Мониторинг окислительного стресса в биологических объектах

УДК 616-008.9:577.121.7

DOI: 10.22138/2500-0918-2017-14-3-262-274

М.Я. Ходос, Я.Е. Казаков, М.Б. Видревич, Х.З. Брайнина

Уральский государственный экономический университет, г. Екатеринбург, Российская Федерация;
АО «Медицинские технологии», г. Екатеринбург, Российская Федерация

Резюме. Развитие методов диагностики общего состояния здоровья, которые могут быть реализованы в форматах on-site и in-situ для нужд массового скрининга населения, а также использованы в home clinic и телемедицине, является весьма актуальной задачей. Общим преддиагностическим показателем наличия патологий может служить наличие и уровень окислительного стресса (ОС).Основным условием понимания и оценки роли ОС в патогенезе различных заболеваний является возможность его мониторинга, что весьма существенно как для клинических исследований, так и для выбора терапевтических средств, контроля их качества и оптимизации проводимой терапии. Сложность биологических объектов и быстрое изменение их состава после отбора пробы, многообразие соединений различной химической природы, обладающих оксидантными и антиоксидантными свойствами, делают задачу оценки ОС крайне нетривиальной. Ситуация осложняется отсутствием единого термина и сопоставимых единиц выражения концентрации и антиоксидантных свойств соединений или комплекса соединений.В обзоре рассмотрены известные методы определения оксидант/антиоксидантной активности (свободных радикалов и соединений-антиоксидантов) биологических объектов, общий подход к анализу сложных матриц, заключающийся в поиске общих параметров, существенных для исследуемой системы и разработки методов их определения.Показано, что в качестве критерия ОС предпочтительно использовать интегральную антиоксидантную активность пробы, а для её мониторинга — простой и доступный метод потенциометрии с медиаторной системой.

Ключевые слова: оксиданты, антиоксиданты, окислительный стресс, интегральная антиоксидантная активность, биологические объекты

Дата поступления 15.08. 2017

Образец цитирования:
Ходос М.Я., Казаков Я.Е., Видревич М.Б., Брайнина Х.З.Мониторинг окислительного стресса в биологических объектах. Вестник уральской медицинской академической науки. 2017, Том 14, №3, с. 262–274, DOI: 10.22138/2500-0918-2017-14-3-262-274

