Применение растительных полифенолов в составе функциональных продуктов питания Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

С.Е. ФОМЕНКО, Н.Ф. КУШНЕРОВА,

В.Г. СПРЫГИН, Т.В. ПАРФЕНОВА,

Т.В. КУШНЕРОВА

Применение растительных полифенолов в составе функциональных продуктов питания

Изучено влияние биологически активной добавки к пище «Калифен» в составе функционального пищевого продукта мармелада желейного «БИОЛАД» на метаболические реакции организма студентов в период учебной нагрузки.

Ключевые слова: полифенольные соединения, антиоксиданты, функциональный продукт, оксидативный стресс.

Application of plant polyphenols in the composition of functional foods.

S.E. FOMENKO, N.F. KUSHNEROVA, V.G. SPRIGIN, T.V. PARFENOVA, T.V. KUSHNEROVA

Studies the influence of biologically active food supplements Kalif in the composition of functional foods marmalade jelly BIOLAD and its effects on the metabolic reaction of students during academic studies.

Key terms: polyphenolic compounds, antioxidants, functional product, oxidative stress.

Образ жизни современного человека изменяется под воздействием окружающих его факторов - пищевой рацион, уровень физических и психологических нагрузок, скорость обмена информацией, состояние окружающей среды, - которые направленно влияют на состояние его здоровья, работоспособность, эмоциональный настрой. Для обеспечения здорового образа жизни и высокой трудоспособности в современных условиях важно очень внимательно относиться к качественному составу пищи. Роль питания в обеспечении здоровой жизнедеятельности организма является определяющей, т. к. способствует оптимальному росту и развитию человеческого организма, его трудоспособности, адаптации к воздействию различных агентов внешней среды и, в конечном итоге, оказывает определенное влияние на длительность жизни и активную деятельность человека [8]. На современном этапе развития общества в производстве продуктов здорового питания широко используются биологически активные добавки (БАД), которые влияют на функции тех или иных систем организма [5]. Отсюда растущая популярность функциональных ингредиентов, повышающих резистентность организма человека к различным забо-

леваниям, способных сохранять и стабилизировать метаболические процессы в организме и тем самым участвовать в сохранении его активности. В последнее время особое внимание уделяется БАД природного происхождения, обладающим антиоксидантными свойствами. Это обусловлено, с одной стороны, их постоянным и выраженным дефицитом в питании, а с другой - исключительной эффективностью в предотвращении развития стресс-индуцированных состояний, которые могут привести к срыву адаптации и развитию болезней стресса (язва желудочно-кишечного тракта, гипертоническая болезнь, инфаркт миокарда, сахарный диабет и др.) [9].

Среди соединений антиоксидантного действия наиболее перспективными являются комплексы природных полифенолов, которые входят в состав растительных продуктов, традиционно употребляемых человеком в пищу, и являются эволюционно-адаптированными для человеческого организма. Растущий интерес к использованию растительных полифенолов определен их фармакологическими свойствами: они обладают широким спектром биологической активности, включая антибактериальную, противораковую, противовоспалительную, сосудорасширяющую, ингибируют процессы перекисного окисления липидов, агрегацию тромбоцитов, снижают хрупкость и проницаемость капилляров, влияют на различные ферментные системы. Такие природные соединения в отличие от синтезированных имеют крайне низкую токсичность, не вызывают побочных реакций (аллергия, отторжения организмом, эффект привыкания, накопления) и могут быть отнесены к категории биологически активных добавок к пище.

В предыдущих исследованиях нами было установлено, что суммарный полифенольный комплекс, выделенный из отходов от переработки калины (Viburnum sargentii Koehne), обладает мембрано- и гепа-топротекторным, антиоксидантным и антирадикальным действием в условиях экспериментального стресс-воздействия [3]. В связи с этим была создана и предлагается к употреблению биологически активная добавка к пище «Калифен» Свидетельство на товарный знак: RU № 228327 и En № 225516). Запатентована как «Экстракт калины, обладающий ан-тирадикальной активностью» (патент RU № 2220614). Химический состав препарата был исследован с помощью жидкостного хроматографа «Controller LCC 500» (Pharmacia). Биологически активная добавка включает широкий диапазон полифенольных соединений: лей-коантоцианы, катехины и их полимерные формы, флавонолы, органические кислоты (фумаровая, аскорбиновая, глицериновая, щавелевая, галактуроновая и др.), свободные аминокислоты (гистилин, аргинин, аспарагиновая кислота, треонин, серин, глутаминовая кислота, глицин, цистеин, метионин, изолейцин, тирозин и др.), сахара (сахароза, рафиноза) и ряд других органических соединений. Преобладающими по количеству являются флавоноиды - 60 % от сухой массы экстракта.

