[go: up one dir, main page]

RU2449275C2 - Method of determining index of total antioxidant activity of biological objects by method of cathode voltammetry - Google Patents

Method of determining index of total antioxidant activity of biological objects by method of cathode voltammetry Download PDF

Info

Publication number
RU2449275C2
RU2449275C2 RU2010127058/15A RU2010127058A RU2449275C2 RU 2449275 C2 RU2449275 C2 RU 2449275C2 RU 2010127058/15 A RU2010127058/15 A RU 2010127058/15A RU 2010127058 A RU2010127058 A RU 2010127058A RU 2449275 C2 RU2449275 C2 RU 2449275C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
oxygen
total
antioxidant activity
solution
antioxidants
Prior art date
Application number
RU2010127058/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010127058A (en
Inventor
Елена Ивановна Короткова (RU)
Елена Ивановна Короткова
Елена Владимировна Дорожко (RU)
Елена Владимировна Дорожко
Мария Владимировна Букель (RU)
Мария Владимировна Букель
Евгений Владимирович Плотников (RU)
Евгений Владимирович Плотников
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Образования И Науки Российской Федерации
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Образования И Науки Российской Федерации, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Образования И Науки Российской Федерации
Priority to RU2010127058/15A priority Critical patent/RU2449275C2/en
Publication of RU2010127058A publication Critical patent/RU2010127058A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2449275C2 publication Critical patent/RU2449275C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention describes voltammetric method of determining total activity of antioxidants, which includes process of substance reduction on electrode in electrolyte solution, where as model reaction used is process of electric reduction of oxygen, which is carried out on glassy-carbon electrode at the background phosphate buffer pH 6.86 in water medium, 0.1M NaCIO4 in aprotonic medium or 0.9% NaCl in blood serum, registration of cathode waves of one-electron reduction of oxygen is carried out in mode of differentiation at rate of potential sweep 50 mV/s, total antioxidant activity is determined by relative change of current of oxygen electric reduction within potential range from 0 to 1.0 V from the time of interaction of total content of antioxidants in sample with oxygen and its active radicals (t) with application of kinetic criterion.
EFFECT: method makes it possible to increase sensitivity, accuracy, rapidity of determination, requires small sample preparation with use of dissolved in background solution oxygen, method makes it possible to estimate optimal doses of one or another preparation which possess the greatest antioxidant activity, determine stability of tested samples in time.
1 ex, 3 tbl, 2 dwg

Description

Способ относится к области определения суммарной антиоксидантной активности в биологических объектах. Способ может быть использован для определения суммарной антиоксидантной активности сыворотки крови, гомогенатов тканей человека и животных, что в свою очередь позволяет по данному показателю оценивать общий антиоксидантный статус организма, эффективность лечения и профилактики оксидативного стресса организма (недостаток антиоксидантов).The method relates to the field of determining the total antioxidant activity in biological objects. The method can be used to determine the total antioxidant activity of blood serum, homogenates of human and animal tissues, which in turn allows one to evaluate the general antioxidant status of the body, the effectiveness of treatment and prevention of oxidative stress of the body (lack of antioxidants).

В данной области известны различные способы определения суммарной активности антиоксидантов.Various methods are known in the art for determining the total activity of antioxidants.

Известен электрохимический способ определения суммарной антиоксидантной способности объектов искусственного и природного происхождения, который заключается в кулонометрическом титровании общего количества антиоксидантов в объектах электрогенерированным бромом. По результатам титрования рассчитывают величину бромной антиоксидантной способности, мерой которой служит количество электричества в кулонах, отнесенных к 100 г (100 мл) образца (И.Ф.Абдуллин, Е.Н.Турова, Г.К.Будников. Кулонометрическая оценка антиоксидантной способности экстрактов чая электрогенерированным бромом. // Журнал аналитической химии, 2001, т.56, №6, с.627-629).There is an electrochemical method for determining the total antioxidant ability of objects of artificial and natural origin, which consists in coulometric titration of the total amount of antioxidants in objects with electro-generated bromine. The titration results calculate the value of the bromine antioxidant ability, the measure of which is the amount of electricity in pendants attributed to 100 g (100 ml) of the sample (I.F. Abdullin, E.N. Turova, G.K. Budnikov. Coulometric evaluation of the antioxidant ability of the extracts tea with electrogenerated bromine. // Journal of Analytical Chemistry, 2001, vol. 56, No. 6, p. 627-629).

Недостатком метода является то, что данный способ позволяет исследовать лишь водорастворимые формы антиоксидантов и те из них, которые реагируют с бромом. Кроме того, для исследований требуется не менее 100 г (100 мл) исследуемого образца.The disadvantage of this method is that this method allows you to study only water-soluble forms of antioxidants and those that react with bromine. In addition, studies require at least 100 g (100 ml) of the test sample.

Известен способ циклической вольтамперометрии для оценки суммарной антиоксидантной активности образцов, который заключается в съемке циклических вольтамперограмм аскорбиновой кислоты. Изменение величины площади под анодным пиком окисления аскорбиновой кислоты в присутствии антиоксидантов служило основной величиной для определения суммарной антиоксидантной способности образцов (S.Chevion, М.А.Roberts, M.Chevion. The use of cyclic voltammetry for the evaluation of antioxidant capacity.// Free radical biology and medicine, 2000, v.28, N 6, p.860-870).A known method of cyclic voltammetry to assess the total antioxidant activity of the samples, which consists in shooting cyclic voltammograms of ascorbic acid. The change in the area under the anode peak of ascorbic acid oxidation in the presence of antioxidants served as the main value for determining the total antioxidant capacity of samples (S. Chevion, M. A. Roberts, M. Chevion. The use of cyclic voltammetry for the evaluation of antioxidant capacity.// Free radical biology and medicine, 2000, v. 28, No. 6, p. 860-870).

