Получение озона. Действие озона на биологические ткани

Коронный разряд

Коронный разряд образуется, когда электрическое поле вокруг проводника сильно неоднородно, в воздухе происходит ионизация, сопровождаемая свечением, проводник при этом, окружен как бы короной. Свечение короны не достигает противоположного электрода, затухая в окружающем газе. В зависимости от коронирующего электрода различают отрицательную и положительную корону, а в зависимости от способа питания — корону постоянного и переменного тока, импульсную и т. п. Количество озона, образующееся в коронном разряде, колеблется от 15 до 25 г О₃/кВтч. Преимуществом озонаторов на основе коронного разряда является в первую очередь простота конструкции и неограниченность «разрядного промежутка». Газ можно прокачивать без дополнительного сопротивления, например, по широкой трубе с проволокой вдоль оси. Озонаторы на основе коронного разряда применяют чаще всего в вентиляционных сооружениях. Энергетический выход озона в коронном разряде может доходить до 200—250 г О₃/кВтч при применении электропитания с короткими импульсами, с крутым фронтом нарастания напряжения. Однако, создание таких сложных генераторов электропитания, каких требует наносекундный импульсный разряд, является слишком дорогостоящим усложнением системы получения озона.

2.2.Под воздействием ультрафиолетового излучения

Воздух, содержащий кислород или очищенный кислород пропускают через специальную камеру, где  под воздействием коротковолнового УФ-облучения молекула кислорода диссоциирует на 2 атома и затем образуется озон путем слияния атома и целой молекулы кислорода (см. рис.2). Метод применяется весьма ограниченно, т.к. концентрации получаемого озона не превышают 0,1% по весу, что недостаточно для эффективной очистки и обеззараживания воды в промышленных условиях. 

Рис.2  Получение озона при помощи ультрафиолетового облучения

2.3.Электролизом

Озон может быть получен  при электролизе. В качестве электролита может использоваться, например, крепкий раствор хлорной кислоты. Процесс стараются вести при возможно более низкой температуре, что существенно увеличивает производительность аппарата по озону. Методом электролиза удается получать кислородно-озоновую смесь с очень высоким (десятки процентов) содержанием озона. Недостатком электролитических методов является дороговизна электролитов и электродов, которые обычно изготавливаются из благородных металлов. ^[7]

2.4.При прохождении химической реакции

Озон может в значительных количествах образовываться при  окислении некоторых веществ. Наиболее известным примером такого рода реакций является окисление пинена (основного компонента скипидара) кислородом воздуха, в результате которого образуется заметное количество озона. Выделяющийся при этой реакции озон может быть использован для окисления других веществ — как непосредственно в смеси со скипидаром, так и после его сепарации. Однако, этот метод имеет крайне ограниченное применение по причине дороговизны сырья и проблем с разделением продуктов реакции.

В лаборатории озон можно  получить:

• Взаимодействием охлажденной концентрированной серной кислоты с пероксидом бария:

• Взаимодействием перманганата калия и концентрированной серной кислоты:

2КМnO4 + Н2SO4 + 3O2 = К2SO4 + 2МnO2 + 3O3↑  + Н2O.

При всех способах получения  озона в условиях, близких к  обычной температуре, характерным  является низкий его выход (около 15%), объясняющийся неустойчивостью  этого соединения. ^[8]

2.5.Под воздействием энергетических пучков

Неоднократно предпринимались  попытки создания озонаторов на основе облучения кислорода энергетическими  пучками. В таких устройствах  озон образуется при воздействии  на кислород различных потоков частиц: электронов, рентгеновских лучей  и радиационных потоков: α-частиц, γ-квантов и т. д. Озон при этом образуется, начиная с энергии монохроматического пучка электронов ~6 эВ, что соответствует диссоциации молекулы О₂. Это подтверждает принятый в настоящее время механизм образования озона. Общими недостатками этих методов являются сложность аппаратуры, низкий энергетический выход, нежелательность работы с высокоэнергетическими пучками, широкий спектр веществ, образующихся при воздействии на воздух частиц высоких энергий. Озонаторы построенные по данному принципу не вышли за пределы лабораторий и применения в промышленности не нашли.^[7]

3.Действие озона на биологические ткани

Озон — газ, токсичный при вдыхании. Он раздражает слизистую оболочку глаз и дыхательных путей, повреждает сурфактант легких. Последовательность болезненных проявлений при вдыхании озона была описана Флюгге. Сначала наступает сонливость, затем изменяется дыхание: оно становится глубоким, неритмичным. В конце появляются перерывы в дыхании. Смерть наступает в результате паралича дыхания.

