Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Лечебные грязи (пелоиды): классификация, состав, состояние исследований, использование в медицинской практике. тамбуканская лечебная грязь (обзор литературы) 19
1.1 Лечебные грязи. Происхождение, классификация 19
1.2 Химический состав лечебных грязей 22
1.3 Современное состояние исследований лечебных грязей и их
месторождений. Основные направления 25
1.4 Пелоидотерапия, использование лечебных грязей в медицине и механизм их действия 29
1.5 Препараты пелоидов и общие подходы к технологии их получения 39
1.6 Тамбуканская лечебная грязь: история изучения, современное состояние озера Больной Тамбукан, характеристика лечебной грязи, препараты на ее основе 48
1.6.1 История исследования и современное состояние озера Большой Тамбукан 48
1.6.2 Физико-химическая характеристика Тамбуканской лечебной грязи 52
1.6.3 Современные препараты и лекарственные формы Тамбуканской лечебной грязи 54
Заключение по обзору литературы 56
ГЛАВА 2 Материалы и методы исследования 59
2.1 Материалы исследования 59
2.2 Методы исследования 61
2.2.1 Технологические, физико-химические и химические исследования Тамбуканской лечебной грязи и продуктов ее переработки 61
2.2.2 Фармакологические исследования продуктов переработки Тамбуканской грязи 70
2.3 Дизайн исследования 74
ГЛАВА 3 Физико-химические и санитарно токсикологические исследования тамбуканской лечебной грязи. обоснование схемы рациональной добычи 75
3.1 Исследование физико-химических характеристик грязи озера Большой Тамбукан 77
3.1.1 Характеристика состояния слоя интенсивно черной грязи Тамбуканского озера 78
3.1.2 Характеристика состояния слоя черной грязи Тамбуканского озера 82
3.1.3 Характеристика состояния слоя интенсивно темно-серой грязи Тамбуканского озера 85
3.1.4 Общая физико-химическая характеристика Тамбуканской грязи 88
3.2 Послойное исследование содержания каротиноидов и хлорофилла в
грязи озера Большой Тамбукан. Обоснование рациональной схемы добычи 93
3.3 Исследование минерального состава Тамбуканской лечебной грязи 100
3.4 Исследование состава микрофлоры грязи озера Большой Тамбукан 106
3.4.1 Микробиологическая характеристика озера Б. Тамбукан 107
3.4.2 Динамика изменения микробиологической активности озера Б. Тамбукан 113
3.5 Исследование санитарного состояния озера Б. Тамбукан 118
3.5.1 Исследование санитарно-микробиологических показателей грязи озера Б. Тамбукан 120
3.5.2 Исследование содержания тяжелых металлов и радионуклидов в грязи озера Б. Тамбукан 121
3.5.3 Исследование содержания пестицидов в Тамбуканской грязи 123
3.6 Оценка соответствия качества лечебных грязей озера Б. Тамбукан нормативной документации 124
Заключение по главе 128
ГЛАВА 4 Фармако-технологические исследования тамбуканских пелоидов: изучение состав органической фракции и комплексная переработка сырья 131
4.1 Исследование органических веществ Тамбуканской грязи 131
4.1.1 Исследование липидной фракции грязи Тамбуканского озера 131
4.1.2 Определение гуминовых веществ и элементного состава грязи Тамбуканского озера 140
4.2 Проблема оптимизации процесса экстракции Тамбуканской грязи 142
4.3 Исследование возможности двухфазной экстракции Тамбуканской грязи как способа совершенствования технологии переработки Тамбуканской грязи 145
4.3.1 Исследование возможности замены экстрагента 145
4.3.2 Оценка эффективности экстракции каротиноидов и хлорофилла спиртом этиловым 146
4.3.3 Исследование процесса масляной экстракции Тамбуканской грязи 147
4.4 Оптимизация параметров экстракции гидрофильной и липофильной фракций Тамбуканской грязи 148
4.4.1 Исследования выбора оптимальной концентрации спирта этилового 148
4.4.2 Исследование влияния температурного режима и времени на динамику спиртовой экстракции Тамбуканской грязи 150
4.4.3 Исследование динамики масляной экстракции Тамбуканской грязи 152
4.5 Сравнительные исследования экстракции Тамбуканской грязи жирными маслами различной природы 155
4.6 Технологическая схема комплексной переработки Тамбуканской грязи 159
4.7 Исследование химического состава продуктов комплексной переработки Тамбуканской грязи 162
4.7.1 Исследования химического состава отжима Тамбуканской грязи 163
4.7.2 Исследование химического состава спиртового экстракта Тамбуканской грязи 164
4.7.3 Исследование химического состава масляного экстракта Тамбуканской грязи 167
4.7.4 Исследование химического состава шрота Тамбуканской грязи 169
4.8 Разработка состава суппозиториев с препаратами Тамбуканской грязи 170
4.8.1 Обоснование состава и технологии суппозиторных композиций с экстрактом Тамбуканской грязи 171
4.8.2 Исследование температурного режима экстракции маслом какао 172
4.9 Состав и технология суппозиториев с экстрактом Тамбуканской грязи 175
4.10 Расчеты эффективности ресурсосберагаемой биотехнологии комплексной переработки при использовании препаратов в клинической практике 177
Заключение по главе 179
ГЛАВА 5 Разработка косметических средств на основе тамбуканской лечебной грязи 181
5.1 Возможности использования экстрактов пелоидов в косметологии на примере Тамбуканской лечебной грязи 181
5.2 Биологические исследования средства для наружного применения водного экстракта с рапой из Тамбуканской лечебной грязи для наружного применения 191
5.2.1 Оценка раздражающего действия водного экстракта с рапой из Тамбуканской лечебной грязи для наружного применения 191
5.2.2 Исследование специфической активности водного экстракта с рапой из Тамбуканской грязи для наружного применения 194
