Действие аминокислот входящих в мумие. Гуминовые кислоты Почвенные гуминовые кислоты

Для поддержания здоровья любому организму требуются полноценное питание, здоровая окружающая среда и своевременная профилактика. Современному человеку непросто позаботиться о себе в условиях городов, плохой экологии и обилия химикатов в еде. На помощь может прийти новый вид препаратов – вещества-гуматы.

Что такое гуминовая кислота?

Гуминовые кислоты (гуматы) – это природные биологические соединения. Они образуются в почве в результате процесса распада отмерших частей растений и других органических веществ. Соли гуминовых кислот плохо растворяются в воде, не разрушаются под воздействием среды, сохраняя структуру в неизменном виде.

Такими кислотами насыщен гумусовый слой почвы. В небольших количествах они есть в растениях и продуктах растительного происхождения. Гуминовые кислоты встречаются в мясе животных, которые питаются растительным кормом.

Польза гуминовых кислот в природе

В естественной природе гуминовые кислоты для животных и растений играют роль натуральной биодобавки, которая содержит огромный комплекс полезных витаминов, минералов и микроэлементов (всего насчитывают до 70 наименований составляющих).

В отличие от более простых соединений, гуминовые кислоты включают в себя все виды биологически активных компонентов, они способны одновременно влиять на клетки и на окружающую их микросреду, что в разы повышает полезный эффект.

Благодаря широкому спектру действия, гумкислота оказывает положительный эффект на все системы жизнеобеспечения для любого организма, в который попадает. Также гумкислоты служат отличным природным антисептиком. Они способны захватывать свободные радикалы, соли тяжелых металлов и другие токсины, оздоровляя почву и живые организмы.

Ученые научились получать соли гуминовых кислот искусственным способом. Определенное количество гуматов содержится в каменном угле. При переработке отходов производства угольной шахты лабораторным путем выделяют часть кислоты, затем помещают ее в физиологический раствор, по составу близкий верхним слоям почвы.

Таким образом производят ценнейшее сырье для оздоровления сельскохозяйственных земель и очищения загрязненных территорий. Характеристика полученного искусственным путем гумата ничем не отличается от его природного аналога.

Биохимические свойства гуминовой кислоты

Состав гуминовой кислоты может незначительно различаться в зависимости от местности, типа почвы и растительных остатков. Однако все они обладают характерным набором сложных молекул и химических соединений, по которому и происходит определение гуминовых кислот как таковых.

Чем полезны гуматы для человека?

Активируют обмен белков и нуклеиновых кислот	Основная функция нуклеиновых кислот в организме человека – сохранение и передача генетических данных на уровне клеток. Белки являются основой для любой химической реакции внутри клетки, а также неотъемлемой составной частью нуклеиновых кислот.
Нормализуют энергетический обмен клеток	Для обеспечения нормальной жизнедеятельности клетке необходима энергия и питание, которые она получает из органических веществ. Поступая в тело человека, питательные вещества проходят три стадии расщепления, прежде чем клетка сможет их усвоить. Энергетический обмен – это процесс расщепления продукта на молекулы и усвоения их на клеточном уровне.
Обладают триггерным эффектом на клеточном уровне	Триггерный эффект – это способность организма адекватно и своевременно реагировать на изменение своего состояния под воздействием внешнего раздражителя. Например, триггеры на теле человека – это отдельные точки, при нажатии на которые возникает резкая боль. Таким образом триггеры свидетельствуют о наличии и характере проблем в организме (отложение солей, избыток напряжения на отдельных участках мышц, недостаточное кровоснабжение и другие причины).
Нормализуют работу клеточных мембран	Мембрана – это стенка клетки, которая отделяет и защищает ее внутреннее содержимое от внешней среды. Мембрана клетки многослойна, каждый слой выполняет свои функции и обладает разной степенью прочности. Мембрана пропускает в клетку питательные вещества и кислород, выводит наружу отходы жизнедеятельности, обеспечивает взаимодействие клетки с окружающей средой и защиту от болезнетворных микроорганизмов. От правильной работы мембраны напрямую зависит здоровье клетки.
Активизирует ионный обмен	В процессе расщепления органической пищи на мельчайшие составляющие в теле человека образуются соединения и молекулы, пригодные или непригодные для усвоения на клеточном уровне. Ионный обмен стимулирует отделение одних молекул от других, способствует очищению выделенных компонентов.
Является сорбентом натурального характера	Сорбировать – значит поглощать. Сорбенты способны впитывать и удерживать в своей структуре различные вещества и химические соединения. В сельском хозяйстве гумкислота широко применяется для очистки почвы от загрязнений. Такой же способностью – впитывать и выводить химикаты - она обладает и для живых организмов. Однако, в отличие от других адсорбентов, гуматы выводят вредные вещества на уровне клетки.

Использование гуминовых кислот в медицине

Благодаря экологической природе происхождения, гуминовые кислоты абсолютно безопасны для организма. Их успешно применяют в разных областях медицины: терапии патологий, лечении воспалительных процессов бактериального характера, при нарушении обмена веществ и токсичных отравлениях. Способы применения различают на пероральный (прием внутрь), наружный и подкожный.

В ходе лабораторных и клинических испытаний проводились тесты на разные виды вредоносных свойств гуматов, в том числе:

• Мутагенную (способность вызывать необратимые изменения в организме, передающиеся наследственным путем);
• Канцерогенную (повышение риска возникновения онкологических заболеваний);
• Эмбриотоксическую (способность проникать через плаценту, вызывая отравление плода у беременных);
• Тератогенную (нарушение морфологии и возникновение патологий при внутриутробном развитии плода на разных стадиях беременности).

Гуминовые кислоты показали полное отсутствие побочных эффектов для здоровья человека.