Недостатком способа является небольшая точность и воспроизводимость метода, т.к. аскорбиновая кислота сама окисляется со временем в растворе. Кроме того, данный способ предполагает использование высокоэффективной жидкостной хроматографии в сочетании с электрохимическим детектированием, что усложняет метод, делает его дорогостоящим.The disadvantage of this method is the small accuracy and reproducibility of the method, because ascorbic acid itself oxidizes with time in solution. In addition, this method involves the use of high-performance liquid chromatography in combination with electrochemical detection, which complicates the method and makes it expensive.

Наиболее близок к теме изобретения вольтамперометрический способ определения суммарной антиоксидантной активности (Короткова Е.И., Карбаинов Ю.А. Вольтамперометрический способ определения активности антиоксидантов. // Патент РФ №2224997 от 6.06.2002 г.) - прототип.Closest to the subject of the invention is the voltammetric method for determining the total antioxidant activity (Korotkova E.I., Karbainov Yu.A. Voltammetric method for determining the activity of antioxidants. // RF Patent No. 2224997 of 06.06.2002) - prototype.

Сущность метода состоит в съемке вольтамперограмм тока электровосстановления кислорода на ртутно-пленочном электроде в трехэлектродной электрохимической ячейке. В качестве электрода сравнения и вспомогательного электрода использовались хлорид-серебряные электроды. По результатам вольтамперограмм строился график зависимости относительного изменения тока электровосстановления кислорода в присутствии антиоксидантов от концентрации антиоксиданта в растворе. Тангенс угла наклона этой зависимости и служил критерием суммарной антиоксидантной активности объектов исследования.The essence of the method is to take voltammograms of the current of oxygen electroreduction on a mercury-film electrode in a three-electrode electrochemical cell. As a reference electrode and an auxiliary electrode, silver-silver electrodes were used. Based on the results of voltammograms, a graph was built of the dependence of the relative change in the current of oxygen electroreduction in the presence of antioxidants on the concentration of antioxidant in solution. The slope of this dependence served as a criterion for the total antioxidant activity of the objects of study.

Недостатком этого способа явилось использование металлической ртути в качестве рабочего электрода, что является небезопасным при проведении анализа. Кроме того, измерения необходимо было проводить в одном концентрационном диапазоне для всех типов антиоксидантов, тогда как широко известно, что ряд антиоксидантов активны в разных концентрационных диапазонах и их нельзя сравнивать друг с другом, используя данный критерий.The disadvantage of this method was the use of metallic mercury as a working electrode, which is unsafe during the analysis. In addition, measurements had to be carried out in the same concentration range for all types of antioxidants, while it is widely known that a number of antioxidants are active in different concentration ranges and cannot be compared with each other using this criterion.

Задачей данного изобретения является разработка эффективного, экспрессного, универсального способа определения суммарной антиоксидантной активности биологических объектов на стеклоуглеродном электроде, используя кинетический критерий оценки показателя суммарной антиоксидантной активности биологических объектов.The objective of the invention is to develop an effective, rapid, universal method for determining the total antioxidant activity of biological objects on a glassy carbon electrode using the kinetic criterion for assessing the total antioxidant activity of biological objects.

Поставленная задача решается вольтамперометрическим способом определения суммарной активности антиоксидантов, включающим процесс восстановления вещества на электроде в растворе электролита, отличающийся тем, что в качестве модельной реакции используют процесс электровосстановления кислорода, который проводят на стеклоуглеродном электроде на фоне фосфатный буфер pH 6,86 в водной среде, 0.1 М NaClO4 в апротонной среде или 0.9% NaCl в биологических объектах, регистрацию катодных волн одноэлектронного восстановления кислорода ведут в режиме дифференцирования при скорости развертки потенциала 50 мВ/с, суммарную антиоксидантную активность определяют по относительному изменению тока электровосстановления кислорода в интервале потенциалов от 0 до -1.0 В от времени взаимодействия суммарного содержания антиоксидантов в образце с кислородом и его активными радикалами (t), используя кинетический критерий.The problem is solved by the voltammetric method for determining the total activity of antioxidants, including the process of reducing the substance on the electrode in an electrolyte solution, characterized in that the process of oxygen electroreduction, which is carried out on a glassy carbon electrode against a phosphate buffer pH 6.86 in an aqueous medium, is used as a model reaction 0.1 M NaClO 4 in an aprotic medium or 0.9% NaCl in biological objects, the cathode waves of one-electron oxygen reduction are recorded in differential mode at a potential sweep rate of 50 mV / s, the total antioxidant activity is determined by the relative change in the oxygen electroreduction current in the potential range from 0 to -1.0 V from the time of the interaction of the total antioxidant content in the sample with oxygen and its active radicals (t) using the kinetic criterion .

В основе способа лежит процесс электровосстановления кислорода, протекающий на стеклоуглеродном электроде при средних значениях скорости развертки потенциала (V=20-80 мВ/с) в несколько стадий с генерацией на поверхности электрода активных форм кислорода:The method is based on the process of oxygen electroreduction proceeding on a glassy carbon electrode at average values of the potential sweep speed (V = 20-80 mV / s) in several stages with the generation of reactive oxygen species on the electrode surface:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Суммарный процесс:The total process:

Figure 00000005
Figure 00000005

При оценке влияния природы антиоксидантов на процесс электровосстановления кислорода было замечено, что они по-разному влияют на данный процесс, при этом сами не являясь электрохимически активными в данной области потенциалов (Е=-0.1÷-0.9 B). В таблице 1 приведены исследуемые антиоксиданты и БАВ как искусственного, так и природного происхождения, условно разделенные на 3 группы, различающиеся по характеру влияния на процесс ЭВ O2. На фиг.1 приведены вольтамперограммы, характеризующие влияние антиоксидантов различных групп на процесс ЭВ O2.When assessing the effect of the nature of antioxidants on the process of oxygen electroreduction, it was noted that they have different effects on this process, while not being electrochemically active in this potential region (E = -0.1 ÷ -0.9 B). Table 1 shows the studied antioxidants and biologically active substances of both artificial and natural origin, conventionally divided into 3 groups, differing in the nature of the effect on the process of EV 2 . Figure 1 shows voltammograms characterizing the effect of antioxidants of various groups on the process of EV 2 .

