
Тип работы:	Предмет:	Язык работы:

НЕИНВАЗИВНЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ АНТИОКСИДАНТ/ОКСИДАНТНОЙ АКТИВНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Работа №	102510
Тип работы	Авторефераты (РГБ)
Предмет	химия
Объем работы	24
Год сдачи	2021
Стоимость	250 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено	102

Не подходит работа?

Узнай цену на написание

Содержание

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПУБЛИКАЦИИ

Введение

Актуальность темы исследования. Окислительный стресс (ОС) - дисбаланс между избыточной продукцией оксидантов, инициирующих процессы химического, в том числе свободнорадикального окисления, и активностью системы антиоксидантной защиты организма (АОС), нейтрализующей избыток активных форм кислорода и азота (АФК и АФА-оксиданты), участвующих в указанных выше реакциях. Компоненты АОС - антиоксиданты (АО) - прерывают и ингибируют процессы химического и свободнорадикального окисления. ОС является важным патогенетическим звеном при возникновении и развитии широкого круга болезней, что объясняется универсальностью и ключевой ролью окислительно-восстановительных реакций, происходящих в клетках организма при патологических процессах.
Мониторинг ОС является необходимым условием подбора правильной терапии, диеты и оценки состояния здоровья. Источником информации о степени реализации ОС является антиоксидант/оксидантная активность биологических жидкостей и тканей человека. Разнообразие содержащихся в биологических объектах соединений, обладающих антиоксидантными свойствами, делает задачу определения АО достаточно сложной. Оценить вклад всех отдельных компонентов в деятельность АОС практически невозможно из-за трудоемкости, технической сложности, высокой стоимости анализов, с одной стороны, а с другой, из-за различной природы соединений и синергизма их действия. Перспективным является применение методов, позволяющих определить интегральную антиоксидантную активность (АОА), характеризующую потенциальную возможность антиоксидантного действия всех компонентов, находящихся в образце, в совокупности их взаимодействия между собой, синергизма их кооперативного антиоксидантного действия.
Общая антиоксидантная активность биологического объекта как интегральный параметр отражает антиоксидант/оксидантный статус организма в целом и может являться показателем степени выраженности ОС. Окислительно-восстановительные реакции, определяющие антиоксидант/оксидантный статус организма, имеют электрохимическую природу, поэтому наиболее перспективно использование для определения АОА электрохимических методов, позволяющих оценить донорно-акцепторные свойства исследуемой системы и отличающихся достаточной чувствительностью, простотой аналитической процедуры, экспрессностью, невысокой стоимостью аппаратуры и реактивов, простотой автоматизации измерений. Весьма важным является отсутствие необходимости использовать метод добавок.
В представленной работе, в качестве методов исследования общей антиоксидант/оксидантной активности (АОА/ОА) биологических объектов (слюна, эякулят, кожа), использованы хроноамперометрический и потенциометрический методы. Их модернизация и адаптация к анализу ряда биологических объектов создаёт условия для внедрения мониторинга ОС в клиническую практику.
Диссертационная работа выполнена при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований № 12-00-14037-Ир «Доступ к электронным научным информационным ресурсам зарубежных издательств» (2012 г.) и № 13-08-96050-р_урал_а «Научные основы разработки автоматизированных средств оценки состояния антиоксидантной защиты (оксидантного стресса) организма человека» (2013-2015 гг.).
Степень научной разработанности темы
В настоящее время распространены два основных подхода к оценке антиоксидантного статуса организма. Первый заключается в прямом определении содержания отдельных высокомолекулярных и низкомолекулярных антиоксидантов. Второй основан на оценке общей антиоксидантной активности. Принимая во внимание большое количество разнообразных АО, различие механизмов и синергизм их действия в организме, следует считать второй подход предпочтительным и более информативным. Проблема оценки антиоксидантного статуса организма заключается в том, что из -за отсутствия единства подходов и терминологии, данные, полученные разными методами, как правило, несопоставимы.