Препараты с содержанием гуминовых кислот используют при следующих заболеваниях:

• Расстройства пищеварения, диарея, нарушение работы перистальтики кишечника (сокращение стенок, способствующее формированию и выводу каловых масс из организма);
• Заживление ран и послеоперационных швов;
• Снятие воспалительных процессов на коже и в подкожных слоях;
• Нейтрализация патогенной флоры (болезнетворных микроорганизмов) различного характера;
• Нормализация кроветворения, качественное улучшение и очищение состава крови;
• Повышение иммунитета, стимулирующее воздействие на клетки организма и повышение их защитной функции;
• Подавление роста раковых клеток за счет воздействия на способность поврежденных молекул атаковать здоровые молекулы и их соединения;
• Повышение уровня железа в организме при лечении анемии;
• Очищение организма от токсичных шлаков, холестерина, солей тяжелых металлов, нитратов, фосфатов и инсектицидов, которые поступают в организм вследствие загрязнения окружающей среды;
• Эффективное выведение из организма свободных радикалов и радиоактивных элементов.

В рационах сельскохозяйственных и домашних животных для восполнения недостающих элементов питания в последние 30 лет широко используются различные кормовые добавки.

В их числе минеральные (макро- и микроэлементы), белковые и жировые добавки, витамины, биостимуляторы, комплексные природные соединения (сапропель, торф, гуматы), синтетические продукты (ферменты, гормоны, антибиотики, адаптогены, антиоксиданты). Поиск новых путей оздоровления и повышения продуктивности сельскохозяйственных животных с помощью кормовых добавок при высоких требованиях к экологии мясных и молочных продуктов питания закономерно привел к увеличению объема исследований по применению в животноводстве щелочных солей природных гуминовых кислот – Гуматов, у которых также обнаружены иммуномодуляторные свойства. Их высокая экологическая безопасность и уникальная способность улучшать обменные процессы и повышать энергетику клеток весьма положительно проявляется на живых организмах.

Гуминовые препараты безвредны для животных и человека, не обладают аллергирующим, анафилактогенным, тератогенным, эмбриотоксическим и канцерогенным свойствами при использовании в рекомендуемых дозах. Это позволяет создавать на их основе экологически чистые натуральные кормовые добавки и ветеринарные препараты для птиц, сельскохозяйственных животных, рыб, домашних питомцев.

Гуминовые кислоты составляют основную часть гуминовых веществ, с которыми мы постоянно встречаемся в природе: в почве, в торфе, в буром угле и в самих растениях. Они содержатся в микродозах в некоторых продуктах питания – обжаренном кофе, черном чае, корочке хлеба или жареном мясе.

Еще в древности в медицине применяли гуминосодержащие торфяные ванны, а в ветеринарии свежий торф использовали в качестве антисептической и адсорбирующей подстилки для поросят. Научное применение препаратов гуминовой кислоты начато в медицине и ветеринарии с 1967 года.

Их преимущества перед обычными лекарствами проявились очень быстро. Препараты гуминовой кислоты благодаря своему вяжущему, антирезорбтивному, противовоспалительному, антибактериальному и противовирусному действию особенно хорошо подходят для терапии заболеваний органов пищеварения и нарушений обмена веществ, контролируемых кишечным иммунитетом. Препараты гуминовых кислот в основном не всасываются в организм, а оказывают своё лечебное действие в просвете желудочно-кишечного тракта и стенке кишечника. Отсутствие остатков гуминовых кислот в животных продуктах многократно доказывалось самыми современными методами (например, радиоизотопной маркировкой).

Гуминовые кислоты просто подмешиваются в корм, они очень хорошо переносятся и не оказывают побочных воздействий.

Из чего состоят гуминовые кислоты

Гуминовая кислота – это большая, длинная цепь молекул, которая может быть выделена в виде гумата из угля или слоя почвы. Ее неотъемлемым компонентом является фульвовая кислота, свойства которой иногда рассматривают отдельно. Комплекс гуминовой и фульвовой кислот – чрезвычайно мощная комбинация для оздоровления организма. Он обладает высокой биодоступностью. Его состав содержит полный спектр минералов, аминокислот и микроэлементов. В их числе природные полисахариды, пептиды, до 20 аминокислот, витамины, минералы, стерины, гормоны, жирные кислоты, полифенолы и кетоны с подгруппами, включая флавоноиды, флавоны, флавины, катехины, дубильные вещества, хиноны, изофлавоны, токоферолы и другие. Всего около 70 полезных компонентов. Такое насыщенное полиморфное строения обуславливает многообразие положительных биологических эффектов гуминовых кислот.

Факт: обнаружено, что гуминовые кислоты способны менять структуру воды, превращая ее в «талую». Как известно, талая вода обладает целебным воздействием на живые организмы. Вода в тканях человека тоже имеет структуру талой.

Свойства гуминовых кислот, полезные с медицинской точки зрения.

Обволакивание слизистой кишечника гуминовой кислотой может уменьшить или полностью предотвратить впитывание токсических метаболитов после инфекции, при несбалансированном корме или при переходе с одного корма на другой.

Благоприятным эффектом является снижение патологической импульсации с периферических нервных окончаний кишечника, и восстановление нормальной перистальтики и тонуса.

Отлично восстанавливается кишечный иммунитет у животных, подверженных стрессам.

Под легким дубильным влиянием гуминовых кислот уплотняется слизистая кишечника, уменьшается её проницаемость и избыточное выделение тканевой жидкости в просвет кишечника. Тем самым профилактируется обезвоживание.

Влияние на иммунную систему

Гуминовые кислоты стимулируют защитные силы организма и усиливают фагоцитоз. Индуцирующее действие фенольных групп гуминовых кислот, ответственное за иммунологические эффекты, является основой успешного лечения так называемых “факторных болезней” молодых животных

Регулирование микрофлоры кишечника гуминовыми кислотами.

В ветеринарно-медицинской практике сегодня всё ещё в основном применяются антибиотики для того, чтобы уничтожить патогенную флору, или ограничить её воздействие.

Биорегуляторные мероприятия применяются только для поддержки. Это второй путь воздействия на патогенную микрофлору, позволяющий количественно вытеснить её в пользу основной физиологической микрофлоры кишечника. Для этого целенаправленно заселяют пищеварительный тракт антагонистическими живыми микроорганизмами, пробиотиками и пребиотиками.

