CC BY
10
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ СВОЙСТВ ВОДЫ АКТИВНЫМИ ФОРМАМИ КИСЛОРОДА
А.А. Мартусевич1, С.П. Перетягин1, А.К. Мартусевич2
1 Ассоциация российских озонотерапевтов, Нижний Новгород
ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, Нижний Новгород
Abstract
We tested dynamics of some physical and chemical parameters (pH, oxidative and reductive potential, soluted oxygen level) of distilled water at its barbotage by sources of reactive oxygen species (molecular oxygen; ozone and oxygen mixture; singlet oxygen). Barbotage period for all factor was 3 min. We used different ozone concentrations (1000, 5000 and 10000 mcg/l). Solution pH level and its oxidative and reductive potential were estimated by pH-meter «HI-8314». Temperature gradient and soluted oxygen level were tested on «Oxygenmeter ATT-3010» apparatus. It was found that the treatment of distilled water by sources of reactive oxygen species leads to a significant change in the physical and chemical properties of water, the direction and severity of which are directly determined by the nature of the acting agent. Thus, oxygenation and ozonation of distilled water provide its acidification, and its degree increases proportionally with increasing ozone concentration, while the treatment of liquid with singlet oxygen leads to its alkalinization, which is clearly manifested only when using the 100% power of the generator. It was found that all the studied factors contribute to the increase in the oxidation-reduction potential of water, which is most realized under the action of ozone in the concentration of 10000 ^g/l, and in the lowest - under the influence of half the power of the singlet oxygen generator. The content of oxygen dissolved in water shows a similar trend, which is minimally expressed only under the action of a singlet-oxygen gas mixture in both modes of operation of the generator.
Key words: molecular oxygen, ozone, singlet oxygen, pH, oxidative and reductive potential, water
Оценена динамика физико-химических параметров (рН, окислительно-восстановительного потенциала, содержания растворенного кислорода) дистиллированной воды при ее барботировании источниками активных форм кислорода (кислородом; озоно-кислородной смесью; синглетным кислородом). Продолжительность барботирования для всех воздействий составляла 3 минуты. Использованные концентрации озона - 1000, 5000 и 10000 мкг/л. Уровень рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) растворов определяли с помощью портативного рН-метра «Ш-8314» (Румыния). Температурный градиент и содержание растворенного кислорода оценивали с применением оксигенометра «Oxygenmeter ATT-3010» (Тайвань). Установлено, что обработка дистиллированной воды источниками активных форм кислорода приводит к
существенному изменению физико-химических свойств воды, направленность и выраженность которых непосредственно определяются природой воздействующего агента. Так, оксигенирование и озонирование дистиллированной воды обеспечивают ее закисление, причем его степень пропорционально возрастает с увеличением используемой концентрации озона, тогда как обработка жидкости синглетным кислородом приводит ее защелачиванию, отчетливо проявляющемуся лишь при применении полной мощности генератора. Выявлено, что все изучаемые факторы способствуют нарастанию окислительно-восстановительного потенциала воды, в наибольшей степени реализующемуся при действии озона в концентрации 10000 мкг/л, а в наименьшей - под влиянием половинной мощности генератора синглетного кислорода. Содержание растворенного в воде кислорода демонстрирует аналогичную тенденцию, которая минимально выражена лишь при действии синглетно-кислородной газовой смеси в обоих режимах работы генератора.
Ключевые слова: кислород, озон, синглетный кислород, рН, окислительно-восстановительный потенциал, вода
В настоящее время наблюдается неуклонный рост исследований, посвященных изучению эффекта действия регуляторов радикальных процессов на биологические системы различного уровня организации [1, 3-6, 8, 10, 12, 13]. Следует отметить, что акцент этих изысканий отчетливо смещен в сторону оценки организменного эффекта данных лечебных физико-химических факторов [1, 5, 6, 8-10]. Так, большинство работ в этой области посвящены рассмотрению эффективности озона [1, 6, 8], синглетного кислорода [3, 10, 11] и оксида азота [5, 7, 12-15] при экспериментальной патологии и в условиях клинической апробации.
Отдельным направлением использования источников активных форм кислорода (АФК) и азота способно выступать системное применение физиологического раствора, модифицированного путем барботирования последнего потоком воздуха, содержащего АФК [1, 5, 8]. В связи с этим, принципиальную значимость имеет исследование характера сдвигов физико-химических параметров указанной инфузионной среды при ее обработке источниками АФК. На основании этих сведений можно предполагать направленность физико-химических перестроек, которые будут происходить при действии модифицированного физиологического раствора на биологические жидкости (прежде всего, на кровь и ее компоненты) в условиях in vitro и in vivo. Кроме того, подобный подход позволяет выбрать максимально щадящие режимы воздействия, не смещающие гомеостаз основных параметров биосред.
