-6-хроманола, или токола.В молекуле токола и, следовательно, в молекуле альфа-токоферола присутствуют 3 асимметрических атома углерода в положениях 2, 4’ и 8'. Полученный из природных продуктов альфа-токоферол имеет D-конфигурацию у всех трех асимметрических атомов углерода. Однако при синтезе альфа-токоферола получают смесь всех возможных стереоизомеров альфа-токоферола, а именно 2-DL, 4'-DL, 8'-DL-токоферол, которую принято обозначать DL-aльфа-токоферол, или полный рацемат альфа-токоферола. Естественно, что природный альфа-токоферол как по физическим свойствам, так и биологической активности несколько отличается от синтетического DL-aльфа-токоферола. В связи с этим в настоящее время природный D-aльфа-токоферол называют альфа-токоферолом, а синтетический -DL-aльфа-токоферолом, или полным рацематом альфа-токоферола.

Кроме альфа-токоферола, известно еще 7 родственных ему природных соединений, обладающих биологической активностью витамина Е, а также их стереоизомеры.В настоящее время все химические аналоги альфа-токоферола выделены в очищенном виде (из растительных масел) или получены синтетически. Имеющиеся данные о биологической активности различных аналогов альфа-токоферола являются ориентировочными. При использовании различных методов оценки биологического действия витамина Е соотношение величин активности аналогов альфа-токоферола может варьировать в широких пределах. Отмечено, что биологическая активность токоферолов снижается с уменьшением количества метильных групп в бензольном ядре молекулы токола. Наибольшей активностью обладает триметилтокол (альфа-токоферол), наименьшей – метилтоколы. Диметилтоколы занимают промежуточное положение. В то же время антиоксидантная эффективность токоферолов, напротив, увеличивается по мере уменьшения количества метильных групп.

Кроме токоферолов, встречающихся в природных продуктах, известны синтетические производные с Е-витаминной активностью. Так, синтезирован альфа-токоферамин солянокислый, который обладает такой же биологической активностью, как и альфа-токоферол. Позднее были синтезированы N-алкильные дериваты альфа, бета и гамма-токофераминов и испытана их биологическая активность. N-метил-(3-токоферамин и N-метил-гамма-токоферамин имеют даже большую биологическую активность, чем альфа-токоферол, тогда как активность бета и гамма -токофераминов несколько ниже.

Таким образом, в понятие «витамин Е», по современным представлениям, объединена сравнительно большая группа природных и синтетических веществ, являющихся производными токола и обладающих в разной степени биологической активностью альфа-токоферола. Токоферолы представляют собой прозрачную маслянистую жидкость светло-желтого цвета, нерастворимую в воде, хорошо растворимую в хлороформе, серном эфире, петролейном эфире, слабее - в этиловом спирте и ацетоне. Токоферолы легко образуют эфиры с уксусной, пропионовой, янтарной, капроновой, пальмитиновой, стеариновой, фосфорной и другими кислотами. Эти сложные эфиры токоферолов хорошо кристаллизуются. Сами токоферолы также получены в кристаллическом виде. Токоферолы обладают специфическим спектром поглощения с максимумом в области 292 нм для альфа-токоферолов, 297-298 нм для бета и гамма-токоферолов.



Антагонисты витамина Е



Ими являются альдегиды и кетоны, образующиеся при прогоркании жиров (жирных кислот и стеринов). Обнаружено, что введение беременным мышам альфа-токохинона (альфа-токоферилхинона) ведет к гибели эмбрионов.

На основании этих данных высказано мнение, что альфа-токохинон является антагонистом витамина Е. Однако позже рядом авторов было установлено, что альфа-токохинон является не антагонистом, а синергистом витамина Е в отношении некоторых сторон биологического действия. К антагонистам витамина Е следует отнести трифенилфосфат и триортокрезилфосфат, угнетающие всасывание витамина в кишечнике.



Исследование обмена витамина Е в организме



У животных и человека в кишечнике всасывается лишь около 50°/о токоферолов, получаемых с пищей. В опытах на крысах обнаружено, что альфа-токоферол при всасывании в кишечнике прежде всего появляется в лимфе. Витамин Е накапливается в печени . Обнаружена прямая зависимость между количеством альфа-токоферола в рационе и его содержанием в печени животных, хотя эта зависимость может нарушаться при очень высоком содержании его в пище. Максимальное отложение в печени происходит через 6 часов после поступления альфа-токоферола в пищеварительный тракт. Ацетат DL-альфа-токоферола всасывается значительнее медленнее, чем альфа-токоферол.

Наиболее подробные сведения о всасывании, распределении, депонировании в организме и обмене альфа-токоферола у крыс и цыплят получены в исследовании обмена радиоактивномеченного альфа-токоферола, введенного перорально крысам и цыплятам с недостаточностью витамина Е. Изучали его распределение в различных органах и тканях, а также выведение из организма через короткие промежутки времени в течение 24 часов, а затем через более длительные промежутки в течение 21 дня. Радиоактивность во всех органах и тканях обнаружена почти исключительно только в составе неизмененного альфа-токоферола, за исключением 21 дня, когда следовые количества неизвестных радиоактивных соединений появлялись в печени и почках цыплят. Различные ткани крыс и цыплят по скорости потребления меченого витамина Е и его исчезновения из них отличались друг от друга весьма значительно. В печени и крови обнаруживали значительные количества радиоактивного витамина Е в первые несколько дней, но затем его содержание быстро снижалось и через 3 недели было очень низким. Напротив, в легких, почках, сердце и желудке витамин Е накапливался медленнее, хотя его концентрация сохранялась на сравнительно высоком уровне в течение 21 дня. В зобной железе и матке через 3 недели, так же как в печени, содержание альфа-токоферола было низким. С мочой у крыс за 21 день опыта выделялся лишь 1 °/о введенной радиоактивности. В то же время вплоть до конца эксперимента значительное количество меченого альфа-токоферола выводилось в составе кала.