Но есть и третий путь, использующий поддерживающие вещества (кислоты, энзимы, вяжущие средства), нейтрализующие патогенную микрофлору, при одновременном подавлении воспаления и блокаде мест налипания патогенных возбудителей в слизистой кишечника. Этих позитивных эффектов можно достичь с помощью применения гуминовых кислот.

Обволакивающее, вяжущее и адсорбирующее действие гуминовых кислот.

Способность образовывать пленку и прикрепляться на эпителии слизистой желудка и кишечника, особенно низкомолекулярных частей гуминовых кислот является основной предпосылкой их защитного и подавляющего воспаление действия.

В отличие от общеизвестных адсорбентов (активированный уголь или определенные силикаты и минералы глины), которые лежат на слизистой, как компактные конгломераты, гуминовые кислоты проскальзывают между ворсинками эпителия кишечника, и даже проникают между клетками эпителия. Они защищают эти чувствительные ткани, которые, например, при вирусной инфекции могут легко некротизироваться. Между возбудителями инфекции, их токсинами и эпителием слизистой лежит плёнка из тончайших частиц гуминовой кислоты, защищающая воспалённую ткань эпителия и комплекс лимфатических желез. Если ворсинки кишечника уже разрушены, гуминовые кислоты проникают в субэпителиальную ткань, и способствуют их восстановлению.

Антирезорбтивное и адсорбирующее действие.

Гуминовые кислоты связывают патогенные кишечные палочки на 94%, эндотоксины на 82%. Связанные гуминовой кислотой бактерии и токсины выводятся естественным путём. Токсически-депрессивные эффекты гуминовых кислот как при острых, так и при хронических интоксикациях также объясняются хорошими адсорбтивными свойствами.

Было также доказано адсорбтивное действие по отношению к тяжелым металлам, нитратам, нитритам, флюоридам, органофосфатам, хлорорганичеким исектицидам, карбарилу и варфарину. Так как адсорбция гуминовых кислот наряду с физическими включает так же и химические реакции, например, образование комплиментов и ионный обмен, то по сравнению с чисто физическими адсорбентами она является более интенсивной и динамичной (хемосорбция).

Антирезорбтивный и адсорбционный эффекты

Поскольку высокомолекулярные гуминовые кислоты почти полностью сохраняются в желудочно-кишечном тракте, достигая тонкого кишечника, то антирезорбтивный и адсорбционный эффекты имеют место там, где они необходимы – в пищеварительном тракте. Первичные катионоидные оксиды азота (токсины белков, токсические вещества) фиксируются, их всасывание заметно снижается или прекращается полностью, ускоряется их выход с фекалиями. Поскольку адсорбция гуминовыми кислотами включает не только физические и химические взаимодействия, но также образование комплексов и ионообмен, то она протекает более интенсивно и динамично по сравнению с обычными физическими адсорбентами.

Противовоспалительное и иммуномодулирующее действие гуминовых кислот.

Основой противовоспалительных свойств гуминовых кислот являются содержащиеся в них флавоноидные структурные элементы. Экспериментально доказана противовоспалительная активность с помощью теста на эмбрионе куриного яйца и отёке у плода крысы. Гуминовые кислоты через самостоятельные, находящиеся в стенке кишечника рецепторы (Пейеровы бляшки), стимулируют иммунную систему организма для защиты от чужеродных влияний. Исследования показали очевидное повышение активности фагоцитов. Активированный обмен веществ и укрепленная иммунная система приводят к значительному повышению выживаемости молодняка животных. Также кожа и шерсть животных внешне производят более здоровое впечатление.

Антибактериальное и антивирусное действие.

Гуминовые кислоты оказывают на патогенную микрофлору действие в форме прямого воздействия на бактериальные клетки и их обмен веществ (подавление синтеза фолиевой кислоты). Второй антибактериальный эффект гуминовых кислот основан на внутреннем связывании высокомолекулярных белковых фракций – бактериальных токсинов.

Из исследований видно, что в различных тестовых системах гуминовые кислоты высокоактивно подавляют многие вирусы. Антивирусное действие гуминовых кислот более выражено, чем антибактериальное, так как в биологической среде добавляется ещё их иммуномодулирующее действие на организм хозяина.

Фунгицидное действие.

Особенно выражено в отношении встречающихся в желудочно-кишечном тракте млекопитающих и человека candida albicans

Эрготропный эффект

Под влиянием гуминовых кислот образуется здоровый эпителий кишечника и стабилизируется флора кишечника. Таким образом, возможно лучшее использование кормовых веществ. В длительном опыте более 120 дней при профилактическом введении гуминовых кислот у телят и молодняка были достигнуты привесы между 4 и 10% по сравнению с контрольными группами.

Также в терапевтическом опыте при значительной нагрузке на здоровье, было установлено положительное развитие массы тела у телят при длительном введении гуминовых кислот. Под влиянием гуминовых кислот питательная кашица дольше находится в пищеварительном тракте, не вызывая при этом запоров. Уменьшается образование газов в кишечнике. Пищеварение и резорбция необходимых пищевых компонентов улучшается. Снижается доля непереваренной пищи, предотвращаются процессы гниения и брожения в кишечнике, животные объективно проявляют хорошее общее самочувствие.

Токсикологическая безопасность и применение.

Важной предпосылкой для широкого применения гуминовых кислот в качестве составной части ветеринарных лекарственных средств и диетических и кормовых добавок является тот факт, что острая токсичность по отношению к теплокровным при оральном введении не установлена.

При длительном оральном применении не выявлены никакие побочные воздействия, аллергии или явления резистентности.

Гуминовые кислоты вследствие своего химического строения не являются ни тератогенными, ни мутагенными. Также они не имеют доказанных канцерогенных и эмбриотоксических свойств.

Взаимодействие.

