I Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИОКСИДАНТНОГО ДЕЙСТВИЯ КРЕМОВ КАК АКТУАЛЬНАЯ ЭКОЛОГО-МЕДИЦИНСКАЯ ПРОБЛЕМА МЕГАПОЛИСА (НА ПРИМЕРЕ Г. МОСКВА)

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Навроцкая А.В. 1

---

1

Кравцова Е.Ю. 1

---

1

Работа в формате PDF

262.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение 3

Глава 1. Обзор литературы по теме исследования 6

1.  

   1. Системы защиты клеток от активных форм кислорода 6

   2. Антиоксиданты-витамины 7

   3. Защитные свойства исследуемых кремов 9

Глава 2. Методика исследования 10

2.1. Определение нерадикальных продуктов перекисного окисления 10

липидов в модельной системе.

2.2. Определение перекисного числа льняного масла при взаимодействии 11

с различными защитными кремами до окисления и после

Результаты исследования

2.3. Исследование антиоксидантного действия кремов в модельной 12

системе

Результаты исследования

Заключение 14

Список используемой литературы 16

Приложения

1. Анкета 17

2. Графики по результатам анкетирования 18

Введение

Неотъемлемым компонентом обменных процессов в живых клетках является кислород. При включении кислорода в процессы жизнедеятельности организмов постоянно в значительном количестве образуются различные активированные производные молекулярного кислорода – активные формы кислорода (АФК). Биомолекулы подвергаются окислению и разрушению под действием АФК.

Перекисное окисление липидов (ПОЛ) – окислительный процесс, который присущ любому организму. Процессы ПОЛ протекают непрерывно во всех клетках организма, но к патологическим реакциям организма это не приводит, так как существует антиоксидантная система (АОС), которая контролирует эти процессы. Антиоксиданты – это соединения, защищающие организм от свободных радикалов и других вредных реакций или эффектов. В человеческом организме существует собственная система защиты от антиоксидантов, которая функционирует с рождения, постепенно ослабляясь с течением лет. Ее необходимо поддерживать и подпитывать. Множество болезненных состояний (хронические заболевания, стресс, действие радиации, процесс старения и др.) протекают в организме с образованием свободных радикалов (продуктов неполного восстановления кислорода). Их избыток ведет к перекисному окислению липидов - основы клеточных мембран и, в результате, к нарушению здоровья и преждевременному старению. Причиной усиленного ПОЛ может быть как предрасположенность организма к заболеваниям, так и воздействие негативных факторов извне.

Целью нашей работы являлось изучение антиоксидантного действия наиболее часто применяемых защитных кремов. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

- Выявить уровень знаний потребителей по вопросам роли и защитных свойств антиоксидантов

- Выявить зависимость между химической природой металла-оксиданта и уровнем перикисного окисления липидов.

- Провести исследование процесса во времени и выявить длительность и степень воздействия оксиданта и антиоксиданта.

- Проверить антиоксидантные свойства различных кремов.

Гипотеза: если исследуемые крема могут обладать антиоксидантными свойствами, то это позволит защитить кожу жителей мегаполиса от неблагоприятного воздействия окружающей среды.

Объектыисследования: женьшеневый антивозрастной (крем для рук); морковный омолаживающий (крем для лица); крем солнцезащитный.

Практическая значимость: результаты исследования могут быть использованы при разработке рекомендаций по применению наиболее доступных по цене и эффективных кремов.

Актуальностьработы. Современная экологическая ситуация особенно в крупных городах, таких как, Москва, несет в себе постоянную угрозу для существования живых организмов. Одним из таких неблагоприятных экологических факторов является повышенное содержание ионов различных металлов в атмосфере, воде и пище. Поэтому меня и заинтересовала эта проблема. Для нас в ходе исследования предстояло выявить, какие крема, обладающие антиоксидантным действием, наиболее часто используются москвичами, доступны по цене и имеют эффективную защиту. Перед исследованием мною был проведен социологический опрос, показавший актуальность данного исследования и практического применения.