Первая группа веществ увеличивает ток ЭВ O2 и сдвигает потенциал в сторону отрицательных значений (каталаза) (фиг.1а). К данной группе относится фермент антиоксидантной природы (каталаза), а также гуминовые кислоты, порфирины, фталоцианины металлов. Все эти вещества очень разные по своей природе, однако их объединяет одно общее свойство: все они относятся к металлокомплексам, имея в своей структуре ионы переходных металлов. Это свойство как раз и обуславливает каталитический характер влияния на процесс ЭВ O2. Сдвиг потенциала полуволны тока ЭВ O2 в отрицательную область позволил предположить наличие механизма EC* с последующей реакцией диспропорционирования продукта реакции и частичной регенерацией деполяризатора: молекулярного кислорода:The first group of substances increases the current of the electromagnetic field O 2 and shifts the potential towards negative values (catalase) (figa). This group includes an enzyme of antioxidant nature (catalase), as well as humic acids, porphyrins, metal phthalocyanines. All these substances are very different in nature, but they share one common property: they all relate to metal complexes, having transition metal ions in their structure. This property precisely determines the catalytic nature of the effect on the process of EI O 2 . The shift of the half-wave potential of the EM O 2 current to the negative region suggested the presence of the EC * mechanism with the subsequent reaction of the disproportionation of the reaction product and partial regeneration of the depolarizer: molecular oxygen:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Данный механизм можно назвать каталитическим или ферментативным.This mechanism can be called catalytic or enzymatic.

Вторая группа веществ наиболее многочисленная и изучена более подробно, т.к. именно эти вещества относят к классическим антиоксидантам и их широко используют в качестве добавок в пищевой, косметической, фармацевтической промышленности. Все из указанных веществ уменьшали ток ЭВ O2, сдвигая потенциал в положительную область (фиг.1b), проявляя механизм ЕС с последующими химическими реакциями взаимодействия антиоксидантов с активными кислородными радикалам:The second group of substances is the most numerous and studied in more detail, because it is these substances that belong to the classical antioxidants and are widely used as additives in the food, cosmetic, and pharmaceutical industries. All of these substances reduced the current of OE O 2 , shifting the potential to the positive region (fig.1b), showing the EU mechanism with subsequent chemical reactions of the interaction of antioxidants with active oxygen radicals:

Figure 00000009
Figure 00000009

Данный механизм можно назвать антирадикальным.This mechanism can be called antiradical.

Третья группа веществ также уменьшает ток ЭВ O2, но сдвигает потенциал в отрицательную область (фиг.1c), увеличивая перенапряжение процесса. Предполагается, что вещества этой группы взаимодействуют преимущественно по СЕ механизму с молекулярным кислородом, растворенным в электролите, или СЕС механизму с предшествующей и последующей химическими реакциями взаимодействия антиоксиданта с молекулярным кислородом и продуктами его восстановления:The third group of substances also reduces the EM current O 2 , but shifts the potential to the negative region (Fig. 1c), increasing the process overvoltage. It is assumed that the substances of this group interact mainly via the CE mechanism with molecular oxygen dissolved in the electrolyte, or the CEC mechanism with the previous and subsequent chemical reactions of the interaction of the antioxidant with molecular oxygen and its reduction products:

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Данный механизм можно трактовать как антиокислительный.This mechanism can be interpreted as antioxidant.

Таким образом, в зависимости от характера протекания процессов и вида вольтамперограмм можно выделить преимущественный механизм взаимодействия антиоксидантов с кислородом и/или его активными радикалами.Thus, depending on the nature of the processes and the type of voltammograms, it is possible to identify the predominant mechanism of interaction of antioxidants with oxygen and / or its active radicals.

Для расчета суммарной антиоксидантной активности используем кинетический критерий.To calculate the total antioxidant activity, we use the kinetic criterion.

К-кинетический критерий отражает количество активных кислородных радикалов, прореагировавших с антиоксидантом (или суммарным содержанием антиоксидантов биологического объекта) за минуту времени. Размерность: мкмоль/л·мин.The K-kinetic criterion reflects the number of active oxygen radicals that have reacted with an antioxidant (or the total content of antioxidants of a biological object) per minute of time. Dimension: μmol / l · min.

Формула:Formula:

Figure 00000013
Figure 00000013

где I - ток электровосстановления кислорода в присутствии сыворотки крови в растворе, мкА, I0 - ток электровосстановления кислорода в отсутствии сыворотки крови в растворе, мкА, C0 - исходная концентрация кислорода в фоновом растворе, мкмоль/л, t - время протекания реакции, мин. Тангенс угла наклона полученной зависимости, умноженный на исходную концентрацию молекулярного кислорода в растворе (справочная величина), является показателем суммарной антиоксидантной активности исследуемого биологического объекта.where I is the oxygen electroreduction current in the presence of blood serum in the solution, μA, I 0 is the oxygen electroreduction current in the absence of blood serum in the solution, μA, C 0 is the initial oxygen concentration in the background solution, µmol / l, t is the reaction time, min The slope of the obtained dependence, multiplied by the initial concentration of molecular oxygen in the solution (reference value), is an indicator of the total antioxidant activity of the studied biological object.