Возможно взаимодействие с некоторыми лекарственными веществами из-за адсорбционных свойств гуминовых кислот. В основном это действие направлено на вредные для организма вещества (белковые токсины и токсические остатки, вирусы, а так же тяжелые металлы), но необходимо учитывать возможность инактивации вещества-партнера по комбинации. Хотя гуминовые вещества успешно использовались как носители для антибиотиков, для преимущественного действия антибиотиков в желудочно-кишечном тракте (например, тетрациклинов).

Основы терапии.

В отличие от целенаправленного применения антибиотиков и химиотерапевтических препаратов, при гуминокислотной терапии, результаты проявляются только через 24-72 часа, если речь идет о видимых симптомах, таких, как аппетит или консистенция кала. Однако это только видимое замедление, так как терапевтический эффект гуминовых кислот начинается с подавления воспаления и ликвидации отёка слизистой, при одновременной абсорбции токсинов и продуктов обмена веществ. Сами патогенные микроорганизмы, в отличие, например, от ударной терапии антибиотиками – не убиваются сразу, а постепенно выводятся, что оказывается более благоприятным. Организм не переполняется впитанными токсинами бактерий. Наоборот, он стимулируется к образованию антител против этих патогенных микроорганизмов, и тем самым тренируются защитные системы организма.

Происхождение гуминовых кислот.

В естественных условиях гуминовые кислоты возникают в почве, в ходе так называемой гумификации, из различных органических исходных материалов. Имеющиеся сегодня гуминовые вещества возникли в третичный период и имеют, таким образом, возраст примерно 60 миллионов лет. Мы находим гуминовые вещества, кроме почвы, также в лигнитах, торфах и залежах бурого угля.

В биологическом кругообороте естественных веществ гуминовые вещества наряду с растительным хлорофиллом и животным гемином образуют третье звено. Прямое соединение этих биокомпонентов осуществляется через окислительные процессы между хлорофиллом и геминами, а также через процессы гумификации от гемина к почвенным гуминовым веществам, и отсюда обратно через ассимиляционные процессы к структуре хлорофилла.

Тем самым гуминовые вещества появляются как естественные биофакторы, биоактивные центры которых составляют гуминовые кислоты.

Менее известно, что гуминовые кислоты и их обломки образуются также при технологических процессах, при изготовлении продуктов питания (например, при процессах выпекания и прожаривания, или ферментации). Так, например, в кофе, чае, хлебной корочке, а также в жареном мясе в микродозах содержатся гуминовые кислоты. В естественных условиях они возникают также в залежах бурого угля.

Химия гуминовых кислот.

Естественные гуминовые кислоты нельзя классифицировать как однозначно определенные вещества в смысле классической структурной химии. На сегодняшний день существуют только приблизительные модели их химической структуры. Но, несмотря на это, структурные элементарные комплексы объясняют основные химические свойства гуминовых кислот. ароматическая цепь с фенольной структурой.

Согласно этой модели гуминовые кислоты являются трехмерными макромолекулами с молярной массой от 1000 до 200000D и гетерогенно связанными комплексами. В их основной структуре всегда различаются две характерные области.

1. центральное ядро с высокой степенью ароматизации, а так же сильными переплетениями, и
2. периферические функциональные группы, связанные мостовыми соединениями.

Имеются полиионные структуры, например, с эфирными группами карбоновой кислоты, фенольными группами гидроксила, карбонила и карбоксила. Имеются также амино и сульфгидрильные останки, а также хиноидные и флавоноидные структуры. Особенно гуминовые кислоты, возникшие из растительных продуктов, например, гуминовые кислоты WH67 бурого угля, дополнительно имеют флавоновые структуры (в том числе физетин, кварцетин, флавоны, ксантины).

Биологические эффекты гуминовых кислот

Гуминовые кислоты ускоряют обменные, окислительно-восстановительные процессы, улучшается газообмен в тканях, увеличивается скорость свободно-радикального окисления. Активно связывают свободные радикалы.

Помогает расщеплять частицы пищи в желудочно-кишечном тракте дополнительно к действию ферментов. ГК угнетают рост патогенных бактерий в ЖКТ, улучшают переваривание белка и усвоение кальция, микроэлементов, питательных веществ. Образовывают пленку на слизистой оболочке ЖКТ, защищающую организм от инфекций и токсинов.

В отличие от общеизвестных адсорбентов (активированный уголь или определенные силикаты и минералы глины), которые лежат на слизистой компактными конгломератами, ГК свободно проскальзывают между ворсинками эпителия кишечника и проникают между клетками эпителия, где защищают эти чувствительные ткани от повреждения вирусами.

При этом между возбудителями инфекции, их токсинами и эпителием слизистой образуется плёнка из тончайших частиц гуминовой кислоты, защищающая воспалённую ткань эпителия и комплекс лимфатических желез. Если ворсинки кишечника уже разрушены, гуминовые кислоты проникают в субэпителиальную ткань, и способствуют их восстановлению.

Поскольку адсорбция гуминовыми кислотами включает не только физические, но и химические взаимодействия, образование комплексов и ионообмен, то она протекает более интенсивно и динамично по сравнению с обычными физическими адсорбентами. Как следствие, ГК способны в значительной мере снижать частоту диареи и других расстройств пищеварения, а также помогают избежать чрезмерной потери воды через кишечник при диарее.

Применение Гуминовых кислот в ветеринарии.

Сегодня страны с развитой фармацевтической индустрией не делают принципиальных различий между ветеринарными лекарственными препаратами и лекарственными препаратами гуманной медицины в требованиях как к качеству самих лекарств, так и к качеству их производства. В законодательстве Российской Федерации также отсутствует подобное разделение, а практика регистрации лекарственных препаратов все больше стирает еще существующие различия. Характеризуя состояние дел с применением ГВ в ветеринарии, можно отметить несколько больший прогресс в этой области в сравнении с гуманной медициной. Хотя общая тенденция, отмеченная нами ранее, сохраняется: основная масса, применяемых сегодня препаратов, относится к категории кормовых добавок и лишь незначительная часть – к лекарственным препаратам.

