Гуминовые кислоты: инновации и перспективы использования



В статье представлен обзор современных данных о гуминовых кислотах и их многофункциональном потенциале в сельском хозяйстве, биотехнологиях и биомедицине. Обсуждаются ключевые направления будущих исследований, направленных на стандартизацию препаратов на основе гуминовых кислот и расширение их применения в медицинской практике.

Ключевые слова: гуминовые кислоты, биомедицина, сельское хозяйство, агротехнологии, биотехнологии, животноводство, экология.

Гуминовые кислоты — сложные природные макромолекулы, образующиеся при разложении органического вещества. Они входят в состав гумуса, торфа, угля и природных водоёмов, являясь одной из наиболее распространённых форм органического углерода. По химической структуре это гетерогенная смесь соединений с различными функциональными группами, что обуславливает их высокую реакционную способность, способность к хелатообразованию и адсорбции ионов. Благодаря высокой молекулярной массе они образуют коллоидные растворы и взаимодействуют с минералами почвы. Гуминовые кислоты связывают тяжёлые металлы, радионуклиды и токсины, регулируют биодоступность элементов, стабилизируют органическое вещество и обладают высокой сорбционной активностью. Они устойчивы к разложению, участвуют в углеродном цикле и являются важным индикатором состояния экосистем.

Снижение токсичности пищевых загрязнителей играет важную роль в сохранении здоровья человека. Афлатоксин B1 — один из самых опасных пищевых токсинов, способный вызывать рак печени. Гуминовые кислоты помогают нейтрализовать его негативное воздействие в экспериментах на мышах, благодаря выраженным детоксикационным свойствам: они снижают воспаление, восстанавливают микробиоту кишечника, нормализуют активность ферментов печени и повышают содержание полезных бактерий ( Desulfovibrio, Alistipes ). Кроме того, гуминовые соединения уменьшают окислительный стресс, укрепляют кишечный барьер и способствуют выведению токсинов [15].

Разработка эффективных систем доставки препаратов для комбинированной терапии рака остаётся актуальной задачей. Наноматериал HA-Gd-DOX, созданный на основе гуминовых кислот (НА), гадолиния (Gd) и доксирубицина (DOX), обладает высокой биосовместимостью. Этот комплекс усиливает химио-фототермический эффект, подавляя рост опухоли эффективнее липидного DOX и вызывая меньше побочных эффектов у мышей, а также in vitro. Кроме того, он улучшает визуализацию опухолей на МРТ, что расширяет возможности его применения в онкотерапии [7].

В поисках природных и эффективных методов лечения воспалительных заболеваний кишечника внимание привлекают гуминовые кислоты (ГК), обладающие выраженным регенеративным и противовоспалительным действием. ГК помогают ослабить колит у мышей, вызванный декстрансульфатом натрия: способствуют восстановлению массы тела и структуры кишечника, нормализуют микробиоту, увеличивают количество лактобактерий и бифидобактерий, а также снижают уровень воспалительных цитокинов. Эти свойства делают ГК перспективным средством для профилактики и лечения колита [5].

Разработка новых антикоагулянтных средств с минимальными побочными эффектами является актуальной задачей современной медицины. Гуминовые кислоты (ГК) способны снижать тромбообразование, уменьшая длину тромбов и подавляя экспрессию гликопротеина IIb/IIIa на активированных тромбоцитах. Кроме того, они препятствуют развитию венозного тромбоэмболизма у группы мышей, что подтверждает их потенциал в профилактике и лечении тромботических осложнений [8].

В поисках эффективных средств для ускорения заживления ран особый интерес представляют природные соединения с противовоспалительными свойствами. Паста с 0,5 % содержанием гуминовых и фульвокислот способствует полному закрытию ран у крыс на 21-й день, усиливает ангиогенез и активность фибробластов, а также снижает воспаление. Применение такой пасты может стать перспективным методом для ускорения регенерации тканей [4].

Многие фармацевтические вещества медленно разлагаются в окружающей среде, накапливаются в почвах и водоёмах, а затем могут попадать в организм животных и человека. Это создаёт риск токсического воздействия и нарушения экосистем. Известно, что агарозный гидрогель с гуминовыми кислотами замедляет диффузию лекарств — сульфапиридина и диклофенака, снижая их подвижность. Это прокладывает путь к использованию гуминовых соединений для ограничения загрязнения окружающей среды фармацевтическими отходами [6].

В современных условиях загрязнения окружающей среды и роста числа интоксикаций поиск эффективных и безопасных детоксикационных средств приобретает особую значимость. Гуминовые кислоты, являясь природными органическими соединениями, демонстрируют выдающиеся способности к связыванию и выведению токсичных веществ, включая тяжёлые металлы. Благодаря мощным адсорбционным свойствам, они в 7–10 раз эффективнее неорганических сорбентов, таких как цеолиты [13].

