Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир




НазваниеБ. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир
страница1/20
Дата конвертации19.03.2013
Размер3.87 Mb.
ТипПрезентации
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20
АКАДЕМИЯ МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Б.И.Леонов, В.И.Прилуцкий, В.М.Бахир





ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИ АКТИВИРОВАННОЙ ВОДЫ



Москва, 1999


УДК 621.357: 541.13: 577.3


Б.И.Леонов, В.И.Прилуцкий, В.М.Бахир



Физико-химические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды: - М.: ВНИИИМТ, 1999. - с.244; ил.20


Изложены вопросы теории электрохимической активации (ЭХА) и физико-химические аспекты действия ЭХА воды на биологические объекты. Рассматривается действие факторов ЭХА на биологические субстраты, изолированные клетки и на организм сельскохозяйственных и лабораторных животных. Освещается состояние перспективного научно-технологического направления - применения ЭХА воды и водных растворов в биологических исследованиях и в смежных областях научно-практической деятельности, в медицине, в сельском хозяйстве, в пищевой и биологической промышленности. Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований биологического действия ЭХА сред. Рассматриваются стратегии развития биологических и медико-технических направлений, связанных с технологией ЭХА. В монографии содержатся данные по общим вопросам активации водных сред.

________________________________
 Академия медико-технических наук

Российской Федерации, 1999

ВВЕДЕНИЕ

Монография, предлагаемая вниманию читателей, посвящена проблемам изучения физико-химических механизмов биологического действия электрохимически активированной воды и водно-солевых растворов, подвергнутых электрохимической активации (ЭХА) путем униполярной (анодной или катодной) обработки в электрохимическом реакторе диафрагменного типа. Анализ феномена ЭХА применительно к биологическим объектам непосредственно связан с вопросом о роли водных сред в жизни биологических объектов от уровня биологических молекул до многоклеточных. Внутренняя среда организма представляет собой совокупность водно-белковых растворов или биологических жидкостей (кровь, лимфа, межклеточная тканевая среда), рассматриваемых относительно клеток и других структурных объектов внутри него. По выражению Клода Бернара (1865) внутренняя среда характеризуется тем, что именно в ней «живут элементарные части организма». Поскольку речь идет о среде обитания клеток, для дальнейшего анализа данной проблемы воспользуемся экологическим подходом, предложенным И.В. Давыдовским (1962) [1] при толковании форм взаимодействия внешних и внутренних причинных факторов патологии с макроорганизмом.

Экологическое понимание внешней среды означает смещение акцентов исследования в сферу комплексного воздействия на организм физико-химических, биологических, информационных и даже космических факторов, окружающих организм непосредственно и находящихся с ним в динамическом взаимодействии. Аналогичным образом клетки внутри организма непосредственно контактируют со сложными водно-минеральными и белковыми растворами, а также с другими клетками. Клетка и ее околоклеточная среда - это и есть внутренняя микроэкологическая система или подсистема.

Граница между макро- или микробиологическим объектом и окружающей его средой определяется факторами сегрегации или материальными структурами, образующими границу, которая разделяет вещества и субстраты на те, которые находятся вне объекта или внутри его. Подобное разделение в большинстве случаев условно, и в наибольшей мере эта условность относится к воде. Животная ткань на 70% состоит из воды, легко проникающей через все биологические барьеры и образующей в организме как бы единый субстанциональный континуум, именуемый водным сектором внутренней среды. Вода в живых тканях является наиболее универсальной общей субстанцией для внутренних экологических подсистем, а в отношении целостного организма вода, при приеме ее внутрь, после всасывания оказывается прямым физическим продолжением внешней среды.