«Калифен» повышает неспецифическую сопротивляемость организма к влиянию различных экстремальных факторов [3], в том числе климатических, учебной и физической нагрузки. Крайне низкая токсичность «Калифена» (ЬВ50 = 36 мл/кг) и отмеченный высокий биологический эффект послужили основанием для изучения влияния природного комплекса из калины на организм человека в условиях сочетанного воздействия стрессовых факторов. Для этого было проведено комплексное исследование состояния организма студентов младших курсов, испытывающих психолого-эмоциональное напряжение, вызванное значительной интенсификацией учебного процесса, новыми формами и методами обучения на фоне неблагоприятных условий жизни (несбалансированный рацион питания, нарушение режима труда и отдыха, низкая физическая активность и др.) [7].

Одними из наиболее массовых и доступных для всех групп детского и взрослого населения оздоровительных продуктов по мнению технологов являются желированные джемы, мармелад и фруктовоягодные желе. Содержащийся в них агар-агар может служить носителем полифенольного комплекса. В связи с этим на кафедре товароведения и экспертизы продовольственных товаров Института пищевых технологий и товароведения Тихоокеанского государственного экономического университета был создан функциональный пищевой продукт - мармелад желейный, в состав которого был введен «Кали-фен».

Целью работы явилось использование БАД «Калифен» в составе мармелада желейного (торговое название «БИОЛАД», ТУ 9128-15202067936-2006) для адаптации студентов к учебной нагрузке.

Проведено обследование юношей-добровольцев в возрасте 2022 лет, которые были практически здоровы и дали информированное согласие на участие в исследовании. В результате были сформированы 3 группы: в 1-ю группу (контрольную) вошли 20 здоровых доно-ров-мужчин сопоставимого с обследуемыми возраста; во 2-ю - 10 студентов-мужчин до биохимического обследования крови, 3-я группа - 10 студентов-мужчин 2-й группы, которым после биохимического обследования крови было предложено ежедневно утром принимать в течение 6 нед по 100 г мармелада с БАД «Калифен», что соответствует 100 мг общих полифенолов в сутки. Состояние антиоксидантной системы оценивали по величине антирадикальной активности крови [16], активности супероксиддисмутазы [14], глутатионпероксидазы, уровня восстановленного глутатиона [6], малонового диальдегида [2]. Осмотическую резистентность эритроцитов определяли по общепринятому методу, активность лизосомальной Р-галактозидазы и Р-глюкозидазы -по методу Р.В. Меркурьевой с соавторами [4]. Фракционное разделение фосфолипидов осуществляли методом двумерной тонкослойной хроматографии [18]. Хроматографическое распределение нейтральных липидов и их количественное определение проводили методом одномерной тонкослойной хроматографии [11].

Биохимическое исследование плазмы крови при первичном обследовании показало снижение уровня восстановленного глутатиона на 29 % (3,66±0,30 мкмоль/г НЬ против 4,73±0,22 мкмоль/г НЬ в контроле, Р<0,01), и, соответственно, на 14 % (Р<0,001) ниже нормы зафиксирована активность ключевого фермента глутатионового звена -глутатионпероксидазы (ГП) (53,87±1,84 против 61,21±2,7 нмоль-НАДФН/мин/мл плазмы в контроле). Активность супероксиддисмута-зы (СОД) была повышена (899±24 по сравнению с 842±12 ед. активности/мл крови в контроле; Р<0,05), тогда как уровень общей антира-дикальной активности (АРА) снижен (896±74 против 1230±16 ед. тро-локса/л плазмы в контроле; Р<0,001). Это свидетельствует о напряжении системы антиоксидантной защиты мембранных структур клеток в связи с разрушительным действием активных форм кислорода и гидроксил-радикалов, что говорит о начале развития дисбаланса в соотношении прооксидантных и антиоксидантных параметров, который в дальнейшем приведет к развитию состояния, называемого оксидатив-ным стрессом.

