I'm sorry for not helping you even though you asked me.
謝る表現は "I apologize" や "I'm sorry" を使える。"I apologize"の方が強いので、同僚に謝ったら、この言葉は適当です。
一つ目の英文 "I apologize for not being able to help you out" は「手伝ってことできなくて申し訳がありません」という意味です。"help out" というのは手伝うを表す。協力を翻訳すれば、確かに "cooperation" など "collaboration" を使えるだけど、この場合、依頼されたことがあったので "help out" でも結構です。
二つ目の英文は "I'm sorry for not helping you even though you asked me" は「依頼されたのに手伝わなくてごめんなさい」を指す。この文章は「依頼される」をはっきりいうから強い謝りを伝えらる。