Биологические молекулы функционируют в составе водных субстратов. Этим определяется интерес к взаимодействию воды с различными органическими и неорганическими компонентами. До недавнего времени считалось, что в биохимическом отношении вода сама по себе пассивна и преимущественно играет роль механического растворителя и наполнителя водного сектора, в котором происходят многочисленные активные превращения веществ. При этом биологическая (микроэкологическая) совместимость клеток и околоклеточной среды ставилась в зависимость от всевозможных концентрационных соотношений между клеткой и ее окружением. Простейший одноклеточный организм, например, инфузория, или отдельно культивируемая клетка способны жить в водных средах (естественных или искусственных) только в определенных диапазонах концентраций различных веществ, элементов, а также в определенных границах рН, окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) и температуры. Сходные экологические ограничения существуют относительно клеток в составе органов и тканей животных и растений. Однако макро- и микроэкологическая роль структуры воды игнорировалась, и даже постановка вопроса о структурированной воде и связанных с ней физиологических эффектах рассматривалась как нечто апокрифическое. Считалось, что дипольные молекулы Н2О по стохастическим законам вступают в неустойчивые ассоциаты (кластеры), которые быстро распадаются и в этом смысле не образуют стабильных структур. Однако по более современным представлениям определяющая роль в структурировании водной среды играет «сближение гидрофобных остатков взаимодействующих гетероциклических соединений». Это положение непосредственно доказано работами, проведенными на кафедре химической кинетики Химического факультета МГУ и в Межфакультетской лаборатории биоорганической химии МГУ с использованием метода протонного магнитного резонанса (ПМР) [С.В.Зенин, 1999).] Согласно одному из имеющихся теоретических представлений «вода по своему физическому состоянию может быть представлена в виде гетерогенной системы, состоящей из свободной жидкости и ион-кристаллических ассоциатов (кластеров связанной воды) положительного или отрицательного заряда» [А.А.Стехин с соавт., 1999]. Соответственно, внешние физические воздействия на воду (в том числе даже относительно слабые геомагнитные и гелиомагнитные воздействия) способны менять структуру воды и ее свойства, как растворителя. Подобные воздействия на водные среды называются безреагентными, поскольку они не сопряжены с внесением в водный растворитель каких-либо дополнительных молекул, реактивов или субстратов.

Первоначальная версия о принципиальной возможности изменения свойств воды безреагентным методом за счет ее структурной перестройки получила довольно широкое распространение около 30 лет назад главным образом в связи с накоплением экспериментальных данных о воде омагниченной, то есть подвергнутой обработке в магнитном поле [2]. Однако предположение, что химически чистая вода (вещество Н2О) может как-то менять свои характеристики при воздействиях, не связанных с добавлением в нее вещественных агентов, продолжает вызывать недоверие по крайней мере по двум причинам:

  • отсутствие до настоящего времени общепризнанной модели, объясняющий механизм безреагентного изменения свойств воды (результаты исследований, цитированных выше, признаны далеко не всеми);

  • сложность или даже невозможность воспроизведения результатов ряда опытов при исследованиях в рамках данного направления (вода слишком лабильная субстанция, что затрудняет возможность стандартизации ее структурных характеристик до начала физического опыта).

Постепенно все же накапливались факты в пользу того, что обычная вода, подвергнутая омагничиванию, озвучиванию, взбалтыванию, освещению, нагреванию или охлаждению, замораживанию с последующим оттаиванием, приобретает новые качества, влияющие на кинетику происходящих в ней химических реакций, меняющих ее растворяющие, отмывающие свойства, а также биологическую и лечебную активность. Замечено, что при совершенно различных воздействиях из числа перечисленных выше изменения свойств воды проявляют одинаковую качественную направленность, что дало повод именовать такую воду активированной [3]

Активированная вода способствует разрыхлению накипи на паровых котлах, ускоряет проращивание семян, увеличивает привесы при поении телят, поросят, бройлеров и т.д. Все это происходит и после магнитной обработки воды, и после воздействия на нее светом, звуком, электрическим полем и даже после предварительного перемешивания. То есть конечный технологический эффект не отражает специфику активирующего фактора. Соответственно природа активации водных сред оказалась труднообъяснимой, граничащей едва ли не с метафизикой. Всевозможные термины типа «живой», «мертвой», «заряженной», «энергизированной» воды сами по себе ясности не добавили. Поэтому обозначим предмет дальнейшего обсуждения более четко. Под активацией воды и других жидкостей далее будет подразумеваться сумма явлений, эффектов или новых свойств вещества, возникающая благодаря применению технических приемов управления реакционной способностью веществ (в том числе воды) без изменения их элементного химического состава.

Активированной можно назвать любую субстанцию, в которой в результате внешних воздействий запас внутренней энергии оказывается неравновесными для данных значений температуры и давления. Иными словами, активация - это длительно существующее неравновесное состояние. В основе такого рода состояний лежит, по-видимому, изначальная способность материи к многовариантности структурирования в зависимости от физических и химических условий. Так атомная структура молекулы определяется взаимным расположением ядер атомов, межъядерными расстояниями и валентными углами... Многие молекулы при температуре выше абсолютного нуля обладают бесконечным разнообразием атомных структур, обусловленных колебаниями атомных ядер и свободным вращением отдельных фрагментов молекул вокруг одинарных -связей, которые образуются в результате перекрывания электронных орбиталей по линии, соединяющей ядра атомов. [4] Классический пример бесконечного многообразия молекулярных структур можно продемонстрировать на модели вторичного и более высоких уровней организации нуклеопротеидов. То же самое можно отнести к воде - при внешних воздействиях диполь Н2О меняет форму за счет изменения валентного угла и межъядерных расстояний. Разложение воды - крайний вариант деформации ее дипольной структуры.