Результаты анкетирования потребителей (приложение №1, графики по результатам исследования изложены в приложении№2) свидетельствуют о недостаточном уровне информации в данной области. В предложенном опросе приняли участие сто человек различных возрастов, социальных групп и профессий. Большую часть опрошенных (60%) составили учащиеся школы, из них: 9-ых классов 26 %, 10-ых классов 14%, 11-ых классов 30%. Прохожие 12 %, учителя 10 %, специалисты 8 %. В ходе опроса мы выявили, что в повседневной жизни кремами пользуются практически все участники нашего опроса. На просьбу, перечислить какие крема предпочитают, большинство ответили – защитные - 40%, увлажняющие-27%, питательные -18% и любые-15%. Наиболее применяемыми защитными кремами являются солнцезащитные, омолаживающие. Многие потребители не смогли ответить на вопрос «Что такое антиоксиданты? Какую роль они выполняют?». Вопрос анкеты такой как: «Какие заболевания кожи могут быть вызваны в результате недостаточной ее защиты?» вызвал у многих затруднение. Разность в стоимости защитных кремов составила от сорока рублей до тысячи. Практически все участники опроса хотели бы больше узнать об антиоксидантном действии защитных кремов, и узнать какие из них лучше использовать в повседневной жизни. Для планомерного проведения работы нами была разработана блок-схема проведения исследования.

Разработка рабочей теории

Изучение специальной литературы

Исследование оксидантного действия ионов металлов

Изучение антиоксидантной защиты

Анализ полученных данных

Количественный анализ

Исследование свойств различных кремов

Количественный анализ

Рисунок 1 - Блок-схема проведения исследования.

Глава 1. Обзор литературы по теме исследования.

1.  

   1. Системы защиты клеток от активных форм кислорода

Человек, живущий в условиях мегаполиса наиболее подвержен влиянию окружающей среды. Необходимо заботится о состоянии своего здоровья. Поэтому в настоящее время вопросам антиоксидантной защиты клеток живых организмов от активных форм кислорода уделяется повышенное внимание. Этой проблемой озадачены диетологи, врачи, косметологи, фармацевты. Исследуя литературу по данной теме, мы можем отметить, что этой проблемой наиболее эффективно занимаются зарубежные исследователи (японские, китайские, английские, американские, немецкие). Исследователи доказали высокую эффективность антиоксидантов в борьбе со старением кожи.

Выделены системы защиты клеток от активных форм кислорода: ферменты антиоксидантного действия (первичная антиоксидантная защита) занимаются «уборкой» активных форм кислорода. Они превращают активные формы кислорода в перекись водорода и в менее агрессивные радикалы, а затем уже их превращают в воду и обычный, полезный кислород. К ферментам, защищающим клетки от действия активных форм кислорода, относят супе-роксиддисмутазу, каталазу и глутатионпероксидазу; Наиболее активны эти ферменты в печени, надпочечниках и почках, где содержание митохондрий, цитохрома Р₄₅₀ и пероксисом особенно велико.

Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксидные анионы в пероксид водорода: 2 + 2H⁺ → H₂O₂ + O₂

Изоферменты СОД находятся и в цитозоле и в митохондриях и являются как бы первой линией защиты, потому что супероксидный анион образуется обычно первым из активных форм кислорода при утечке электронов из дыхательной цепи. СОД - индуцируемый фермент, т.е. синтез его увеличивается, если в клетках активируется перекисное окисление.

Пероксид водорода, который может инициировать образование самой активной формы ОН•, разрушается ферментом каталазой:

2Н₂О₂ → 2 Н₂О + О₂.

Каталаза находится в основном в пероксисомах, где образуется наибольшее количество пероксида водорода, а также в лейкоцитах, где она защищает клетки от последствий "респираторного взрыва".