5.3 Разработка состава, технологии и норм качества кремов косметических для лица с экстрактами Тамбуканской грязи 203
5.3.1. Выбор оптимального состава кремов косметических для лица с экстрактами Тамбуканской грязи 203
5.3.2 Состав и технология косметических кремов с экстрактами Тамбуканской грязи 208
5.3.3 Нормы качества и сроки годности кремов косметических с экстрактами Тамбуканской грязи 213
5.4 Технологические исследования молочка косметического на основе экстрактов Тамбуканской грязи 216
5.4.1 Разработка состава молочка косметического с экстрактами Тамбуканской грязи 216
5.4.2 Технология молочка косметического с экстрактами Тамбуканской грязи 219
5.4.3 Нормы качества и исследование сроки годности молочка косметического с экстрактами Тамбуканской грязи 221
5.5 Разработка лосьона-тоника с косметическими субстанциями Тамбуканской грязи 223
5.5.1 Разработка состава и технологии лосьона-тоника 223
5.5.2 Нормы качества и исследование срока годности лосьона-тоника 226
5.6 Разработка косметических средств для термопластических аппликаций с препаратами Тамбуканской грязи 227
5.6.1 Разработка составов для парафинотерапии и СПА-ухода на основе Тамбуканской грязи и продуктов ее переработки 229
5.6.2 Технология получения косметических средств для парафинотерапии и СПА-ухода с продуктами Тамбуканской грязи 233
5.6.3 Разработка нормы качества и исследование сроков годности косметических композиций для термоаппликаций и СПА-ухода с Тамбуканской грязью и продуктами ее переработки 234
Заключение по главе 240
ГЛАВА 6 Фармакологические исследования продуктов переработки тамбуканской лечебной грязи 242
6.1 Изучение местного раздражающего действия суппозиториев 243
6.2 Изучение общетоксического действия суппозиториев 245
6.3 Патологоанатомическое и патологогистологическое исследования тканей
и органов животных 253
6.4 Оценка противовоспалительной активности суппозиториев 272
Заключение по главе 277
Общее заключение 279
Список литературы
- Препараты пелоидов и общие подходы к технологии их получения
- Технологические, физико-химические и химические исследования Тамбуканской лечебной грязи и продуктов ее переработки
- Исследование санитарно-микробиологических показателей грязи озера Б. Тамбукан
- Исследование липидной фракции грязи Тамбуканского озера
Введение к работе
Актуальность проблемы. На сегодняшний день остается острым вопрос обеспечения населения отечественными высокоэффективными лекарственными и космецевтическими средствами. Оптимальными источниками получения таких продуктов являются природные объекты. Поэтому их поиск, исследование и обеспечение ресурсосберегающих технологий переработки сырья – серьёзная, значимая научно-практическая проблема.
Интересным, разноплановым и в то же время достаточно мало изученным сырьевым материалом являются лечебные грязи, которые распространены на территории Российской Федерации.
Лечебные грязи обладают выраженным терапевтическим действием и широко используются в санаторно-курортной практике. Кроме того, около 40 косметических компаний мира используют в своих рецептурах бальнеофакторы: лечебные грязи, минералы, рапу соленых озер. Т.е. пелоиды представляют интерес не только в медицине и фармации, но и в косметологии в виду их выраженного эффекта при наружном применении.
Важной особенностью лечебных грязей является химический состав, который во многом определяет различные лечебные свойства пелоидов и который связан с условиями их формирования.
Поэтому исследования, направленные на рациональное использование грязевых ресурсов и получение на их основе эффективных лекарственных и космецевтических средств, являются перспективными. Это актуально не только для России в целом, но и для Северо-Кавказского региона, который обладает большими природными богатствами, обосновавшими его важную курортную составляющую.
Очень значимо это направление конкретно для Кабардино-Балкарии, которая нуждается в организации добывающих предприятий и перерабатывающих производств, создании постоянных рабочих мест, усилении кадрового потенциала республики.
Жемчужиной курортов Северного Кавказа является Тамбуканское озеро, расположенное в 25 км от Пятигорска. Именно это озеро десятилетиями
4
обеспечивает известные санаторно-курортные учреждения Кавказских
Минеральных Вод и Кабардино-Балкарии лечебной грязью. Однако в последние десятилетия из-за нерациональной деятельности ряда агропромышленных предприятий, не правильной организации рекреационной деятельности, увеличения общего фона загрязнения за счет выбросов автотранспорта в грязевых озерах возникают определенные экологические изменения. По этой причине возникает необходимость постоянного мониторинга месторождения, так как дальнейшее опреснение и загрязнение может привести к изменениям условий формирования грязи и далее – к ухудшению ее лечебных качеств.
В связи с этим вполне созрел и приобрел особую актуальность вопрос о разработке новых методических подходов к созданию препаратов, содержащих пелоиды; в частности – это конструирование малоотходной схемы переработки Тамбуканской грязи, а также разработка способа её рациональной добычи. Отсутствие единой методологии в разработке лекарственных форм, содержащих пелоиды, является сдерживающим фактором для более широкого внедрения их в медицинскую практику. А решение этих технологических задач должно внести определенный вклад в отечественную медицинскую и фармацевтическую науку.