Повседневный опыт показывает, что длительно существующие неравновесные состояния в водных растворах - обычное явление. В химических справочниках часто указывают, что заново приготовленный раствор годен к применению только через 2 - 3 суток пассивного стояния. Можно сказать, что в течение указанного времени его свойства стабилизируются, хотя равномерность разведения вещества достигается практически мгновенно при интенсивном перемешивании в момент разведения. Таким образом, структурные преобразования молекул растворенного вещества продолжаются десятки часов и за это время реакционная способность раствора постепенно изменяется вплоть до наступления стабилизации. Рутинными методами обычно не удается зарегистрировать длительно существующую термодинамическую неравновесность раствора или состояние его активации. Поэтому мы вынуждены оценивать степень активации водных и других жидких сред по косвенным данным, в частности, на основании конечного технологического эффекта, полученного при обработке активированной жидкостью какого-либо объекта, в том числе биологического.

При этом открывается широкое поле для догадок и гипотез. Например, активация воды при таянии льда и дальнейшем нагревании талой воды объясняется разрушением структурных ассоциатов типа (Н2О)х, где х - неопределенное число, возрастающее от 3 до нескольких десятков в ассоциатах-кластерах, образующихся в ледяной воде в области точки замерзания. Ассоциация заряженных дипольных молекул воды в кластерах осуществляется за счет сил Ван-дер-Вальса, энергия которых невелика (8 - 20 кДж/моль) и не препятствует разрушению ассоциатов при относительно слабых воздействиях. После разрушения ассоциатов в водной среде при нагревании появляются в большом количестве мономолекулы Н2О, более активные в химическом отношении. По этой версии активация обусловлена деструктурированием воды. [3]

Косвенным аргументом в пользу биологической (физиологической) значимости структурных перестроек водной среды является широко известный в быту феномен изменения вкуса питьевой воды в результате некоторых видов физической обработки (кипячение, дистилляция). Отчасти вкус пресной воды связан с присутствием в ней минеральных веществ. При кипячении химический состав воды меняется несущественно, но потребитель всегда констатирует существенное ухудшение ее вкуса. То есть, очевидно, вкусовые рецепторы реагируют на термическую дезинтеграцию структуры воды. Дистиллированная вода с заведомо дезинтегрированной структурой также признается «не вкусной». В то же время образцы деионизованной воды с уровнем минерализации, как и у дистиллированной, но полученной путем ультрафильтрации в установках водоподготовки для гемодиализа (установки фирмы Fresenius, ФРГ, вода, очищенная для гемодиализа по стандарту AAMI, Virginia) обладают хорошим вкусом. Предполагается, что в процессе ультрафильтрации структура воды не нарушается и вкусовые луковицы это чувствуют.

Впредь до получения более четких данных о природе активации жидких сред под активацией воды и водных растворов будем понимать появление у них аномальной реакционной способности и аномальных характеристик в результате безреагентных воздействий.

Понятие «электрохимическая активация» появилось впервые в публикациях ташкентской группы исследователей, работавших над этой проблемой с 1974 г. в системе Мингазпрома СССР.[5, 6] Суть различий понятий электролиза и ЭХА заключается в следующем:

  • разложение воды электричеством представляет собой физико-химическую модификацию состава водной среды с появлением в ней ионов Н+, ОН, гидратов окисей металлов, кислот, перекисных соединений и радикалов, свободного хлора, озона, перекиси водорода, аниона гипохлорита и т.д.;

  • ЭХА в свою очередь означает приобретение модифицированной водной средой таких свойств, которые выходят за рамки чисто химических превращений. Так, если взять продукты электролиза в чистом виде и растворить их в дистиллированной воде, то будет достигнута имитация электролиза, но не ЭХА. Однако и эта имитация электролиза весьма условна.

В случае реального электролиза водно-минеральной среды происходят многочисленные, многообразные, в значительной степени уникальные реакции. Чистые продукты этих реакций в полном наборе нельзя приобрести в магазине химреактивов (то есть их нельзя подвергнуть выделению и фасовке), так как многие из них синтезируются исключительно в условиях электрохимического реактора и существуют только в ЭХА-средах в совокупности с другими компонентами электрохимического синтеза (и не существуют без этих компонент). Иными словами, в процессе электролитического разложения воды (например, дистиллированной) образуются частицы и соединения, которые не могут существовать вне воды, т.е. в ином агрегатном состоянии. Окислительно-восстановительные характеристики ЭХА-воды или ЭХА-растворов оказываются не только невоспроизводимыми имитационным путем, но и не могут быть предвычислены на основе известных физико-химических предпосылок.