Оптимизация кишечной микрофлоры является важнейшим фактором, влияющим на здоровье и продуктивность сельскохозяйственных животных, особенно птиц. Гуминовые кислоты, извлеченные из вермикомпоста, обладают потенциалом для поддержания роста полезных бактерий. Известно, что гуминовые кислоты могут изменять микробиом на разных этапах пищеварения: они снижают количество вредных бактерий S. Enteritidis и C. perfringens , а полезные бактерии B. subtilis и L. salivarius растут при высокой концентрации гуминовых кислот [10].

В животноводстве важно повышать продуктивность и качество продукции безопасными методами. С 2013 года гуминовые кислоты в составе гуминовых веществ используются в качестве кормовых добавок. Они оказывают защитное действие на слизистую кишечника и противовоспалительные свойства. Включение гуминовых веществ в рацион цыплят улучшает усвоение питательных веществ, пищеварение и иммунный ответ, снижает выделение азота и неприятный запах. Также повышается качество мяса: увеличивается содержание белка, уменьшается жир, улучшается антиоксидантная устойчивость [11].

В устойчивом сельском хозяйстве растёт интерес к природным биостимуляторам, таким как гуминовые и аминокислоты. Эти экологически безопасные соединения способствуют увеличению урожайности, оптимизируют физиологические процессы в кукурузе и представляют собой многообещающие средства для стимуляции роста растений [2].

В то же время в эксперименте с рисом, выращенным в гидропонной системе, гуминовые кислоты изменили состав метаболитов в листьях, снижая уровень липидов, аминокислот и углеводов, также увеличивая концентрацию соединений, связанных с устойчивостью к стрессу. Эти результаты могут стать основой для разработки новых агротехнологий, повышающих адаптивные возможности растений [1].

Низкие температуры негативно влияют на рост и урожайность кабачков, одной из ключевых овощных культур. Установлено, что три вида гуминовых кислот (угольная, фульвокислота и биохимическая) помогают рассаде справляться с LT-стрессом (5 °C). Эти гуминовые кислоты снижают окислительный стресс, повышая активность антиоксидантных ферментов и содержание защитных соединений. Анализ транскриптома выявляет гены, связанные с антиоксидантной защитой и адаптацией к стрессу [9].

Синтетические полимеры, такие как полиэтилен и полипропилен, упорно сопротивляются разрушению, загрязняя почвы и водоёмы. Особое внимание привлекают гуминовые кислоты, которые, усиливают микробную атаку на пластик. В присутствии гуминовых кислот скорость деградации полимеров в озёрной воде возрастает в 5–30 раз, а также на суше, где их поверхность становится более доступной для разрушения. Гуминовые кислоты стимулируют рост микроорганизмов и защищают их от токсичных продуктов распада [12].

Микропластик из полистирола, проникающий в водные системы, представляет угрозу экологии, медленно разлагаясь под воздействием света. Стало известно, что гуминовая кислота ускоряет фотодеградацию микропластика под ультрафиолетом. Она усиливает генерацию реактивных форм кислорода, что приводит к значительной потере массы (4.3 %) и уменьшению размеров частиц состаренного микропластика. Эти открытия предоставляют новые возможности для технологий очистки окружающей среды от микропластиков [14].

Несмотря на перспективность гуминовых кислот, их изучение остаётся ограниченным, а многие вопросы остаются открытыми. Исследования сосредоточены главным образом на экспериментах in vitro и испытаниях на животных. Они способны ингибировать вирусы, такие как герпес, в лабораторных условиях, а исследования на крысах подтверждают их безопасность при оральном и топическом применении.

Однако данные о влиянии на человека фрагментарны и противоречивы. Клиническое исследование 2012 года с участием 14 добровольцев показало, что добавка на основе фульвовой кислоты (Activomin®) безопасна при дозе до 40 мл дважды в день в течение недели и обладает противовоспалительным эффектом. В то же время другое исследование выявило потенциальную генотоксичность гуминовых кислот в лимфоцитах человека, указывая на возможный риск оксидативного повреждения ДНК [3].

Эта неопределённость связана с рисками для отдельных групп. Гуминовые кислоты могут стимулировать иммунитет, что опасно при аутоиммунных заболеваниях, таких как рассеянный склероз, волчанка и ревматоидный артрит. Также нет данных о безопасности для беременных и кормящих, что осложняет их медицинское применение. Только клинические испытания могут подтвердить или опровергнуть эти предостережения. Без достаточных доказательств гуминовые кислоты остаются в статусе экспериментальных добавок, а не признанных лекарственных средств.

Для решения этой проблемы необходимы масштабные, стандартизированные клинические испытания на людях. Они должны подтвердить эффективность гуминовых кислот при лечении вирусных инфекций и воспалительных процессов с использованием двойного слепого метода и плацебо-контроля. Важно также установить безопасные дозировки, выявить побочные эффекты и исключить риски, включая генотоксичность, посредством долгосрочного наблюдения. Кроме того, требуется создание стандартизированных препаратов с чётким составом гуминовых кислот.

Примером успешного шага в этом направлении стало исследование Humifulvate, где клинические испытания показали улучшение метаболизма железа и отсутствие значительных побочных эффектов за шесть недель. Расширение подобных исследований с привлечением большего числа участников, включая пациентов с хроническими заболеваниями, дало бы более надёжные данные.