Проблема ресурсосбережения, такая острая в настоящее время, в связи с необходимостью создания импортозамещающих продуктов и технологий, в полной мере относится к использованию грязевых природных ресурсов и отчетливо касается курортных регионов России. В этом отношении малоотходные технологии переработки исходного грязевого сырья могут быть очень полезными в экономическом плане для создания целой серии различных продуктов, получаемых из одной партии сырья. Так что все направления, связанные с исследованием, переработкой и использованием природных пелоидов, актуальны.
Степень разработанности темы. Состав и механизмы действия пелоидов на
организм отличаются широтой диапазона и их исследование продолжает оставаться
перспективным. В связи с этим в настоящее время проводится изучение пелоидов в
разных направлениях: санитарно-экологический мониторинг, исследование
5
химического состава месторождений, разработка лекарственных и
бальнеологических средств, совершенствование схем пелоидотерапии.
Что касается исследования Тамбуканской лечебной грязи, в частности ее
химического состава, то они проводились с начала 20 века. Наиболее значимыми
были работы профессора А.Л. Шинкаренко, которая подробно изучала
гидрофобную грязевую фракцию. Ею был предложен препарат на основе
липофильной фракции Тамбуканской лечебной грязи, обладающий
антибактериальным, регенерирующим, противовоспалительным действием. Однако производство препарата не было организовано из-за сложной технологической схемы и применения легковоспламеняющихся растворителей (спирто-эфирная смесь). Не смотря на проводимые на протяжении последних десятилетий исследования по совершенствованию технологии переработки Тамбуканской грязи, комплексная схема использования сырья не предлагалась. Малоотходных технологических схем, предусматривающих производство нескольких целевых продуктов из единого сырьевого материала, а также отличающихся экономичностью и экологичностью процесса, до настоящего времени не было разработано.
В связи с возросшей антропогенной нагрузкой на озеро Тамбукан и интенсивной добычей лечебной грязи для нужд бальнеологии проводился мониторинг состояния озера на содержание тяжелых металлов и пестицидов и оценка запасов грязи. Однако это не касалось участка озера, расположенного на территории Кабардино-Балкарии, где подобные исследования не проводились, как и исследования по оценке качества лечебной грязи в условиях распреснения водоема.
Цели и задачи исследования. Целью исследования является оценка общего
состояния месторождения Тамбуканских пелоидов, обоснование современных
ресурсосберегающих технологий их добычи, а также разработка оптимальной
технологической схемы производства лекарственных и космецевтических средств,
полученных на базе Тамбуканской лечебной грязи, их фармакотехнологическое
изучение и конструирование методологической схемы исследования и
производства.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
6 провести исследование физико-химических, микробиологических, санитарно-токсикологических свойств Тамбуканской грязи;
предложить рациональный способ добычи лечебной грязи с целью промышленного получения лекарственных препаратов на ее основе; провести исследования химического состава органической фракции лечебной грязи Тамбуканского озера;
провести технологические исследования по разработке схемы комплексной переработки Тамбуканской грязи: с акцентом на оптимизацию экстракционного процесса;
провести технологические исследования по разработке состава и норм качества суппозиториев с масляным экстрактом Тамбуканской грязи;
провести исследования по разработке космецевтических средств с продуктами комплексной переработки Тамбуканских пелоидов;
провести фармакологические исследования суппозиториев с масляным экстрактом Тамбуканской грязи;
разработать НД на предложенные лекарственные препараты и космецевтические средства.
Научная новизна. Проведена послойная оценка качества залежей лечебной грязи на кабардинском участке оз. Большой Тамбукан, в том числе по содержанию липидов и каротиноидов. Проведен анализ санитарно-токсикологического состояния залежей грязи на данном участке. Впервые даны рекомендации по рациональной добыче и предложена схема комплексной переработки Тамбуканской грязи с целью совершенствования технологического процесса и получения нескольких целевых объектов, в том числе из побочных продуктов производства: отжима и шрота грязи после переработки.
Изучен состав продуктов комплексной переработки Тамбуканской грязи: отжима, экстракта спиртового, экстракта масляного, шрота. Разработана лекарственная форма на основе экстракта Тамбуканской грязи с маслом какао -суппозитории.
Проверена специфическая активность, подтверждающая перспективность
7 использования отжима Тамбуканской грязи в косметологии. Экспериментально доказана безопасность и эффективность суппозиториев с экстрактом Тамбуканской грязи.
Научная новизна проведенных исследований подтверждена патентами: «Способ получения гомеопатического суппозитория» (номер патента RUS №2147872, дата публикации 17.03.1999), «Способ получения концентрата из Тамбуканской лечебной грязи» (номер патента RUS №2313351, дата публикации 27.09.2007), «Способ получения фармакологически активного концентрата Тамбуканской лечебной грязи» (номер патента RUS №2452500, дата публикации 10.06.2012), «Средство интраназальное, обладающее противовоспалительным и иммуностимулирующим действием (варианты)» (номер патента RUS №2470667, дата публикации 27.12.2012).
Теоретическая и практическая значимость работы. Представленный в работе экспериментально-теоретический материал послужил обоснованием для выбора рациональной схемы добычи Тамбуканской грязи с целью получения лекарственных и космецевтических средств в промышленных условиях.