Патологоанатомические исследования показали характерную картину отравления озоном: кровь не свертывается, легкие пронизаны множеством сливных кровоизлияний.

Нормативы по озону:

• Максимальная разовая предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе населённых мест 0,16 мг/м³
• Среднесуточная предельно допустимая концентрация  – 0,03 мг/м³
• Предельно допустимая концентрация в воздухе рабочей зоны – 0,1 мг/м³

Вредное воздействие на организм человека:

• Раздражает и повреждает ткани органов дыхания;
• Воздействует на холестерин в крови человека, образуя нерастворимые формы, что приводит к атеросклерозу;
• Долгое нахождение в среде с повышенной концентрацией озона может стать причиной мужского бесплодия.

Лечебное действие озона на организм человека:

Озон реализует селективно свой высокий окислительный потенциал  за счет полярного строения молекулы О3. При наружном (на кожные покровы и раневую поверхность), энтеральном (применение через рот, под язык и в прямую кишку) и парентеральном (инъекции с помощью игл и шприцев) введении в терапевтическом диапазоне концентраций озон оказывает целебное действие на организм человека.

Озон оказывает общеоздоравливающее действие – он улучшает реологические свойства и микроциркуляцию крови, резко повышает снабжение тканей кислородом, а, следовательно, активизирует жизнедеятельность всех органов и систем органов. Очень важно, что медицинский озон как бы взбадривает «задрмавшие» клетки иммунной системы и заставляет их прилежно выполнять свои обязанности. Он связывает и выводит из организма накопившиеся в нем токсины и жировой «мусор», ликвидирует «синдром хронической усталости», от которого страдают сегодня очень многие люди, отводит угрозу сердечно-сосудистых заболеваний. Медицинский озон оказывает и омолаживающее действие. Озонотерапия широко применяется в косметологии. С ее помощью можно устранить такие неприятности, как угревую сыпь, фурункулез, дерматиты, удалить бородавки, «сосудистые звездочки», кожные растяжки. Озон буквально «оживляет» клетки человека. При введении озона повышается содержание кислорода в крови, активизируются ферменты, стимулируются процессы окисления углеводов, липидов, белков, что приводит к выработке энергии, необходимой для жизнедеятельности организма.

Биологическое действие озона зависит  от способа его применения, дозы и концентрации. Многие из его эффектов в разных диапазонах концентраций проявляются  в различной степени. В основе лечебного действия озонотерапии лежит применение озонокислородных смесей. Высокий окислительно-восстановительный потенциал озона обуславливает его системное (восстановление кислородного гомеостаза) и локальное (выраженное дезинфицирующее) лечебное действие.

Способы применения озона: местные и системные (внутривенные).

Местная озонотерапия – озон убивает все виды бактерий, вирусов, грибков и простейших, оказывает мощное иммуномодулирующее и заживляющее действие.

Внутривенная озонотерапия – озон восстанавливает кмслородный транспорт, высвобождает кислород, нормализует обмен веществ, гормональный фон, снимает интоксикацию, расширяет сосуды, улучшает микроциркуляцию, оказывает иммуностимулирующее, антибактериальное, антивирусное и противовоспалительное действие. ^[4]

Впервые озон как антисептическое  средство был использован А. Wolff в 1915 г. для лечения инфицированных ран. В последние годы озонотерапию успешно применяют практически во всех областях медицины: в неотложной и гнойной хирургии, общей и инфекционной терапии, гинекологии, урологии, гастроэнтерологии, дерматологии, косметологии и др. Использование озона обусловлено его уникальным спектром воздействия на организм, в т.ч. иммуномодулирующим, противовоспалительным, бактерицидным, противовирусным, фунгицидным и др.

Однако нельзя и отрицать, что  методы использования озона в  медицине, несмотря на явные преимущества по многим биологическим показателям, до сих пор широкого применения не получили. Согласно литературным данным высокие концентрации озона являются абсолютно бактерицидными практически для всех штаммов микроорганизмов. Поэтому озон используется в клинической практике как универсальный антисептик при санации инфекционно-воспалительных очагов различной этиологии и локализации.

В литературе встречаются данные о  повышенной эффективности антисептических  препаратов после их озонирования при  лечении острых гнойных хирургических  заболеваний.

