Сезонные изменения группового состава низкоминерализованных пелоидов Самарского региона как показатель уровня их биологической активности

Пелоиды - сложные вещества, образующиеся в естественных условиях биоценозов под влиянием гидрогеологических процессов. Образование лечебных грязей происходит под воздействием комплекса природных факторов. Наиболее распространены пелоиды, образующиеся вследствие осадко-накопления в водоемах и болотах. Характер накопления определяет образование различных по составу и свойствам лечебных грязей, отличающихся друг от друга содержанием как минеральных, так и органических компонентов. При изучении лечебных свойств грязей давно поставлен вопрос о роли органических веществ, как одного из факторов, участвующих в их формировании.

Низкоминерализованные иловые сульфидные грязи, являющиеся объектом наших исследований, представляют собой сложный

Аввакумова Надежда Петровна, доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой общей, бионеор-ганической и биоорганической химии.   E-mail:

Жернов Юрий Владимирович, кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологии вирусов

Жданова Алина Валитовна, кандидат фармацевтических наук, старший преподаватель кафедры общей, бионеорганической и биоорганической химии

Семионова Мария Александровна, кандидат фармацевтических наук, старший преподаватель кафедры общей, бионеорганической и биоорганической химии многокомпонентный комплекс, в которых ведущая роль в терапевтической эффективности, которого ведущая роль отводится органическим ком-понентам[1]. Биохимические процессы сульфатре-дукции, присущие образованию иловых сульфидных грязей, проходят в строго анаэробных условиях, при наличии легко усвояемых микроорганизмами органических веществ, растворимых сульфатов и соответствующей микрофлоры. Подобные условия реализуются в природе под воздействием климатических, геологических и биологических факторов. Особенности сочетания и проявления этих факторов приводят к формирования различных по составу минеральных илов, обладающих конкретными физико-химическими, биологическими, следовательно, и лечебными свойствами. В низкоминерализованных пелоидах ведущим лечебным фактором являются органические вещества, представленные как неспецифическими компонентами, так и специфическими. К неспецифическим относят органические вещества, синтезированные в живых организмах и поступающие в биогеохимические объекты извне. Они наиболее быстро реагируют на изменения внешних условий. Это липиды, полисахариды, витамины и др. К специфическим компонентам относят гуминовые вещества[2-5].

В составе гуминовых веществ принято выделять различные группы компонентов. Группой называют совокупность веществ с близким типом строения, но несколько отличающихся по химическому составу, молекулярной массе, размеру частиц. Это темно окрашенные азотсодержащие высокомолекулярные поликонценсированные органические соединения, преимущественно кислот- ной природы, обладающие электроно-донор-ными и электроно-акцепторными свойствами. Они представлены гумусовыми кислотами (фульвовы-ми, гуминовыми и гиматомелановыми) и компонентами гумина[5-8].

Цель исследования: изучение сезонных колебаний отдельных групп гуминовых веществ низкоминерализованных иловых сульфидных грязей как показателя периода биологической активности.

Материалы и методы. Объектом нашего исследования были органические вещества пелои-дов четырех наиболее крупных озер, находящихся на территории Самарской области и являющихся базовыми грязевыми месторождениями санатория «Сергиевские минеральные воды» и многих санаториев-профилакториев, действующих в данном регионе. Грязевые месторождения: оз.Молочка, оз.Солодовка, оз.Тепловка, оз.Серное. Исследование группового состава органических веществ пе-лоидов проводили по оригинальной разработанной нами методике без термического воздействия.

Содержание групп определяли по органическому углероду без пересчетных коэффициентов, которые вносят значительные погрешности. Сжигание проводили 0,067 М сернокислым раствором калия дихромата в течение 5 минут с момента закипания, в колбах с шариковыми воздушными холодильниками, с последующим титрованием раствором аммония-железа (II) сульфата по фенилантраниловой кислоте.

Результаты и их обсуждение. Как известно, соотношение групп неспецифических и специфических органических веществ является одной из основных характеристик биогеохимических систем. Результаты анализа, представленные в табл. 1. Распределение органических веществ по группам во всех серноводских объектах указывает на колебания по сезонам года, тем не менее во всех озерах группа неспецифических органических веществ представлена значительно меньшим количеством и в среднем составляет 13,34%, тогда как на долю гуминовых веществ приходится 86,66%.