В клетках печени и слизистой оболочки кишечника у крыс 50-60% альфа-токоферола обнаруживалось в митохондриях и 15-20% - в микросомах и гиалоплазме. Особенно высоким (1,1 мкмоль на 1 мг белка) было содержание альфа-токоферола в митохондриях клеток скелетной мышцы и сердца. Следует подчеркнуть, что витамины A, D и К присутствуют в митохондриях сердца в количествах на два порядка ниже, чем витамин Е. Концентрация альфа-токоферола в очищенных препаратах митохондрий сердца крупного рогатого скота составляла 0,05-0,44 мкмоль на 1 г белка.

Имеются данные о том, что через 2 часа после внутривенного введения 150 мкг токоферола крысам с недостаточностью витамина Е не происходит изменений в содержании токоферола в тканях, т. е. поступивший витамин полностью расходуется в процессах обмена веществ.

Следует отметить, что еще в 1956 г. из мочи кроликов, получавших внутрь большие дозы витамина Е, выделены два водорастворимых метаболита альфа-токоферола : 2-(3-окси-3-метил-5-карбокси)пентил-3,5,6-триметилбензохинон и соответствующий лактон.

Несмотря на то что авторы отнесли оба соединения к продуктам распада токоферола, позже было показано, что они обладают биологической активностью витамина Е. Было предложено называть первый токофероновой кислотой, а второй токоферонолактоном. При внутривенном введении токоферонолактона крысам его биологическая активность даже несколько превышала биологическую активность альфа-токоферола. В наблюдении за исследуемым, получившим внутрь 1 г DL-aльфа-токоферола, в моче обнаружен в значительном количестве глюкуронид токоферонолактона, т. е. у человека второй метаболит выделялся с мочой в виде глюкуронида. Таким образом, возможно, что токофероновая кислота и токоферонолактон являются активными формами альфа-токоферола. Правда, образование этих соединений в организме обнаружено лишь при введении животным и человеку массивных доз альфа-токоферола.

С помощью изотопных методов исследования было обнаружено, что в организме кроликов из альфа-токоферола образуется серия метаболитов. Один из этих метаболитов, идентифицированный как 2,5,6-триметил-3-(фарнезил-геранил-геранил)-1,4-бензохинон, являлся конечным в длинной цепи реакций. По мнению авторов, из этого вещества образуется активная форма токоферола Е2(50), осуществляющая его биологические функции. Витамин Е2(50), представляющий собой хинон с ненасыщенной боковой цепью, содержащей 50 атомов углерода, выделен из митохондрий клеток печени цыплят. Структура этого соединения имеет большое сходство со структурой убихинона-50. Однако убихинон-50 не предотвращает падение дыхания гомогенатов печени животных с недостаточностью витамина Е, тогда как витамин Е2(50) в этом отношении обладает более высокой активностью, чем альфа-токоферол. Эти данные не получили пока новых экспериментальных подтверждений. По некоторым данным, витамин Е может присутствовать в животных тканях как в восстановленных (альфа-токоферол, альфа-токогидрохинон), так и в окисленных (альфа-токофероксид, альфа-токохинон) формах.

Интересны результаты наблюдений над 5 исследуемыми, которые получали внутрь по 1 г DL-aльфа-токоферола однократно и через 1 месяц после этого по 1 г DL-aльфа-токохинона . Всасывание этих веществ составляло соответственно 39,8±15,2 и 74,7± 6,1°/о. Выделение токоферонолактона с мочой соответствовало 6±2,4°/о всосавшегося альфа-токоферола и 1,8±1,4°/о всосавшегося альфа-токохинона. На основании этих данных можно сделать вывод, что лишь небольшая часть а-токоферола, превращающегося в токоферонолактон, проходит через стадию альфа-токохинона.

Результаты исследований содержания токоферолов в органах и тканях практически здоровых людей, погибших от несчастных случаев, показали, что концентрация токоферолов в легких, почках, селезенке, поджелудочной железе, печени, скелетных мышцах и сердце была более или менее сходной при расчете на единицу жира, а в гипофизе, семенниках, надпочечниках - значительно выше. Отмечены широкие индивидуальные колебания в содержании токоферола в тканях человека, что, по-видимому, зависит от различий в потреблении с пищей и всасывании витамина Е. В тканях человека содержатся также бета- и гамма-токоферолы.

При определении концентрации витамина Е в сыворотке крови у здоровых взрослых людей, живущих в Вашингтоне, было показано, что у 6,1% обследованных она составляла 0,5-0,7 мг°/о, у 70% - 0,8-1,39 мг°/о и у 9,2% - более 1,4 мг%. У 199 обследованных здоровых рабочих в Нью-Йорке содержание витамина Е в плазме крови равнялось 1,05±0,32 мг%. По данным других исследователей, концентрация витамина Е в плазме крови у здоровых взрослых людей составляла в среднем 0,74 мг%. Несомненно, что содержание витамина Е в крови может подвергаться широким колебаниям в связи с различным содержанием токоферолов в потребляемой пище. У детей концентрация витамина Е в крови обычно ниже, чем у взрослых. В сыворотке крови человека основная часть токоферолов (74°/о) связана с липопротеидами.

Таким образом, имеющиеся в литературе сведения не дают достаточно четкого представления о путях превращений витамина Е в организме животных и человека, в особенности при его поступлении в обычных физиологических дозах. Не решен вопрос о том, осуществляется ли биологическая функция витамина Е в организме в неизмененном виде или после превращения в какие-либо активные формы.



Важнейшие биологические свойства



Окисление ненасыщенных жирных кислот в составе клеточных мембран является одним из основных эффектов свободных радикалов. Свободные радикалы также повреждают белки (особенно тиолсодержащие) и ДНК. Морфологическим исходом окисления липидов клеточной стенки является формирование полярных каналов проницаемости, что увеличивает пассивную проницаемость мембраны для ионов Са2+, избыток которого депонируется в митохондриях. Реакции окисления обычно подавляются гидрофобными антиоксидантами, такими как витамин Е, циркулирующий вместе с кровью и нейтрализующий свободные радикалы , вредные отходы метаболизма, предотвращающий повреждения клеточных мембран и, тем самым, снижающий риск сердечных заболеваний и рака. Кроме того, витамин Е удерживает "плохой" холестерин (LDL) от преобразования в еще худший холестерин, окисленный LDL, который образует "бляшки" в артериях (атерогенез) и может привести к тяжелым сердечным проблемам. Витамин Е ускоряет лечение при ожогах и у послеоперационных пациентов, и, как показывают недавние исследования, помогает при остеоартритах и ревматизмах, снижает риск катаракты, укрепляет именную систему и даже замедляет развитие болезни Паркинсона.