Глутатионпероксидаза - важнейший фермент, обеспечивающий инактивацию активных форм кислорода, так как он разрушает и пероксид водорода и гидропероксиды липидов. Он катализирует восстановление пероксидов с помощью трипептида глутатиона (γ-глутамилцистеинилглицин). Сульфгидрильная группа глутатиона (GSH) служит донором электронов и, окисляясь, образует дисульфидную форму глутатиона, в которой 2 молекулы глутатиона связаны через дисульфидную группу Н₂О₂ + 2GSH → 2Н₂О + G-S-S-G.

Глутатионпероксидаза, которая восстанавливает гидропероксиды липидов в составе мембран, в качестве кофермента использует селен (необходимый микроэлемент пищи). При его недостатке активность антиоксидантной защиты снижается.

1.2. Антиоксиданты-витамины (вторичная антиоксидантная защита) называют «тушителями». Они «тушат» агрессивные радикалы, забирают избыток энергии, тормозят развитие цепной реакции образования новых радикалов. К ним относятся: водорастворимые витамины — витамин С, Р (био-флавоноиды — рутин, кверцетин, цитрин, гесперидин, аскорутин); жирорастворимые витамины — витамин А, бета-каротин, Е, К; другие соединения — серосодержащие аминокислоты (глютатион, цистеин, метионин), цитохром С, хелаты, спирт в микродозах, микроэлементы — селен, цинк.

Витамин Е (α-токоферол) - наиболее распространённый антиоксидант в природе - является липофильной молекулой, способной инактивировать свободные радикалы непосредственно в гидрофобном слое мембран и таким образом предотвращать развитие цепи перекисного окисления. Различают 8 типов токоферолов, но α-токоферол наиболее активен. Витамин Е отдаёт атом водорода свободному радикалу пероксида липида (ROO•), восстанавливая его до гидропероксида (ROOH) и таким образом останавливает развитие ПОЛ.

Витамин Е (а-токоферол) ингибирует свободнорадикальное окисление путём отдачи электрона, что приводит к инактивации радикала липида, а витамин Е превращается в стабильный, полностью окисленный токоферолхинон.

Свободный радикал витамина Е, образовавшийся в результате реакции, стабилен и не способен участвовать в развитии цепи. Наоборот, радикал витамина Е непосредственно взаимодействует с радикалами липидных перекисей, восстанавливая их, а сам превращается в стабильную окисленную форму - токоферолхинон.

Витамин С(аскорбиновая кислота) также является антиоксидантом и участвует с помощью двух различных механизмов в ингибировании ПОЛ. Во-первых, витамин С восстанавливает окисленную форму витамина Е и таким образом поддерживает необходимую концентрацию этого антиоксиданта непосредственно в мембранах клеток. Во-вторых, витамин С, будучи водорастворимым витамином и сильным восстановителем, взаимодействует с водорастворимыми активными формами кислорода - , Н₂О₂, ОН• и инактивирует их.

β-Каротин, предшественник витамина А, также обладает антиоксидантым действием и ингибирует ПОЛ. Показано, что растительная диета, обогащённая витаминами Е, С, каротиноидами, существенно уменьшает риск развития атеросклероза и заболеваний ССС, подавляет развитие катаракты - помутнения хрусталика глаза, обладает антиканцерогенным действием. Имеется много доказательств в пользу того, что положительное действие этих компонентов пищи связано с ингибированием ПОЛ и других молекул и, следовательно, с поддержанием нормальной структуры компонентов клеток.

Интересен тот факт, что открыл свободные радикалы наш советский академик Н. Н. Семенов в 1950 году, за, что был удостоен Нобелевской премией. А сегодня антиоксиданты вступают в борьбу против свободных радикалов.

