CC BY
100
Вестник СамГУ — Естественнонаучная серия. 2010. № 4(78).
ХИМИЯ
УДК 547.992.2, 537.363
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЙ ИМПУЛЬСНОГО ТОКА ОТ ЭС ДИАДЭНС-ПКМ НА СОСТАВ ГУМИНОВОЙ КИСЛОТЫ
© 2010 И.А. Потапова, В.В. Вишняков, П.П. Пурыгин^ Д.В. Воробьев, К.А. Пряхина, Е.С. Гаршина;
Исследовано воздействие импульсных биполярных электрических токов на гуминовые кислоты. Показано, что действие импульсного тока от аппарата ДиаДЭНС-ПКМ на частотах 77, 140 и 200 Гц не приводит к изменению состава гуминовых кислот.
Ключевые слова: гуминовые килоты, фульвокислоты, биполярный импульсный ток, ДЭНС-форез, ИК-спектр.
Гуминовые кислоты (ГК) — это прочные конечные продукты разложения (гумификации) органической материи, в особенности растений.
К настоящему времени разработаны методы выделения гуминовых веществ (ГВ) из различных природных объектов, определен их химический состав, все важнейшие свойства, изучено влияние на почвы, растения, микроорганизмы, рыб, животных. Выявлены возможности использования ГВ при производстве аккумуляторов, различных фильтров, для приготовления красителей, буровых растворов. В продаже появились растворы, пасты и порошки гуматов, которым приписывают высокую физиологическую активность [1, 2].
Гуминовые кислоты к тому же обладают различными лечебными свойствами: проникая в неповрежденную кожу, они питают клеточные мембраны, стимулируют ферментную и метаболическую деятельность, восстанавливают нервные волокна, удаляют из кожи 95 % ионов тяжелых металлов, токсинов и микрофлоры, оказывают противовоспалительное воздействие на животные ткани и, являясь активным компонентом лечебной грязи, эффективно используются для лечения заболеваний опорно-двигательной системы [2, 3, 6].
Сочетание постоянного или импульсного биполярных электрических токов и гуминовых кислот способствует более эффективному воздействию лечебных факторов на организм пациента. Данные факты определяют спазмолитический, секре-
1Потапова Ирина Анатольевна ([email protected]), Вишняков Василий Валерьевич (vishenamail.ru), Пурыгин Петр Петрович (Purygin2002amail.ru), кафедра органической, биоорганической и медицинской химии, 443011, Россия, г. Самара, ул. Акад. Павлова, 1.
2Воробьев Дмитрий Вениаминович ([email protected]), Пряхина Ксения Анатольевна, Гаршина Евгения Сергеевна, Центр медицинских инноваций доктора Д.В. Воробьева, 443096, Россия, г. Самара, ул. Мичурина 52, оф, 309 а.
3Якимова Наталия Анатольевна ([email protected]), кафедра гинекологии Самарского медицинского института "РЕАВИЗ" 443001, Россия, г. Самара, ул. Чапаевская, 227.
Н.А. Якимова3
торный, обезболивающий эффект, стимуляцию обменных процессов, крово- и лим-фотока, регенерацию поврежденных тканей [4].
Таким образом, действие биологически активных веществ, в нашем случае гу-миновых кислот, в сочетании с физическим фактором (электрический ток), основанное на механизмах, включающих рефлекторную и гуморальную регуляцию систем организма, позволяет достичь высокого терапевтического эффекта в соответствии с показаниями [4].
В связи с этим нами проведены исследования воздействия импульсного тока от ЭС ДиаДЭНС-ПКМ на состав гуминовой кислоты.
ДЭНС-форез — способ введения лекарственных веществ посредством биполярных импульсных токов от аппаратов динамической электронейростимуляции, способствует более эффективному трансдермальному введению гуминовых препаратов (ГП) и более выраженному клиническому эффекту в комплексном лечении заболеваний опорно-двигательной системы. Отмечены выраженный обезболивающий эффект, улучшение микроциркуляции мягких тканей сустава и его функций [4, 5].
Однако действие биполярных импульсных электрических токов на свойства и состав ГК ранее изучено не было.
К настоящему времени разработаны методы выделения ГК из различных природных объектов, определены их химический состав, важнейшие свойства, а также влияние на почву, растения и живые организмы. Источниками для получения ГК служат почвы, торф, сапропели, бурые угли [4].