Увеличение концентрации в крови малонового диальдегида (МДА) (4,02±0,18 мкмоль/мл против 3,54±0,11 мкмоль/мл в контроле; Р<0,05) определяет активацию перекисного окисления липидов (ПОЛ), а также повышение проницаемости мембран. Подтверждением этого является снижение порога окончания гемолиза эритроцитов до 0,40±0,01 % №С1, в то время как начало гемолиза соответствовало норме (в норме гемолиз эритроцитов начинается при концентрации 0,45 % №С1, завершается при 0,35 % №С1). Иными словами, мембрана эритроцитов обладает пониженной устойчивостью к гемолизи-рующему агенту. Также в пользу вывода о нарушении проницаемости мембран свидетельствует увеличение активности в плазме крови матричного фермента лизосом Р-галактозидазы (7,26±0,11 нмоль/мин/мл против 6,62±0,15 нмоль/мин/мл в контроле; Р<0,01) и мембраносвязанного Р-глюкозидазы (6,53±0,12 нмоль/мин/мл против 5,21±0,14 нмоль/мин/мл в контроле; Р<0,001).

Таким образом, исследованные биохимические параметры крови говорят о том, что под действием учебной нагрузки в организме студентов активируются свободно-радикальные процессы, которые истощают антиоксидантную систему организма, что обусловливает повышение ПОЛ и проницаемости мембран. Применение мармелада сопровождалось восстановлением активности СОД до 854±12 ед. активности/мл, ГП - до 62,88±5,5 нмоль/мин/мл, величины восстановленного глутатиона - до 4,33±0,50 мкмоль/г НЬ, МДА - до 3,54±0,22 нмоль/мл, АРА - до 1165±43 ед. тролокса/л, что соответствует таковым в контроле. Начало гемолиза эритроцитов снизилось до 0,40±0,01 % КаС1, а завершение гемолиза прошло при 0,30±0,01 % №С1. Обращает на себя внимание факт более сильной устойчивости эритроцитов к понижению концентрации №С1. Границы устойчивости выросли на

0,05 % №С1 по сравнению с таковыми величинами в контроле. Активность Р-галактозидазы снизилась до 6,42±0,14 нмоль/мин/мл, а Р-глюкозидазы - до 5,60±0,18 нмоль/мин/мл.

Изучение липидного состава плазмы крови студентов до начала эксперимента выявило его значительные изменения, характеризующиеся как гипертриглицеридемия и гиперхолестеринемия (табл. 1). Они проявлялись в увеличении содержания холестерина (ХС) на 36 % (Р<0,001), свободных жирных кислот (СЖК) - на 16 % (Р<0,05) и триацилглицеринов (ТАГ) - на 10 % (Р<0,05). Подобные изменения в липидном составе крови студентов под действием эмоционального стресса отмечаются в работах иностранных авторов [10, 15], что связывают с активацией периферического липолиза в жировой ткани в ответ на выброс в кровь катехоламинов, обусловленный стрессовой реакцией. Из-за нарушения процессов митохондриального окисления избыток жирных кислот в печени способствует развитию жировой инфильтрации. Уменьшение содержания эфиров жирных кислот (ЭЖК) на 23 % (Р<0,001) и эфиров холестерина (ЭХС) на 19 % (Р<0,01) свидетельствует о нарушении этерифицирующей функции печени, что замедляет преобразование ТАГ в фосфолипиды. После приема мармелада в плазме крови студентов отмечалось снижение количества ТАГ до уровня контроля (12,72±0,48 %). Также снизилось содержание ХС и СЖК при одновременном увеличении их эфиров.

Таблица 1

Содержание нейтральных липидов в плазме крови студентов (в % от суммы всех фракций, М±м)

Биохимические параметры 1-я группа 2-я группа 3-я группа

ТАГ 14,63±0,50 16,10±0,31* 12,72±0,48

СЖК 15,65±0,40 18,22±0,98* 15,82±0,82

ЭЖК 15,00±0,58 11,57±0,12*** 14,31±0,60

ХС 12,96±0,49 17,61±1,01*** 14,66±0,66

ЭХС 30,75±1,37 25,05±1,12** 30,65±1,15

Остаточная фракция 11,01±0,52 11,45±1,73 11,84±0,53

Примечание. Здесь и в табл. 2 различия статистически значимы по сравнению с контролем при: * Р<0,05; ** Р<0,01; *** Р<0,001.

Фракционный состав фосфолипидов в плазме крови студентов до приема мармелада (2-я группа) также отличался от такового у здоровых доноров (табл. 2). Достоверно ниже было содержание фосфа-тидилхолина (ФХ) (на 10 %, Р<0,05) при одновременном увеличении уровня лизофосфатидилхолина (ЛФХ) (на 27 %, Р<0,05) и лизофосфа-тидилэтаноламина (ЛФЭ) (на 61 %, Р<0,001), что обусловлено активированием фосфолипазы А2 под действием эмоционального стресса.

