Гуминовая кислота

Гуминовые вещества – это сложная смесь высокомолекулярных и полифункциональных соединений алициклической, гидроароматической, ароматической и гетероциклической природы, замещенных разной длинны алкильными цепями как нормального, так и изостроения, включающих непредельные связи с различными функциональными группами. Можно сказать, что между лигнином и гуминовыми веществами нет резкого скачка; скорее здесь наблюдается относительно плавный переход, если последний термин применим к молекулам.

В природных условиях гуминовые вещества образуются в процессе окислительной деструкции растительных остатков под действием микроорганизмов или кислорода воздуха (Гуминовые вещества в биосфере). При этом их нельзя рассматривать в качестве неких отходов жизненных процессов. Гуминовые вещества – это естественный продукт совместной эволюции минерального и органического в истории Земли, являющийся обязательным и необходимым компонентом, обеспечивающим существование современных жизненных форм. Они принимают участие в геохимической миграции минеральных компонентов, катионов и анионов, в комплексообразовании, окислении и восстановлении элементов, влияют на разнообразные природные процессы с участием органической ее компоненты и т.д. Входят в состав растительных тканей, торфа, различных углей, придонных органических остатков и др., выполняя ряд разнообразных функций. Среди последних следует назвать аккумулятивную функцию, ибо гуминовые вещества – важнейшие элементы питания живых организмов, несущие энергетические запасы, необходимые для биоты, или непосредственно усваиваемые микроорганизмами и растениями. Известно, что именно в форме гуминовых веществ в почвах накапливается до 90-99% азота, примерно половина всего фосфора и серы, различные необходимые микроэлементы.

Далее может быть упомянута транспортная функция, когда наряду с малорастворимыми соединениями они образуют достаточно устойчивые, но растворимые и способные к геохимической миграции соединения. Существенны регуляторные функции гуминовых веществ. Например, формируя окраску гумусных горизонтов, они влияют на тепловой режим; ответственны за образование почвенной структуры, за растворение нерастворимых минералов и др. Их протекторная функция заключается в защите почвенной биоты и растительного покрова в случае неблагоприятных экстремальных ситуаций, в частности – засухи. Кроме того они способны связывать радионуклиды, пестициды, детергенты и иные техногенные отбросы, надолго выводя их из оборота и способствуя разложению. Это далеко не полный перечень функций, выполняемых гуминовыми веществами.

Известно много попыток химического описания основного звена гуминовых веществ; некоторые из них приведены в цитированном выше сборнике. На рисунке 27.1 приводим одну из таких формул, на наш взгляд достаточно адекватную. Видны сложность и непостоянство не только веществ, построенных на основе этой структуры, но и самой структуры. Гуминовые вещества и лигнин, не имея определенной химической структуры, по строению и содержанию элементов стохастичны. По существу это уникальная стабилизированная форма органического материала, не контролируемая условиями биологического кода, а согласуемая, по-видимому, только с законами термодинамики. Действительно, все известные биомакромолекулы синтезируются на основе кода, записанного в специальных структурах нуклеиновых кислот. Однако это не относится к рассматриваемому нами объекту. Здесь определяющими являются условия образования лигнина и условия его дальнейшей судьбы. В конечном счете эти процессы являются вероятностными и подчиняются только законам термодинамики.

Лигнин и гуминовые вещества, являясь сами биологически активными соединениями, при их обработке, специфической в каждом конкретном случае, могут быть источниками новых разнообразных биологически активных веществ. Тому имеются достаточно многочисленные примеры. Самый известный из них – широко применяемый в клинической практике сорбент «медицинский лигнин» или полифепан (Леванова).

Показано увеличение эффективности процесса окислительного фосфорилирования под влиянием фульво- и гуминовых кислот в опытах in vitro на митохондриях печени крысы (Visser). На лабораторных животных, которым в течение 24 дней скармливали гомогенат торфа или выделенные из него гуминовые кислоты, показано снижение холестерина в крови, липидов, глюкозы, увеличение глобулинов, гемоглобина и количества эритроцитов (Banaszkiewicz, Drobnik). Установлен ингибирующий эффект гуминовых кислот на протеолитические ферменты (Жоробекова, Кудралиева). Гуминовые и фульвокислоты in vitro сокращают протромбиновое время плазмы человека (Lu). Показана способность гуминовых кислот стимулировать некоторые функции нейтрофилов человека (Riede et al., 1991).