Важнейшие свойста токоферолов - это способность ингибировать перекисное окисление липидов мембран, угнетение свободнорадикального окисления в организме и защита биополимеров от продуцируемых ими свободных радикалов и перекисей.

Токоферол и восстановленный глутатион (GSH) в определенной степени ингибирует аддукты ДНК с MDA (приводящие к накоплению в клетках мутаций), которые удается обнаружить в результате действие на ДНК активной формы кислорода - супероксид-анион-радикала, который способен необратимо ингибировать активность многих ферментов за счет окисления SH-групп или остатков Тгр или атомов металлов переходной валентности в составе белков. Также он вызывает разрушение коллагеновых структур и деполимеризацию гликозаминогликанов и кислых полисахаридов (гиалуроновая и альгиновая кислоты) , что в свою очередь может приводить к развитию артритов.

Для изомерных токоферолов характерна высокая активность в реакции с пероксильными радикалами in vitro , превосходящая активность других известных природных и синтетических антиоксидантов. Показано, что альфа-токоферол обладает структурообразующим и модифицирующим действием на фосфолипидные бислои биомембран, участвует в специфическом гидрофобном взаимодействии с остатками жирнокислотных компонентов и свободными жирными кислотами, нивелируя их хаотропное действие , поддерживает бислойную организацию лизоформ фосфолипидов, обладающих дестабилизирующим действием на мембраны. На примере моноламеллярных лецитиновых липосом методом ЯМР-спектроскопии установлена локализация меченого токоферола во внутреннем монослое на расстоянии 40 А от фосфатной группы фосфолипида. Показано, что молекула токоферола ориентируется хромановым кольцом перпендикулярно к поверхности мембран , при этом токоферол способен связываться с карбоксильными группами жирных кислот. В последние годы показаны наиболее энергетически выгодные конформации комплексов токоферола с жирными кислотами разной степени ненасыщенности . Установлено, что под влиянием токоферола в процессе окисления полиненасыщенных фосфолипидов образуется гексагональная фаза - кластеры с его высокой локальной концентрацией.

Указанные мембранотропные эффекты токоферола, модулирующие физические свойства бислоя, не только поддерживают необходимую плотность упаковки фосфолипидов, но и ограничивают доступ кислорода к ацильным цепям, препятствуют возникновению пероксильных радикалов липидов, что и обеспечивает условия для выполнения в биомембранах антиоксидантной функции.

Биологическую активность токоферола истолковывают в связи с его защитным действием в отношении селена, входящего в состав селенопротеидов . Считается, что токоферол выступает как регулятор энергетического метаболизма. Снижение интенсивности тканевого дыхания, наступающее при Е-авитаминозе, связывают с прямым участием токоферола в качестве кофактора или катализатора транспорта электронов и проявлением регуляторного эффекта на ферментном уровне.

Установлено, что токоферол способен тормозить образование полимерных продуктов окисления не только липидов, но и белков, ферментов, коферментов. Известно, что макромолекулярная агрегация ферментов и других белковых компонентов мембран приводит к потере ферментативной активности и увеличению проницаемости за счет образования пор в мембранах . Этот нежелательный эффект обусловлен как образованием сшивок при окислении сульфгидрильных групп белков и ферментов, так и образованием агрегатов типа Шиффовых оснований при взаимодействии аминогрупп белков с продуктами окисления липидов. Показано, что токоферол тормозит эти процессы, оказывая защитное действие на сульфгидрильные группы ферментных белков, как непосредственно, так и ингибируя образование диальдегидов при окислении липидов, содержащих непредельные жирные кислоты.

Накоплены многочисленные сведения, что токоферол является универсальным модификатором биологических мембран. Под его влиянием меняются состав, степень окисленности липидов и структурные характеристики бислоя и связанные с этим активность мембранных белков (ферментов, рецепторов, каналообразующих белков), происходит изменение проницаемости и заряда мембран. Воздействие токоферола приводит к качественному системному изменению состояния клетки в целом. В свете этих представлений могут найти обоснование многочисленные эффекты токоферола, непосредственно не связанные с его влиянием на показатели ПОЛ.

Доказано, что токоферол участвует в энергетическом метаболизме клетки, опосредованно влияя на обмен одного из участников цепи транспорта электронов - коэнзима Q. Участие убихинона в регуляции энергетических процессов в клетке подтверждается рядом работ . Найдена зависимость между уровнем обеспеченности организма витамином Е и концентрацией убихинона в тканях. Установлено, что токоферол увеличивает интенсивность биосинтеза убихинона. Высказано предположение о том, что действие токоферола на биосинтез коэнзима Q может осуществляться за счет его влияния на синтез РНК, т.е. на уровне транскрипции . Известно высокоспецифическое действие токоферола на синтез гема. Обсуждается регуляция токоферолом активности гемсодержащих белков-ферментов (каталазы, пероксидазы), с этих позиций объясняют влияние токоферола на уровень пероксидов и метаболизма жирных кислот. Токоферол тормозит перекисное окисление липидов (ПОЛ), предупреждая повреждение мембран гепатоцитов, усиливает метаболизм холестерина и липопротеидов. В сетчатке глалза токоферол элиминирует свободные радикалы, восстанавливая их. Поток протонов от фонда НАДФН+ и НАДН к токоферолу осуществляется цепью антирадикальных ингибиторов (глутатион, эрготионин-аскорбат) при участии соответствующих редуктаз и дегидрогеназ. Результатом накопления продуктов перекисного окисления полиненасыщенных липидов мембран сетчатки глаза из-за недостатка витамина Е может стать дегенерация фоторецепторов и нарушение зрения.

В последние годы установлено имммуномоделирующее действие токоферола. Показано, что витамин Е стимулирует клеточный гуморальный и иммунный ответ как на тимусзависимые, так и на тимуснезависимые антигены, тормозит генерацию как антигенспецифических, так и антигеннеспецифических супрессоров, под его влиянием усиливается активность естественных киллеров.