Для мониторинга ОС используют показатель антиоксидантной активности крови или её фракций, что требует забора крови и делает метод инвазивным. К неинвазивным методам можно отнести определение АОА/ОА слюны, семенной жидкости и кожи человека. Снижение АОА слюны свидетельствует о наличии болезней ротовой полости, а также некоторых внутренних процессов в организме. АОА/ОА семенной жидкости связано с состоянием репродуктивной системы мужчин. Существование взаимосвязи между состоянием организма и кожи дает основания полагать, что показатель АОА/ОА кожи может служить источником информации о проблемах со здоровьем и основой для создания новых аналитических методов мониторинга состояния здоровья человека и скрининга населения с целью выявления, в частности, групп риска и заболеваний в начальных стадиях.
Другой весьма важной проблемой является определение оксидантной активности. Сложности мониторинга оксидантов (Ох) связаны как с крайне малым временем жизни АФК, так и со сложностью и высокой стоимостью оборудования.
Развитие представленных в диссертационной работе методов аналитической химии позволит получить прямую информацию об интегральной величине антиоксидант/оксидантной активности биологических объектов простым доступным способом. Эта информация будет полезна в оценке состояния здоровья, эффективности терапии и скрининге населения.
Цель работы: создание гибридного варианта хроноамперометрического метода и развитие потенциометрического метода для неинвазивного мониторинга антиоксидант/оксидантного состояния биологических объектов (слюна, семенная жидкость, кожа человека).
Для реализации поставленной цели потребовалось решение следующих задач:
1. Исследовать возможность количественной оценки результата взаимодействия АО с ^[Ре^^б] хроноамперометрическим методом и разработать алгоритмы определения АОА гибридным хроноамперометрическим методом, в котором в качестве сигналообразующей используется предшествующая реакция АО с ^[Ре^^б.
2. Исследовать закономерности изменения потенциала медиаторной системы Кз[Ре(С^б]/К4[Ре(С^б] в присутствии образцов, содержащих оксиданты и антиоксиданты, и разработать алгоритмы определения АОА/ОА гибридным потенциометрическим методом.
3. Разработать методики определения общей АОА слюны, кожи, АОА/ОА семенной жидкости гибридными хроноамперометрическим и потенциометрическим методами.
4. Исследовать взаимосвязь АОА/ОА семенной жидкости с состоянием репродуктивной функции мужчин, а также влияние косметических кремов и потребляемых напитков на величину общей АОА кожи.
Научная новизна
1. Предложен гибридный хроноамперометрический вариант определения АОА раствора, включающий предшествующую химическую реакцию взаимодействия Кз[Ре(С^б] с АО в качестве сигналообразующей и регистрацию тока окисления продукта реакции (К4[Ре(С^б]). Разработан неинвазивный способ определения АОА слюны гибридным хроноамперометрическим методом.
2. Интерпретированы результаты исследования процессов, происходящих при взаимодействии медиаторной системы с оксидантами и антиоксидантами, совместно присутствующими в пробе. Установлено, что взаимодействие оксидантов с восстановленной формой компонента медиаторной системы сопровождается сдвигом потенциала в сторону положительных значений, а взаимодействие антиоксидантов с окисленной формой компонента медиаторной системы сопровождается последующим сдвигом потенциала в сторону отрицательных значений.
3. Предложен новый подход к исследованию АОА/ОА семенной жидкости, заключающийся в обнаружении оксидантов и антиоксидантов в семенной жидкости в одном измерении.
4. Установлена взаимосвязь показателя АОА/ОА семенной жидкости с состоянием репродуктивной функции мужчин.
5. Впервые исследовано влияние косметических кремов и потребляемых напитков
на АОА кожи. Показана взаимосвязь состава косметической продукции и напитков с величиной АОА кожи, измеренной с использованием неинвазивного потенциометрического метода.
Теоретическая и практическая значимость
Исследовано взаимодействие АО с Кз[Ре(С^б] в качестве предшествующей реакции с последующей регистрацией тока окисления продукта (Кд[Ре(СК)б])
хроноамперометрическим методом. Показана возможность количественной оценки результата этого взаимодействия.
Разработана методика определения АОА слюны хроноамперометрическим методом, не требующая пробоподготовки.
Впервые показано наличие оксидантов и антиоксидантов в семенной жидкости при патологических состояниях и предложен механизм их взаимодействия с медиаторной системой.
Разработана и аттестована методика определения общей антиоксидант/оксидантной активности семенной жидкости мужчин методом потенциометрии. Свидетельство об аттестации № 222.0067/01.00258/2014 выдано ФГУП “УНИИМ”.