В качестве сравнения был взят метод спектрофотометрии, широко используемый в биохимических исследованиях для определения суммарной антиоксидантной активности объектов. Спектрофотометрическая методика (СФМ) определения антиоксидантной активности основывалась на способности антиоксидантов конкурировать с нитросиним тетразолием (НСТ) за супероксидные анион радикалы кислорода, образующиеся в результате аэробного взаимодействия восстановленной формы никотинамидадениндинуклеотида (НАД·Н) и феназинметасульфата (ФМС). В результате этой реакции НСТ восстанавливается с образованием формазана (синего цвета). В присутствии антиоксидантов процент восстановления НСТ уменьшается.As a comparison, the spectrophotometry method was widely used in biochemical studies to determine the total antioxidant activity of objects. The spectrophotometric method (SPS) for determining antioxidant activity was based on the ability of antioxidants to compete with nitro blue tetrazolium (HCT) for superoxide anion oxygen radicals resulting from aerobic interaction of the reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide (NAD · H) and phenazine metasulfate (PMS). As a result of this reaction, HCT is restored to formazan (blue). In the presence of antioxidants, the percentage of HCT reduction is reduced.

Количественные параметры протекающей реакции определяются путем измерения оптической плотности реакционной смеси при длине волны 560 нм.The quantitative parameters of the proceeding reaction are determined by measuring the optical density of the reaction mixture at a wavelength of 560 nm.

В таблице 2 представлены результаты сравнительных определений показателя суммарной антиоксидантной активности сыворотки крови здорового человека (выборка из 50 результатов), измеренного двумя различными методами.Table 2 presents the results of comparative determinations of the total antioxidant activity of blood serum of a healthy person (sample of 50 results), measured by two different methods.

Полученные результаты хорошо коррелируют между собой. Однако спектрофотометрическая методика показала заниженные результаты, что также подтверждалось и на образцах стандартных антиоксидантов. Вольтамперометрическая методика определения показателя суммарной антиоксидантной активности сыворотки крови человека оказалась более чувствительной, удобной в работе, требовала меньше реактивов для проведения анализа и меньшей пробоподготовки, что, несомненно, указывало на ее конкурентные преимущества.The results obtained correlate well with each other. However, the spectrophotometric technique showed underestimated results, which was also confirmed on samples of standard antioxidants. The voltammetric method for determining the indicator of the total antioxidant activity of human blood serum turned out to be more sensitive, convenient to use, required fewer reagents for analysis and less sample preparation, which undoubtedly indicated its competitive advantages.

В данном исследовании использовалась сыворотка крови 10-ти пациентов мужского пола, в возрасте от 23 до 42 лет с диагнозом синдрома алкогольной зависимости 2 ст., 10-ти пациентов мужского пола в возрасте от 30 до 40 лет с диагнозом шизофрении, 10-ти пациентов мужского пола в возрасте от 40 до 50 лет с диагнозом депрессии, проходивших стационарное лечение в областной психиатрической больнице г.Томска. В ходе эксперимента троекратно брали кровь на анализ в течение 10 дней в процессе лечебных мероприятий. Методика проведения исследований была идентична.In this study, the blood serum of 10 male patients aged 23 to 42 years old with a diagnosis of alcohol addiction syndrome of 2 tbsp. 10 male patients aged 30 to 40 years old with a diagnosis of schizophrenia, 10 patients was used. males aged 40 to 50 years old with a diagnosis of depression undergoing inpatient treatment in the regional psychiatric hospital in Tomsk. During the experiment, blood was taken three times for analysis within 10 days in the course of therapeutic measures. The research methodology was identical.

При исследовании суммарной АОА сыворотки крови пациентов с диагнозом алкоголизма использовался метод катодной вольтамперометрии. В таблице 3 представлены результаты определения показателя суммарной АОА сыворотки крови пациентов с диагнозом алкоголизма 2 ст. по 10-ти пациентам.In the study of total AOA of the blood serum of patients with a diagnosis of alcoholism, the method of cathodic voltammetry was used. Table 3 presents the results of determining the total AOA of the blood serum of patients with a diagnosis of alcoholism of 2 tbsp. for 10 patients.

На фиг.2 представлены результаты зависимости средних значений показателя суммарной антиоксидантной активности сыворотки крови больных алкоголизмом в динамике лечения.Figure 2 presents the results of the dependence of the average values of the total antioxidant activity of the blood serum of patients with alcoholism in the dynamics of treatment.

