Биологическая активность каротина и каротиноидов

Биологическая активность каротина и каротиноидов. Биологическая активность каротина, т.е. степень способности его оказывать на организм такое же действие, как и витамин А, зависит эффективность процесса его усвоения и нормальной функции конвертирующего аппарата. Витамин А, как было указано выше, ресорбируется в кишечнике быстрее каротина и в увеличенных дозах совершеннее.

К тому же витамин А, как препарат, поступает в организм исключительно в жировом растворе. Этап конверсии при применении витамина А полностью отпадает.

Каротин же может вводиться в организм в самом разнообразном виде, происходя из различных источников. Таким образом А-витаминная активность каротиновых препаратов - функция многих переменных факторов. Первые исследования каротина, как провитамина А, считали его активность равной активности самого витамина в равных весовых количествах. Это справедливо в идеальном случае, когда чистый -каротин, растворенный в масле, содержащем антиоксиданты, вводится небольшими дозами в нормально функционирующий организм.

Тогда усвояемость того и другого препарата должна быть, примерно, одинаковой, и конверсия каротина в печени произойдет количественно. Следовательно, будет ли введен в организм витамин А или -каротин в том же количестве - результирующей физиологический эффект должен быть тот же самый. Само собой разумеется, что подобное явление может иметь место только при наличии одного -изомера каротина, симметричная молекула которого при конверсии распадается на две равноценных молекулы витамина А. В весовом количестве витамин А получается при этом даже немного больше, если принять в расчет две присоединяющихся при конверсии молекулы воды. Целый ряд экспериментальных наблюдений действительно свидетельствует о том, что -каротин и витамин А в разных весовых количествах почти одинаково восстанавливают рост крыс при небольших дозировках.

Однако, наряду с этим, имеется значительное количество данных, свидетельствующих о более низкой активности каротина по сравнению с витамином А. Джилем с сотрудниками считают, что, вообще говоря, активность витамина А в 1,66 раза выше активности каротина.

Андерхилл и Кауерд на основании биологической проверки пришли к заключению о вдвое высшей активности витамина А по сравнению с каротином. Каррером была найдена даже в десять раз высшая активность витамина А. Все эти разноречивые данные с трудом поддаются сравнению, так как разным исследователям почти невозможно создать идентичные условия биологической пробы.

К тому же и пределы ошибок при биологическом испытании активности могут превышать 100 процентов Кауерд. С другой стороны, возможны ошибки и при химическом определении каротина в продуктах вследствии неучитываемого разложения и изомеризации. Кроме того, А-витаминная активность каротина может колебаться в зависимости от вида животного. Установленные закономерности для крыс нельзя механически переносить на других животных. Играет, повидимому, некоторую роль и возраст особи.

Унгер утверждает, что для здорового взрослого человека нет различия усвояемости между витамином А и каротином. Однако для детей и стариков каротин, будто бы, не может заменить витамин А. Наряду с этим Сандлер подчеркивает благотворное влияние каротина на детей, что между прочим, подтверждается и известной нам практикой отечественных терапевтов. Большое значение для А-витаминной активности каротина имеет состав изомеров в препарате. Если молекула -каротина при конверсии нацело распадается на две молекулы витамина А, то при конверсии молекулы - или -каротинов должна быть равна только половине активности -каротина, что и доказано еще Куном и Брокманом в 1933 году. Однако и в этом, казалось бы вполне ясном вопросе, не обошлось без противоречий.

Эйлер, Каррер и Цубрис не установили большой разницы между - и -каротинами, как факторами роста крыс. Впрочем ростовая функция каротина, согласно современным представлениям, уже не считается главнейшим и характерным признаком его физиологического действия.

Биологическая активность каротина, вводимого с естественными продуктами, зависит также от происхождения этих продуктов, от их обработки перед употреблением в пищу, от способа введения их в организм и величины дозировки, от влияния сопутствующих веществ и от степени насыщенности организма каротином. Литературные данные по этому вопросу, однако, достаточно разноречивы. Согласно Грейвсу каротин зеленых растительных материалов более активен, чем каротин желтых и оранжевых продуктов.

Так, например, активность каротина в варенной моркови, по данным автора достигает лишь 25 активности витимина А. Активность же каротина спаржи равна активности витамина А. По данным Эриксена и Хейгаарда каротин сырой моркови усваивается организмом только на 1 , каротин вареной моркови - на 19 . Для шпината же эти данные соответственно равны 45 и 48 . Шерман нашел, что каротин в шпинате обладает вдвое большей биологической активностью, чем каротин в моркови.

Наряду с этим Смис и Отис утверждают, что активность каротина в шпинате равна активности чистого кристаллического каротина, растворенного в масле активность же моркови - в шесть раз меньше. Такие же несовпадения имеют место и для люцерны, если сравнить данные различных авторов. Подобных примеров можно было бы привести еще большее количество. Предпринятые Шерманом, а также Грейвсом, попытки обобщить все эти наблюдения, следует признать несостоятельными. В вопросе о сравнительной биологической активности витамина А и каротина, попадающего в организм с различными продуктами, нет еще окончательно установившейся определенности.