Если говорить об областях применения ГВ в ветеринарии, то они впрямую связаны с эффектами, обнаруженными в экспериментальных работах in vitro и in vivo, которые на фоне предельно низко токсичности демонстрируют способность:

• сорбировать ксенобиотики и антигены,
• вступать во взаимодействие с тяжелыми металлами и радикалами (Klocking R.; 1992),
• регулировать процессы окисдации и перекисного окисления липидов (ПОЛ), выступая в качестве анти- или прооксидантов,
• цитопротекции, в частности, гепатопротекции,
• иммунокоррекции, в частности, индукции интерферонов,
• активизации гемопоэза,
• индукции эстрогенов (Yamada E., et al; 1998)
• и пр.

Сложности, возникающие на пути создания гуминовых лекарственных препаратов и их активного внедрения в ветеринарную практику, такие же, как и в медицине – стандартизация ГВ естественного происхождения, требуемая при регистрации лекарственных препаратов. Поэтому основной формой использования ГВ в ветеринарии является кормовая добавка, для которой требования по стандартности, естественно, ниже.

В практике ветеринарной медицины природные ГВ, их различные модификаты (главным образом натрия, калия, аммония) и комбинированные препараты используются в следующих основных направлениях:

1. в качестве эффективных энтеросорбентов для выведения из организма токсинов микробного, грибкового происхождения, химических ядов, солей тяжелых металлов, радиотоксинов;
2. для стимуляции продуктивности животных, выступая в качестве средств, способствующих повышению эффективности пищеварения;
3. как иммуномодуляторы;
4. в качестве лечебных препаратов, обладающих противоопухолевым, антимикробным, ранозаживляющим и другим действием. Наконец, показано, что ГВ способны повышать сопротивляемость организма к неблагоприятным воздействиям и облегчать приспособление к изменяющимся условиям внешней среды.

Заключение

Фармако-токсикологические исследования с помощью современных методов доказывают абсолютную безопасность гуминовых кислот для животных, людей и окружающей среды. Доказано их положительное терапевтическое воздействие практически на все виды животных, их введение в организм животных и птиц приводит к активации их жизненных сил, быстрой адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды, ускорению ферментации кормов за счет развития полезной микрофлоры желудочно-кишечного тракта, обладает ростостимулирующим и иммуномодулирующим действием.

Есть огромный класс природных органических веществ, о котором химики надолго и совершенно незаслуженно забыли. Между тем с точки зрения химии будущего их возможности безграничны, а область их возможного применения очень велика. Речь о гуминовых веществах.

Что такое гуминовые вещества?

Это основная органическая составляющая почвы, воды, а также твердых горючих ископаемых. Гуминовые вещества образуются при разложении растительных и животных остатков под действием микроорганизмов и абиотических факторов среды. В. И. Вернадский в свое время называл гумус продуктом коэволюции живого и неживого планетарного вещества. Более развернутое определение уже в 90-х годах XX века дал профессор кафедры химии почв МГУ Д. С. Орлов: «Гуминовые вещества — это более или менее темноокрашенные азотсодержащие высокомолекулярные соединения, преимущественно кислотной природы». Из этого следует только один вывод: вплоть до сегодняшнего дня определение гуминовых веществ имело скорее философский, чем химический смысл. Причины кроются в специфике образования и строения этих соединений. Откуда же они берутся и что они собой представляют?

Образование гуминовых веществ, или гумификация, — это второй по масштабности процесс превращения органического вещества после фотосинтеза. В результате фотосинтеза ежегодно связывается около 50·10 9 т атмосферного углерода, а при отмирании живых организмов на земной поверхности оказывается около 40·10 9 т углерода. Часть отмерших остатков минерализуется до СO 2 и Н 2 O, остальное превращается в гуминовые вещества. По разным источникам, ежегодно в процесс гумификации вовлекается 0,6-2,5·10 9 т углерода.

В отличие от синтеза в живом организме, образование гуминовых веществ не направляется генетическим кодом, а идет по принципу естественного отбора — остаются самые устойчивые к биоразложению структуры. В результате получается стохастическая, вероятностная смесь молекул, в которой ни одно из соединений не тождественно другому. Таким образом, гуминовые вещества — это очень сложная смесь природных соединений, не существующая в живых организмах.

История изучения гуминовых веществ насчитывает уже более двухсот лет. Впервые их выделил из торфа и описал немецкий химик Ф. Ахард в 1786 году. Немецкие исследователи разработали первые схемы выделения и классификации, а также ввели и сам термин — «гуминовые вещества» (производное от латинского humus — «земля» или «почва»). В исследование химических свойств этих соединений в середине XIX века большой вклад внес шведский химик Я. Берцелиус и его ученики, а потом, в XX веке, и наши ученые-почвоведы и углехимики: М. А. Кононова, Л. А. Христева, Л. Н. Александрова, Д. С. Орлов, Т. А. Кухаренко и другие.

Надо сказать, что к началу XX века интерес химиков к гуминовым веществам резко упал. Понятно почему — было достоверно установлено, что это не индивидуальное соединение, а сложная смесь макромолекул переменного состава и нерегулярного строения (рис. 1), к которой неприменимы законы классической термодинамики и теории строения вещества.

Фундаментальные свойства гуминовых веществ — это нестехиометричность состава, нерегулярность строения, гетерогенность структурных элементов и полидисперсность. Когда мы имеем дело с гуминовыми веществами, то исчезает понятие молекулы — мы можем говорить только о молекулярном ансамбле, каждый параметр которого описывается распределением. Соответственно, к гуминовым веществам невозможно применить традиционный способ численного описания строения органических соединений — определить количество атомов в молекуле, число и типы связей между ними. В какие-то моменты ученым, наверное, казалось, что работать с этими веществами совсем невозможно — они как «черный ящик», в котором все происходит непредсказуемо и каждый раз по-иному.