Низкая антиоксидантная активность сыворотки крови пациентов при поступлении в стационар (К=0,181±0,042 мкмоль/л·мин), по-видимому, объясняется депрессивным состоянием организма после периода длительного употребления алкоголя. Токсические эффекты этанола истощают протекторные системы крови. Снижение суммарной антиоксидантной активности сыворотки после ряда внутривенных вливаний (полиионная смесь), вероятно, связано с повышением общей гидратации организма и понижением уровня веществ антиоксидантной природы (К=0.092±0,014 мкмоль/л·мин). На завершающем этапе лечения (6-9 день пребывания в стационаре) наблюдалось значительное повышение суммарной АОА сыворотки крови для всех исследуемых пациентов, что объясняется детоксикацией организма, восстановлением нормального уровня питания пациентов, устранением вегетативных расстройств (реланиум, витамины C, E, A, B6) и в целом улучшением соматического состояния пациентов. Вероятно, это связано с увеличением секреции веществ антиоксидантной природы (аскорбиновая кислота, токоферол, мочевая кислота) в крови больных алкоголизмом. Однако необходимо отметить, что даже на заключительном этапе терапии средний уровень суммарной антиоксидантной активности сыворотки больных алкоголизмом (0,625±0,044 мкмоль/л·мин) оставался значимо ниже аналогичного показателя здоровых доноров (0,9-1,1 мкмоль/л·мин). В этой связи представляется оправданным более широкое использование антиоксидантов в терапии больных алкоголизмом и продолжение исследований данного направления.The low antioxidant activity of the blood serum of patients upon admission to the hospital (K = 0.181 ± 0.042 μmol / L · min) is apparently due to the depressed state of the body after a period of prolonged alcohol consumption. The toxic effects of ethanol deplete the protective systems of the blood. A decrease in the total antioxidant activity of serum after a series of intravenous infusions (polyionic mixture) is probably associated with an increase in the total hydration of the body and a decrease in the level of substances of an antioxidant nature (K = 0.092 ± 0.014 μmol / l · min). At the final stage of treatment (day 6–9 in the hospital), a significant increase in the total AOA of blood serum was observed for all studied patients, which is explained by detoxification of the body, restoration of the patient’s normal nutritional level, and elimination of autonomic disorders (relanium, vitamins C, E, A, B 6 ) and overall improvement in the somatic state of patients. This is probably due to an increase in the secretion of antioxidant substances (ascorbic acid, tocopherol, uric acid) in the blood of patients with alcoholism. However, it should be noted that even at the final stage of therapy, the average level of the total antioxidant activity of the serum of patients with alcoholism (0.625 ± 0.044 μmol / l · min) remained significantly lower than that of healthy donors (0.9-1.1 μmol / l · min). In this regard, the wider use of antioxidants in the treatment of patients with alcoholism and the continuation of research in this direction seems justified.

Для пациентов, больных шизофренией, получены следующие данные по оценке суммарной антиоксидантной активности сыворотки крови, представленные в таблице 3.For patients with schizophrenia, the following data were obtained on the assessment of the total antioxidant activity of blood serum, presented in table 3.

Показатель суммарной антиоксидантной активности сыворотки крови пациентов в патологии шизофрении до лечения существенно ниже, чем для здоровых людей (таблица 2). В процессе 10-ти дней лечения данный показатель немного увеличивается, но в значительно меньшей степени, чем при заболевании алкоголизмом. Это косвенно говорит о том, что при патологии шизофрении меняется нормальный метаболизм организма, что ведет к необратимым последствиям. Но положительная динамика все же наблюдается в процессе лечения. Для более существенных выводов по эффективности лечения заболевания требуется более обширный статистический материал.The indicator of the total antioxidant activity of the blood serum of patients in the pathology of schizophrenia before treatment is significantly lower than for healthy people (table 2). In the process of 10 days of treatment, this indicator slightly increases, but to a much lesser extent than with alcoholism. This indirectly suggests that the pathology of schizophrenia changes the normal metabolism of the body, which leads to irreversible consequences. But a positive trend is still observed in the treatment process. More significant findings on the effectiveness of treatment for the disease require more extensive statistical material.

Выявлено также, что показатель суммарной антиоксидантной активности сыворотки крови человека зависит от длительности заболевания, возраста пациента. Например, в начальной стадии заболевания (пациент под шифром 6 в таблице 3) показатель антиоксидантной активности имеет значение, более близкое к показателю здорового человека.It was also revealed that the indicator of the total antioxidant activity of human serum depends on the duration of the disease, the age of the patient. For example, in the initial stage of the disease (the patient under code 6 in table 3), the indicator of antioxidant activity has a value closer to that of a healthy person.

Способ отличается наибольшей безопасностью, т.к. произошла замена ртутно-пленочного электрода на стеклоуглеродный.The method is most secure, because the mercury-film electrode was replaced by a glassy carbon one.

Данный способ одинаково эффективен как в анализе биологических объектов (плазма, сыворотка крови), так и в водных и неводных (спиртовых, апротонных) средах экстрактах растений, продуктов питания и других объектов. Способ не требует длительной пробоподготовки. Достаточно перевести образец в растворимое состояние в водной, спиртовой или апротонной среде, поэтому способ экспрессен и не требует дорогостоящей аппаратуры. Для пробоподготовки сыворотки крови у пациентов в условиях клинической лаборатории осуществляли забор 5 мл венозной крови. Кровь помещали в бюкс, закрывали крышкой и устанавливали в центрифугу. Центрифугирование проводили при 1500 об/мин в течение 10 мин после этого кровь отслаивается от сыворотки и производят забор 2 мл сыворотки крови для анализа. Время проведения одного определения не более 15 минут. Способ не требует добавления в раствор посторонних веществ, т.к. используется растворенный кислород в исследуемом водном или неводном растворе. Ток электровосстановления кислорода в исходном растворе соответствует его растворимости в используемом растворителе при нормальных условиях.This method is equally effective both in the analysis of biological objects (plasma, blood serum), and in aqueous and non-aqueous (alcohol, aprotic) media extracts of plants, food and other objects. The method does not require lengthy sample preparation. It is enough to transfer the sample to a soluble state in an aqueous, alcoholic or aprotic environment, therefore, the method is rapid and does not require expensive equipment. For sample preparation of blood serum in patients in a clinical laboratory, 5 ml of venous blood was taken. Blood was placed in the bottle, covered with a lid and installed in a centrifuge. Centrifugation was carried out at 1500 rpm for 10 min after which the blood exfoliates from the serum and 2 ml of blood serum is collected for analysis. The time for one determination is no more than 15 minutes. The method does not require the addition of foreign substances to the solution, because dissolved oxygen is used in the test aqueous or non-aqueous solution. The current of electroreduction of oxygen in the initial solution corresponds to its solubility in the solvent used under normal conditions.