В зависимости от концентрации и способов введения озона различают следующие биологические эффекты:

1. Антибактериальный, противовирусный, противогрибковый.  
          Проявляются за счет окислительного разрушения липидной стенки микроорганизмов. При наружном использовании высоких концентраций газообразного озона и озонированных растворов проявляются его мощные окислительные свойства против микроорганизмов. Непосредственной причиной гибели бактерий при действии озона являются локальные повреждения плазматической мембраны, приводящие к утрате жизнеспособности бактериальной клетки и (или) способности ее к размножению. Установлено, что происходит полное подавление роста колоний стафилококка, синегнойной палочки, протеев, клебсиеллы. Обнаружено мощное вирусолитическое действие озона. 
Обнаружена эффективность озонированного масла при микозе стоп, онихомикозе, кандидозе кожных складок, паховой эпидермофитии.

2. Противовоспалительный.  
          Озон способен окислять простагландины - биологически активные вещества, участвующие в развитии и поддержании воспалительного процесса. Кроме того, озон уменьшает степень тканевой гипоксии и восстанавливает метаболические процессы в пораженных тканях в месте воспаления.

3. Обезболивающий.  
          Обусловлен окислением «белков боли» - алгопептидов. Кислород также восстанавливает кислотно-щелочной баланс в измененной клеточной мембране, то есть озон действует электрофизиологически как антагонист боли. При многих патологических состояниях четко выражен обезболивающий эффект озона, обусловленный постепенным поступлением образующихся в месте повреждения ткани и участвующих в передаче сигнала в ЦНС. Этим объясняется снятие с помощью озона острой боли при травмах, воспалиткислорода в область воспаления и окислением медиаторов, ельных процессах. 
          В купировании хронических болевых синдромов большая роль отводится восстановлению баланса между процессами перекисного окисления липидов и антиоксидантной системой защиты. В результате снижается количество токсичных продуктов перекисного окисления липидов на клеточных мембранах, что наблюдается при многих хронических заболеваниях, сопровождающихся болевыми проявлениями.

4. Дезинтоксикационный.  
          Озон активизирует метаболизм (обменные процессы) в почках и печени, улучшая в них микроциркуляцию. Вследствие этого усиливается нейтрализация и выведение из организма токсических соединений. Восстановление функций кишечника и его нормальной микрофлоры - необходимое условие успешного лечения вирусно-бактериальных заболеваний. Озоно-кислородная смесь всасывается в кровь через стенку толстой кишки и, параллельно с эффектом местного восстановления деятельности кишечника, оказывает общий оздоравливающий эффект. Установлено, что использование озона усиливает потребление глюкозы тканями и органами, улучшает микроциркуляцию и реологические свойства крови, облегчает отдачу кислорода клеткам и снижает степень выраженности тканевой гипоксии, способствует  превращению гидрофобных липидов в менее стойкие гидрофобные. 
          В печени озон активирует процессы утилизации глюкозы, жирных кислот, увеличивает интенсивность ферментативных реакций, поддерживает на высоком уровне синтез АТФ. В почках озон нормализует уровень АТФ. Оказывая положительное действие на метаболизм печени и почек, озонирование уменьшает степень выраженности дистрофических изменений в этих органах.

5. Активация кислородозависимых процессов.  
          В процессе озонотерапии происходит насыщение кислородом  как сыворотки крови, так и эритроцитов. При этом возможно поддержание обмена веществ через внеклеточную жидкость, несмотря на нарушенный тонус сосудов. Улучшение кислородно-транспортной функции эритроцитов стимулирует различные ферментные системы организма, в том числе с образованием АТФ – основного источника энергии клетки.

6. Оптимизация антиоксидантной защиты.  
          Происходит активация антиоксидантных ферментов, ответственных за разрушение и старение клетки.

7. Легкий гипокоагуляционный эффект (снижение свертывающей активности крови).

8. Иммуномоделирующий.  
          Низкие концентрации озона создают такие условия в клетке, при которых повышается ее фагоцитарная активность (фагоциты – элементы неспецифической иммунной защиты поглощают патогенные микробы). Введение высоких доз озона используют для подавления иммунной защиты при лечении пациентов с аутоиммунными заболеваниями (ревматоидный артрит, склеродермия и др.)

          Большинство исследователей отмечают зависимость эффектов озона на иммунную систему в зависимости от дозы. Высокие концентрации озона ингибируют синтез цитокинов и тем самым прекращают выработку В-лимфоцитами иммуноглобулинов (антител). Этот эффект позволяет поддерживать больных с аутоиммунной патологией (ревматоидный артрит, рассеянный склероз, склеродермия) без назначения лекарственных препаратов.