Обоснована экспериментально целесообразность проведения комплексной малоотходной технологии переработки лечебной грязи Тамбуканского озера с целью получения лекарственных препаратов, косметических и бальнеологических средств. Доказана экономичность разработанной малоотходной технологии и терапии получаемыми препаратами и бальнеологическими средствами в сравнении с традиционной пелоидотерапией лечебной грязью.
Общие подходы к технологии переработки Тамбуканской лечебной грязи могут быть использованы для разработки схем малоотходных технологий при эксплуатации других месторождений илово-сульфидных грязей со сходными физико-химическими свойствами и химическим составом.
По результатам мониторинга накопления липидов и каротиноидов в различных слоях озера Б. Тамбукан разработана «Технологическая схема разработки Тамбуканского месторождения лечебных грязей в Зольском районе КБР» (ООО «Бивитекс», г. Нальчик, 2015 г.). Составлена и утверждена нормативная
8 документация ФСП на «Тамбуил раствор для наружного применения масляный», ФСП на «Тамбуил экстракт». Получено регистрационное удостоверение на лекарственное средство «Тамбуил» в лекарственной форме раствор для наружного применения масляный (19.06.2009 г.). Получено разрешение Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития к выпуску в сферу обращения для лекарственных средств «Тамбуил-экстракт», «Тамбуил раствор для наружного применения» на территории Российской Федерации (24 мая 2006 г.). Получены свидетельства о государственной регистрации косметических средств: «Лосьон-тоник», «Молочко очищающее», «Крем питательный для сухой кожи», «Маска косметическая на основе Тамбуканской грязи «Паратамга ПК»», «Маска косметическая на основе Тамбуканской грязи «Паратамга ПП»», «Маска косметическая на основе Тамбуканской грязи «Паратамга ПВ»», «Маска косметическая на основе Тамбуканской грязи «Паратамга ПР»». Разработаны ТУ 9154-044-43589233-2008 на косметически активную субстанцию «Тамбуил - водный экстракт» (ООО «Бивитекс», г. Нальчик).
По материалам исследований разработаны методические указания «Грязелечение Тамбуканской иловой грязью» (М, ГВКГ им. Н.Н. Бурденко, 2004), «Лечебные препараты на основе иловой сульфидной грязи озера Большой Тамбукан» (Пятигорск, 2010), предназначенные для использования в клинической практике. Материалы исследования также вошли в книгу Ушакова А.А. «Практическая физиотерапия» (М., 2009).
Методология и методы исследования. В диссертационном исследовании, которое является многоплановым, использованы различные методы: физико-химические, в т.ч. спектрофотометрический, ГЖХ, амперометрический, хромато-масс-спектрометрический, а также технологические и фармакологические методы исследований.
Положения, выносимые на защиту:
результаты физико-химических исследований Тамбуканской грязи; результаты санитарно-микробиологических и санитарно-токсикологических исследований Тамбуканской лечебной грязи;
9 результаты исследований по обоснованию рациональной добычи Тамбуканской лечебной грязи селективным методом;
результаты исследования химического состава органической фракции Тамбуканской лечебной грязи;
результаты исследования по разработке оптимальной технологии экстракции Тамбуканской грязи и схемы комплексной переработки;
результаты скринингового исследования химического состава продуктов комплексной переработки Тамбуканской лечебной грязи;
результаты исследований по разработке оптимального состава суппозиториев с экстрактом Тамбуканской грязи;
результаты разработки косметических и бальнеологических средств с продуктами комплексной переработки Тамбуканской грязи;
- результаты исследования раздражающего и общетоксического действия
суппозиториев с экстрактом Тамбуканской лечебной грязи, исследования
противовоспалительного действия суппозиториев.
Степень достоверности и апробация результатов работы
Достоверность полученных результатов достигается благодаря использованию современных технологических, химических и физико-химических методов, позволяющих получать воспроизводимые и однозначные результаты. Результаты измерений обработаны математическим методом и являются статистически достоверными.
Основные результаты работы были доложены на юбилейной конференции Российской академии естествознания (Сочи, 2005 г.), на 2-ом международным форуме «Здоровье нации - здоровый город» (Кисловодск, 2005 г.), на курортно-медицинском форуме «Югздравница» (Кисловодск, 2005 г.), на Международном инвестиционом форуме юга России (Кисловодск, 2006 г.), на Международном конгрессе «Актуальные проблемы восстановительной медицины, курортологии и физиотерапии», (Уфа, 2007 г.), II Гражданском форуме юга России «Инновационный, кадровый и экономический потенциал региона» (Пятигорск, 2007 г.), научно-практической конференции «Проблемы семейного здоровья»,
10
(Владикавказ, 2008 г.), научно-практической конференции «Актуальные вопросы
медицинской реабилитации, восстановительной медицины, курортологии и
физиотерапии» (Самара, 2010 г.), 61-й, 62-й, 63-й, 65-й и 65-й, 67-ой, 68-й, 69-ой
межрегиональной конференции по фармации и фармакологии «Разработка,
исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции» (Пятигорск, 2006-
2008, 2010, 2012-2014 г.г.), на Всероссийской конференции «Аналитическая
хроматография и капиллярный электрофорез» (Краснодар, 2010 г.), научно-
практической конференции, посвященной 90-летию института «Актуальные
вопросы курортологии, восстановительной медицины и профпатологий»
(Пятигорск, 2010 г.), 2-ом международном конгрессе «Медицинская и
психологическая реабилитация в реализации стратегии профилактики
неинфекционных заболеваний в Российской Федерации», (Сочи, 2010 г.), на VII Южно-российском форуме «Кавказская здравница-2010» (Кисловодск, 2010 г.), медицинском конгрессе «Здравоохранение Северного Кавказа» (Кисловодск, 2010 г.), Всероссийском форуме «Развитие санаторно-курортной помощи, восстановительного лечения и медицинской реабилитации» (Москва, 2010 г.), Юбилейной научно-практическая конференция с международным участием «Актуальные вопросы курортной науки: прошлое, настоящее и будущее», посвященная 150-летию со дня основания Русского бальнеологического Общества (Пятигорск 2013 г.).