Разработанные методики и алгоритмы использованы в интерфейсах новых потенциометрических анализаторов:
- «Антиоксидант», предназначенном для определения АОА/ОА растворов;
- «ПА-8», предназначенном для определения АОА/ОА кожи.
Показана возможность использования разработанных подходов и методик определения АОА/ОА семенной жидкости в диагностических целях для выявления патологии репродуктивной функции мужчин.
Результаты исследований воздействия косметических средств на антиоксидантную активность кожи позволяют рекомендовать использование неинвазивного варианта гибридного потенциометрического метода в косметической промышленности для оптимизации состава и технологии получения продукта с антиоксидантными свойствами для конкретной возрастной категории потребителей.
Методология и методы исследования
Основными методами исследования общей АОА в данной работе являлись потенциометрия и хроноамперометрия, как наиболее простые, информативные, более полно отвечающие природе окислительно-восстановительных процессов. Методология исследования состояла в сочетании предшествующей сигналообразующей окислительно-восстановительной реакции окисленной формы медиаторной системы с последующей потенциометрической или хроноамперометрической регистрацией аналитического сигнала. Выбор условий регистрации хроноамперограмм осуществляли при помощи метода циклической вольтамперометрии.
Антиоксидант/оксидантную активность семенной жидкости и антиоксидантную активность кожи определяли гибридным потенциометрическим методом. Результаты определения АОА слюны развитым в настоящей работе гибридным хроноамперометрическим методом сравнивали с результатами, полученными стандартизированным потенциометрическим методом.
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты исследования взаимодействия АО с Кз[Ге(СУ)б] в качестве предшествующей реакции с последующей регистрацией тока окисления продукта (К.||Не(С)б|) хроноамперометрическим методом.
2. Способ обнаружения антиоксидантов и оксидантов при совместном присутствии в семенной жидкости гибридным потенциометрическим методом.
3. Алгоритмы определения АОА слюны гибридным хроноамперометрическим и потенциометрическим методами; АОА кожи, АОА/ОА семенной жидкости гибридным потенциометрическим методом с использованием медиаторной системы.
4. Результаты неинвазивного анализа реальных объектов (слюны, семенной жидкости и кожи человека) гибридными хроноамперометрическим и потенциометрическим методами.
5. Результаты, указывающие на взаимосвязь АОА/ОА семенной жидкости с состоянием репродуктивной функции мужчин, а также влияние косметических кремов и потребляемых напитков на величину общей АОА кожи.
Степень достоверности и апробация результатов
Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается использованием современных методов измерений, и данными метрологической оценки, проведённой службой аттестации и сертификации (ФГУП «Уральский научно-исследовательский институт метрологии»).
Основные результаты работы представлены на VIII Международной конференции «Биоантиоксидант» (Москва, 2010 г); Съезде аналитиков «Аналитическая химия - новые методы и возможности» (Москва, 2010 г); Симпозиуме с международным участием «Теория и практика электроаналитической химии» (Томск, 2010 г.); Третьем международном конкурсе научных работ молодых ученых в области нанотехнологий (Москва, 2010 г.); VIII Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа с международным участием «Электрохимические методы анализа» (Уфа- Абзаково, 2012 г.); IV Международной научно-практической конференции «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды» (Челябинск, 2012 г.); VII всероссийской конференции Молодых учёных, аспирантов и студентов c международным участием по химии и наноматериалам (Санкт-Петербург, 2013 г.); IX Всероссийской конференции «Химия и медицина» с Молодежной научной школой по органической химии (УФА, 2013 г.); Втором съезде аналитиков России (Москва 2013 г.).
Личный вклад соискателя состоял в постановке и решении основных задач, планировании и проведении экспериментальных исследований, обработке, интерпретации и систематизации полученных результатов.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 статьи в рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК РФ и Аттестационным советом и входящих в международные базы Scopus и Web of Science, и 9 тезисов докладов, представленных на различных конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 165 ссылок на отечественные и зарубежные работы и приложения. Работа изложена на 129 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 20 таблиц.