Роль токоферолов в переоксидном окислении липидов биомембран



Среди природных антиоксидантов мембран ведущую роль, по всей вероятности, играют токоферолы, поскольку именно они находятся в липидах в устойчивой фенольной форме. В этом состоит основное преимущество токоферолов перед другими природными антиоксидантами . В основе эффективности токоферолов лежит их высокое сродство к пероксирадикалам липидов: даже незначительные изменения в концентрации фенольных форм АО существенно изменяют скорость обрыва цепей; переход АО из одной формы в другую со значительным изменением антирадикальной активности можно рассматривать как способ быстрого изменения интенсивности окисления. Токоферолы образуют активные феноксильные радикалы, способные участвовать в реакциях передачи цепи. При концентрации токоферолов выше определенного уровня эффективность их ингибирующего действия снижается, при больших концентрациях они могут даже выполнять роль промоторов окисления. Такая двойственность действия является, по-видимому, способом регуляции скорости окисления. Радикалы, образующиеся из токоферолов, могут выполнять как бы роль буфера, поддерживающего скорость окисления на определенном уровне для различных концентраций АО (регуляция концентрацией ) и для субстратов с различной степенью ненасыщенности (регуляция субстратом). Максимальный эффект торможения токоферолами в моделях получен для высоконенасыщенных субстратов с малым содержанием пероксидов при низких температурах и присутствии веществ, способных выполнять роль синергистов. Именно такие условия присущи окислению липидов в биомембранах, т.е. физиологические условия являются оптимальными для проявления АО-действия токоферолов. Токоферолы обладают рядом кинетических особенностей, которые можно рассматривать как регуляторные.

Чтобы успешно реагировать с перокси-радикалами, оксигруппа хроманольного ядра альфа-токоферола, ответственная за антиоксидантное действие, должна быть доступна для перокси-радикалов липидов и фосфолипидов в гидрофобной области биомембран. Общепринято, и это подтверждается различными данными, что ОН-группа хроманольного ядра располагается вблизи поверхности раздела фаз, а фитильный "хвост" служит для фиксации токоферола в мембране; причем трансбислойная диффузия альфа-токоферола практически отсутствует. Однако ряд данных указывает на то, что хроманольная часть молекулы токоферола расположена в гидрофобной части бислоя . Поскольку латеральная диффузия альфа-токоферола весьма высока, то становится вполне возможным, что молекула альфа-токоферола может колебаться, "ныряя" и "всплывая", около некоторой точки равновесия и, таким образом, эффективно реагировать как с перокси-радикалами, образующимися внутри гидрофобной части бислоя мембраны, так и с радикалами, образующимися в водной фазе.

По всей вероятности, реакция с перокси-радикалами липидов на стадии обрыва цепи не является единственно возможным путем воздействия токоферола на скорость ПОЛ. Токоферолы эффективно реагируют и с другими свободными радикалами, выполняющими роль инициаторов окисления. Выводя из сферы реакции активные свободные радикалы, токоферолы тем самым снижают общую скорость окисления за счет уменьшения суммарной скорости инициирования. На эту же стадию окисления влияет взаимодействие токоферола с синглетным молекулярным кислородом, который может образоваться из молекулы кислорода под действием света (в присутствии фотосенсибилизаторов), а также при рекомбинации перокси-радикалов. Синглетно-возбужденный молекулярный кислород (в отличие от его основного триплетного состояния) является одним из самых мощных биологических окислителей. Он приблизительно в 100 раз более эффективно, чем триплетный кислород, взаимодействует с ненасыщенными липидами, белками и другими биологическими субстратами, что обуславливает его высокую токсичность . В силу этого важную роль в антиоксидантной защите клеток приобретают природные тушители и акцепторы этого окислителя.

Все гипотезы о механизме влияния токоферолов на процесс окисления липидов доказывают многоплановость их действия. Они не только не противоречат друг другу, но могут быть объединены вместе, являясь взаимодополняющими элементами общей системы стабилизации биологических мембран. Так, например, токоферол может тушить синглетный кислород по физическому механизму, и только 2-3% его претерпевает химическую деструкцию. Как антиоксиданты, токоферолы реагируя с перокси-радикалами, подвергаются окислительным превращениям, однако часть из них регенерируется синергистами типа аскорбиновой кислоты, фосфолипидов и убихинона. Таким образом, одна и та же молекула может тормозить процесс ПОЛ, реагируя и с синглетным кислородом, и с перокси-радикалами липидов.

Многоплановость действия токоферолов на скорость ПОЛ мембран проявляется и том, что они:

1) реагируют как АО с перокси-радикалами липидов на стадии обрыва цепей окисления;

2) реагируют с радикалами кислорода на стадии инициирования окисления;

3) являются тушителями синглетного кислорода;

4) образуют комплексы с фосфолипицами.

Стационарность процессов окисления липидов является важным условием стабильности и функционирования мембран, поскольку установлено, что при развитии ПОЛ изменяется как жирно-кислотный состав мембраны (уменьшается содержание НЖК), так и их физико-химические свойства (микровязкость, текучесть, мембранный потенциал, полярность внутренних областей мембраны и т.п.). Следствием этого является изменение транспортных свойств мембраны и активности мембраносвязанных ферментов.

Нормализация этих процессов может происходить как при изменении скорости ПОЛ под действием АО и других компонентов системы антиоксидантной защиты, так и при изменении структуры бислоя за счет физико-химического взаимодействия токоферола и других мембранотропных соединений с фосфолипидами.

По-видимому, двойственность свойств, зачастую приводящая к зависимости от условий к противоположному действию, характерна для всех компонентов биомембран и системы антиоксидантной защиты. Так, токоферолы легко реагируют с пероксирадикалами и образуют феноксильные радикалы, ускоряющие окисление. Фосфолипиды являются благоприятным субстратом окисления и в то же время участвуют в синергическом увеличении эффективности действия токоферола. Альфа-токоферол, подобно холестерину, при взаимодействии с насыщенными ФЛ "разрыхляет" липидный бислой, а взаимодействие с ненасыщенными ФЛ, напротив, приводит к уплотнению бислоя. Именно двойственность действия обеспечивает необходимые обратные связи и поддерживает гомеостаз в организме.

Таким образом, токоферолы обладают рядом свойств, совокупность которых является уникальной и позволяет им выполнять роль регуляторов пероксидного окисления липидов мембран.