Чтобы хоть как-то упростить систему, исследователи предложили способ классификации гуминовых веществ, основанный на их растворимости в кислотах и щелочах. Согласно этой классификации, гуминовые вещества подразделяют на три составляющие: гумин — неизвлекаемый остаток, не растворимый ни в щелочах, ни в кислотах; гуминовые кислоты — фракция, растворимая в щелочах и нерастворимая в кислотах (при рН

По мере погружения в «молекулярный хаос» гуминовых веществ химикам открылось то, что уже давно было известно почвоведам, — хаос только кажущийся. Так, например, диапазон вариаций атомных отношений основных составляющих элементов (C, H, O и N) не столь уж широк. При этом он отчетливо зависит от источника происхождения гуминовых веществ. Максимальное содержание кислорода и кислородсодержащих функциональных групп наблюдается в веществах, полученных из воды, и дальше их содержание снижается в ряду: «вода—почва—торф—уголь». В обратной последовательности увеличивается содержание ароматического углерода.

Выяснилась еще одна закономерность. У всех гуминовых веществ (не важно, какого происхождения) единый принцип строения. У них есть каркасная часть — ароматический углеродный скелет, замещенный функциональными группами. Среди заместителей преобладают карбоксильные, гидроксильные, метоксильные и алкильные группы. Помимо каркасной части, у гуминовых веществ есть и периферическая, обогащенная полисахаридными и полипептидными фрагментами. Гуминовые вещества, повторим еще раз, — одни из самых сложных по строению природных органических соединений, в этом они превосходят даже нефти, лигнины и угли.

Чтобы можно было количественно описать структуру и свойства гуминовых веществ, на Химическом факультете МГУ мы предложили использовать молекулярные дескрипторы (структура записывается набором численных параметров, связанных с определенными свойствами) различных уровней структурной организации: элементного, структурно-группового и молекулярного. С помощью такого подхода строение гуминовых веществ можно описать набором параметров, которые отражают атомные отношения составляющих элементов, их распределение между основными структурными фрагментами и характеристики молекулярно-массового состава.

Важная характеристика вещества — его химические свойства, то есть способность вступать в реакции с другими соединениями. А как же быть при таком сложном строении? Спектр реакций, в которые могут вступать гуминовые вещества, очень широк, особенно это касается их наиболее реакционноспособной части — гумусовых кислот. Благодаря карбоксильным, гидроксильным, карбонильным группам и ароматическим фрагментам (рис. 2) гумусовые кислоты вступают в ионные, донорно-акцепторные и гидрофобные взаимодействия. В переводе на язык химии окружающей среды гуминовые вещества способны связывать различные классы экотоксикантов, образуя комплексы с металлами и соединения с различными классами органических веществ. Тем самым они выполняют функцию своеобразных посредников, смягчающих действие загрязнений на живые организмы.

Где встречаются гуминовые вещества?

Гуминовые вещества есть почти повсюду в природе. Их содержание в морских водах 0,1-3 мг/л, в речных — 20 мг/л, а в болотах — до 200 мг/л. В почвах гуминовых веществ 1-12%, при этом больше всего их в черноземах. Лидеры по содержанию этих соединений — органогенные породы, к которым относятся уголь, торф, сапропель, горючие сланцы. Обычно гуматы получают из окисленного бурого угля (его еще называют леонардитом), потому что в нем гуминовых веществ до 85%. Еще этот уголь удобен тем, что у него низкая теплотворная способность, поэтому его обычно сгребают в отвалы. Получается, что основной источник гуминовых веществ — отходы добычи бурого угля, а это полностью соответствует основным принципам «зеленой химии». Запасы бурого угля в мире превышают 1 трлн т.

Второй источник гуминовых веществ — торф (его мировые запасы больше 500 млрд тонн). Из-за того что при торфяных разработках нарушаются естественные болотные ландшафты, то есть экосистемы, необходимые для поддержания экологического равновесия, добычу торфа в мире признали нецелесообразной. Однако в России торф активно добывают, причем в некоторых экономически отсталых регионах это единственный способ добычи средств к существованию для населения. В основном торф идет на топливо и местные удобрения, поэтому, если бы из него же извлекать гуминовые вещества, этот уникальный природный ресурс можно было бы использовать более рационально. Конечно, с точки зрения «зеленой химии» торф не идеальный источник гуминовых веществ, но в краткосрочной перспективе это вполне приемлемо.

Наконец, третий крупномасштабный источник гуминовых веществ — сапропель (донные отложения пресноводных водоемов, образующиеся из остатков растений и животных). Только в России его запасы составляют 225 млрд м 3 . Однако в сапропеле гораздо больше минеральных примесей, чем в торфе и угле, и он существенно разнообразнее по химическому составу, поэтому нужны более сложные технологии его переработки. С другой стороны, для производства сырья на месте и этот вариант может оказаться полезным. Тем более что в сапропеле нередко уже содержатся различные микроэлементы, которые нужны в качестве удобрений и кормовых добавок. Параллельно при добыче сапропеля удается очистить заиливающиеся озера.

Основной метод, которым выделяют гуминовые вещества, — щелочная экстракция растворами аммиака или гидроксидами калия или натрия. Такая обработка переводит их в водорастворимые соли — гуматы калия или натрия, обладающие высокой биологической активностью. Метод практически безотходный, поэтому его широко используют и в России, и за рубежом. Альтернативный способ предполагает механическое измельчение бурого угля с твердой щелочью, в результате чего получается твердый, растворимый в воде гумат калия и натрия.

Где их использовать

Сначала надо рассказать о той важной роли, которую гуминовые вещества выполняют в биосфере. Они участвуют в структурообразовании почвы, накоплении питательных элементов и микроэлементов в доступной для растений форме, регулировании геохимических потоков металлов в водных и почвенных экосистемах.