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!

ДИПЛОМНЫЕ МАГИСТЕРСКИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Курсовые Статьи Диплом Рязань

Заключение

1. Предложен и развит новый гибридный вариант хроноамперометрического метода, включающий предшествующую химическую реакцию восстановления Кз[Ее(СХ)б] антиоксидантами пробы. Показана линейная зависимость тока окисления продукта этой реакции - Кд[Ее(СХ)б] от концентрации модельных АО (АК, МК, глутатион, цистеин), что позволяет использовать приращение тока в качестве аналитического сигнала. Предел обнаружения АО равен 6.9-10-6 М.
2. Предложенный подход апробирован при исследовании биологических образцов. Относительное стандартное отклонение результатов анализа плазмы крови не превышало 9%. Степень корреляции результатов определения АОА предложенным гибридным вариантом хроноамперометрического метода в сравнении со стандартизованным потенциометрическим методом составила 0.89 (Ккрит=0.67), рассчитанные значения критериев Стьюдента и Фишера (Кс,, = 0.32 и Рэксп= 1.03) не превышают критических значений.
3. Разработана методика определения АОА слюны новым гибридным вариантом хроноамперометрического метода, не требующая специальной пробоподготовки. Относительное стандартное отклонение результатов определения АОА слюны не превышает 8%. Степень корреляции результатов определения АОА предложенным гибридным вариантом хроноамперометрического метода в сравнении со стандартизованным потенциометрическим методом составила 0.92 (Ккрит=0.67), рассчитанные значения критериев Стьюдента и Фишера (Кси = 1.48 и Рэксп= 1.91) не превышают критических значений.
4. Исследованы закономерности изменения потенциала медиаторной системы Кз[Ре(С^б]/К4[Ре(С^б] в присутствии образцов, содержащих оксиданты и антиоксиданты. Разработаны алгоритмы определения АОА/ОА гибридным потенциометрическим методом.
5. Разработана методика определения АОА/ОА семенной жидкости, позволяющая оценить АОА и ОА в одном измерении. Диапазон определяемых концентраций АОА составляет 0.2 - 6 ммоль-экв/дм3. Показатели повторяемости и воспроизводимости составляют 7 и 13 %.
6. Установлена взаимосвязь антиоксидант/оксидантной активности семенной жидкости с состоянием репродуктивной системы. Показано, что наличие оксидантной составляющей при исследовании семенной жидкости может указывать на развитие патологий репродуктивной функции мужчин.
7. Развит неинвазивный способ определения антиоксидантной активности кожи гибридным вариантом метода потенциометрии с использованием медиаторной системы, получены результаты, показывающие взаимосвязь величины АОА кожи с:
- составом используемой косметической продукции;
- составом потребляемых напитков;
- патологиями сердечно-сосудистой системы
8. Разработанные алгоритмы определения АОА/ОА биологических жидкостей и тканей реализованы в потенциометрических анализаторах «Антиоксидант» и «ПА-8», предназначенных для определения АОА/ОА семенной жидкости и кожи.