Механизм действия антиокислительной активности токоферолов



В изучении токоферолов как антиоксидантов можно выделить два этапа:

1) конец 30-х - 60-е гг. - установление антиокислительных свойств токоферолов и тестирование их на различных окислительных моделях с целью использования в качестве пищевых АО, стабилизаторов лекарств на жировой основе и т.д., изучение связи биологической активности токоферолов различного строения с антиокислительной активностью (АОА);

2) конец 70-х годов и по настоящее время - новая волна интереса к токоферолам как важным компонентам биомембран, изучение свойств с помощью новейших физико-химических методов, определение констант скорости элементарных реакций окисления, оценка роли токоферолов в регуляции ПОЛ мембран.

Первый этап исследований токоферолов имел в основном полуколичественный характер. Целью исследований, в которых, как правило, измерялись только периоды инцукции автоокисления, являлось сравнение различных АО по принципу: хуже или лучше они тормозят окисление исследуемых субстратов. Итогом этого этапа исследований явилось установление различий в АО-действии токоферолов разного строения, изучение многочисленных продуктов окислительных превращений токоферолов. К сожалению, сопоставление экспериментальных данных по тестированию в реакциях автоокисления часто затруднительно, поскольку условия проведения опытов оказывают значительное влияние на измеряемые параметры окисления.

Работы конца 70-90-х гг. характеризуются систематическими кинетическими исследованиями реакционной способности токоферолов (и родственных соединений) в реакциях инициированного окисления различных субстратов, для которых эти трудности уменьшаются. Определены константы скорости взаимодействия токоферолов и их аналогов с перокси-радикалами различных субстратов с использованием разных методик измерений и способов обработки полученных данных, измерены константы элементарных реакций радикалов токоферолов.

Оценка антиокислительной активности токоферолов по величине периодов индукции окисления, определяемых как время накопления стандартного уровня пероксидов, была сделана во многих работах на моделях автоокисления самых различных субстратов. Обобщение экспериментальных данных позволило установить, что в таких системах эффективность ингибирующего действия токоферолов в 3-10 раз ниже эффективности таких известных пищевых стабилизаторов жиров, как 4-метил-2,б-ди-трет-бутилфенол (ионол), пропилгаллат, норгидрогваяретовая кислота и т.д. Анализ показал, что для токоферолов характерно значительное изменение эффективности с ростом концентрации исследуемого АО. Для большинства синтетических АО фенольного типа зависимость периода индукции от концентрации АО является линейной, и из нее определяется стехиометрический коэффициент ингибирования f; характеризующий число пероксид-радикалов, гибнущих на молекулах АО. Обычно фенольные АО обрывают 2 радикала (f = 2): один - при реакции с молекулой ингибитора , другой - при реакции с радикалом ингибитора . Для токоферолов, как правило, стехиометрический коэффициент ингибирования f меньше 2. Это означает, что токоферольные радикалы вступают в побочные реакции, снижающие их ингибирующую активность. Для токоферолов линейность выполняется только для невысоких концентраций (менее 10-4 М), затем происходит уменьшение эффективности, а в ряде случаев наблюдается прооксидантное действие. Наиболее четко максимум эффективности выражен для альфа-токоферола при низких температурах (20-40°С) в условиях автоокисления. В ряде случаев начальная скорость автоокисления в присутствии токоферола может быть выше, чем в его отсутствие.

Вообще говоря, двойственность действия на скорость окисления (малые дозы тормозят, большие - ускоряют), установленная для токоферолов, характерна для ряда веществ природного происхождения. Ослабление тормозящего действия токоферолов с ростом их концентрации установлено для различных производных: изменение длины боковой фитильной цепи и появление в ней двойной связи не влияют на эту особенность.

В то же время изменение числа и положения метильных групп в молекуле токола оказывают существенное влияние на эту зависимость; прооксидантное действие уменьшается в ряду: альфа-Тос > беба-Тос > гамма-Тос > дельта-Тос. Так, для альфа-токоферола отклонение периода индукции от линейной зависимости наступает при более низких (в 2-5 раз) концентрациях, чем для его гомологов. Прооксидантный эффект зависит также от растворителя, он более ярко выражен в полярных растворителях, особенно в присутствии воды.

Для токоферолов была выявлена еще одна особенность ингибирующего действия: зависимость эффективности торможения от степени ненасыщенности субстрата окисления, т.е. субстратоспецифичность АО-дейстиия. Обычно считается, что при автоокислении эффективность тормозящего действия АО снижается с увеличением степени ненасыщенности субстрата окисления, поскольку при этом увеличивается скорость зарождения свободных радикалов в системе. Для токоферолов установлено, что при одинаковых скоростях инициирования свободных радикалов в системе эффективность ингибирующего действия выше в более ненасыщенных субстратах окисления.



Влияние витамина Е на синтез коэнзима Q



У крыс, получавших рацион с недостаточным содержанием токоферолов, снижалось количество коэнзима Q в тканях, особенно в печени. Введение в рацион животных витамина Е полностью восстанавливало это содержание. В то же время ни недостаточность витамина К, ни добавление менадиона к рациону крыс не влияли на концентрацию убихинонов в тканях у крыс. По мнению авторов, влияние витамина Е на процессы восстановления и окисления в организме опосредовано его действием на убихиноны. Получены факты, показывающие, что изомерные убихиноны выполняют АО функцию. Так, убихинон способен устранять ряд симптомов, вызванных недостаточностью токоферола.



Влияние на синтез холестерина



Известно, что синтез коэнзима Q осуществляется из ацетата и до стадии образования мевалоновой кислоты идет по тому же пути, что и синтез холестерина. В связи с этим представляют большой интерес данные о влиянии токоферолов на синтез холестерина. Однако убедительных данных о закономерном влиянии витамина Е на синтез холестерина, а также на синтез коэнзима Q в настоящее время нет. По-видимому, синтез этих веществ в условиях недостаточности витамина Е протекает с трудом в связи с уменьшением в организме КоА .