К концу XX века, одной из основных проблем которого стало химическое загрязнение окружающей среды, гуминовые вещества, как уже говорилось, начали выполнять роль естественных детоксикантов. Гумусовые кислоты связывают в прочные комплексы ионы металлов и органические экотоксиканты в воде и почве (рис. 3). Известно, что наиболее активен свободный токсикант, связанное вещество не так опасно, поскольку теряет биодоступность.

Во всех моделях биогеохимических циклов загрязняющих веществ, которые создают для того, чтобы оценить опасность, скорость накопления и время жизни ядов в окружающей среде, обязательно надо учитывать их взаимодействие с гумусовыми кислотами. Оно коренным образом меняет и химическое, и токсикологическое поведение вредных веществ. В свое время это дало новый импульс исследованиям — надо же было получить количественные характеристики взаимодействия гумусовых кислот с экотоксикантами.

Химики, вооруженные сложнейшими инструментальными методами, с энтузиазмом принялись за гумусовые вещества. Сегодня в «Chemical Abstracts » каждый год можно найти рецензии на более чем 2000 статей, посвященных этому вопросу. В результате накоплен колоссальный экспериментальный материал. Особо надо отметить тот факт, что наряду с теоретическими изысканиями растет количество прикладных исследований.

В каких областях сегодня применяют гуминовые вещества? Чаще всего — в растениеводстве как стимуляторы роста или микроудобрения. В отличие от аналогичных синтетических регуляторов роста, гуминовые препараты не только влияют на обмен веществ растений.

При систематическом их использовании улучшается структура почвы, ее буферные и ионообменные свойства, становятся активнее почвенные микроорганизмы. Особого внимания заслуживают адаптогенные свойства — гуминовые препараты повышают способность растений противостоять болезням, засухе, переувлажнению, переносить повышенные дозы солей азота в почве. Преимущества гуминовых препаратов заключаются также в том, что они повышают усваивание питательных веществ, а значит, нужно меньше минеральных удобрений без ущерба для урожая.

В последнее время перспективными считают органо-минеральные микроудобрения, содержащие гуматы калия и/или натрия с добавкой Fe, Cu, Zn, Mn, Mo, Co и B в хелатной форме. Особенно они хороши на карбонатных почвах, где, несмотря на высокие концентрации микроэлементов, содержание их в доступной для растений форме невелико. Надо сказать, что обычно для этих же целей применяют микроудобрения на основе синтетических лигандов (ЭДТА, ДТПА, ЭДДГА). Они эффективны, но в их промышленном производстве используют и монохлоруксусную кислоту, и этилендиамин, получаемые из хлорированных углеводородов. Конечно, такое производство небезопасно для человека и окружающей среды. Кроме того, если регулярно вносить удобрения с синтетическими лигандами, то они накапливаются в почве, а это ухудшает ее свойства. Поэтому создание и использование удобрений на основе гуминовых препаратов — куда более безопасная альтернатива.

Другое интересное применение гуминовых веществ — рекультивация загрязненных почв и вод. Их пытаются также применять для очистки и рекультивации территорий, загрязненных органическими веществами и нефтепродуктами, а также тяжелыми металлами. Уже разработаны и используются твердые сорбенты на основе гуминовых веществ.

Наряду со связывающими свойствами гуминовые вещества имеют ярко выраженные поверхностно-активные свойства. Поэтому их добавляют для лучшей растворимости гидрофобных органических веществ (например, нефтепродуктов). Гуминовые вещества входят в состав буровых растворов, а также служат основой растворов, предназначенных для промывания водоносных горизонтов, загрязненных ароматическими веществами. Также для этих целей используют синтетические ПАВ, но, в отличие о них, гуминовые вещества совершенно безопасны для природы.

Другие способы их применения пока остаются экзотикой. Основная причина — та самая гетерогенность структуры, которая, с одной стороны, дает чрезвычайно широкий спектр свойств, а с другой — неспецифичность действия.

Как уйти от этой неспецифичности, создать гуминовые вещества более направленного действия? Например, для рекультивации сред, загрязненных гидрофобными органическими соединениями, нужны гуминовые препараты, обладающие повышенным сродством по отношению к загрязняющим веществам, то есть тоже гидрофобные. А вот при создании микроудобрений на гуминовой основе они, наоборот, должны быть гидрофильными и прекрасно растворяться в воде. Поэтому, чтобы повысить эффективность применения гуминовых препаратов в конкретной области и расширить спектр их применения, надо научиться направленно менять их свойства. Причем получающийся продукт должен быть стабильным, а его свойства воспроизводимыми.

Дизайн гуминовых материалов

Итак, цель — получение гуминовых производных с заданными свойствами (рис. 4, 5). То есть надо найти такой способ их модификации, после которого усиливаются уже имеющиеся положительные свойства и появляются новые. Желательно вдобавок, чтобы такой способ можно было использовать в промышленном масштабе. При решении этой сложной химической проблемы надо, с одной стороны, максимально сохранить гуминовый каркас после серии реакций — в этом залог нетоксичности и устойчивости к биоразложению, а с другой стороны, максимально модифицировать в нужном направлении активные группы. Скажем несколько слов о предлагаемых методах и подходах. Чтобы увеличить растворимость комплексов с металлами в воде, на Химическом факультете МГУ мы провели сульфирование гуминовых веществ. Дело в том, что, когда речь идет о микроудобрениях с гуминовыми кислотами, растворимость комплексов гуминовых веществ с металлами ниже, чем у синтетических аналогов. Чтобы решить эту задачу, мы ввели дополнительные сульфогруппы, после чего, как показали эксперименты, растворимость гуматов железа действительно увеличилась.

Для решения другой задачи — увеличения гидрофобности гуминовых веществ — мы провели кислотный гидролиз гуминовых веществ. Напомним, что гуминовые молекулы состоят из двух строительных блоков, различающихся по химической природе: ароматического каркаса и углеводно-пептидной периферии. При этом известно, что в зависимости от того, какой фрагмент преобладает — гидрофобный ароматический или гидрофильная периферия, — будут сильно изменяться поверхностная активность и способность гуминовых веществ к гидрофобным взаимодействиям. Наши эксперименты подтвердили, что если разложить гуминовые вещества на составляющие, то, например, каркасные фрагменты на 20% лучше связывают пирен, чем исходные препараты.