Литература

1. Брайнина, Х. З. Хроноамперометрический метод определения интегральной антиоксидантной активности / Х. З. Брайнина, Д. П. Варзакова, Е. Л. Герасимова // Журнал аналитической химии. - 2012. - Т. 67. - № 4. - С. 409-415. (0.54 п.л. /0.18 п.л.)
Brainina, Kh. Z. A chronoamperometric method for determining total antioxidant activity / Kh. Z. Brainina, D. P. Varzakova, E. L. Gerasimova // Journal of analitical chemistry. - 2012.
- V.67. - №4. - P. 364-369. (0.54 п.л. /0.18 п.л.) (Scopus, WoS)
2. Brainina, Kh. Z. Potentiometric method for evaluating the oxidant/antioxidant activity of seminal and follicular fluids and clinical significance of this parameter for human reproductive function / Kh. Z. Brainina, D. P. Varzakova, E. L. Gerasimova,S. L. Balezin, I. G. Portnov, V. A. Makutina, E. V. Tyrchaninova // The Open Chemical and Biomedical Methods Journal. - 2012. - № 5. - P. 1-7. (0.46 п.л. /0.07 п.л.) (Scopus)
3. Brainina, Kh. Z. Noninvasive Method of Determining Skin Antioxidant/Oxidant Activity: Clinical and Cosmetics Applications / Kh. Z. Brainina, D. P. Varzakova, E. L. Gerasimova, Yan E. Kazakov, L. G. Galperin // Analytical and Bioanalytical Electrochemistry
- 2013. - V. 5. - № 5. - P. 528-542. (0.87 п.л. /0.17 п.л.) (Scopus, WoS)
4. Varzakova, D. P. Noninvasive electrochemical antioxidant activity estimation: saliva analysis / D. P. Varzakova, Kh. Z. Brainina, Yan E. Kazakov , M. B. Vidrevich // Biointerface Research in Applied Chemistry. - 2018. - V.8. - № 5. - Р. 3383-3387. (0.25 п.л. /0.063 п.л.) (Scopus, WoS)
Другие публикации:
5. Герасимова, Е. Л. Хроноамперометрический метод определения интегральной антиоксидантной активности / Е. Л. Герасимова, Д. П. Варзакова // Сб. тез докладов Съезда аналитиков России и Школы молодых учёных «Аналитическая химия - новые методы и возможности». Москва (пансионат «Клязьма») - 2010. - С. 56. (0.08 п.л. /0.04 п.л.)
6. Варзакова, Д. П. Электрохимические сенсоры на основе наночастиц металлов для мониторинга окружающей среды и клинического анализа / Д. П. Варзакова, Л. А. Пьянкова, Т. Ю. Добрынина, Х. З. Брайнина // Тезисы докладов Третьего Международного конкурса работ молодых ученых в области нанотехнологий. Москва. 2010. 1 электрон. опт. диск (DVD-ROM). (0.25 п.л. /0.06 п.л.)
7. Бляхман, Ф. А. Антиоксидантный статус и системная гемодинамика у лиц молодого возраста / Ф. А. Бляхман, Х. З. Брайнина, Д. П. Варзакова, Е. Л. Герасимова, В. Я. Крохолев, В. А. Телешев, Т. Ф. Шкляр // Вестник уральской медицинской академической науки. - 2012. - № 3. - С. 59-61. (0.42 п.л. /0.10 п.л.)
8. Шкляр, Т. Ф. Половой диморфизм антиоксидантного уровня отвечает за контроль артериального давления / Т. Ф. Шкляр, Д. П. Варзакова, Е. Л. Герасимова, Ф. А. Бляхман // Материалы IV Международной науч.- практич. конф. «Адаптация биологических систем к естественным и экстремальным факторам среды». Челябинск - 2012. - С. 134-138. (0.25 п.л. /0.06 п.л.)
9. Герасимова, Е. Л. Неинвазивный метод определения антиоксидантной активности / Е. Л. Герасимова, Д. П. Варзакова, Х. З. Брайнина // Материалы VIII Всероссийской конференции по электрохимическим методам анализа с международным участием «Электрохимические методы анализа (ЭМА-2012)». Уфа-Абзаково - 2012. - С. 71. (0.06 п.л. /0.003 п.л.)
10. Герасимова, Е. Л. Определение оксидантной активности семенной жидкости потенциометрическим методом / Е. Л. Герасимова, Д. П. Варзакова, Л. А. Пьянкова // Тезисы докладов Седьмой всероссийской конференции молодых ученых, аспирантов и студентов с международным участием по химии и нанотехнологиям «Менделеев-2013. Аналитическая химия». Санкт-Петербург - 2013. - С. 104-105. (0.06 п.л. /0.03 п.л.)
11. Брайнина, Х. З. Оксидант/антиоксидантное состояние эякулята, как критерий оценки репродуктивной функции мужчин / Х. З. Брайнина, Д. П. Варзакова, Е. Л. Герасимова, Л. А. Судакова, Н. Ю. Стожко, С. Л. Балезин, М. Я. Ходос // Тезисы докладов IX Всероссийской конференции с молодёжной научной школой по органической химии. «Химия и медицина» Уфа-Абзаково - 2013. - С. 7. (0.08 п.л. /0.03 п.л.)
12. Варзакова, Д. П. Потенциометрический метод оценки антиоксидантной активности кожи / Д. П. Варзакова, Е. Л. Герасимова, М. Г. Маркина, Е. В. Викулова // Тезисы докладов IX Всероссийской конференции с молодёжной научной школой по органической химии. «Химия и медицина» Уфа-Абзаково - 2013. - С. 151. (0.06 п.л. /0.015 п.л.)
13. Брайнина, Х. З. Неинвазивный метод оценки оксидант/антиоксидантной активности кожи / Х. З. Брайнина, Д. П. Варзакова, Е. Л. Герасимова, М. Г Маркина, Е. В. Викулова, Л. А. Судакова, Я. Е. Казаков, Л. Г. Гальперин // Тезисы докладов Второго съезда аналитиков России. Москва - 2013. - С. 444. (0.06 п.л. /0.0075 п.л.)