Влияние на синтез кортикостероидных гормонов



Синтез кортикостероидных гормонов в коре надпочечников, как известно, осуществляется из ацетата и проходит стадию образования холестерина, поэтому определенный интерес представляют данные о снижении синтеза этих гормонов в коре надпочечников у животных с недостаточностью витамина Е. Возможной причиной этого также может являться общее снижение в организме животных КоА. Имеются данные о повышении относительного содержания фосфолипидов в составе липидов печени у крыс с недостаточностью токоферолов. При этом жирно-кислотный состав фосфолипидов и триглицеридов существенно не изменяется.



Проявления гипервитаминоза



Очень мало известно об избытке токоферола у человека. Имеется сообщение о потреблении взрослым мужчиной 296 г витамина Е в течение 93 дней, что привело к резкому повышению концентрации токоферолов в плазме крови (до 2,26 мг%) При этом отмечена значительная креатинурия, но отсутствие изменений со стороны выделения с мочой 17-кетостероидов. Каких-либо симптомов токсичности витамина Е не обнаружено. У цыплят удалось вызвать гипервитаминоз Е путем подкожного введения 2 раза в неделю по 20 мг DL-альфа-токоферилацетата в масле. Симптомы гипервитаминоза Е изучены недостаточно, но по внешним проявлениям они сходны с симптомами гиповитаминоза Е(поражение скелетных мышц, семенников, размягчение мозга).



Гиповитаминоз



Токоферол способен откладываться в организме человека "про запас", создавая резерв, рассчитанный на несколько месяцев. Поэтому явления недостатка токоферола (гиповитаминоз Е) в медицинской практике встречаются редко. У человека долгое время не удавалось обнаружить недостаточности витамина Е. Однако затем было отмечено, что некоторые заболевания имеют отношение к недостаточности токоферолов.

Поскольку основными источниками витамина Е в пище человека, являются растительные масла, недостаточность токоферолов может развиваться у населения тех стран, где растительные жиры почти не используются для питания. Например, в некоторых тропических странах, где основным источником калорий диеты являются углеводы, тогда как жиры применяются лишь в ограниченных количествах.

Витамин Е способствовал нормализации биосинтеза гема и его предшественников не только при снижении этого биосинтеза, но и при чрезмерном образовании порфиринов и их предшественников в случае экспериментальной порфирии, вызванной введением аллилизопропилацетамида у крыс. Высказано предположение, что одной из функций витамина Е в организме является контроль биосинтетических путей, ведущих к образованию гема.

Описаны случаи эндогенной недостаточности витамина Е. Рядом исследователей обнаружено снижение токоферола в плазме крови при болезнях печени, включая цирроз и инфекционный гепатит. Однако строгой зависимости между концентрацией токоферолов в плазме и функциональным состоянием печени не наблюдалось. При болезнях печени отмечено также снижение содержания токоферолов в ткани этого органа, однако причина остается неясной. Было проведено обследование больных язвенной болезнью, а также больных после гастрэктомии. У больных язвенной болезнью концентрация токоферолов в плазме крови (0,63 мг%) была ниже, чем у здоровых исследуемых (0,74 мг% ). У больных после гастрэктомии содержание витамина Е в плазме было значительно снижено (до 0,34-0,37 мг°/). После ваготомии, антрэктомии, гастроэнтеростомии или пилоропластики -также снижено (0,5 мг°/о).

Гиповитаминоз Е может развиться после значительных физических перегрузок. В мышцах резко снижается количество миозина, гликогена, калия, магния, фосфора и креатина. В таких случаях ведущими симптомами являются гипотония и слабость мышц. У животных, лишенных витамина Е, обнаружены дегенеративные изменения в скелетных мышцах и мышцах сердца, повышение проницаемости и ломкости капилляров, перерождение эпителия семенных канальцев яичек. У эмбрионов возникают кровоизлияния и внутриутробная гибель. Наблюдаются также дегенеративные изменения в нервных клетках и поражение паренхимы печени. С дефицитом витамина Е могут быть связаны также гемолитическая желтуха новорожденных, у женщин - склонность к выкидышам, эндокринные и нервные расстройства. Нарушения функции половых желез у мужчин могут быть связаны с недостаточностью витамина Е. При изучении половых желез у здоровых мужчин, погибших при авариях, в ряде случаев обнаружены патоморфологические изменения, установленные ранее у животных с недостаточностью витамина Е.



Потребность человека и животных в витамине Е



Данный антиоксидант - альфа-токоферол, это единственное вещество, которое кровь может транспортировать к клеткам, когда нужно. По современным данным суточная потребность в токоферолах для взрослых (в пересчете на альфа - токоферол) - 12 - 15 ME . Для женщин - 12 ME, мужчин, беременных женщин и кормящих женщин - 15 ME (1 ME соответствует активности 1 мг альфа-токоферилацетата), для детей первого года жизни - 5 ME. Прежний уровень потребления витамина Е составлял 8 миллиграмм для мужчин и 6,4 - для женщин. Максимально допустимый уровень приема альфа - токоферола составляет 1000 миллиграмм. Это количество эквивалентно примерно 1500 международным единицам D-aльфа-токоферола, иногда называемого "натуральным источником" витамина Е, или 1100 международным единицам DL-альфа-токоферола, синтетической версии витамина Е. У людей, превышающих максимально возможную дозу, могут развиться неконтролируемые кровотечения, так как токоферол действует в качестве противосвертывающего средства.

Потребность человека в витамине Е зависит от характера питания. Она значительно увеличивается при повышении количества ненасыщенных жиров в диете. Величина суточной потребности взрослых людей в витамине Е может повышаться в 6 раз при введении в диету значительного количества полиненасыщенных жиров. В связи с этим следует подчеркнуть, что содержание альфа - токоферола в естественных жирах и маслах обычно находится в прямой зависимости от степени их насыщенности. В опытах на животных установлено, что потребность в витамине Е повышается при недостаточности в рационе селена и серосодержащих аминокислот, а также при недостаточности витамина А. По-видимому, это справедливо и для человека.