Для проведения эксперимента гуминовые кислоты выделяли из образцов бурого угля традиционным способом водно-щелочной экстракции с последующим их осаждением в кислой среде [7].
Реакции извлечения ГВ сводятся к следующим уравнениям:
П+NaOH ^ ГК-СОО^+ГМК-СОО^+ФК-СОО^ ГК-СОО^+ГМК-СОО^+ФК-СОО^+И2 8О4 ^ ^ ГК-СООИ+ГМК-СООИ+ФК-СООИ + Ш2БО4,
где П — почва или иное природное образование, содержащее гуминовые вещества, ГК — остаток гуминовой кислоты, ФК — остаток фульвокислоты, ГМК — остаток гиматомелановой кислоты.
Экстракция ГК осуществлялась 1 и 2 % ^ОИ, КОИ, NH4OH и 5 % раствором ^2СОз. Если к полученному щелочному экстракту добавить какой-либо кислоты до рН 1-2, то выпадет осадок гуминовой и гиматомелановой кислот, а фульвокис-лоты останутся в растворе. При осаждении ГК использовали концентрированную И28О4, HCl и концентрированную Н3РО4. Осадок отделяли центрифугированием и промывали дистиллированной водой.
Наиболее полное выделение гуминовых кислот происходит при экстракции 4 % раствором щелочи, более высокая концентрации щелочи не сказывается на более полном извлечении гуминовых кислот, и оптимальное время реакции — 4 часа. Нагревание более 4 часов также не приводит к увеличению выхода гуминовых кислот.
Выделение ГВ проводили при температуре 80 °С — использование более высоких температур для обработки исходного сырья приводит к уменьшению выхода ГК (от 4 до 2 %) и изменению состава получаемых продуктов, происходят гидролиз и вымывание карбоксильных и, особенно, полисахаридных фрагментов, за счет этого увеличивается относительное содержание ароматических остатков [8].
Использование при осаждении ГК различных минеральных кислот (HCl, H2SO4, Н3РО4,) не оказывает влияния на их состав и структуру. Отсутствие стадии деминерализации на первоначальном этапе получения ГК не приводит к значимым изменениям элементного состава, однако заметны отличия во фрагментном составе — увеличение относительного количества ароматических и карбоксильных фрагментов [9].
Осадки гуминовой и гиматомелановой кислот легкоотделимы, их высушивали и получали темно-бурые или почти черные порошки.
Далее мы исследовали воздействие импульсного тока от ЭС ДиаДЭНС-ПКМ на свойства гуминовой кислоты. На увлажненный водой электрод для электрофореза размером 60x80 мм тонким слоем укладывали исследуемое вещество. Сверху накрывали таким же увлажненным электродом. Электроды соединяли с устройством для ДЭНС-фореза, которое подключали к ЭС. Для доказательства, что биполярные импульсные токи не изменили состав гуминовых кислот, мы использовали метод ИК-спектроскопии и сняли спектр гуминовой кислоты до и после 30-минутного воздействия на нее импульсными токами от аппарата ДиаДЭНС-ПКМ на частотах 77, 140 и 200 Гц. Инфракрасные спектры снимались на приборе Spectrometer фирмы Perkin Elmer Spectrum 100 FT-IR. Условия записи спектров: интервал длин волн 4000-400 см-1, подавление сигналов H2O и CO2, спектры записаны относительно воздуха. Использовали приставку двойного отражения.
Рис. Спектр гуминовой кислоты
Метод ИК-спектроскопии широко используется для анализа ГК [10]. Преимуществами метода являются информативность по функциональному составу, быстрота и возможность анализа веществ без дополнительного фракционирования. Это позволяет получать более достоверную информацию о строении макромолекул ГК, чем при химическом анализе, так как химическое воздействие на ГК обычно приводит к необратимым структурным изменениям. Кислородсодержащие группы ГК, например, не могут быть количественно определены методами химического функционального анализа.
На рисунке в ИК-спектрах ГК в наших экспериментах обнаружены интенсивные полосы поглощения при 3500-3400 см-1, отнесенные к валентным колебаниям гидроксильных групп (фенольные, спиртовые и карбоксильные группы), 2920, 1370 см-1 относятся к длинным метиленовым цепочкам, 2860 см-1 — к метальным группам. Полосы поглощения при длинах волн 1720 см-1 соответствуют карбоксильным группам (С=О в карбоксильных группах), 1600 см-1 свидетельствуют о наличии бензоидных структур (С=С в ароматических системах), 1225 см-1 — ОН-группы в карбоксильных группах, 1025 см-1 — ОН-группа в углеводах, 1650 см-1 — N=C в имино-группах.