Так значения ОВП обычных (неактивированных) химических растворов определяются соотношением в них концентраций восстановленных (электронодонорных) и окисленных (электроноакцепторных) химических форм. Если в дистиллированной воде в заданных пропорциях растворить восстановленную и окисленную формы какого-либо соединения, то образуется химическая редокс-пара. При погружении в этот раствор системы разнородных электродов (например, платинового и хлор-серебряного) без каких-либо перегородок в межэлектродном пространстве между этими электродами возникнет электрический потенциал. Данный потенциал будет меняться вполне предсказуемым образом при искусственных изменениях отношений компонент редокс-пары путем внесения в среду соответствующих реактивов.

Если же в такую химическую систему внести в избытке сильный восстановитель или окислитель иного молекулярного состава, то буферная емкость ранее существовавшей редокс-пары окажется исчерпанной. Соответственно ОВП полученной смеси будет характеризовать крайние степени восстановления (при избытке восстановителя) или окисления (при избытке окислителя), то есть милливольтметр зарегистрирует ОВП, типичный для концентрированных сильных восстановителей или окислителей. В этом случае ОВП легко вычислить с помощью несложных расчетов.

При электролизе водно-солевых сред с высоким уровнем минерализации значительные сдвиги рН и ОВП можно объяснить за счет электрохимического синтеза больших масс кислот и щелочей. Однако по мере усовершенствования технических средств электрохимической обработки водных сред сконструированы электролизеры диафрагменного типа, позволяющие производить униполярную (анодную и (или) катодную) обработку воды с низким фоном минерализации 0,01 - 0,2 г/л. При таких условиях высокие концентрации кислых или основных продуктов электролиза не могут быть достигнуты. Тем не менее при анодной и (или) катодной обработке пресной, ультрапресной и даже дистиллированной воды получается анолит и католит, тождественные по характеристикам рН и ОВП исключительно крепким неактивированным растворам кислот и щелочей. При этом в анолите и в католите получаются такие сочетания рН и ОВП, которые вообще не могут быть смоделированы в обычных химических растворах, не подвергавшихся электрохимическим воздействиям. Это и есть одно из наиболее ярких аномальных свойств ЭХА-воды, обнаруженное в исследованиях ташкентской группы.

Термин активация представляется в данном случае наиболее подходящим, так как он подразумевает усиление электронодонорных или электроноакцепторных свойств водно-минеральных сред или воды(в том числе образцов предельно деминерализованной воды), выражающихся в обмене энергией между раствором или водой с веществом электрода на основе переноса свободных электронов.

Водные растворы могут считаться активированными только в течение периода существования аномальных свойств или времени их релаксации, по завершении которого признаки аномальности исчезают и в жидкой среде устанавливается классическое термодинамическое равновесие параметров рН и ОВП, характерное для обычных (неактивированных) химических растворов. Биокаталитическая активность ЭХА-растворов также относится к числу их аномальных характеристик, что создает предпосылки безреагентного, безмедикаментозного управления биологическими (в том числе биотехнологическими) процессами.