Таблица 2

Содержание фосфолипидов в плазме крови студентов (в % от суммы всех фракций, М±м)

Биохимические параметры 1-я группа 2-я группа 3-я группа

ФХ 40,24±1,31 36,17±0,99* 40,16±1,40

ЛФХ 11,00±0,83 13,96±0,75* 11,50±1,20

СМ 13,00±0,60 15,19±0,66* 13,90±0,40

ФЭ 8,33±0,39 8,24±0,42 8,55±0,57

ЛФЭ 6,24±0,46 10,06±0,66*** 6,34±0,80

ФИ+ФС 15,00±0,82 11,97±0,75* 13,65±0,80

ДФГ 6,19±0,44 4,41±0,43* 5,90±0,55

Следует отметить увеличение уровня сфингомиелина (СМ) на 17 % (Р<0,05), что является защитной реакцией организма на повышение проницаемости мембран. Обращает на себя внимание снижение количества метаболически активных фракций фосфатидилинозита и фосфатидилсерина (ФИ+ФС) на 20 % (Р<0,05), необходимых для функционирования мембраносвязанных ферментов. Также было ниже контроля на 29 % (Р<0,05) содержание дифосфатидилглицерина (ДФГ), являющегося маркером митохондрий и обусловливающего функционирование дыхательной цепи и синтез АТФ. Такая разбалан-сировка в соотношении нейтральных и фосфолипидных фракций, по нашему мнению, способствует снижению работоспособности у студентов.

Применение мармелада (3-я группа) сопровождалось нормализацией фосфолипидного состава крови. Снижение в плазме крови ТАГ и СЖК свидетельствует о торможении липолиза в жировой ткани и прекращении развития жировой инфильтрации печени. Снижение холестерина может быть обусловлено активацией полифенолами фермента лецитин:холестерин-ацилтрансферазы (ЛХАТ) [1], который катализирует перенос жирных кислот с лецитина на холестерин с образованием его эфиров и поступлением в гепатоцит возросшего потока этерифицированного холестерина.

Таким образом, растительные полифенолы стимулируют этери-фицирующую функцию печени, подавленную стрессом. Это подтверждается активацией синтеза фосфолипидов из ТАГ (увеличение ФХ) для восстановления структуры мембран. Факт достоверного снижения уровня лизофракций (ЛФХ и ЛФЭ) свидетельствует об ингибировании фосфолипаз полифенолами «Калифена» [13]. Увеличение количества ДФГ, являющегося важной составляющей энергетического обмена, обусловливает, по нашему мнению, отмечаемое студентами повышение работоспособности, общего тонуса и настроения, желания учиться.

Влияние учебной нагрузки на студентов первых двух лет обучения в вузе сопровождается выраженной картиной изменений метабо-

лических реакций, характерных для воздействия стресса. Профилактическое использование комплекса растительных полифенолов из калины в количестве 100 мг/сут в составе мармелада сопровождается проявлением регуляторного эффекта на каскады метаболических реакций. Биохимический механизм сохранения метаболизма обусловлен способностью растительных полифенолов «улавливать» свободные оксигенные и пероксильные радикалы, которые активно формируются при стрессе, образуя при этом относительно стабильный фе-ноксил-радикал [17]. Являясь «ловушками» реакционно-способных радикалов, полифенолы сдерживают процессы ПОЛ и снимают состояние оксидативного стресса [12]. Кроме того, полифенолы снимают состояние гиперпротонемии и тканевой гипоксии, являясь донорами и акцепторами протонов [3], что способствует активации работы цикла Кребса и, соответственно, синтеза АТФ.

На основании изложенного выше мармелад «БИОЛАД», содержащий комплекс растительных полифенолов, целесообразно использовать как функциональный продукт направленного действия для профилактики стресса, вызванного повышенной умственной и эмоциональной нагрузкой.

Литература

1. Гаскина Т.К. Изменение скорости лецитинхолестеролацил-трансферазной реакции и липидных показателей сыворотки крови под влиянием катергена в условиях острого экспериметального перерождения печени / Т.К. Гаскина, С. А. Курилович, В.Н. Горчаков // Вопр. мед. химии. 1989. Т. 35, № 4. С. 24-28.

2. Гончаренко М. С. Метод оценки перекисного окисления липидов / М.С. Гончаренко, А.М. Латинова // Лаб. дело. 1985. № 1. С. 60-61.