Если антиоксиданты так полезны, возникает вопрос не нужно ли вводить их в косметику в повышенных концентрациях? Оказывается, они наиболее эффективны именно в низких концентрациях. Когда антиоксидантов слишком много, они превращаются в свою противоположность — становятся прооксидантами. Применение питательных кремов антиоксидантного действия оправдано, если нагрузка на естественные антиоксидантные системы кожи внезапно возрастает: при усиленном облучении ультрафиолетом (например, на пляже); при старении кожи, когда наблюдается дисбаланс собственных антиоксидантных систем; при стрессах; при болезненных состояниях, особенно воспалительных процессах. Кроме того, антиоксиданты вводятся в косметику, чтобы предотвратить окисление самого косметического средства.

Представим основные защитные свойства, которые присущи, исследуемым нами кремам.

1.3.Защитные свойства исследуемых кремов.

Солнцезащитный крем с интенсивной защитой от вредного спектра UVA/UVB лучей оберегаеткожу, улучшает ее состояние, максимально увлажняет и питает, способствует быстрому обновлению клеток, оказывает антисептическое и успокаивающее действие. В наше время неблагоприятной экологии и увеличения радиоактивности солнца необходимо особенно беречь кожу, так как облучение ультрафиолетовыми лучами незащищенной кожи может привести к ожогам и вызвать патологические изменения. Кроме того, солнце испаряет влагу, необходимую для насыщения кожи, кожа становится сухой, начинает шелушиться, хуже регенерирует клетки, быстрее подвержена старению и появлению морщин. Крем солнцезащитный, применяемый в нашей работе, обогащен витамином Е, экстрактом календулы, препятствует потере влаги.

Женьшень – корень жизни.История медицины не знает другого лекарственного растения, которое ценилось бы так высоко. Тысячи лет женьшень - предмет поклонения. В китайской письменности это растение обозначается иероглифами: Жень – человек, шень – корень. Называют его чудом мира и божественной травой вечной жизни, но больше всего корнем жизни. По составу ингредиентов женьшень является одним из самых уникальных растений на земле. Вытяжки из дикого женьшеня усиливает сопротивляемость кожи к вредным воздействиям окружающей среды, стимулируют регенерацию кожной ткани, дают ей необходимые питательные и увлажняющие элементы, придают ей жизненную силу, восстанавливают и сохраняют ее молодость и свежесть. Регулярное использование натуральной косметики на основе женьшеня повышают жизненную силу клеток, замедляет процесс старения кожи, предотвращает появление морщин, защищает кожу от ультрафиолетового излучения, загрязнений, воздействия холода.

Экстракт морковиувлажняет, смягчает и активно витаминизирует кожу. Морковь богата каротином (провитамином А), который обладает регенерирующим действием, улучшает структуру эпидермиса, возвращает коже эластичность, разглаживает мелкие морщинки. Экстракт моркови содержит витамины В, РР, D, фолиевую кислоту,устраняет шелушения кожи, придает коже мягкость и бархатистость.

Глава 2. Методика исследования.

2.1. Определение нерадикальных продуктов перекисного окисления липидов в модельной системе.

Согласно поставленным задачам на первом этапе исследования были выбраны следующие соли: Hg(NO_3)2, AgNO_3, MgSO_4, Co(NO_3)2, Al₂(SO_4)3, Cr₂(SO_4)3, CuCl_2, (CH₃COO)₂Pb, ZnSO_4.

В литературе существует множество данных о положительных и отрицательных свойствах данных ионов.

Для исследования ПОЛ льняного масла, как источника растительных ненасыщенных жирных кислот была получена смешением равных объемов льняного масла и 3% водного раствора соли соответствующего металла. Склянки с эмульсиями оставили на открытом месте

Оксидантный эффект выбранных ионов металлов на первой модельной системе определяли в течение 3-х недель по изменению перекисного числа титриметрически.

1. Из девяти склянок с растительным маслом и ионами-окислителями отбираем из верхнего слоя (растительное масло) по 0,5 мл жидкости.

2. По весу - это ~0,4 мл.