Цель исследования: оценить особенности действия активных форм кислорода на физико-химические параметры дистиллированной воды.
Материалы и методы
Нами проведен комплекс исследований некоторых физико-химических параметров (рН, окислительно-восстановительного потенциала, содержания растворенного кислорода) дистиллированной воды до и сразу по окончании барботирования различными газообразными источниками активных форм
кислорода. В спектр воздействующих факторов были включены: молекулярный (триплетный) кислород; озоно-кислородная смесь; синглетный кислород.
Скорость барботирования при пропускании через дистиллированную воду кислорода, синглетно-кислородной и озоно-кислородной смеси составляла 1 л/мин. Время воздействия составляло 3 минуты. Озоно-кислородную смесь получали с использованием озонатора «Медозонс БМ-03» (Россия). На выходе из аппарата создавали концентрацию озона 1000, 5000 и 10000 мкг/л. Синглетно-кислородную смесь производили с помощью генератора «Airnergy Professional Plus» (Германия). Для каждого воздействия выполняли 5 повторностей эксперимента.
Уровень рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) растворов определяли портативным рН-метром «HI-8314» (Румыния). Температурный градиент и содержание растворенного кислорода оценивали с применением оксигенометра «Oxygenmeter ATT-3010» (Тайвань).
Полученные данные были обработаны в программном пакете Statistica 6.0. Нормальность распределения значений параметров оценивали с использованием критерия Шапиро-Уилка. С учетом характера распределения признака для оценки статистической значимости различий применяли Н-критерий Краскала-Уоллеса.
Результаты исследования
Установлено, что все оцениваемые показатели имели четкую тенденцию к изменению под влиянием изучаемых источников биорадикалов.
контроль кислород озон озон озон СК 50% СК 100% 1000 5000 10000 мкг/л мкг/л мкг/л
Рис. 1. Уровень рН среды при действии изучаемых источников активных форм кислорода (СК 50% и СК 100% - поток от генератора «А1гпег§у» при мощностях
50 и 100% соответственно)
Так, рН дистиллированной воды при 10-минутной оксигенации регистрировали умеренное закисление жидкости (АрИ=-0,54 соответственно; р<0,05 по сравнению с контрольным образцом), тогда как при продолжительной обработке жидкости синглетным кислородом при максимальной мощности аппарата (100%), напротив, фиксировали минимальное ее защелачивание (АрИ=+0,62; р<0,05; рис. 1). Применение половинной мощности генератора практически не изменяло рН дистиллированной воды. В то же время обработка рассматриваемой жидкости кислородно-озоновой газовой смесью демонстрировала влияние, аналогичное оксигенации, но более выраженное по сравнению с ней. Следует отметить, что дополнительно имел место эффект дозозависимости: при введении озона в концентрациях 1000, 5000 и 10000 мкг/л регистрировали снижение рН на 0,89; 1,08 и 1,16 ед. соответственно (р<0,05 для всех случаев). Таким образом, изучаемые активные формы кислорода оказывают неодинаковое действие на рН дистиллированной воды.
Рис. 2. Окислительно-восстановительный потенциал жидкости при действии изучаемых источников активных форм кислорода
В отношении окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) наблюдали закономерную тенденцию к нарастанию значения данного показателя в ряду «контроль - кислород - низкие дозы озона и синглетный кислород - высокие дозы озона» (рис. 2). Установлено, что оксигенация дистиллированной воды приводит к минимальному, но значимому сдвигу параметра (на 22,6% относительно контроля; р<0,05) При этом ОВП воды, обработанной синглетным кислородом, зависела, как и для градиента рН, от применяемой мощности аппарата и превышала контрольные цифры на 20,2 и 53,9% для режимов «50%» и «100%» соответственно (р<0,05 для обоих воздействий). Следовательно, только использование полной мощности генератора синглетного кислорода позволяет
достичь более выраженного смещения ОВП по сравнению с введением кислорода. Озонирование модельной жидкости приводит к дозозависимому нарастанию показателя, значимому при всех использованных концентрациях озона (р<0,05 для концентраций 1000, 5000 и 10000 мкг/л). При этом минимальная доза озона (1000 мкг/л) неотличима от влияния кислорода, промежуточная (5000 мкг/л)-сопоставима с действием синглетно-кислородной газовой смеси, а максимальная вызывает наиболее существенный сдвиг ОВП по сравнению со всеми другими агентами (р<0,05).