Для определения суммарной антиоксидантной активности в данном способе используется метод катодной вольтамперометрии. В качестве прибора можно использовать полярограф или вольтамперометрический анализатор любого типа с подключенной к нему электрохимической ячейкой, состоящей из рабочего стеклоуглеродного электрода и хлорид-серебряного электрода сравнения, опущенных в раствор фонового электролита. В качестве фонового электролита для водных сред использовался фосфатный буфер pH 6,86, для апротонных сред 0.1 М NaClO4, для биологических объектов 0.9% NaCl (физиологический раствор).To determine the total antioxidant activity in this method, the method of cathodic voltammetry is used. As a device, you can use a polarograph or voltammetric analyzer of any type with an electrochemical cell connected to it, consisting of a working glassy carbon electrode and a silver-silver reference electrode, immersed in a background electrolyte solution. A pH 6.86 phosphate buffer was used as a background electrolyte for aqueous media, 0.1 M NaClO 4 for aprotic media, 0.9% NaCl for biological objects (physiological saline).

Перед проведением эксперимента необходимо подготовить рабочий электрод: рабочую поверхность (стеклографитовую поверхность) обрабатывают в течение (1-2) с концентрированной азотной кислотой, промывают дистиллированной водой и проводят очистку поверхности при помощи лезвия или липкой ленты путем удаления верхних поверхностных слоев.Before the experiment, it is necessary to prepare a working electrode: the working surface (glass-graphite surface) is treated for (1-2) with concentrated nitric acid, washed with distilled water and the surface is cleaned with a blade or adhesive tape by removing the upper surface layers.

Подготовленные электроды хранить в чистом сухом стаканчике.Store prepared electrodes in a clean, dry cup.

Подготовленные к работе рабочий стеклоуглеродный электрод и хлорид-серебряный электрод сравнения опускаются в раствор фонового электролита (5 мл) и подключаются к прибору. Исследуемые образцы переводят в растворимое состояние в водной, спиртовой или апротонной среде, растворяя 1 г (1 мл) образца в 50-100 мл растворителя.A working glassy carbon electrode and a silver-silver reference electrode prepared for work are lowered into a background electrolyte solution (5 ml) and connected to the device. The test samples are transferred into a soluble state in an aqueous, alcoholic or aprotic environment, dissolving 1 g (1 ml) of the sample in 50-100 ml of solvent.

Методика эксперимента заключается в съемке вольтамперограмм первой волны катодного тока электровостановления кислорода в области потенциалов от 0 до -0.1 B без добавления и с последующим добавлением приготовленного раствора исследуемого образца. Используется режим дифференциальной катодной вольтамперометрии, скорость развертки потенциала W=50 мВ/с. Устанавливают время 10-30 с - перемешивание раствора с помощью вибрации электродов и 10-30 с - успокоение раствора перед съемкой. Рекомендуется строго контролировать время перемешивания и успокоения раствора для повышения точности определения.The experimental technique consists in taking voltammograms of the first wave of the cathode current of oxygen electroreduction in the potential region from 0 to -0.1 V without addition and with the subsequent addition of the prepared solution of the test sample. The differential cathodic voltammetry mode is used, the potential sweep speed is W = 50 mV / s. Set the time 10-30 s - mixing the solution using vibration of the electrodes and 10-30 s - calming the solution before shooting. It is recommended to strictly control the mixing and calming times of the solution to increase the accuracy of determination.

По результатам эксперимента строят график зависимости относительного тока электровосстановления кислорода

Figure 00000014
от времени взаимодействия суммарного содержания антиоксидантов в образце с кислородом и его активными радикалами (t):According to the results of the experiment, a graph of the relative current of oxygen electroreduction is built
Figure 00000014
from the time of interaction of the total content of antioxidants in the sample with oxygen and its active radicals (t):

Figure 00000015
,
Figure 00000015
,

где I - текущее значение тока электровосстановления кислорода в присутствии образца в растворе, Io - ток электровосстановления кислорода в фоновом электролите в отсутствие образца в растворе (начальное значение), C - концентрация образца в растворе (г/мл), V - общий объем исследуемого раствора (мл). По данному графику выбирается линейный участок кривой (в области малых концентраций), тангенс угла наклона которого служит коэффициентом суммарной антиоксидантной активности образца (К).where I is the current value of the oxygen electroreduction current in the presence of the sample in the solution, I o is the oxygen electroreduction current in the background electrolyte in the absence of the sample in the solution (initial value), C is the concentration of the sample in the solution (g / ml), V is the total volume of the studied solution (ml). According to this graph, a linear portion of the curve is selected (in the region of low concentrations), the slope of which serves as a coefficient of the total antioxidant activity of the sample (K).