3. В конические колбы с растительным маслом и ионами-окислителями вносим по 5 мл хлороформа, 5 мл ледяной уксусной кислоты, 0,5 мл 10 % раствора KI, закрываем колбы, вносим колбы в темное место на 15 минут. Наливаем 40 мл дистиллированной воды и несколько капель крахмала. Растворы стали синими. Проводим титрование.

2.2. Определение перекисного числа льняного масла до окисления и после

1. Взвесили растительное масло, m=2.249г.

2. В коническую колбу с растительным маслом вносим 20 мл хлороформа.

3. После растворения внести 20 мл ледяной уксусной кислоты. Раствор прозрачный.

4. Внести 2 мл 10% раствора KI. Раствор помутнел.

5. Закрываем колбу и ставим в темноту на 15 минут.

6. Жидкость стала насыщенного желтого цвета.

7. Налить 150 мл дистиллированной воды и несколько капель крахмала(индикатор на выделившийся йод).раствор стал синим. Масло выделилось в нижний слой, помутнело и побелело.

8. Проводим титрование. Бюретку заполняем титрантом (Na_2S2O₃). Жидкость по каплям вносим в колбу с йодом. Постоянно встряхиваем. Титрование заканчивается, когда крахмал обесцвечивается.

9. На титрование ушло 0,2 мл 0,1н раствора Na_2S2O₃.

В результате проведенного исследования получены следующие результаты (Таблица 1).

Таблица 1. Результаты титрования(VNa_2S2O₃ 0.1 мл)

Ионы хрома (III), свинца (II), кобальта (II) не оказали оксидантного действия на льняное масло. Ионы цинка, алюминия, серебра и магния незначительно увеличили величину ПЧ (в 2 раза). А для ионов ртути (II) и меди (II) характерно значительное увеличение показателей ПЧ (в 6 и 8 раз соответственно). Таким образом, для дальнейшего исследования антиоксидантного действия кремов мы использовали следующие соли: Hg(NO_3)2, MgSO_4, CuCl₂

2.3. Определение перекисного числа льняного масла при взаимодействии с различными защитными кремами до окисления и после.

1.Взвесили растительное масло, m=0.5г.

2.В коническую колбу с растительным маслом вносим 5 мл хлороформа.

3.После растворения внести 5 мл ледяной уксусной кислоты. Раствор прозрачный.

4.Внести 0.5 мл 10% раствора KI. Раствор помутнел.

5.Закрываем колбу и ставим в темноту на 15 минут.

6.Жидкость стала насыщенного желтого цвета.

7.Налить 40 мл дистиллированной воды и несколько капель крахмала (индикатор на выделившийся йод), раствор стал синим. Масло выделилось в нижний слой, помутнело и побелело.

8.Проводим титрование. Бюретку заполняем титрантом (Na_2S2O₃). Жидкость по каплям вносим в колбу с йодом. Постоянно встряхиваем. Титрование заканчивается, когда крахмал обесцвечивается.

9.В каждой колбе на титрование ушло определенное количество титранта мл 0,1н раствора Na_2S2O₃.

В результате проведенного исследования получены следующие результаты (Таблица 2).

Таблица 2. Результаты титрования(VNa_2S2O₃ 0.1 мл)

Перекисное число увеличилось во всех случаях, так как в системе происходило окисление масла ионами металлов. Наибольшее показание ПЧ наблюдается как и в первой модальной системе для ионов ртути(в 3- 4 раза), но для ионов меди мы наблюдаем снижение ПЧ до 2-3 раз. У ионов магния наблюдаем такие же показатели ПЧ (в 2 раза), как и в первой модальной системе. В результате титрования меньше всего было затрачено титранта в колбах с женьшеневым кремом со всеми ионами металлов, что свидетельствует о наибольшем его антиоксидантном действии.