Реализация таких испытаний требует финансирования и сотрудничества научных институтов, фармкомпаний и регуляторов. Успех этих усилий может изменить статус гуминовых кислот в медицине, сделав их признанными терапевтическими средствами. В условиях роста устойчивости к антибиотикам это могло бы стать прорывом. Однако без устранения пробелов в данных гуминовые кислоты останутся вне основного медицинского применения [13].

Литература:

1. Canellas N. A. Changes in metabolic profile of rice leaves induced by humic acids / N. A. Canellas, F. L. Olivares, R.M. da Silva, L. P. Canellas // Plants. — 2022. Vol. 11. — P. 1–13.
2. Decsi K. Transcriptome datasets of maize plant cultures treated with humic- and amino acids / K. Decsi, M. Ahmed, R. Rizk, D. Abdul-Hamid, Z. Vaszily, Z. Tóth // Data in Brief. — 2024. Vol. 57. — P. 1–8.
3. Gandy J. J. Phase 1 clinical study of the acute and subacute safety and proof-of-concept efficacy of carbohydrate-derived fulvic acid / J. J. Gandy, J. P. Meeding, J. R. Snyman, C.E. van Rensburg // Clinical Pharmacology. — 2012. Vol. 4. — P. 7–11.
4. Gheibi N. The effect of combining humic and fulvic acids poultice on wound healing in male rats / N. Gheibi, F. Samiee-Rad, M. Sofiabadi, E. Mosayebi, Z. Shalbaf // Journal of Cutaneous and Aesthetic Surgery. — 2024. Vol. 17. — P. 105–111.
5. Huang J. Humic acids alleviate dextran sulfate sodium-induced colitis by positively modulating gut microbiota / J. Huang, P. Xu, M. Shao, B. Wei, C. Zhang, J. Zhang // Frontiers in Microbiology. — 2023. Vol. 14. — P. 1–7.
6. Klučáková M. Agarose hydrogels enriched by humic acids as a functional model for the transport of pharmaceuticals in nature systems / M. Klučáková, P. Závodská // Molecules. — 2024. Vol. 29. — P. 1–11.
7. Kong J. A novel vector for magnetic resonance imaging-guided chemo-photothermal therapy for cancer / J. Kong, Y. Li, W. Ma, Y. Du, L. Liu, T. Qu, S. Liu, M. Wang, W. Dou // Frontiers in Oncology. — 2022. Vol. 12. — P. 1–13.
8. Lan H.-T. Humic acids inhibit platelet activation to reduce venous thromboembolism in mice / H.-T. Lan, Y.-T. Zheng, Z.-J. Tong, C. Zhang, X.-Y. Cong, Z. Wang // Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine. — 2022. Vol. 10. — P. 1–9.
9. Li H. Physiological and transcriptomic analyses revealed that humic acids improve low-temperature stress tolerance in zucchini (Cucurbita pepo L.) seedlings / H. Li, F. Kong, T. Tang, Y. Luo, H. Gao, J. Xu, G. Xing, L. Li // Plants. — 2023. Vol. 12. — P. 1–12.
10. Maguey-Gonzalez J. Effects of humic acids on the recovery of different bacterial strains in an in vitro chicken digestive model / J. Maguey-Gonzalez, S. Gomez-Rosales, M. Angeles, L. Lopez, E. Rodríguez-Hernández, B. Solís-Cruz, D. Hernandez-Patlan, R. Merino, G. Tellez // Research in Veterinary Science. — 2022. Vol. 145. — P. 21–28.
11. Marcinčák S. Humic substances as a feed supplement and the benefits of produced chicken meat / S. Marcinčák, B. Semjon, D. Marcinčáková, A. Reitznerová, D. Mudroňová, J. Vašková, J. Nagy // Life. — 2023. Vol. 13. — P. 1–13.
12. Senko O. Role of humic substances in the (bio)degradation of synthetic polymers under environmental conditions / O. Senko, O. Maslova, N. Stepanov, A. Aslanli, I. Lyagin, E. Efremenko // Microorganisms. — 2024. Vol. 12. — P. 1–29.
13. Vašková J. Therapeutic efficiency of humic acids in intoxications / J. Vašková, M. Stupák, M. Vidová Ugurbaş, D. Žatko, L. Vaško // Life. — 2023. Vol. 13. — P. 1–23.
14. Wang X. Exploring the mechanisms of humic acid mediated degradation of polystyrene microplastics under ultraviolet light conditions / X. Wang, A. Muhmood, D. Ren, P. Tian, Y. Li, H. Yu, S. Wu // Chemosphere. — 2023. Vol. 327. — P. 1–10.
15. Xu P. Humic acids alleviate aflatoxin B1-induced hepatic injury by reprogramming gut microbiota and absorbing toxin / P. Xu, S. Dong, X. Luo, B. Wei, C. Zhang, X. Ji, J. Zhang, X. Zhu, G. Meng, B. Jia, J. Zhang // Ecotoxicology and Environmental Safety. — 2023. Vol. 259. — P. 1–9.