Оценка антиоксидантной активности экстрактов из морских водорослей Японского моря in vitro и in vivo | Assessment of antioxidant activity of seaweed extracts from the Sea of Japan in vitro and in vivo

Seaweeds are a source of important biologically active substances: lipids, amino acids, phenolic compounds, polycarbohydrates, etc. Polyphenolic compounds are one of the perspective groups of constituents of marine origin with high antioxidant activity; those play a key role in the life of marine macrophytes, allowing them to quickly respond to external stress and to perform protective functions. At the same time, the multicomponent composition of the phenolic fraction of the seaweed extract provides a wide spectrum of its pharmacological activity, inter alia a regulatory effect on numerous homeostasis disorders occurring during pathological processes in humans and animals. Wherein, the available opportunities for the practical use of seaweed extracts have not yet been depleted, and this is of undoubted interest for modern science. The aim of the work was to carry out a comparative assessment of the antioxidant activity of hydroalcoholic extracts isolated from the thalli of three classes of algae [brown (Sargassum pallidum), green (Ulva lactuca), and red (Ahnfeltia fastigiata var. tobuchiensis)] and to analyze their effect on indices of the endogenous antioxidant system of liver and blood in mice under experimental stress. Seaweeds were sampled in summer in the coastal waters of the Peter the Great Bay (the Sea of Japan). Sampled seaweeds were dried at a temperature of about +50 °C, grinded in a laboratory mill to particles 0.5–1 mm in size, and extracted with 70% ethanol via repercolation. In the extract of the brown alga S. pallidum, the highest content of polyphenols was recorded – (218.2 ± 20.3) mg-Eq GA·g−1 dry weight. In the extract of the green alga U. lactuca, the value was (16.2 ± 1.8) mg-Eq GA·g−1 dry weight; in the extract of the red alga A. fastigiata var. tobuchiensis, (9.1 ± 1.6) mg-Eq GA·g−1 dry weight. Accordingly, the antiradical activity of S. pallidum extract towards the cation radical ABTS+ and the alkyl peroxyl radical was significantly higher than that of U. lactuca and A. fastigiata var. tobuchiensis extracts. The effect of these seaweed extracts on the antioxidant defense indices of liver and plasma in mice under acute stress was studied experimentally. Weight indicators (weight of animals and weight coefficients of their internal organs) and biochemical indices (level of antiradical activity, malondialdehyde and reduced glutathione content, and activity of antioxidant enzymes) were established. The experiment was carried out on white outbred male mice (weight of 20–30 g). To model conditions of acute stress, mice were fixed vertically by the dorsal neck crease for 24 h. Alcohol-free seaweed extracts were injected into mice stomachs as an aqueous suspension (a dose of 100 mg of total polyphenols per kg of body weight) through a tube twice: right before vertical fixation and in 6 h. Into stomachs of the animals of the control and the “stress” groups, distilled water was injected in a volume equal to that of the injected extracts. In this model, all the attributes of stress manifested themselves: adrenal hypertrophy, involution of the thymus and spleen, and ulceration of the gastric and intestinal mucosa. Moreover, disturbances of the antioxidant defense system were recorded: a decrease of antioxidant enzymes activity in blood plasma, a drop in reduced glutathione content in liver, and an increase of the malondialdehyde level. Under the effect of the extracts, in all the groups of animals under stress, a tendency to stabilization of the studied antioxidant defense indices was observed. Interestingly, the values in mice receiving U. lactuca and A. fastigiata var. tobuchiensis extracts were inferior to those in the group of animals receiving S. pallidum extract. In the latter group of mice, there were no significant differences from the control values in terms of antioxidant defense indices. This is due to the fact the main components of the polyphenolic fractions of green and red algae are monomeric flavonoids, while brown algae contain high molecular weight phlorotannins. The latter ones are characterized by higher antioxidant activity than low molecular weight polyphenolic fractions of green and red algae.