По теме диссертации опубликовано 34 работы, из них 4 патента и 8 в изданиях, рекомендуемых ВАК. По материалам диссертационных исследований опубликована 1 глава в книге: В кн.: Серов В.Н., Кира Е.Ф., ред. Гинекология: Руководство для врачей. М.: Литтерра; 2008. С. 771 – 777.
Личный вклад автора. Соискателем произведен выбор основных направлений исследования, выполнен информационный поиск по проблематике диссертационной работы. Автором осуществлены исследования по оценке физико-химического, микробиологического и санитарно-токсикологического состояния Тамбуканской лечебной грязи, по обоснованию схемы рациональной добычи, обоснованию схемы комплексной переработки грязи с целью промышленного
11 получения лекарственных, космецевтических и бальнеологических средств, технологические исследования по обоснованию состава целевых продуктов, химические исследования органических веществ грязи, фармакологические исследования. При непосредственном участии автора проведена подготовка материалов по интерпретации результатов исследования для их последующей публикации и представления на научных конференциях, конгрессах и симпозиумах и оформления диссертационной работы.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 320 страницах машинописного текста, содержит 104 таблицы, 44 рисунка, состоит из «введения», обзора литературы (1 глава), 1 главы, посвященной материалам и методам исследований, 4 глав собственных исследований, заключения и списка литературы. Список литературы включает 352 источника, в том числе 26 иностранных.
Препараты пелоидов и общие подходы к технологии их получения
Лечебные грязи (пелоиды) – природные коллоидальные органо-минеральные образования (иловые, торфяные, сопочные и другие), оказывающие на организм человека лечебное воздействие благодаря своей пластичности, высокой теплоемкости и медленной теплоотдаче, содержанию биологически активных веществ (солей, газов, витаминов, ферментов, гормонов и других) и живых микроорганизмов [105, 239].
Генетически лечебные грязи подразделяются на четыре группы: торфяную, сапропелевую, сульфидно-иловую, сопочную. Первые две группы относятся к так называемым органическим пелоидам, остальные – к минеральным [151].
Торфяные грязи представляют собой болотные отложения, образовавшиеся в результате разложения растений-торфообразователей при обильном увлажнения и слабом доступе кислорода. Эти грязи характеризуются высоким содержанием органических веществ (до 50%), при этом степень бактериальной переработки составляет 40% [39, 132].
Сапропелевые грязи представляют собой илы преимущественно пресных водоемов, богатые органическими веществами (более 10%), образовавшиеся в результате микробиологической переработки водных растений и животных [105, 231].
Иловые сульфидные грязи представляют собой илы солевых (минеральных) водоемов, относительно бедные органическими веществами (менее 10%), но обогащенные водорастворимыми солями и сульфидом железа, придающими им черный или серо-черный цвет [105, 106]. Материковые иловые грязи вследствие специфики образования (испарение преобладает над конденсацией) находятся преимущественно в южных, засушливых регионах Европейской части России (озера Тамбукан в Ставропольском крае, группа озер Тинаки Астраханской области, озеро Эльтон Волгоградской области), а также в Сибири (озера Горькое и Медвежье в Курганской области, Карачи в Новосибирской области, Учум, Шира в Красноярском крае, Чедер в Туве), Казахстане и Средней Азии. Материковые иловые сульфидные грязи представляют собой, как правило, донные отложения соленых континентальных озер. Грязевой раствор может составлять от 25 до 85% общего объема массы грязи [14, 26, 109, 123, 133].
Иловая грязь соленых водоемов представляет собой массу черного или темно-серого цвета (благодаря наличию сернистого железа), с запахом сероводорода, мягкую на ощупь [75, 105].
Сопочные грязи являются продуктом деятельности грязевых вулканов и сопок, других образований, которые располагаются в молодых складчатых областях в зонах с тектоническим нарушением. Это полужидкие глинистые образования, выбрасываемые на поверхность под давлением газов и подземных вод, светло-серого цвета, с влажностью 40-60%, минерализацией грязевого раствора 2-300 г/л и содержанием сульфидов до 0,15%. В сопочных грязях отмечается небольшое содержание органических веществ и повышенное некоторых химических элементов (брома, бора, йода). Грязевые вулканы расположены на Керченском и Таманском полуостровах, на острове Сахалин [39, 78].
В структурном отношении в лечебной грязи традиционно выделяют три основные части: грубодисперсную (остов), тонкодисперсную (коллоидный комплекс) и жидкую (грязевой раствор) [105, 155].