Таблица 1. Состав органических веществ пелоидов

Максимальная доля в составе гуминовых веществ приходится на подвижные компоненты – гумусовые кислоты. Если для неспецифических органических веществ и гумина присущи значительные количественные колебания, то содержание гумусовых кислот характеризуется высокой стабильностью, специфично для каждого грязевого месторождения. Наибольшим количеством гумусовые кислоты представлены в оз. Серном, где их содержание достигает 86,02% от органических веществ и в среднем составляет 79,62%. Несколько меньше гумусовых кислот содержатся в оз. Молочка, где их количество в среднем равно 75,14% и почти одинаковым содержанием гумусовых кислот около 66% характеризуются озера Тепловка и Солодовка. Преследуя цель изучения биологической активности пелоидов, обусловленной содержанием специфических органических компонентов, мы провели анализ их групп. Распределение по группам специфических органических веществ показано в табл. 2.

Во всех образцах содержание фульво-кислот и гиматомелановых кислот претерпевает незначительные колебания по сезонам года, не превышающее ±4,5%, в то время как концентрация гуминовых кислот и гумина изменяется значительно. При этом относительное содержание гуминовых кислот в составе специфических органических веществ закономерно уменьшается от весеннего периода к осени во всех источниках, проходя через максимум в летний сезон. Это предполагает возможность взаимных превращений фульвокислот и гуминовых кислот.

Таблица 2. Групповой состав гуминовых веществ иловых сульфидных грязей по сезонам года

С одной стороны фульвокислоты являются более молодыми образованиями и в дальнейшем переходят в гуминовые, с другой стороны гуминовые кислоты являются источниками фульвокислот при их биохимической микробиологической деструкции. Равновесие «фульвокислоты ↔ гуминовые кислоты» очень динамично и отражает суммарный процесс, характеризующий биологическую активность микрофлоры. Результаты группового анализа согласуются с высказываниями Rim Y.D. , Kim Y. о сезонном колебании биологической активности органических веществ и ее максимальном уровне в осенний и весенний периоды. По-видимому, в биогеохимических объектах подобного типа существует оптимальный уровень концентрации специфических органических веществ, являющихся энергетическим материалом в жизнедеятельности микроорганизмов. Фульвокислоты и гиматомела-новые кислоты, имеющие меньшую молекулярную массу, менее устойчивые, наиболее доступны для микроорганизмов. После утилизации микроорганизмом данных групп органических веществ система гумуса претерпевает внутренние изменения и часть гуминовых кислот пополняет группы фульво- и гиматомелановых кислот. В целом среднегодовые значения, характеризующие содержание групп специфических органических веществ весьма стабильны независимо от грязевого источника. Содержание фульвокислот в процентах от общего количества гуминовых веществ составляет 20,05% в оз. Серное и достигает максимального значения в оз. Тепловка и оз. Молочка, где их содержится 23,7%. Содержание гиматомелановых кислот в серноводских грязях стабильно содержится на уровне 10-11% от общего количества гуминовых веществ. В среднем на 50% специфические органические вещества серноводских источников представлены гуминовыми кислотами. Среднегодовое содержание их максимально в грязи оз. Серное – 57,9% и оз. Молочка – 53,3%. Немного уступает по содержанию данной группы органических веществ грязи оз. Солодовка, где они составляют около 47%. Особенна по содержанию гуминовых кислот грязь оз. Тепловка, где их содержится менее 32%.

Интересным представляется тот факт, что группа гуминовых кислот и гумина во всех пелои-дах составляет примерно 65-70% от общего количества гуминовых веществ. Таким образом, гуминовые кислоты и гумин являются определенным буфером в виде малодоступных термодинамически устойчивых специфических органических соединений. Исходя из этой закономерности, можно считать, что пелоиды озер, в составе органических веществ которых максимально содержание гуминовых кислот, содержит мало гумина и наоборот. Среднегодовое содержание гумина в оз. Молочка и оз. Серное составляет 11,4%, в оз. Тепловка и оз. Солодовка – 24% и 22% соответственно. Для всех исследуемых источников характерно увеличение содержания фульвовых кислот от весны к осени с 20% до 40% , в то время как гиматомелановые кислоты имеют тенденцию к уменьшению в осенний период. Максимально в составе гумусовых кислот представлены гуминовые кислоты, которые достигают 70% от общего содержания гумусовых кислот.

Выводы: как общее содержание органических веществ в пелоидах, так и распределение их по группам зависит от термодинамических условий формирования грязевых месторождений и минерализации грязевого раствора. Различный состав органических компонентов пелоидов предполагает различный уровень их биологической активности. Сезонные колебания содержания гуминовых веществ базовых грязевых озер курорта «Сергиевские минеральные воды» не претерпевают значительных изменений группового состава. Наибольшим постоянством содержания отличаются подвижные группы, представленные фуль-вокислотами и гиматомелановыми кислотами. Сказанное позволяет ожидать одинаковую биологическую активность пелоидов, обусловленную наличием специфических органических веществ независимо от времени забора грязи и источников грязевых месторождений курорта «Сергиевские минеральные воды».