В 1985 г. представление об ЭХА, как о новом классе физико-химических явлений, составляющих основу специального научно-технического направления, было сформулировано В.М.Бахиром [7], что способствовало началу широкой серии исследований по данному вопросу. Значимость феномена ЭХА для учения о физиологическом гомеостазе определяется расширением возможности биофизического управления тонкой структурной организацией воды в составе живых тканей и процессами электронного обмена в биологических субстратах. В 1987 г. во Всесоюзном научно-исследовательском и испытательном институте медицинской техники (ВНИИИМТ) Министерства здравоохранения СССР (Москва) возник научно-исследовательский центр по исследованию феномена ЭХА. В период 1991 - 2000 гг. ВНИИИМТ преобразовался в Открытое акционерное общество «НПО «Экран» («НПО «Экран»). Исследования ЭХА в системе «НПО «Экран» продолжались в отделе электрохимических технологий (зав. отделом - профессор В.М.Бахир). Научно-техническое ядро «НПО «Экран» в сфере электрохимических технологий представлено генеральным директором «НПО «Экран», профессором Б.И.Леоновым, инженерами и научными сотрудниками Ю.Г.Задорожним, С.А.Паничевой, О.П.Битюцковым, Т.Б.Барабашем, В.И.Прилуцким, О.И.Суховой и др. Внедрение ЭХА в сферу пищевых технологий осуществляется в серии работ А.А.Кочетковой с соавт, токсикологические исследования ЭХА растворов осуществлялись во ВНИИИМТ в составе «НПО «Экран» и в научно-исследовательских учреждениях Санкт-Петербурга (В.В.Торопков, Э.Б.Альтшуль с соавт.). В Москве группа изучения и внедрения ЭХА технологий в лечебную практику возглавляет зав. хирургическим отделением ГКБ 52 В.И.Вторенко. Центры по исследованию ЭХА работают в Ижевске, в Казани, а также в рамках Российского научно-исследовательского центра технологий электрохимической активации (RSCECAT, USA). Из ряда научных структур Академии медико-технических наук РФ создан Научно-исследовательский институт электрохимических технологий (НИИЭЛХТ, директор - В.М.Бахир). В настоящий момент география исследований феномена ЭХА весьма широка. Авторы настоящей монографии предпринимают попытку обобщения наиболее значимых данных по механизмам физического и химического действия ЭХА сред на живую материю с учетом перспектив разработки стратегий развития этой принципиально новой и уникальной технологии в системе биологических наук. Обобщение теоретических, инженерных, биологических, экологических и ряда прикладных проблем аспектов ЭХА в различных сферах содержится в работах Б.И.Леонова, В.М.Бахира, Ю.Г.Задорожнего, В.И.Вторенко, опубликованных в материалах I и II Международных симпозиумов «Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве и промышленности», Москва, 1997; 1999 гг.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

Похожие:

Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир icon72 Канзафаров Ф. Я., Леонов В. А., Егорин О. А., Королев С. В., Исангулов А. К., Анисимов В. Ф., Сажин В. Б
Канзафаров Ф. Я., Леонов В. А., Егорин О. А., Королев С. В., Исангулов А. К., Анисимов В. Ф., Сажин В. Б
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир iconРегламент проведения аттестации сварщиков и специалистов сварочного производства
Котельников, Н. П. Алёшин, В. Ф. Лукьянов, А. С. Нечаев, Н. А. Хапонен, Н. Г. Блехерова, Ю. И. Гусев, Б. Ф. Демидов, А. Н. Жабин,...
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир iconУчебник для пед вузов / Под ред. О. Ю. Богдановой и В. Г. Маранцмана: в 2-х ч. М., 1994-1995
Богданова О. Ю., Леонов С. А., Чертов В. Ф. Методика преподавания литературы. – М., 1999
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир icon1-31 02 01 02 «География (научно-педагогическая деятельность)» Гомель, 2012
Топонимика : прак пособие / С. В. Прилуцкая, И. О. Прилуцкий; м-во образования рб, Гомельский гос ун-т им. Ф. Скорины. – Гомель :...
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир iconВ. П. Леонов Томский государственный университет
Для этого по экспериментальным исследованиям предлагается представление совместно с материалами статьи и исходных табличных данных,...
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир iconМинистерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины»
«География (научно-педагогическая деятельность)», 1- 33 01 02 «Геоэкология» / С. В. Прилуцкая, И. О. Прилуцкий; м-во образования...
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир iconПояснительная записка проекта «На прогулку в Китай-город» 7 «А» класса. Общая информация. Тема проекта «На прогулку в Китай-город»
Состав проектной группы: Громова Мария (руководитель), Беликова Анастасия, Заиканова Полина, Леонов Иван, Ризо Михаил
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир iconПресс-служба Администрации Кемеровской области
Кемеровской области. Поздравить кузбассовцев со знаменательной датой приехал земляк, уроженец села Листвянка Тисульского района,...
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир iconПротокол от № Декан факультета Зав кафедрой С. К. Матвеев Г. А. Леонов программа учебной дисциплины «Стохастические модели сложных сред»
Ознакомление слушателей с понятиями сложной среды и стохастического закона сохранения, с общим видом уравнений, описывающих широкий...
Б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир iconУчебник рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений
О. Д. Кузнецова; канд экон наук, доц. Л. И. Пермякова; канд экон наук, доц. Е. Г. Лисовская; д-р экон наук, проф. И. Н. Шапкин; канд...
Разместите кнопку на своём сайте:
kurs.znate.ru


База данных защищена авторским правом ©kurs.znate.ru 2012
обратиться к администрации
kurs.znate.ru
Главная страница