Грубодисперсная часть или остов грязи представляет собой «скелет» грязевой массы и состоит из частиц различного происхождения: кристаллов солей, минералов, иногда из остатков животных и растений, диаметром более 0,001 мм [1, 11]. Тонкодисперсная часть (коллоидный комплекс) грязи представляет собой пластичную гидрофильную основу, обеспечивающую влагоемкость и тепловые свойства лечебной грязи. Обычно коллоидный комплекс включает в различных соотношениях гидроиллит, разложившееся органическое вещество и минеральные частицы. Коллоидный комплекс составляет 60-70% от сухого остатка грязи [15, 256, 304].
Грязевой раствор (отжим, рапа) представляет собой жидкую часть грязи и обычно состоит из воды и растворенных в ней минеральных солей, органических веществ и газов. Грязевой раствор составляет от 25 до 97% массы лечебной грязи. Он по минерализации и по ионному составу отражает состав рапы, которая контактирует с лечебной грязью на дне водоема, будучи производным последней. Соленость грязи варьируется от 0,01-0,05 г/л (для торфяных грязей) до 250-300 г/л (для иловых сульфидных грязей) [25, 105, 110].
Грязевой раствор является наиболее подвижной и наиболее активной в терапевтическом отношении частью пелоида. Содержащиеся в растворе вещества в первую очередь оказывают раздражающее влияние на кожу и проникают через неё, оказывая действие на организм [58, 288]. По содержанию водорастворимых солей лечебные грязи делятся на пресноводные (минерализация грязевого раствора до 1 г/л), низкоминерализованные (1-15 г/л), среднеминерализованные (15-35 г/л), высокоминерализованные (35-150 г/л), насыщенные солями (150-300 г/л). По реакции среды выделяют ультракислые (рН менее 2,5), кислые (рН 2,5-5,0), слабокислые (рН 5-7), слабощелочные (рН 7-9), щелочные (рН более 9) лечебные грязи [39, 105].
Технологические, физико-химические и химические исследования Тамбуканской лечебной грязи и продуктов ее переработки
Для оценки внешних признаков исследуемых образцов, а также физико-химических показателей (кислотное число, число омыления, йодное число, показатель преломления, сухой остаток) использовали методики, приведенные в ГФ XI издания [35].
Сроки годности косметических средств устанавливали в условиях естественного хранения в упаковке, предусмотренной соответствующей нормативной документацией [18].
Термостабильность и коллоидную стабильность кремов и молочка косметических исследовали согласно ГОСТ 29188.3–91 Изделия косметические. Методы определения стабильности эмульсии [31].
Температура плавления суппозиториев и время полной деформации установили согласно ГФ ССР XI изд. вып. 1, и вып. 2 [36]. Микроэлементарный состав спиртового и масляного извлечений из Тамбуканской грязи определяли в ЦИЛ ФГУП «Кавказгеологосьемка» методом атомно-адсорбционной спектрометрии.
Показатели плотности, основные физико-химические, реологические и другие показатели Тамбуканской лечебной грязи определены на базе НИИ курортологии и физиологии в соответствии с методикам анализа лечебных грязей [11].
Определение жирнокислотного состава хлороформного экстракта пелоидов проводили методом ГЖХ по ГОСТ 30418-96 «Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава» и по методике фармакопейной статьи ФС 42-0163339002 [32, 165].
Разделение и идентификацию компонентов осуществляли на газовом хроматографе «Цвет 500» с пламенно-ионизационным детектором, длина стеклянной колонки 2,0 м, внутренний диаметр 0,3 см, твердый носитель инертон super фракция 0,16–0,2 мм (Чехия), неподвижная фаза Реоплекс 400 в количестве 10% от массы твердого носителя. Условия хроматографирования: температура термостата колонок – 190 С, испарителя – 250 С, термостата детектора – 250 С. Скорость подачи газа – носителя (азота) –30 мл/мин, водорода – 30 мл/мин, воздуха – 300 мл/мин.
Анализ липидной фракции проводили методом хромато-масс спектрометрии на газовом хроматографе фирмы “Agilent Technologies” (США) модели 6890N с масс-селективным детектором модели 5973N, колонка -кварцевая капиллярная НР-5MS (30 м х 0,25 мм, толщина пленки фазы – 0,25 мкм); температура инжектора – 280 C, интерфейса - 290 С; начальная и конечная температура термостата колонки – 50 и 280 С, соответственно; температура термостата колонки изменялась со скоростью 10 град/мин; газ-носитель – гелий; объем вводимой пробы – 3 мкл. Пробы вводили в хроматограф в режиме с делением потока 1:40. Масс-селективный детектор работал в режиме электронного удара (70 эВ). Регистрацию масс-спектров компонентов хроматограмм проводили в режиме по полному ионному току. Полученные масс спектры компонентов сравнивали с библиотечными масс-спектрами (библиотеки NIST 98, Wiley 7N, PMW_TOX 3) [157]. Содержание гуминовых веществ Тамбуканской грязи определяли по методу Тюрина в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26213 Почвы. Методы определения органического вещества) [30].
Данный метод определения является косвенным, основанным на разложении гумуса до углекислого газа и воды. В ходе анализа определяли количество углерода, содержащегося в органическом веществе, подвергшемся разложению. Разложение органического вещества осуществляли методом мокрого озоления раствором калия дихромата в серной кислоте. 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 + 3C (гумуса) = 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 8H2O + 3CO2 Точные навески образцов Тамбуканской грязи помещали в пробирки, установленные в штатив. К пробам приливали по 10 мл хромовой смеси (С(1/6K2Cr2O7) = 0,4 моль/л в разбавленной 1:1 серной кислоте). В каждую пробирку помещали стеклянную палочку, тщательно перемешивали содержимое и нагревали на водяной бане 1 час. После охлаждения в пробирки приливали по 40 мл воды очищенной. Содержимое пробирок перемешивали и оставляли для оседания твердых частиц и полного осветления надосадочной части раствора.