Биологическая активность содержащих каротин или витамин А препаратов или продуктов выражается в настоящее время в интернациональных единицах I. U Международная конференция по витаминам, состоявшаяся в 1931 году в Лондоне, приняла в качестве стандарта А-витаминной активности чистый, многократно перекристаллизованный каротин, полученный из моркови.

За интернациональную единицу активности условились считать ту активность, которой обладает 1 одна тысячная миллиграмма этого международного стандарта каротина. Впоследствии, однако, выяснилось, что каротин моркови состоит из смеси изомеров и что -изомер отличается по активности от -изомера. Поэтому на следующей конференции, 1934 году, в качестве стандарта А-витаминной активности был принят чистый -каротин, растворенный в кокосовом масле. На основе сравнения активности старого стандарта с активностью -каротина было найдено, что интернациональная единица равна 0,6 -каротина.

Такое выражение А-витаминной активности существует и до сих пор. Гораздо реже можно встретить в литературе выражение А-витаминной активности в так называемых крысиных единицах. Крысиная единица - это то минимальное ежедневное количество -каротина, которое достаточно, чтобы предохранить крысу от А-авитаминоза 1,8-3,0 -каротина. Следует помнить, что количество интернациональных единиц в единице веса какого-либо каротинсодержащего продукта выражает именно биологическую А-витаминную активность данного продукта, но отнюдь не является мерилом количественного содержания каротина, что должно быть ясным на основе всего, сказанного выше. Интернациональной единице соответствует только 0,6 чистого -каротина в кокосовом масле, но не 0,6 каротина, воспринимаемого с различными продуктами.

Бутс и сотрудники ошибочно критикуют опубликованные Пайком данные о А-витаминной активности овощей, полученной в результате биологических испытаний. Сделав простой пересчет каротина, определенного химическим путем в моркови, на витамин А, эти авторы не основательно утверждали, что биологическая активность моркови должна быть гораздо большей, чем это было определенно Пайком.

Это, к сожалению, не единичный случая. Другие исследователи иногда также склонны характеризовать активность препаратов путем простого деления в них каротина на эквивалент интернациональной единицы. Такие данные соответствуют, конечно, не действительной, а, так сказать, потенциальной активности, т.е. такой, которая имела бы место, если бы каротин препарата при идеальных условиях максимально усвоился организмом.

Действительная же активность любого препарата или продукта может быть установлена в результате биологического его испытания по сравнению с принятым международным стандартом. Большой интерес представляет вопрос о зависимости между биологической активностью и строением изомеров каротина и родственных им соединений.

Вдвое меньшая активность - и -каротинов по сравнению с -каротином свидетельствует о том, что как перемещение двойной связи в цикле, так и раскрытие цикла влечет за собой потерю активности. Последнее подтверждается также полным отсутствием А-витаминной активности у каротина и ликопина. Однако и без раскрытия -иононового цикла присоединение к нему кислорода с образованием кетогруппы также связанно с потерей активности. Аналогично влияет на активность и введение в цикл гидроксила.

Так, например, каротиноиды афанин моно-кето каротин и криптоксантин моно-гидрокси каротин имеют половинную по сравнению с -каротином А-витаминную активность за счет сохранившихся в одной половине молекулы неизмененных -иононовых циклов. Обобщая эти наблюдения, можно было бы вывести общее заключение, что половинной, по сравнению с -каротином, витаминной активностью обладают только те каротиновые красящие вещества, у которых в одной половине молекулы имеется неизмененный -иононовый цикл криптоксантин, афанин, миксоксантин, семи каротинон, дигидро каротин, -каротин-моно-эпоксид, мутатохром и др Результаты биологических испытаний соответствуют этим заключениям.

В 1940 году Шормиллер экспериментально подтвердил на большом количестве объектов, что наличие в молекуле неизмененного -иононового цикла является как бы непременным условием биологической активности соединений подобного типа. Однако из этого правила есть некоторые исключения. Специальные исследования показали, что живой организм способен переводить некоторые первичные продукты окисления, гидрирования и галоидирования -иононового цикла обратно в -ионон.

Сказанное относится к -каротин-моно- и ди-эпоксиду, дигидрокаротину и -каротин-ди-иодиду, переходящем в организме в той или иной степени снова в -каротин. Винтерштейн и Функ утверждают, что таким путем можно получить А-витаминно-активное соединение из заведомо неактивного каратиноида родоксантина. Дигидросоединение последнего имеет -иононовое строение, в противоположность самому родоксантину, обладающему -иононовым строением.

Эйлер, Каррер и Цубрис получили активные соединения из неактивных каротиноидов зеаксантина и лютеина, имеющих гидроксилированные циклы, путем замещения гидроксилов на бром действием трехбромистого фосфора. Способность животного организма восстанавливать эпоксиды до образования свободных от кислорода соединений отмечена в последнее время также Каррером и его сотрудниками. А-витаминная активность -каротин-эпоксида, -каротин-ди-эпоксида и лютеохрома была установлена экспериментально на крысах.