Устойчивость



Витамин Е по сравнению с другими витаминами обладает очень высокой устойчивостью: нагревание до 170° на воздухе и до 220-250° в вакууме не лишает его биологической активности. В то же время ультрафиолетовые лучи разрушают витамин Е. Следует отметить, что ацетат DL-aльфа-токоферола и эфиры токоферолов с другими кислотами более устойчивы, чем свободные токоферолы. Щелочи заметно не влияют на биологическую активность токоферолов, в связи с чем из природных продуктов витамин Е обычно извлекают после предварительного омыления липидов. Кислоты также не оказывают разрушающего действия на токоферолы. Однако кипячение витамина Е в уксусном ангидриде и бромирование или окисление КМп04 полностью тормозят их биологическую активность. В масляных растворах при отсутствии кислорода и света токоферолы сохраняют активность в течение длительного времени.

Перемалывание удаляет почти весь витамин Е из злаков, рафинирование растительного масла снижает его содержание на четверть. Продукты теряют витамин Е при длительном хранении, при заморозке и интенсивной тепловой обработке.



Нарушения обмена витамина Е при различных заболеваниях



Профилактическое и лечебное применение витамина Е



В связи с тем, что при ряде патологических процессов происходит активация окисления липидов и накопление продуктов ПОЛ в органах и тканях (в том числе в плазме крови), антиоксиданты стали использоваться в комплексной терапии различных заболеваний. В основном токоферола-ацетат применяют в качестве лекарственного средства при мышечных дистрофиях, дерматомиозитах, амиотрофическом боковом склерозе, нарушениях менструального цикла, угрозе прерывания беременности, нарушении функции половых желез у мужчин, в комплексной терапии сердечно-сосудистых заболеваний, глазных болезней, для уменьшения побочных реакций при лечении химиотерапевтическими препаратами и др. Имеются данные об эффективности токоферола при некоторых дерматозах, псориазе, спазмах периферических сосудов, о том, что токоферол может повышать эффективность противосудорожных средств у больных эпилепсией, у которых обнаружено повышенное содержание в крови продуктов перекисного окисления липидов. В педиатрической практике токоферол эффективен при склеродермии, гипотрофии и других заболеваниях. Токоферолы также применяются в комплексах, используемых для коррекции иммунодефицита.

Рекомендуется назначать витамин Е при следующих заболеваниях:

1) угрозе непроизвольного аборта, аменорее, климаксе;

2) прогрессивной мышечной дистрофии, дерматомиозите;

3) коллагенозах, в частности ревматоидных артритах и фиброзитах;

4) поражениях периферических сосудов, тромбофлебитах, язвах голени, перемежающейся хромоте, болезни Рейно;

5) ожогах, язвах как следствиях проникающего облучения, проказе;

6) функциональных расстройствах диэнцефало-гипофизарной системы.



Использование ТФ в гинекологической практике



Сравнительно давно обнаружено, что витамин Е предотвращает самопроизвольные аборты у женщин. Затем было отмечено, что у женщин с привычными абортами содержание токоферолов в крови значительно понижено (0,2-0,4 мг%) по сравнению со здоровыми женщинами (0,5-1,2 мг%) . После лечения витамином Е наряду с уменьшением случаев самопроизвольных абортов в крови женщин значительно повышалась концентрация токоферолов (до 1,4-1,5 мг%). В литературе представлены данные о том, что при нормально протекающей беременности содержание токоферолов в крови матери увеличивается, достигая максимума к концу беременности. В связи с этим можно предполагать, что при беременности увеличивается потребность организма женщин в витамине Е. Если потребность не удовлетворяется, нарушается нормальное развитие эмбриона.

Витамин Е эффективен при назначении женщинам в климактерическом периоде: улучшается их общее состояние, снижается утомляемость, исчезают нервозность, бессонница, ослабляются головокружения, сердцебиения, головные боли.



Лечение ТФ мышечных поражений



Витамин Е может оказывать также лечебное действие при поражениях мышц. Получены материалы, свидетельствующие о положительном эффекте его при мышечной дистрофии, нервно-мышечном синдроме, латеральном склерозе и других заболеваниях скелетных мышц.



Лечение сердечно-сосудистых заболеваний



Витамин Е применяется в системе комплексных мероприятий при лечении некоторых сердечно-сосудистых заболеваний. Он способствует нормализации процессов обмена веществ в мышце сердца, а также уменьшает частоту и интенсивность приступов стенокардии. Особое значение витамин Е имеет при терапии заболеваний периферических сосудов, в частности эндартериитов.



ТФ в лечении заболеваний кожи и соед. ткани



Описаны факты эффективности витамина Е при некоторых дерматозах, псориазе и язвенных поражениях кожи, глазных болезнях, заболеваниях соединительной ткани (красной волчанке).



Роль ТФ в лечении заболеваний печени



Обнаружено благоприятное влияние алфа-токоферола на восстановление функции печени при различных формах болезни Боткина . Наилучший эффект достигался при совместном введении витаминов Е и А.



Применение ТФ при паркинсонизме



Антиоксидантная терапия депренилом и токоферолом при паркинсонизме с применением в день 10 мг депренила и 2000 ME токоферола показало замедление прогрессирования паркинсонизма.



Использование ТФ в лечении эпилепсии



За время долгосрочных наблюдений за пациентами, принимающими антиконвульсанты, отмечено снижение в их крови уровня витамина Е. На основании этих данных, а также учитывая важную роль витамина Е в функционировании нервной системы было предложено использовать витамин Е в качестве дополнительного средства при лечении эпилепсии. У 10-20% детей с эпилепсией не удается достичь адекватного контроля приступов несмотря на соответствующий уровень антиконвульсантов в крови. Произведено исследование 24 детей, получавших 400 ME витамина Е в дополнение к противосудорожной терапии. У 10 из 12 детей в этой группе отмечено значительное снижение частоты приступов. В контрольной группе, получавшей плацебо, заметного улучшения не обнаружено. Нужно отметить, что данные об эффективности применения токоферола при эпилепсии немногочисленны и неоднозначны. Есть сообщения о полном отсутствии какого-либо дополнительного эффекта от добавления токоферола к антиконвульсантам, однако другие исследования показывают очевидное улучшение состояния больных после проведения четырехнедельного курса токоферола (600 ME в сутки). Есть также сведения о положительном эффекте назначения витамина Е при дискинезиях, возникающих на фоне приема нейролептиков. Видимо, здесь играют роль антиоксидантные свойства токоферола в условиях повышенной концентрации свободных радикалов.