Приготовление серии стандартных растворов (Таблица 2). Таблица 2 – Приготовление серии стандартных растворов Характеристика Раствора Номер стандартного раствора 2 3 4 5 6 7 8 9 Объем воды, мл 40 38 36 32 30 25 20 15 10 Объем раствора восстановителя, мл 0 2 4 8 10 15 20 25 ЗО Масса органического вещества, эквивалентная объему восстановителя в стандартном растворе, мг 0 1,03 2,07 4,14 5,17 7,76 10,3 12,9 15,5 В 9 пробирок наливали по 10 мл хромовой смеси и нагревали в течение 1 часа в кипящей водяной бане вместе с анализируемыми пробами. После охлаждения в пробирки приливали указанные объемы воды очищенной и раствора восстановителя–соли Мора. С[(NH4)2Fe(SO4)26H2O] = 0,1моль/л. Растворы тщательно перемешивали. Фотометрирование растворов проводили в кювете с толщиной слоя 1 см относительно раствора №1 при длине волны 590 нм. Растворы в кювету переносили осторожно, предварительно отфильтровав осадок через фильтр «синяя лента». Массу органического вещества в анализируемой пробе определяли по градуировочному графику (Рисунок 1).
Исследование санитарно-микробиологических показателей грязи озера Б. Тамбукан
Как следует из данных, представленных в таблице 3.3, среднее сопротивление сдвигу в слое равно 5624 дин/см2, а максимальное составило 7622 дин/см2. В черной грязи несколько меньше крупных растительных остатков, из-за чего ниже величина общей засоренности, чем в интенсивно черной на 0,5%. Черная грязь содержит большое количество сульфидов железа (до 0,64%), но среднее их содержание меньше, чем в верхнем слое – 0,51%.
Некоторое снижение содержания сульфидов можно объяснить меньшей микробиологической активностью гнилостных аэробов, образующих сероводород, что связано с тем, что наиболее усваиваемые органические вещества расходуются в верхнем слое. Из-за этого подвижное равновесие между образующимися сульфидами железа и их окислением тионовокислыми и другими видами окисляющих бактерий в среднем слое устанавливается на более низком уровне. Однако, суммарное содержание сульфидов в среднем и верхнем слоях грязи позволяет относить их к сильно сильносульфидным.
Минерализация грязевого раствора в слое черной грязи имеет значительно меньший разброс по площади залежи, чем в верхнем слое – 3,2 и 7,6 г/дм3. Это можно объяснить различными скоростями перемешивания верхних и нижних слоев покровной рапы в зависимости от глубины и разной плотностью самой грязевой массы, из-за чего диффузия солей из грязи в рапу имеет на различных участках залежи различную скорость. Следует учитывать, что исходная величина минерализации в грязевой залежи была неодинаковой, так как в засушливые периоды жизни водоема соль накапливалась в пониженной центральной части, а на окраинах в зимне-весенний период соляная корка растворялась. Закономерность изменения минерализации по глубине более объяснима и очевидна: чем глубже залегает грязь, тем затруднительнее диффузия солей из грязевого раствора в более опресненную воду покровной рапы озера.
Динамика изменения основных физико-химических показателей (по средним значениям) в слое черных грязей за период 1949-2005 гг. по данным литературы и собственных исследований представлена в таблице 6. Таблица 6 – Динамика изменения основных физико-химических показателей в слое черных грязей озера Б. Тамбукан
Как следует из данных таблицы 6, динамика изменения основных физико-химических показателей повторяет таковую в слое интенсивно черной грязи. Так минерализация грязевого раствора в слое черной грязи изменилась с 1949 по 1965 гг. на 18 г/дм3, т.е. ту же величину, что и в вышележащем слое, а с 1965 по 2005 гг. – на 14,9 г/дм3 (примерно по 0,4 г/дм3 ежегодно).
Таким образом, по фактическим данным более интенсивных темпов распреснение верхнего слоя (интенсивно черной грязи) по сравнению с нижележащим слоем, не наблюдается. Это можно расценивать как положительное явление. Объяснить это можно тем, что разница между минерализацией покровной воды и грязевого раствора в верхнем слое грязи с одной стороны, и разница между минерализацией грязевых растворов в верхнем и среднем слоях грязи с другой, примерно одинаковы. Поэтому, диффузия солей из верхнего слоя компенсируется ровно настолько, что процесс распреснения обоих слоев грязей происходил с одинаковой интенсивностью.
Как следует из результатов исследования, максимум содержания сульфидов в данном слое также приходится на 1965 г. Это связано, по всей вероятности, с частичной деградацией грязи в этом горизонте, выражающейся в преобладании процессов микробиологического окисления сульфидов над их восстановлением.
Изменения физических показателей по времени в слое черной грязи невелики и, кроме их относительной зависимости от влажности, других закономерностей не проявляется. К 2005 году грязи в слое окончательно уплотнились и приобрели практически постоянные (в среднем) влажность ( 55%), удельный все (1,35 г/см3), сопротивление сдвигу ( 6000 дин/см2), теплоемкость ( 0,66 кап/гград), кислотность (рН 7,7) и ОВП (-300 – -400 мв). Наблюдаемые изменения величины засоренности носят случайный характер.