ЛИТЕРАТУРА
1. 18th ISANH Middle East Antioxidants World Congress, Beirut Antioxidants 2017. Available at: https://www.isanh-me.com/.
2. Montezano A.C., Dulak-Lis M., Tsiropoulou S., Harvey A., Briones A.M., Touyz R.M. Oxidative Stress and Human Hypertension: Vascular Mechanisms, Biomarkers, and Novel Therapies. Canadian Journal of Cardiology. 2015; 31: 631-641.
3. Siti H.N., Kamisaha Y., Kamsiah J. The role of oxidative stress, antioxidants and vascular inflammation in cardiovascular disease (a review). Vascular Pharmacology 2015; 71: 40–56.
4. Брайнина Х.З., Герасимова Е.Л., Казаков Я.Е., Ходос М.Я. Окислительный стресс: природа, вклад в патогенез, защита и диагностика. В кн.: Будников Г.К., ред. Проблемы аналитической химии, Том 11, Химический анализ в медицинской диагностике. М.: Наука; 2010: 132-63.
5. Müller L., Fröhlich K., Böhm V. Comparative antioxidant activities of carotenoids measured by ferric reducing antioxidant power (FRAP), ABTS bleaching assay (αTEAC), DPPH assay and peroxyl radical scavenging assay. Food Chemistry. 2011; 129 (1): 139-48.
6. Cortina-Puig M., Prieto-Simón B., Campàs M., Calas-Blanchard C., Marty J.-L. Determination of the antioxidants' ability to scavenge free radicals using biosensors. Advances in Experimental Medicine and Biology. 2010; 698: 222-33.
7. Gizelli A., Serafini M., Natella F., Scaccini C. Total antioxidant capacity as a tool to assess redox status: critical view and experimental data. Free Radical Biology & Medicine. 2000; 29: 1106-14.
8. Ivanova A.V., Gerasimova E.L., Brainina Kh.Z. Potentiometric study of antioxidant activity: development and prospects. Crit. Rev. Anal. Chem. 2015; 45 (4): 311-22.
9. Cao G., Prior R. L. Comparison of different analytical methods for assessing total antioxidant capacity of human serum. Clinical Chemistry. 1998; 44:1309–15.
10. Badarinath A.V., Rao K. M., Chetty C. M. S., Ramkanth S., Rajan T.V.S, Gnanaprakash K. A Review on In-vitro Antioxidant Methods: Comparisions, Correlations and Considerations. Inter. J. PharmTech Res. 2010; 2 (2): 1276-85.
11. Valgimigli L., Pedulli G.F., Paolini M., Mesasurement of oxidative stress by EPR radical-probe technique. Free Radical Biology and Medicine. 2001; 31: 708–16.
12. Владимиров Ю.А., Проскурина Е. В. Свободные радикалы и клеточная хемилюминесценция. Успехи биологической химии. 2009; 49: 341-88.
13. Владимиров Ю.А., Азизова О.А., Деев А.И., Козлов А.В., Осипов А.Н., Рощупкин Д.И. Свободные радикалы в живых системах. Итоги Науки и Техники, сер. Биофизика, т. 29. М: ВИНИТИ; 1992.
14. Владимиров Ю.А. Свободные радикалы и антиоксиданты. Вестник РАМН. 1998; 7: 43-51.
15. Peralta E., Roa G., Hernandez-Servin J.A., Romero R., Balderas P., Natividad R. Hydroxyl Radicals quantification by UV spectrophotometry. Electrochimica Acta. 2014; 129: 137–41.
16. Cao G., Alessio H.M., Cutler R.G. Oxygen radical absorbing capacity assay for antioxidants. Free Radic. Biol. Med. 1993; 14 (1): 303-11.
17. Tarpey M.M., Fridovich I., Review Methods of detection of vascular reactive species nitric oxide, superoxide, hydrogen peroxide, and peroxynitrite. Circulation Research. 2001; 89: 224-36.
18. Донцов В.И., Крутько В.Н., Мрикаев Б.М., Уханов С.В. Активные формы кислорода как система: значение в физиологии, патологии и естественном старении. Тр. ИСА РАН. 2006; 19: 50-69.
19. Karatas F., Karatepe M., Baysar A. Determination of free malondialdehyde in human serum by high-performance liquid chromatography. Analytical Biochemistry. 2002; 311 (1): 76-9.
20. Apak R., Güçlü K., Demirata B., Özyürek M., Celik S.E., Bektasoğlu B. et al. Comparative evaluation of various total antioxidant capacity assays applied to phenolic compounds with the CUPRAC assay. Molecules. 2007; 12: 1496-547.
21. Rice-Evans C.A., Miller N. J. Total Antioxidant Status in Plasma and Body Fluids. Meth.
Enzymol. 1994; 234: 279 –93.
22. Wang C.C., Chu C.Y., Chu K.O., Choy K.W., Khaw K.S., Rogers M.S. et al. Trolox-Equivalent Antioxidant Capacity Assay Versus Oxygen Radical Absorbance Capacity Assay in Plasma. Clin. Chem. 2004; 50 (5): 952- 4.
23. Pyrzynska K., Pȩkal A. Application of free radical diphenylpicrylhydrazyl (DPPH) to estimate the antioxidant capacity of food samples (Review). Anal. Methods. 2013; 5 (17): 4288-95.
24. Nile S.H., Khobragade C.N., Park S.W. Optimized and comparative antioxidant assays and its applications in herbal and synthetic drug analysis as antioxidants. Mini Rev Med Chem. 2012; 12 (10): 1007-14.
25. Benzie I.F., Strain J.J. The ferric reducing ability of plasma (FRAP) as a measure of “antioxidant power”: the FRAP assay. Anal Biochem. 1996; 239 (1): 70-6.
26. Apak R. Mechanism of antioxidant capacity assays and the CUPRAC (cupric ion reducing antioxidant capacity) assay. Microchimica Acta. 2008; 160 (4): 413-19.
27. Cárdenasa A., Gómezb M., Frontana C. Development of an Electrochemical Cupric Reducing Antioxidant Capacity Method (CUPRAC) for Antioxidant. Electrochimica Acta. 2014; 128 (10): 113–8.
28. Huang D., Ou B., Hampsch-Woodill M., Flanagan J.A., Prior R. High-throughput assay of oxygen radical absorbance capacity (ORAC) using a multichannel liquid handling system coupled with a microplate fluorescence reader in 96-well format. J. Agric. Food Chem. 2002; 50 (16): 4437-44.