Заключение

2. В результате определения перекисного числа льняного масла до окисления и после получили, что ионы хрома (III), свинца (II), кобальта (II) не оказали оксидантного действия на льняное масло. Ионы цинка, алюминия, серебра и магния незначительно увеличили величину ПЧ (в 2 раза). А для ионов ртути (II) и меди (II) характерно значительное увеличение показателей ПЧ (в 6 и 8 раз соответственно). Таким образом, для дальнейшего исследования антиоксидантного действия кремов мы использовали следующие соли: Hg(NO_3)2, MgSO_4, CuCl_2.

• Перекисное число увеличилось во всех случаях, так как в системе происходило окисление масла ионами металлов.

• Наибольшее показание ПЧ наблюдается как и в первой модальной системе для ионов ртути(в 3- 4 раза), но для ионов меди мы наблюдаем снижение ПЧ до 2-3 раз. У ионов магния наблюдаем такие же показатели ПЧ (в 2 раза), как и в первой модальной системе.

• Таким образом, наилучшими защитными свойствами из предложенных кремов обладает женьшеневый крем, который сильнее всего противостоял окислению металлов, то есть у него лучшие антиоксидантные свойства.

Я считаю, что предпочтительнее применять кремы, в которых содержатся природные антиоксидантные композиции — растительные экстракты, богатые биофлавоноидами и витамином С, натуральные масла, содержащие витамин Е и каротиноиды. Но не следует забывать о том, чтоантиоксиданты наиболее эффективны именно в низких концентрациях. При покупке крема не следует обращать внимание на его стоимость, так как дорогостоящие кремы не всегда соответствуют заявленным свойствам. Доступные по цене кремы имеют наиболее простой состав, который позволяет защищать нашу кожу от неблагоприятного воздействия окружающей среды.

Список используемой литературы

1. Конторщикова К.Н. Перекисное окисление в норме и при патологии: Учебное пособие. – Н. Новгород, 2000. – 173 с.

2. Меньщикова Е.Б., Ланкин В.З., Зенков Н.К. и др. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты. – М.: Слово, 2006. – 556 с.

3. Ракитский В.Н., Юдина Т.В. Методические подходы к оценке показателей окислительного стресса при воздействии антропогенных факторов среды // Гигиена и санитария, 2006. – № 5. – С. 28–30.

Интернет-ресурсы:

Женский мир: [email protected]

http://mnmt.ru/ -«Международные Наномедицинские технологии»

http://ru.wikipedia.org/wiki/- «Как работают антиоксиданты?»

www.inflora.ru/cosmetics/

www.mnmt.ru/item28/view/74/

http://biochemistry.ru/biohimija_severina/B5873Part64-428.html

http://www.allaboutbeauty.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=221&Itemid=275

http://ilive.com.ua/food/antioksidanty-vliyanie-na-organizm-i-istochniki_69679i15885.html

Приложение 1

АНКЕТА

1.К какой социальной группе вы относитесь?

А) учителя;

Б) учащиеся, какого класса;

В) специалисты;

Г) прохожие.

2. Пользуетесь ли вы кремами?

А) да Б) нет В) иногда.

3. Какие крема вы предпочитаете?

А) увлажняющие, Б) защитные; В) любые, Г) питательные

4.Какие защитные крема вам известны?

5.Что такое антиоксиданты? Как они работают?

А) знаю (пояснить);

Б) не знаю.

6.Какие заболевания кожи могут быть вызваны в результате недостаточной защиты ее?

А) не знаю Б) знаю (перечислить).

7.Сколько стоят защитные крема?

А) не знаю Б) знаю (привести примеры).

8. Хотели бы вы расширить свой кругозор в данной области? Узнать об антиоксидантном действии крема? Какие крема лучше использовать? (привести примеры)

А) да Б) нет

Приложение 2

Графики по результатам анкетирования.

1. Структура участников опроса

2.Результаты ответа на вопрос: «Пользуетесь ли вы кремом?».

3.Результаты ответа на вопрос: «Какие кремы вы предпочитаете?».

20