ИК-спектры ГК до и после эксперимента полностью совпали, это доказывает, что биполярные импульсные токи не меняют структуру гуминовых препаратов.
Литература
[1] Аввакумова Н.П. Биохимические аспекты терапевтической эффективности гумусовых кислот лечебных грязей: монография. Самара: ГП "Перспектива"; СамГМУ, 2002. 124 с.
[2] Ziechmann W. Humic substances and their Médical Effectiveness // 10th International Peat Congress. 1996. V. 2. P. 546-554.
[3] Пивоваров Л.Р. О природе физиологической активности в связи с их строением // Гуминовые удобрения. Теория и практика их применения. Киев: Госсельхозиздат УССР, 1962.
[4] ДЭНС-форез раствора лечебной грязи курорта "Сергиевские минеральные воды" — перспективы использования в гериатрии / А.И. Агапов [и др.] // Межрегиональная научно-практическая конференция по вопросам восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии, посвященная 175-летию ФГУ "Санаторий Сергиевские минеральные воды": тез. докл. Серноводск, 2008. С. 22-23.
[5] Применение АДЭНС в комплексном лечении работников железнодорожного транспорта / Д.В. Воробьев [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН: материалы XIII Всероссийского конгресса "Экология и здоровье человека". Самара, 2009. Т. 2. С. 41-42.
[6] О проникновении гумусовых веществ в клетки растений / А.Л. Фокин [и др.]. Днепропетровск: Изд-во Днепропетровского сельскохозяйственного института, 1975. Т. V.
[7] Выделение гуминовых кислот из бурых углей и их применение для рекультивации нефтезагрязненных земель / И.А. Потапова [и др.] // Известия Самарского научного центра РАН: материалы XIII Всероссийского конгресса "Экология и здоровье человека". Самара, 2008. Т. 1. С. 215-218.
[8] Глебова Г.И. Гиматомелановые кислоты и их место в системе гумусовых веществ: автореф. дис. ... канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 1980. 23 с.
[9] Shapovalov А. A., Putsykin Y. G., Leonov V. A. Some specifics of the structure and the mechanism of formation of humic acids // Proceeding of 10 International Meeting of the IHSS. 2000. V. 1. P. 195-197.
[10] Орлов Д.С., Розанова Щ.Н., Матюхина С.Г. Инфракрасные спектры поглощения гуминовых кислот // Почвоведение. 1962. № 1. С. 17-21.
Поступила в редакцию 25/III/2010; в окончательном варианте — 25/III/2010.
INVESTIGATION OF INFLUENCE OF PULSE BIPOLAR ELECTRIC CURRENT FROM THE DEVICE DIADENS-PCM ON THE STRUCTURE OF HUMIC ACIDS
© 2010 I.A. Potapova, V.V. Vishnykov, P.P. Pyrigin4, D.V. Vorobiev, K.A. Prychina, E.S. Garshina5,
Influence of pulse bipolar electric current on humic acids is investigated. It is shown that the action of a pulse current from the device DiaDENS-PCM on frequencies 77, 140 and 200 Hz does not lead to structure change of humic acids.
Key words: humic acids, fulvic acids, bipolar electric current, DENS-forez, the IR-spectrum.
N.A. Yakimova6
Paper received 25/III/2010. Paper accepted 25/III/2010.
4Potapova Irina Anatolievna (potap59.59amail.ru), Vishnykov Vasiliy Valerievich ([email protected]), Pyrigin Petr Petrovich (Purygin2002amail.ru), Dept. of Organic, Bioorganic and Medical Chemistry, Samara State University, Samara, 443011, Russia.
5Vorobiev Dmitriy Veniaminovich ([email protected]), Pryakhina Kseniya Anatolievna, Garshina Yevgeniya Sergeevna, Centre of Medical Innovations named after dr. Vorobiev Dmitriy Veniaminovich, Samara, 443096, Russia.
6Yakimova Nataliya Anatolievna ([email protected]), NOU VPO Samara Medical University "REAVIS" Samara, 443001, Russia.