Морские водоросли являются источником важных биологически активных соединений — липидов, аминокислот, фенолов, полисахаридов и др. Перспективную группу веществ морского происхождения составляют полифенольные соединения, обладающие высокой антиоксидантной активностью, которые играют ключевую роль в жизнедеятельности морских макрофитов, что позволяет им быстро реагировать на внешний стресс и выполнять защитные функции. В то же время многокомпонентный состав фенольной фракции экстракта из водорослей обусловливает широкий спектр её фармакологической активности, включающей регулирующее влияние на многочисленные нарушения гомеостаза при патологических процессах в организме животных и человека. При этом имеющиеся возможности практического использования экстрактов из водорослей ещё не исчерпаны, что представляет несомненный интерес для современной науки. Цель работы — выполнить сравнительную оценку антиоксидантной активности водно-спиртовых экстрактов, выделенных из талломов представителей трёх классов водорослей [бурых (Sargassum pallidum), зелёных (Ulva lactuca) и красных (Ahnfeltia fastigiata var. tobuchiensis)], а также проанализировать их влияние на показатели антиоксидантной защиты печени и плазмы крови мышей при экспериментальном стрессе. Водоросли собирали в летние месяцы в прибрежных водах залива Петра Великого Японского моря, затем сушили при температуре около +50 °C, измельчали на лабораторной мельнице до частиц размером 0,5–1 мм и экстрагировали 70%-ным этиловым спиртом методом реперколяции. Наибольшее количество полифенолов отмечено в экстракте бурой водоросли S. pallidum — (218,2 ± 20,3) мг-экв ГК·г−1 сухого веса. В экстракте зелёной водоросли U. lactuca значение этого показателя составляло (16,2 ± 1,8) мг-экв ГК·г−1 сухого веса, в экстракте красной водоросли A. fastigiata var. tobuchiensis — (9,1 ± 1,6) мг-экв ГК·г−1 сухого веса. Соответственно, антирадикальная активность экстракта S. pallidum по отношению к катион-радикалу 2,2’-азино-бис(3-этилбензотиазолин-6-сульфоновой кислоты) (ABTS+) и алкилпероксильному радикалу была существенно выше, чем таковая экстрактов U. lactuca и A. fastigiata var. tobuchiensis. Проведена экспериментальная проверка с целью определить влияние исследуемых экстрактов водорослей на показатели антиоксидантной защиты печени и плазмы мышей в условиях острого стресса. В задачи эксперимента входило установление весовых показателей (вес животных, индекс массы внутренних органов) и биохимических параметров (уровень антирадикальной активности, содержание малонового диальдегида и восстановленного глутатиона, активность антиоксидантных ферментов). Эксперимент по стрессовому воздействию проводили на белых беспородных мышах-самцах массой 20–30 г. Острый стресс моделировали путём вертикальной фиксации животных за дорсальную шейную складку на 24 ч. Освобождённые от спирта экстракты водорослей вводили в виде водной взвеси в дозе 100 мг общих полифенолов на кг массы тела в желудок мышам через зонд дважды — непосредственно перед вертикальной фиксацией и спустя 6 ч. Животным контрольной группы и группы «стресс» вводили дистиллированную воду в объёме, равном объёму вводимых препаратов. В данной модели проявились все атрибуты стресса: гипертрофия надпочечников, инволюция тимуса и селезёнки, изъязвления слизистой желудка и кишечника. Также были отмечены нарушения системы антиоксидантной защиты, которые выражались в снижении активности антиоксидантных ферментов в плазме крови, уменьшении содержания восстановленного глутатиона в печени и увеличении уровня малонового диальдегида. Под действием экстрактов во всех группах животных на фоне стресса прослежена тенденция к стабилизации исследуемых показателей антиоксидантной защиты. При этом показатели у мышей, получавших экстракты из U. lactuca и A. fastigiata var. tobuchiensis, уступали аналогичным параметрам в группе животных, получавших экстракт S. pallidum. В группе животных, получавших экстракт S. pallidum, в показателях антиоксидантной защиты не было выявлено достоверных отличий от контрольных значений. Данный факт обусловлен тем, что основными компонентами полифенольных фракций зелёных и красных водорослей являются мономерные флавоноиды, тогда как в бурых водорослях присутствуют высокомолекулярные флоротаннины, которые проявляют более высокую антиоксидантную активность, чем низкомолекулярные полифенольные фракции зелёных и красных водорослей.