Таблица 1Table 1 Способ определения показателя суммарной антиоксидантной активности биологических объектов методом катодной вольтамперометрииThe method of determining the total antioxidant activity of biological objects by cathodic voltammetry № группыGroup number 1 группа1 group 2 группа2 group 3 группа3 group Названия веществSubstance names Металлокомплексы (каталаза, фталоцианины, порфирины металлов, гуминовые кислоты)Metal complexes (catalase, phthalocyanines, metal porphyrins, humic acids) Соединения фенольной природы (витамины A, E, C, B, аскорбаты металлов, флавоноиды, кумарины, коэнзим Q10, экстракты растений)Phenolic compounds (vitamins A, E, C, B, metal ascorbates, flavonoids, coumarins, coenzyme Q 10 , plant extracts) N, S, Se - содержащие биологически активные вещества (Se содержащие БАД, производные антипирина и антипириламида)N, S, Se - containing biologically active substances (Se containing dietary supplements, derivatives of antipyrine and antipyrylamide) Влияние на ЭВ O2 Effect on EV O 2 Увеличение тока ЭВ O2, сдвиг потенциала в отрицательную областьThe increase in current EM O 2 , the shift of the potential to the negative region Уменьшение тока ЭВ O2, сдвиг потенциала в положительную областьThe decrease in the current EM 2 , the shift of the potential to the positive region Уменьшение тока ЭВ O2, сдвиг потенциала в отрицательную областьThe decrease in the current EM 2 , the shift of the potential to the negative region Предполагаемый электродный механизмEstimated Electrode Mechanism Механизм ЕС* с последующей реакцией диспропорционированияEU mechanism * followed by a disproportionation reaction Механизм ЕСEU mechanism Механизм СЕСCEC mechanism Примечание: E - электродная стадия процесса, C - химическая реакция.Note: E is the electrode stage of the process, C is a chemical reaction.

Таблица 2table 2 Номер образца сыворотки крови человека без видимых патологийThe number of the sample of human serum without visible pathologies К, мкмоль/л·минK, μmol / l · min Δ, %Δ,% спектрофотометрический методspectrophotometric method вольтамперометрический методvoltammetric method 1one 0.830.83 0.850.85 2.302.30 22 0.950.95 1.011.01 6.126.12 33 0.930.93 0.970.97 4.214.21 4four 0.870.87 0.910.91 4.494.49 55 0.920.92 1.001.00 8.338.33

Таблица 3Table 3 Шифр пациентаPatient Code К, мкмоль/л·минK, μmol / l · min поступление в стационарadmission to hospital период детоксикации (2 дня в стационаре)detoxification period (2 days in hospital) после 10-ти дней лечения в стационареafter 10 days of treatment in a hospital 1one 0.11±0,040.11 ± 0.04 0.08±0,020.08 ± 0.02 0.82±0,030.82 ± 0.03 22 0.21±0,030.21 ± 0.03 0.11±0,040.11 ± 0.04 0.81±0,050.81 ± 0.05 33 0.02±0,010.02 ± 0.01 0.02±0,010.02 ± 0.01 0.15±0,040.15 ± 0.04 4four 0.41±0,030.41 ± 0.03 0.12±0,040.12 ± 0.04 0.72±0,040.72 ± 0.04 55 0.25±0,050.25 ± 0.05 0.15±0,020.15 ± 0.02 0.63±0,030.63 ± 0.03 66 0.32±0,020.32 ± 0.02 0.11±0,030.11 ± 0.03 0.54±0,060.54 ± 0.06 77 0.02±0,010.02 ± 0.01 0.02±0,010.02 ± 0.01 0.44±0,040.44 ± 0.04 88 0.32±0,050.32 ± 0.05 0.13±0,050.13 ± 0.05 0.65±0,050.65 ± 0.05 88 0.21±0,040.21 ± 0.04 0.13±0,040.13 ± 0.04 0.75±0,040.75 ± 0.04 1010 0.04±0,020.04 ± 0.02 0.04±0,010.04 ± 0.01 0.35±0,030.35 ± 0.03

Claims (1)

Вольтамперометрический способ определения суммарной активности антиоксидантов, включающий процесс восстановления вещества на электроде в растворе электролита, отличающийся тем, что в качестве модельной реакции используют процесс электровосстановления кислорода, который проводят на стеклоуглеродном электроде на фоне фосфатный буфер рН 6,86 в водной среде, 0,1М NaCIO4 в апротонной среде или 0,9% NaCI в сыворотке крови, регистрацию катодных волн одноэлектронного восстановления кислорода ведут в режиме дифференцирования при скорости развертки потенциала 50 мВ/с, суммарную антиоксидантную активность определяют по относительному изменению тока электровосстановления кислорода в интервале потенциалов от 0 до 1,0 В от времени взаимодействия суммарного содержания антиоксидантов в образце с кислородом и его активными радикалами (t), используя кинетический критерий, отражающий количество активных кислородных радикалов, прореагировавших с антиоксидантом, или суммарным содержанием антиоксидантов биологического объекта за минуту времени: мкмоль/л мин
Figure 00000016

где I - ток электровосстановления кислорода в присутствии сыворотки крови в растворе, мкА;
I0 - ток электровосстановления кислорода в отсутствии сыворотки крови в растворе, мкА;
С0 - исходная концентрация кислорода в фоновом растворе, мкмоль/л,
t - время протекания реакции, мин;
тангенс угла наклона полученной зависимости, умноженный на исходную концентрацию молекулярного кислорода в растворе (справочная величина), является показателем суммарной антиоксидантной активности исследуемого биологического объекта.
A voltammetric method for determining the total activity of antioxidants, including the process of reducing a substance on an electrode in an electrolyte solution, characterized in that the process of oxygen electroreduction is used as a model reaction, which is carried out on a glassy carbon electrode against a phosphate buffer pH 6.86 in an aqueous medium, 0.1 M NaCIO 4 in an aprotic medium or 0.9% NaCI in blood serum, the cathode waves of one-electron oxygen reduction are recorded in differentiation mode at a sweep speed potential 50 mV / s, the total antioxidant activity is determined by the relative change in the oxygen electroreduction current in the range of potentials from 0 to 1.0 V from the time of the interaction of the total antioxidant content in the sample with oxygen and its active radicals (t) using a kinetic criterion that reflects the amount active oxygen radicals that have reacted with an antioxidant, or the total content of antioxidants of a biological object per minute of time: μmol / l min
Figure 00000016

where I is the current of oxygen electroreduction in the presence of blood serum in solution, μA;
I 0 is the current of oxygen electroreduction in the absence of blood serum in solution, μA;
With 0 - the initial concentration of oxygen in the background solution, µmol / l,
t is the reaction time, min;
the slope of the obtained dependence, multiplied by the initial concentration of molecular oxygen in the solution (reference value), is an indicator of the total antioxidant activity of the studied biological object.
RU2010127058/15A 2010-07-01 2010-07-01 Method of determining index of total antioxidant activity of biological objects by method of cathode voltammetry RU2449275C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010127058/15A RU2449275C2 (en) 2010-07-01 2010-07-01 Method of determining index of total antioxidant activity of biological objects by method of cathode voltammetry