29. Jesionek W., Majer-Dziedzic B., Choma I. M. Separation, identification, and investigation of antioxidant ability of plant extract components using TLC, LC–MS, and TLC–DPPH. J. Liquid Chromatography and Related Technologies. 2015; 38: 1147–53.
30. Pisoschi A.M., Pop A., Cimpeanu C., Predoi G. Antioxidant capacity determination in plants and plant-derived products: A Review. Oxidative Medicine and Cellular Longevity. 2016; 2016: 36 p. Article ID 9130976. Avaiabe at: https://www.hindawi.com/journals/omcl/2016/9130976/.
31. Pisoschi A.M., Cimpeanu C., Predoi G. Electrochemical Methods for Total Antioxidant Capacity and its Main Contributors Determination: A review. Open Chem. 2015; 13 (1): 824-56.
32. Брайнина Х.З., Варзакова Д.П., Герасимова Е.Л. Хроноамперометрический метод определения интегральной антиоксидантной активности. Журн. Аналит. Химии. 2012; 67 (4): 409–15.
33. Brainina Kh.Z, Alyoshina L.V., Gerasimova E.L., Kazakov Ya.E., Ivanova A.V., Beykin Ya.B. et al. New Electrochemical Method of Determining Blood and Blood Fractions Antioxidant Activity. Electroanalysis. 2009; 21 (3-5): 618-24.
34. Brainina K.Z., Gerasimova E.L., Varzakova D.P., Balezin S.L., Portnov I.G. et al. Potentiometric method for evaluating the Oxidant/Antioxidant activity of seminal and follicular fluids and clinical significance of this parameter for human reproductive function. Open Chemical and Biomedical Methods Journal. 2012; 5: 1-7.
35. Agarwal A., Roychoudhury S., Sharma R., Gupta S., Majzoub A., Sabanegh E. Diagnostic application of oxidation-reduction potential assay for measurement of oxidative stress: Clinical utility in male factor infertility. Reproductive BioMedicine Online. 2016; 34(1): 48-57.
36. Brainina Kh., Galperin L., Gerasimova E., Khodos M. Noninvasive Potentiometric Method of Determination of Skin Oxidant/Antioxidant Activity. IEEE Sensors Journal. 2012; 12 (3): 527-32.
37. Brainina Kh.Z., Gerasimova E.L., Varzakova D.P, Kazakov Ya.E., Galperin L.G. Noninvasive method of determining skin antioxidant/oxidant activity: clinical and cosmetics applications. Anal. Bioanal. Electrochem. 2013; 5 (5): 528-42.
38. Agarwal A., Sharma R., Roychoudhury S., Du Plessis S., Sabanegh E. MiOXSYS: a novel method of measuring oxidation reduction potential in semen and seminal plasma. Fertil Steril. 2016; 106 (3): 566-73.
39. Ghanbari Kh., Hajheidari N. ZnO–CuxO/polypyrrole nanocomposite modified electrode for simultaneous determination of ascorbic acid, dopamine, and uric acid. Analytical Biochemistry. 2015; 473: 53–62.
40. Ferreira R.Q., Avaca L.A. Electrochemical Determination of the Antioxidant Capacity: The Ceric Reducing/Antioxidant Capacity (CRAC) Assay. Electroanalysis. 2008; 20 (12): 1323-29.
41. Korotkova E.I., Karbainov Y.A., Shevchuk A.V. Study of antioxidant properties by voltammetry. J. Electroanalyt. Chem. 2002; 518 (1): 56-60.
42. Бюриков В.В. Особенности определения концентрации антиоксидантов ампрометрическим методом. Химия растительного сырья. 2013; 3: 169-72.
43. Ziyatdinova G.K., Budnikov H.C., Pogorel'tzev V.I., Ganeev T.S. The application of coulometry for total antioxidant capacity determination of human blood. Talanta. 2006; 68 (3): 800-5.
44. Agarwal A., Roychoudhury S., Bjugstad K. B., Chak-Lam Cho. Oxidation-reduction potential of semen: what is its role in the treatment of male infertility? Ther Adv Urol. 2016; 8 (5): 302–318.
45. Brainina Kh.Z., Ivanova A.V., Sharafutdinova E.N., Lozovskaya E.L., Shkarina E.I. Potentiometry as a method of antioxidant activity investigation. Talanta. 2007; 71 (1): 13-8.
46. Brainina Kh.Z., Zaharov A. S., Vidrevicha M. B. Potentiometry for the determination of oxidant activity. Anal. Methods. 2016; 8 (28): 5667–75.
47. Allen J. Bard, eds. Standard potentials in aqueous solution New York: Marcel Dekker INC; 1985.
48. Augusto O. ABCs of Reactive Nitrogen Species and their Scavengers. In: Sunrise Free Radical School: Back to the Basics SFRBM, 2009. Avaiabe at: http://sfrbm.org/site/assets/documents/frs/Augusto.pdf.
49. Брайнина А.З., Иванова А.В., Шарафутдинова Е.Н. Оценка антиоксидантной активности пищевых продуктов методом потенциометрии. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2004; 4: 73-5.

Авторы
Ходос Марк Яковлевич
Уральский государственный экономический университет
Доктор химических наук, старший научный сотрудник, директор научно-инновационного центра сенсорных технологий
Российская Федерация, 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/Народной Воли, 62/45
hdm@usue.ru

Казаков Ян Евгеньевич
АО «Медицинские технологии»
Кандидат медицинских наук, врач-терапевт
Российская Федерация, 620075, г. Екатеринбург, ул. Кузнечная, 83
yankaz@yandex.ru

Видревич Марина Борисовна
Уральский государственный экономический университет
Кандидат химических наук, доцент, доцент
Российская Федерация, 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/Народной Воли, 62/45
mbv@usue.ru

Брайнина Хьена Залмановна
Уральский государственный экономический университет
Доктор химических наук, профессор, научный руководитель научно-инновационного центра сенсорных технологий.
Российская Федерация, 620144, г. Екатеринбург, ул. 8 Марта/Народной Воли, 62/45
baz@usue.ru

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.