3. Кушнерова Н.Ф. Влияние стресса на состояние липидного и углеводного обмена печени, профилактика / Н.Ф. Кушнерова, В.Г. Спрыгин, С.Е. Фоменко, Ю.А. Рахманин // Гигиена и санитария. 2005. № 5. С. 17-21.

4. Меркурьева Р.В. Биохимические и цитохимические методы определения активности ферментов и ферментсубстратных систем различной клеточной локализации / Р. В. Меркурьева, Г. Л. Би-лич, Р.П. Нарциссов. - М.; Йошкар-Ола, 1982. - 40 с.

5. Нечаев А.П. Производство продуктов здорового питания требует государственной поддержки / А.П. Нечаев // Пищевые ингредиенты: сырье и добавки. 2005. № 1. С. 5-7.

6. Новгородцева Т.П. Руководство по методам исследования параметров системы «Перекисное окисление липидов - антиоксидантная защита» в биологических жидкостях / Т.П. Нов-городцева, Э.А. Эндакова, В.И. Янькова. - Владивосток: Изд-во Дальневост. гос. ун-та, 2003. - 80 с.

7. Поборский А.Н. Функциональное состояние и адаптационные возможности организма студентов в неблагоприятных условиях

среды / А.Н. Поборский, М. А. Юрина, Ж.Н. Лопацкая // Гигиена

и санитария. 2008. № 5. С. 70-73.

8. Покровский А. А. Роль биохимии в развитии науки о питании /

А. А. Покровский. - М.: Наука, 1974. - 128 с.

9. Тутельян В.А. Биологически активные добавки к пище как эле-

мент оптимального питания / В. А. Тутельян // Актуальные проблемы создания новых лекарственных препаратов природного происхождения: материалы VIII Международного съезда «Фи-тофарм 2004», 21-23 июня 2004 г., Миккели, Финляндия. СПб.: ВВМ, 2004. C. 595-598.

10. Agarwal V. Examination stress: change in serum cholesterol, triglycerides and total lipids / V. Agarwal, B. Gupta, U. Singhal, S.K. Bajpai // Indian J. Phisiol. Pharmacol. 1997. Vol. 41, N 4. P. 404-408.

11. Amenta J.S. A rapid chemical method for quantification of lipids separated by thin-layer chromatography / J.S. Amenta // J. Lipid Res. 1964. Vol. 5, N 2. P. 270-272.

12. Jovanovic S.V. Antioxidant properties of flavonoids: reduction potentials and electron transfer reactions of flavonoids radical / S.V. Jovanovic, S. Steenken, M.G. Simic, Y. Hara // Flavonoids in health and disease / ed by C.A. Rice-Evance, S.L. Packer. N.Y.: Marcel Dekker, 1998. P.137-161.

13. Lindahl M. Flavonoids as phospholipase A2 inhibitors: importance of their structure for selective inhibition of group II phospholipase A2 / M. Lindahl, C. Tagesson // Inflammation. 1997. Vol. 21, N 3. P.347-356.

14. Nishikimi M. The occurrence of superoxide anion in the reaction of reduced phenazine methosulfate and molecular oxygen / M. Ni-shikimi, N.A. Rao, K. Yagi // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1972. N 46. P. 849-854.

15. Patterson S.M. Effect of acute mental stress on serum lipids: mediating effects of plasma volume / S.M. Patterson, J.S. Gottdiener, G. Hecht,

S. Vargot, D.S. Krantz // Psychosom. Med. 1993.Vol. 55, N 6. P. 523-532.

16. Re R. Antioxidant activity applying an improved ABTS+ radical cation decolorization assay / R. Re, N. Pellegrini, A. Proteggente, A. Pannala, M. Yang, C. Rice-Evans // Free Radic. Biol. Med. 1999. Vol. 26, N 9-10. P. 1231-1237.

17. Sanz M.J. Influence of a series of natural flavonoids on free-radical generating systems and oxidative stress / M.J. Sanz, M.L Ferrandiz, M. Cejudo // Xenobiotica. 1994. Vol. 24, N 7. P. 689-699.

18. Vaskovsky V.E. A universal reagent for phospholid analysis / V.E. Vaskovsky, E.Y. Kostetsky, I.M. Vasenden // J. Chromatogr. 1975. Vol. 114, N 1. P. 129-141.

© Фоменко С.Е., Кушнерова Н.Ф., Спрыгин В.Г., Парфенова Т.В., Кушнерова Т.В., 2009 г.