Применение ТФ в геронтологических заболеваниях



Витамин Е, особенно при длительном применении, может играть существеппуо роль в профилактике и лечении старения. При этом он оказывает положительное действие на общее состояние пожилых людей, улучшает функциональное состояние сердечно-сосудистой системы, лимфатической системы, скелетной мускулатуры. У пожилых людей, страдавших одышкой, болями в области сердца и ревматоидными болями, эти симптомы уменьшаются или исчезают.



Применение ТФ при отравлениях



Экспериментальные исследования свидетельствуот о возможности использования витамина Е при некоторых отравлениях. Так, внутрибрюшинная инъекция альфа-токоферола крысам перед введением в желудок четыреххлористого углерода значительно снижала токсическое действие последнего. Известно, что при обмене четыреххлористого углерода в организме образуются токсические продукты, вызывающие пероксидацию биологических мембран. Введение витамина Е, по-видимому, защищает мембраны от действия этих токсических веществ.



Применение ТФ при лечении наркомании



Показано, что острое и хроническое введение наркотических анальгетиков морфина и промедола в эксперименте сопровождается активацией перекисного окисления липидов в мембранах клеток печени, мозга и сердца. При этом возрастает содержание перекисей липидов и снижается концентрация антиоксидантных факторов - витамина Е, аскорбиновой кислоты и сульфгидрильных групп белков - в плазме крови. Аналогичные изменения были обнаружены при исследовании плазмы крови больных наркоманией. После успешных экспериментов на животных с применением природного антиоксиданта альфа-токоферола для коррекции влияния наркотика на мембранные структуры мозга было проведено клиническое исследование альфа-токоферола как вспомогательного лекарственного средства в детоксикационном периоде стационарного лечения больных опийной наркоманией. Альфа-токоферол назначают в дозе 300-500 мг/сутки в течение 20 дней наряду с традиционным лечением. При терапии альфа-токоферола ацетатом осознанное влечение к морфину ослабевает на 2-3 дня раньше, чем в контрольной группе, на 3-5 дней раньше исчезают чувство страха, пониженное настроение, нарушение сна, на 5-6 дней - неприятные ощущения со стороны внутренних органов. Показано мембрано стабилизирующее действие препарата. Этот препарат уже нашел практическое применение в комплексном лечении опийной наркомании.



ТФ в лечении онкологических заболеваниях и лучевой болезни



Известен феномен онкотропии витамина Е. Показано, что опухолевые клетки на определенных стадиях развития интенсивно поглощают и утилизируют ТФ . Полагают, что ТФ может играть определенную роль в регуляции деления клеток. Токоферол и бета-каротин легко входят в клеточные мембраны, предохраняя их от окисления, а взаимодействуя с аскорбиновой кислотой, создают длительно действующий антиоксидантный комплекс, в котором витамин С играет ключевую роль.

Основываясь на этих свойствах витаминов-антиоксидантов, ученые разработали специальные продукты и напитки, призванные ослабить действие радиации на организм людей, в том числе и в зоне поражения на Чернобыльской АЭС. Эти же продукты были использованы во время восстановительного периода после химиотерапии у больных и показали весьма обнадеживающие результаты.

Итак, продукты, богатые витаминами, и поливитамины безусловно полезны для онкологических больных, но следует избегать больших доз витамина С и других витаминов-антиоксидантов во время проведение противоопухолевого лечения. Они борются со свободными радикалами, в том числе и с теми, которые специально созданы с помощью лучевой терапии, чтобы убивать опухолевые клетки. Иными словами, избыток витамина С может снизить эффективность радиационного лечения ихимиотерапии. Поэтому применение больших доз витаминов-антиоксидантов во время курса лечения опухолей сейчас не рекомендуется.

Применение ТФ в педиатрии



В педиатрии витамин Е имеет большое значение при терапии квашиоркора, а также лечении недоношенных детей. Кроме того, его применяют при склеродерме, гипотрофии, пониженной резистентности капилляров у грудных и маленьких детей. При этом назначают ежедневно внутрь по 5-10 мг а-токоферола ацетата. Повышенные дозы витамина Е могут вызвать у маленьких детей резкое обезвоживание организма.



Применение ТФ в профилактических целях



В клинических условиях и с профилактической целью применяют растворы альфа-токоферола ацетата в масле (5, 10 и 25°/о), концентрат витамина Е (из растительных масел; в 1 г содержится 10 мг токоферолов), а также раствор альфа-токоферола ацетата в масле (5, 10 и 30°/) для инъекций. Растворы витамина Е для инъекций следует применять при нарушениях всасывания. Препарат вводят внутримышечно в тех же дозах, что и при назначении внутрь.

Антиоксидантные свойства токоферолов важны не только для оказания позитивного влияния на органы и системы организма, но и для предотвращения или замедления окисления продуктов питания и стабилизации лекарственных препаратов. Прежде всего, это актуально для природных комплексов, содержащих лабильные вещества, к которым относятся, например, каротиноиды. Опасно принимать витамин Е тем, кто принимает антикоагулянты. Им можно принимать витамин только под медицинским контролем.



Заключение



Свойства ТФ как антиоксидантов проявляютя в целом ряде сложных эффектов на всех уровнях организации от мембранных образований до организма в целом. Показано, что при недостатке витамина Е наблюдаются многообразные патологические изменения большого числа органов и тканей животных и человека. Среди важнейших симптомов Е-витаминной недостаточности отмечаются нарушения репродуктивной функции, мышечная дистрофия, некрозы печени, повреждения эпителия почечных канальцев и т.д. Отмечаются морфологические изменения, которые характерны для клеток различных тканей, и заключаются в значительном увеличении проницаемости или полном разрушении цитоплазматических или внутриклеточных мембран, в том числе митохондрий и микросом. При этом морфологическим аномалиям предшествуют изменения жирнокислотного состава липидов, снижение концентрации полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК). Эти нарушения на молекулярном уровне могут быть объяснены повышенным уровнем пероксидного окисления при Е-авитаминозе. Многочисленными исследованиями показаны возможности регулирования ТФ интенсивности ПОЛ и связанное с этим его защитное действие на различных уровнях организации живых систем.



Автор статьи: доцент кафедры биохимии МБФ РГМУ, к.м.н. Адрианов Николай Владимирович.
Специально для ООО "Электронная Медицина".