Обнаружено, что -каротин-эпоксид активен в дозе 10 , -каротин-ди-эпоксид в дозе 17 и лютеохром в дозе 18 . Следовательно, животный организм способен частично переводить эти соединения соответственно в -каротин, -каротин и мутатохром. Становится также понятным отсутствие активности у аурохрома, так как последний обладает кислородными атомами, заключенными в двух фураноидных группировках, не способных к восстановлению.

Второй структурный элемент молекулы - промежуточная алифатическая цепь - представляется, с первого взгляда, не имеющей никакого влияния на активность, так как она совершенно одинакова у всех каротиновых красящих веществ - активных и неактивных. Однако это не так. Один -ионон, как известно, А-витаминной активностью не обладает. Наличие полиметиновой цепи является непрерывным условием физиологического действия его производных. Каррер в упоминавших выше работах по получению -апо-каротиналей и соответствующих им каротинолов установил, что -апо-2- и -апо-4-каротинали и каротинолы обладают А-витаминной активностью.

Обладает ею, естественно, и -апо-6-каротинол. При дальнейшем же укорочении алифатической цепи активность исчезает. Следовательно активность при наличии -иононового цикла обусловливается также и наличием определенной длины цепи конъюгации, включающей в себя не менее пяти двойных связей. Таким образом витамин А является наиболее экономной природной формой активного соединения, содержащего одни лишь необходимые для биологической активности структурные элементы.

Нарушение конъюгации в алифатической цепи влечет за собой потерю активности. К такому же результату приводит и полное насыщение двойных связей пергидрокаротин. Активность сохраняется лишь тогда, когда примыкающая к -иононовому циклу часть алифатической цепи построена минимум из двух изопреновых остатков. Исследования последних лет показали, что А-витаминную активность -каротина, находящегося в полной трансформе, за 100, то получается следующая картина относительных активностей некоторых стериоизомеров по результатам биологического испытания на крысах -каротин 100 нео каротин U 38 -каротин 53 нео каротин U 13 -каротин 28 про-каротин 44 Из приведенных данных вполне очевидно, что наличие цис-конфигураций в молекуле каротина связано с заметным понижением активности. Таким образом с целью предохранения от потери активности изомеризации длительное нагревание, действующих кислот, света и при производстве препаратов каротина необходимо избегать условий, благоприятствующих его т.д КАРОТИНОИДНЫЙ СОСТАВ СЫВОРОТКИ КРОВИ При исследовании в 1992-97 гг. методом ВЭЖХ содержания каротиноидов в сыворотке крови различных групп населения России недостаточная обеспеченность этими пищевыми веществами суммарный уровень в крови 80 мкг дл была выявлена у 31 взрослого населения г. Москвы, у 53 - г. Норильска, у 59 здоровых детей г. Норильска и у 69-87 детей, страдающих различными заболеваниями, г. Москва. В каротиновом спектре обследованных жителей России преобладают три основных каротиноида ликопин, -каротин, лютеин, на долю которых приходится в среднем 32,0 , 24,0 и 23,6 лютеин с зеаксантином соответственно. За ним следует -каротин 7,0 , -криптоксантин 5,4 , -криптоксантин 0,9 и неидентифицированные каротиноиды 7,1 . Женщины обеспечены каротиноидами лучше, чем мужчины, что, в первую очередь, обусловлено более высоким содержанием в их сыворотки крови -каротина.

Среднее значения суммарного содержания каротиноидов в сыворотке крови частоболеющих детей, детей с хроническими заболеваниями ЖКТ и врожденными нарушениями обмена веществ фенилкетонурия, гликогеноз, митохондриальная патология существенно снижены и составляют 41 - 67 мкг дл. Установлены средние арифметические значения и пределы колебаний содержания отдельных каротиноидов мкг дл в сыворотке крови характерные для взрослых людей, обеспеченность которых всей суммой каротиноидов соответствует норме 80 - 230 мкг дл ликопин - 42,3 -каротин - 32,2 лютеин зеаксантин - 27,3 -каротин - 8,5 -криптоксантин - 7,9 -криптоксантин - 1,4. Каротиновый спектр сыворотки крови мужчин, женщин, беременных женщин и детей с низким содержанием суммы каротиноидов ниже 80 мкг дл отличается от спектра соответствующих групп людей с нормальной обеспеченностью этими пищевыми веществами сумма каротиноидов в пределах 80 - 230 мкг дл преимущественным снижением содержания основных каротиноидов ликопина, лютеина, -каротина и -криптоксантина, на долю которых приходится от 62,6 до 96,0 всей суммы каротиноидов, присутствующих в крови.

Включение в рацион взрослых людей и детей, страдающих различными заболеваниями, пищевых продуктов крекеры, кукурузные палочки, растительное масло, обогащенных -каротином, в количестве, обеспечивающем дополнительное потребление 5 мг этого каротиноида в сутки в течении трех недель, приводило к увеличению концентрации -каротина в сыворотке крови обследуемых в среднем в 2-4 раза, не влияя существенным образом на содержание других каротиноидов.