Совершенно другой тип модификации мы использовали для того, чтобы сделать гуминовые вещества более активными восстановителями. Дело в том, что именно восстановительные свойства определяют способность гуминовых препаратов нейтрализовать окисленные актиниды (например, плутоний). Мы взяли гуминовые вещества, полученные из окисленного угля — как мы уже говорили, основного сырья для промышленного производства гуминовых препаратов. У этих гуминовых веществ самое высокое содержание ароматического углерода (свыше 60%) и нет углеводных фрагментов. К ним мы присоединили различные хиноидные фрагменты с помощью фенолформальдегидной конденсации и получили высокоактивные гуминовые редоксполимеры (рис. 6). Они действительно лучше восстанавливали радионуклиды. Более того, чтобы сделать реакцию «зеленой» при производстве в промышленном масштабе, мы отработали такую реакцию, для проведения которой не нужен токсичный формальдегид. Оказалось, что такой способ позволяет ввести хиноидный фрагмент в гуминовые вещества «по выбору» — достаточно одного незамещенного положения в фенольном фрагменте гуминового каркаса. В результате получается целый набор хиноидно обогащенных гуминовых производных с различными электрохимическими свойствами.

Следующий наш шаг — получение гуминовых производных с повышенной сорбционной способностью на минеральных матрицах (рис. 7). Зачем это нужно? Основное, что останавливает применение гуминовых веществ в природоохранных технологиях: после того как детоксикант вносят в почву и он адсорбирует металл, непонятно, как предотвратить его дальнейшее передвижение. Идеальным решением проблемы было бы заставить гуминовые вещества необратимо прилипать к минеральным поверхностям (например, к песку или глинам). Учитывая, что основная составляющая природных минералов — это кремнезем, то самый удобный способ — создать связь Si—О—Si между гуминовым веществом и минеральной матрицей. Тогда можно получить порошок с поверхностно-активными группами, которые после растворения в водоеме будут прилипать к минеральной поверхности. Вопрос только в том, как это сделать? Казалось бы, все просто: нужно ввести силанольный фрагмент в гуминовый каркас — и дело с концом. Но такие гуминовые вещества в воде будут полимеризоваться, и ничего хорошего из этого не выйдет.

Мы обратились за помощью к коллегам в лабораторию элементоорганических соединений Института синтетических полимерных материалов (ИСПМ) РАН. И решение было найдено: нужно вводить не силанольную группу, а алкоксисилильную. Такое вещество в воде будет гидролизоваться и высвобождать гуминовые вещества с силанольными группами. Сказано — сделано: были получены гуминовые производные (рис. 7), которые с успехом сели на силикагель (модель минеральной поверхности) из водного раствора. Оказалось, что, изменяя степень модификации гуминовых веществ, можно управлять и свойствами, которыми будет обладать гуминовая пленка. По экспериментальным данным, новый препарат сорбирует плутоний почти на 95%.

Конечно, невозможно охватить в одной статье и даже в книге все накопленные данные по существующим способам и перспективам использования гуминовых веществ. Публикации последних лет содержат большое количество оригинальных предложений по новым областям применения гуминовых препаратов. Наряду с растениеводством их все больше используют в медицине, животноводстве и других областях.

Очередная конференция Международного гуминового общества называется «От молекулярного понимания — к инновационным применениям гуминовых веществ». Она пройдет в России (14-19 сентября 2008 года) под эгидой IUPAC, а ее организатор — Химфак МГУ. Это вполне закономерно подтверждает лидерство наших ученых в этой области химии. Кстати, они совершенно уверены, что это сырье будущего. Почему? Потому что гуминовые вещества проявляют уникальные биологические свойства, не нанося никакого вреда природе.

Здравствуйте уважаемые читатели портала сайт. Если вы не геолог или почвовед, то название статьи, скорее всего, вызовет недоумение.

Все мы знаем из школьного курса химии и биологии про органические и неорганические кислоты, а вот гуминовая кислота - это что-то новенькое.

Между тем, все новое, это, как известно, хорошо забытое старое. Впервые эти кислоты выделил из торфа более 200 лет назад, немецкий химик. Их изучением занимались многие ученные, однако к началу 20 века интерес к данным соединениям практически угас, а вспомнили о гуминовых кислотах и их свойствах лишь недавно.

Гуминовые кислоты представляют собой продукт разложения растительных и животных остатков под действием микроорганизмов и различных других природных факторов. Содержатся в почве, каменном и буром угле, сапропеле (так называют слежавшийся ил), в речной и морской .

Польза гуминовой кислоты для человека

Кроме очевидной и самой важной функции для человека - обеспечения плодородности почвы, гуминовые кислоты обладают множеством других полезных свойств, прямо или косвенно помогающих сохранить наше здоровье:

1. Антитоксические. Обладают способностью связывать различные вредные вещества, которые человек в избытке сбрасывает в окружающую среду: тяжелые металлы, пестициды, хлорорганику. Образование соединений с гуминовыми кислотами делает эти токсины менее опасными для животных и человека.

2. Агрономические. Наиболее часто применяют в качестве стимулятора роста растений. Но в отличие от синтетических аналогов, они не просто ускоряют рост. Польза заключается в том, что они способствуют качественному улучшению свойств почвы и способствуют усвоению минеральных веществ растениями, а значит, снижают количество удобрений, необходимых для получения высокого урожая. Следовательно, риск получить овощи и злаки, пересыщенные минеральными веществами, например, теми же нитратами - сводится к нулю.

3. Целебные. Гуминовые кислоты , содержащиеся в лечебных грязях и минеральной воде, отчасти ответственны и за их лечебные свойства, т.к. способны оказывать противовоспалительное и антиоксидантное действие. Считается, что они могут существенно помочь людям, страдающим различными формами артрита и заболеваниями ЖКТ.