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010127058/15A RU2449275C2 (en) 2010-07-01 2010-07-01 Method of determining index of total antioxidant activity of biological objects by method of cathode voltammetry

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010127058A RU2010127058A (en) 2012-01-10
RU2449275C2 true RU2449275C2 (en) 2012-04-27

Family

ID=45783423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010127058/15A RU2449275C2 (en) 2010-07-01 2010-07-01 Method of determining index of total antioxidant activity of biological objects by method of cathode voltammetry

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2449275C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523564C1 (en) * 2012-12-03 2014-07-20 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы Научно-исследовательский институт скорой помощи имени Н.В. Склифосовского Департамента здравоохранения г. Москвы Method for measuring antioxidant activity of biological fluids
RU2707498C1 (en) * 2019-08-02 2019-11-27 Ирина Дмитриевна Щеголева Method for determining antioxidant activity of tea
RU2752017C1 (en) * 2020-12-18 2021-07-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Method for determining anti-radical activity of substances

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2224997C1 (en) * 2002-06-06 2004-02-27 Томский политехнический университет Volt-ampere method determining summary activity of antioxidants
RU2235998C2 (en) * 2002-11-14 2004-09-10 Уральский государственный экономический университет Method of determination of oxidant/anti-oxidant activity of solutions

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2224997C1 (en) * 2002-06-06 2004-02-27 Томский политехнический университет Volt-ampere method determining summary activity of antioxidants
RU2235998C2 (en) * 2002-11-14 2004-09-10 Уральский государственный экономический университет Method of determination of oxidant/anti-oxidant activity of solutions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Chevion S., Roberts M.A., Chevion M. The use of cyclic voltammetry for the evaluation of antioxidant capacity. Free radical biology and medicine, 2000, v.28, № 6, p.860-870. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2523564C1 (en) * 2012-12-03 2014-07-20 Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы Научно-исследовательский институт скорой помощи имени Н.В. Склифосовского Департамента здравоохранения г. Москвы Method for measuring antioxidant activity of biological fluids
RU2707498C1 (en) * 2019-08-02 2019-11-27 Ирина Дмитриевна Щеголева Method for determining antioxidant activity of tea
RU2752017C1 (en) * 2020-12-18 2021-07-22 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Method for determining anti-radical activity of substances

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010127058A (en) 2012-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kohen et al. Overall low molecular weight antioxidant activity of biological fluids and tissues by cyclic voltammetry
Paynter Changes in activity of the manganese superoxide dismutase enzyme in tissues of the rat with changes in dietary manganese
Baz et al. Oxidant/antioxidant status in patients with psoriasis
AU2014311977B2 (en) Device and methods of using device for detection of hyperammonemia
KÖSE et al. Oxidative stress and antioxidant defenses in plasma of patients with Behcet's disease
Grigorieva et al. Measurement of plasma hemoglobin peroxidase activity
Plotnikov et al. Comparative investigation of antioxidant activity of human serum blood by amperometric, voltammetric and chemiluminescent methods
KR102051811B1 (en) Biosensor for measuring glucose comprising cytoplasmic filter
Ziyatdinova et al. The application of coulometry for total antioxidant capacity determination of human blood
Georgakopoulos et al. Tear analysis of ascorbic acid, uric acid and malondialdehyde with capillary electrophoresis
Giebisch Measurements of pH, chloride and inulin concentrations in proximal tubule fluid of Necturus
Hoagland et al. Constituents of Elementary Bodies of Vaccinia: IV. Demonstration of Copper in the Purified Virus
EP3289353A1 (en) Device and methods of using device for detection of hyperammonemia
RU2449275C2 (en) Method of determining index of total antioxidant activity of biological objects by method of cathode voltammetry
O'Riordan et al. In vivo characterisation of a catalase-based biosensor for real-time electrochemical monitoring of brain hydrogen peroxide in freely-moving animals
Bohnenkamp et al. Copper deficiency and erythrocuprein (2Cu, 2Zn-superoxide dismutase)
Khubutiya et al. Measurements of platinum electrode potential in blood and blood plasma and serum
Zloczower et al. Relationship of flow rate, uric acid, peroxidase, and superoxide dismutase activity levels with complications in diabetic patients: can saliva be used to diagnose diabetes?
Blažević et al. Electrochemical detection of vitamin C in real samples
RU2224997C1 (en) Volt-ampere method determining summary activity of antioxidants
RU2356050C1 (en) Method of total antioxidant effect definition for bioactive substances
Aycicek et al. Total antioxidant/oxidant status in meningism and meningitis
Khubutiya et al. Redox potentials of blood serum in patients with acute cerebral pathology
Simmonds et al. Quantitative evaluation of heme biosynthetic pathway parameters as biomarkers of low‐level lead exposure in rats
Abdullin et al. Potentiometric determination of ascorbic acid: Estimation of its contribution to the total antioxidant capacity of plant materials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120702