Предполагается возможность использования гуминовых кислот в качестве средств, повышающих сопротивляемость организма к действию различных неблагоприятных факторов (Лотош). Иначе говоря речь идет об адаптогенном действии. В Польше выпускается природный иммуномодулятор, состоящий из многих компонентов, в том числе и гуминовых кислот, обладающий интерфероногенным эффектом и являющийся индуктором фактора некроза опухолей (Inglot et al.).

Биостимулирующий эффект гуминовых кислот в составе торфа показан на крысах с лапаротомией, которых в течение нескольких дней опускали в торфяную жижу. В результате существенно уменьшалось количество образующихся спаек (Davies, Evison). Seubert и др. применяли специально разработанный гумат для ускорения заживления раневой поверхности. Полифенольные композиции реагируют с биополимерами типа коллагена, увеличивая их механическую прочность и ускоряя процесс созревания (Riede et al., 1992).

Имеются данные об антибактериальной активности препарата из гуминовых кислот (Гаджиева и др.). Комплекс гуминовая кислота-железо повышает усвоение железа и позволяет одним лекарственным средством проводить в ветеринарной практике терапию тонкокишечного железодефицитного синдрома (Fuchs et al.). Для лечения диареи в ветеринарии предложен препарат на основе гумата натрия (Ходак и др.). Гуматы рекомендованы для лечения метаболических нарушений в пищеварительной системе (Kuhnert et al.). Авторы отмечают отсутствие побочных эффектов и полное выведение препарата из организма, что особенно ценно в педиатрической клинике.

Установлено, что полифенольные композиции на основе гуминовых веществ обладают антимутагенным и противовирусным действием (Gichner et al.). Сравнительно недавно появился международный патент на лечение СПИДа с помощью гуминовых кислот (Zanetti).

Наконец, существует большая литература о лечении отравлений тяжелыми металлами и об антитоксической функции гуматов (Феоктистов и др.; Dubey, Rai; и др.).

Было бы странно, если бы лигнин и гуматы обладали только положительными эффектами. Понятно, при известных условиях они могут оказывать и отрицательное воздействие на организм. Понятно также, что прежде всего доза вещества здесь играет решающую роль, как обычно. Передозировки могут вести к весьма неблагоприятным последствиям. Показательным в этом отношении является исследование Liang и др., которые связывают распространенный в некоторых районах Китая эндемический хронический остеоартрит – болезнь Кашин-Бека – с обилием гуминовых веществ в питьевой воде этих областей. Другим примером, не связанным с хроническим воздействием, является окислительное повреждение ДНК под влиянием препаратов из лигнина, установленное в опытах на культуре клеток (Slamenova et al.).

Из представленного краткого очерка очевидно, что лигнин является источником биологически активных веществ с весьма разнообразным набором полезных эффектов. Однако существует проблема, подчас решаемая с трудом. Речь идет о стандартизации препаратов из лигнина. В то время, как такие препараты могут быть использованы в медицине, ветеринарии, растениеводстве, безусловно – в косметологии, их получение зависит от особенностей технологического процесса, вида сырья, содержания микроэлементов, зольности, окисленности гуматов и иных характеристик. А поскольку конечный продукт не является молекулой с постоянным составом, его стандартизация прежде всего должна включать тщательно отработанный технологический процесс на стандартном оборудовании. Методы контроля производства и контроля получаемого препарата могут быть весьма непростыми.

Существует и еще одна проблема, связанная с изучением механизмов действия препаратов из лигнина. Очевидно, что отмеченное выше разнообразие биологических эффектов нельзя свести к единому механизму. Подтверждением этому является полифункциональность препаратов из лигнина, обусловленная содержанием в самом лигнине и его продуктах многих разнообразных лигандов и связей. Соответственно и механизм действия таких продуктов может не сводиться к одной функции, но быть комплексным, когда имеют место несколько разных рецепторов, а эффект определяется некоей равнодействующей. С другой стороны возможен вариант, когда действует только комплекс в целом и невозможно выделить его отдельные компоненты, каждый из которых оказывается неэффективным.

Примечания