Исследование липидной фракции грязи Тамбуканского озера
Общее количество аэробов-сапрофитов с течением времени значительно возросло, особенно в верхнем и среднем горизонте залежи, где их активность начиная с 1985 г. стала очень высокой. В нижнем слое активность этих бактерий закономерно оставалась небольшой. Общее количество анаэробов и аэробов в верхних слоях залежи обнаруживалось в больших количествах, что обусловлено избыточным количеством органики в залежи.
Ранее показано, что гнилостные аэробы, образующие аммиак и сероводород, являются в данной грязи самыми активными. Причем их высокая активность отмечается как в верхнем, так и в среднем слое залежи, а в нижнем слое активность гнилостных аэробов хоть несколько ниже, но все же оценивается как высокая.
Из таблицы видно, что с течением времени активность этих групп бактерий также не менялась и еще в 1965 г. составляла по аэробам, образующим аммиак, 105–108 и по аэробам, образующим сероводород 104–106.
Гнилостные анаэробы с течением времени не снижали своей активности, но она была существенно ниже на протяжении периода наблюдений, чем активность аэробов, в том числе нижнем слое грязевой залежи, хотя если исходить из степени их изоляции слоя от воздушной среды и покровной воды, нижний слой должен находиться в самых благоприятных условиях. Кроме того, окислительно-восстановительный потенциал в нижнем слое в 2005 г. оказался положительным, т.е. неблагоприятным для анаэробов.
Как следует из представленных данных, нитрифицирующие бактерии практически не проявляли себя, зато денитрифицирующие на протяжении всего периода наблюдений оказывались весьма активными (103–105). Очевидно, соединения, включавшие в себя нитраты и нитриты, образовывались в грязевом субстрате химическим или биохимическим путем, без участия нитрификаторов. Они появлялись в избытке и обеспечивали условия питания и дыхания денитрифицирующим бактериям не зависимо от реально происходивших изменений в минерализации грязевого раствора и в окислительно восстановительной обстановке грязевого субстрата. 117 Из микроорганизмов, участвующих в переработке безазотистых органических веществ, определялись масляно-кислые бактерии, деятельность которых в двух верхних слоях на протяжении всего периода наблюдений определялась в количестве 105–106, а в нижнем слое – 103. Высокая активность этих бактерий и стабильность их интенсивной деятельности обусловлены тем, что они используют продукты жизнедеятельности других микроорганизмов – крахмал, водорастворимые углеводы, ди- и моносахариды, органические кислоты (молочную, пировиноградную) и спирты (манит, глицерин) [61, 142].
Целлюлозоразлагающие аэробы и анаэробы осуществляют наиболее тяжелую работу – разложение клетчатки и целлюлозы. Ценность деятельности этих бактерий заключается в том, что они для более эффективного разложения клетчатки и целлюлозы вырабатывают ферменты и другие органические биостимуляторы, увеличивающие физиологическую активность пелоидов [62].
Активность целлюлозоразлагающих бактерий не отличалась стабильностью и оказалась заметной только при существенном распреснении грязей в 2005 г. в верхнем (103–104) и в среднем слое (102–103). Сульфатредуцирующие бактерии обнаруживались в небольших количествах, но постоянно, обеспечивая дополнительное продуцирование сероводорода во всех слоях залежи. Более высокую активность сульфатредуцирующих бактерий ограничивает сероводород, образующийся в большом количеств гнилостными аэробами и действующий на группу сульфатредуцирующих угнетающе.
Тионовокислые и железоокисляющие бактерии слабо проявляют свою деятельность из-за недостатка восстановленной серы, т.к. продуцирующийся сероводород в основном соединяется с железом, образуя гидротроилит.
Актиномицеты и плесневые грибы также характеризуются стабильностью, т.к. они обнаруживаются примерно с одинаковых количествах на протяжении всего периода наблюдений, кроме нижнего слоя, где они отсутствовали в анализах 2005 г. Их отсутствие в данном случае можно считать случайным, т.к. уменьшение минерализации должно только способствовать развитию этих групп микроорганизмов.
Завершая характеристику микробиологического состава озера Б. Тамбукан, необходимо подчеркнуть, что грязи этого месторождения содержат все основные физиологические группы микроорганизмов, свойственные данному типу лечебных грязей (иловых высокоминерализованных сильносульфидных). Деятельность микроорганизмов, несмотря на заметное распреснение грязей характеризуется достаточной стабильностью и высокой общей активностью.
Среди наиболее активных групп бактерий можно выделить гнилостные аэробы, образующие аммиак, гнилостные аэробы, образующие сероводород, маслянокислые бактерии, целлюлозоразлагающие аэробы и анаэробы. Остальные группы бактерий характеризуются средней, реже слабой активностью, что присуще многим иловым месторождениям континентальных водоемов России.
В целом микробиологическая активность в данном случае способствует обогащению лечебных грязей сероводородом и гидротроилитом, глубокому разложению отмирающих водных растений и животных с образованием ценных для лечебного применения органических веществ – гуминовых кислот и их солей, водорастворимых и легкоусваиваемых веществ (гемицеллюлозы, летучих жирных кислот и др.), а также органических биостимуляторов – липидов, ферментов, витаминов и гормонов.