25
контролькислород озон озон озон СК 50% СК 1000 5000 10000 100%
мкг/л мкг/л мкг/л
Рис. 3. Содержание растворенного кислорода в воде, обработанной источниками
активных форм кислорода
Особую динамику регистрировали по содержанию растворенного кислорода (рис. 3). Так, барботаж дистиллированной воды кислородом значимо увеличивал указанный параметр (в 3,25 раза соответственно; p<0,05 к контролю), а ее озонирование способствовало аналогичному изменению концентрации кислорода независимо от дозы озона. В то время как обработка жидкости синглетным кислородом менее существенно увеличивала содержание в ней растворенного кислорода (+123%; p<0,05), что может быть обусловлено коротким периодом жизни соединения в воде и его химической реакцией с молекулами воды (Красновский А.А., 1997). Следует отметить, что по данному показателю различия между мощностями генератора отсутствовали, что может быть связано с практически идентичной долей кислорода в синглетно-кислородной смеси, которой обрабатывали жидкость.
Заключение
Установлено, что обработка дистиллированной воды источниками активных форм кислорода приводит к существенному изменению физико-химических свойств воды, направленность и выраженность которых непосредственно определяются природой воздействующего агента. Так, оксигенирование и озонирование дистиллированной воды обеспечивают ее закисление, причем его степень пропорционально возрастает с увеличением используемой концентрации озона, тогда как обработка жидкости синглетным кислородом приводит ее защелачиванию, отчетливо проявляющемуся лишь при применении полной мощности генератора. Выявлено, что все изучаемые факторы способствуют нарастанию окислительно-восстановительного потенциала воды, в наибольшей степени реализующемуся при действии озона в концентрации 10000 мкг/л, а в наименьшей - под влиянием половинной мощности генератора синглетного кислорода. Содержание растворенного в воде кислорода демонстрирует аналогичную тенденцию, которая минимально выражена лишь при действии синглетно-кислородной газовой смеси в обоих режимах работы генератора. Полученные данные дополнительно обосновывают различные физико-химические эффекты, демонстрируемые для рассматриваемых факторов в исследованиях in vitro и in vivo.
Список литературы
1. Алехина С.П., Щербатюк Т.Г. Озонотерапия. Клинические и экспериментальные аспекты. Н. Новгород, 2003. 239 с.
2. Граник В.Г., Григорьев Н.Б. Оксид азота (NO). Новый путь к поиску лекарств. М.: Вузовская книга, 2004. 360 с.
3. Заворотная Р.М. Синглетный кислород при лечении ряда патологических процессов: физико-химические аспекты // Украинский ревматологический журнал. 2002. №1. С. 35-37.
4. Костюк В.А., Потапович А.И. Биорадикалы и биоантиоксиданты. Минск: БГУ, 2004. 174 с.
5. Липатов К.В. с соавт. Применение газового потока, содержащего оксид азота (NO-терапия) в комплексном лечении гнойных ран // Хирургия. 2002. №2. С. 41-43.
6. Масленников О.В., Конторщикова К.Н. Озонотерапия: Руководство для врачей. Н.Новгород, 2008. 342 с.
7. Метельская В.А., Гуманова Н.Г. Скрининг-метод определения уровня метаболитов оксида азота в сыворотке крови // Клиническая лабораторная диагностика. 2005. №6. С. 15-18.
8. Перетягин С.П., Стручков А.А., Мартусевич А.К., Костина О.В., Лузан А.С. Применение озона как средства детоксикации в раннем периоде ожоговой болезни // Скорая медицинская помощь. 2011. Т. 12, №3. С. 39-43.
9. Реутов В.П., Сорокина Е.Г., Охотин В.Е., Косицын Н.С. Циклические превращения оксида азота в организме млекопитающих. М.: Наука, 1998.
10. Синглетно-кислородная терапия / Под ред. И.З. Самосюк, Л.И. Фисенко. Киев, 2007. 228 с.
11. Узденский А.Б. Клеточно-молекулярные механизмы фотодинамической терапии. М.: Наука, 2010. 321 с.
12. Remizova M.I. et al. Effect of dinitrozyl iron complexes with glutathione on hemorrhagic shock followed by saline treatment // Eur. J. Pharmacol. 2011. Vol. 662. P. 40-46.
13. Shekhter A.B. et al. Beneficial effect of gaseous nitric oxide on the healing of skin wounds // Nitric oxide. 2005. Vol. 12. P. 210-219.
14. Vanin A.F. Dinitrosyl iron complexes with thiolate ligands: physico-chemistry, biochemistry and physiology // Nitric Oxide. 2009. Vol. 21. P. 1-13.
15. Vanin A.F., Chazov E.I. Prospects of designing medicines with diverse therapeutic activity on the basis of dinitrosyl iron complexes with thiol-containing ligands // Biophysics. 2011. Vol. 56, N2. P. 268-275.
