Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы возрос интерес к растворам медицинского назначения, обладающим окисляющими свойствами. Этот интерес связан с развитием и внедрением методов окислительной терапии («oxidative therapy»). В основном для этого используют растворы, содержащие растворенные в воде неорганические окислители (например, озон или перекись водорода). Но применение таких растворов ограничено в виду их высокой окисляющей активности и связанных с этим осложнений.
Особый интерес вызывают электрохимические методы синтеза окисляющих растворов, например, электросинтез раствора гипохлорита натрия. Однако указанный метод электросинтеза гипохлорита натрия обладает рядом существенных недостатков, связанных с возможностью образования некоторых потенциально опасных токсических побочных продуктов в процессе электросинтеза. Кроме того, систематические исследования, проведенные в последние годы, выявили недостатки растворов гипохлорита натрия, связанные с его высокой реакционной способностью по отношению к некоторым важнейшим ферментам, липопротеидам, а также с индуцированием реакций перекисного окисления липидов, подавлением активности важнейших антиоксидантов и т.д. Поэтому поиск путей электросинтеза растворов более мягких и физиологичных окислителей, является весьма актуальным.
Поиск метода электросинтеза менее реакционноспособных окисляющих растворов, особенно в электролитах, не содержащих хлорид ионов, представляется весьма перспективным, в частности, следует обратить внимание на электросинтез персульфата натрия в разбавленных сульфатных электролитах, поскольку известно, что растворы сульфатов не являются токсичными до весьма высоких концентраций.
Цель работы: разработка метода электрохимического синтеза персульфата натрия как донора «активного кислорода» в разбавленных растворах сульфата натрия, а также исследование травмирующей способности этих растворов по отношению к крови и их биологической активности по отношению к некоторым токсическим метаболитам и экзотоксикантам.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
Выяснить принципиальную возможность электросинтеза персульфата натрия в разбавленных (1-4%-ных) растворах сульфата натрия.
Исследовать продукты анодного окисления разбавленных растворов сульфата натрия.
Исследовать травмирующее действие синтезированного раствора по отношению к биологическим жидкостям (кровь, сыворотка).
Исследовать окисляющую способность синтезированного раствора по отношению к некоторым токсическим метаболитам и ксенобиотикам.
Сопоставить окисляющее действие синтезированного раствора с действием раствора гипохлорита натрия.
Научная новизна работы. Разработан и исследован процесс электрохимического синтеза персульфата натрия путем окисления разбавленных растворов сульфатов (0,07-0,28 моль/л) на титановом аноде, покрытом диоксидом иридия, в диапазоне плотностей тока от 8 до 70 А/дм .
Установлено, что продуктами окисления на аноде разбавленных растворов сульфата натрия являются кислород и персульфат натрия, который в основном обуславливает окислительную активность раствора.
С помощью поляризационных измерений установлено, что процесс электроокисления разбавленных растворов сульфата натрия протекает при потенциалах не менее 1,9 В (н.в.э.), что позволило высказать предположение о механизме анодного процесса, заключающемся в непрямом окислении ионов сульфата до персульфата промежуточными нестабильными кислородсодержащими продуктами анодного разложения воды.
С помощью хромато-масс-спектрометрии и тонкослойной хроматографии показано, что под действием синтезированного раствора биотрансформация экзотоксикантов протекает по механизмам, близким к физиологическим (т.е., имеющим место в организме).
Предложена методика предобработки платинового электрода с целью стандартизации его исходного потенциала, что позволило снизить величину максимальной ошибки измерений до 2%.
Практическая значимость работы. Установлено, что электрохимически синтезированные растворы персульфата натрия обладают окисляющей активностью по отношению к некоторым ксенобиотикам (амитриптилин, хлорпротиксен, тизерцин, финлепсин) и токсичным метаболитам (билирубин).
Установлено, что синтезированные растворы анолитов, содержащие персульфат натрия, являются стерильными.
Отмечено, что кислые растворы анолитов обладают бактерицидным действием по отношению к некоторым видам аэробных и анаэробных бактерий.
Разработано электронное устройство для предотвращения накопления на катоде гидроксидов и гидрокарбонатов кальция и магния в процессе электролиза, что дает возможность использовать водопроводную воду в качестве растворителя при электроокислении сульфатов до персульфатов. Принцип работы устройства основан
на периодическом смещении потенциала катода к положительным потенциалам, что позволяет увеличить работоспособность электролизера без профилактических работ.
Таким образом, разработанный метод электросинтеза персульфатов из разбавленных растворов сульфатов может быть использован в клинической практике как для лечения острых отравлений и эндотоксикозов различной этиологии, так и для синтеза дезинфицирующих растворов, не содержащих хлор.
Предложенный метод предварительной обработки платинового электрода может быть использован для прецизионных измерений редокс-потенциалов в водных растворах и биологических средах.
На защиту выносятся результаты исследований:
- метод электрохимического синтеза персульфата натрия в разбавленных
растворах сульфата натрия;
- технологические приемы, интенсифицирующие и оптимизирующие процесс
анодного окисления разбавленных растворов сульфатов;
информация о биотрансформация токсикантов под действием синтезированных анолитов, содержащих персульфат натрия;
методика предварительной обработки платинового электрода для измерения редокс-потенциалов.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на: Iі European Symposium on Electrochemical Engineering (Toulouse, 2005), 8-ом Международном Фрумкинском симпозиуме «Кинетика электродных процессов» (Москва, 2005), 14-ой Конференции московского городского общества гемафереза «Трансфузионная и дезинтоксикационная терапия при неотложных состояниях» (Москва, 2006), 21-ой Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2007» (Москва, 2006), Научно-практической конференции «Актуальные вопросы экстракорпоральной терапии» (Москва, 2007), 212і ESC Meeting (Washington, 2007).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 8 тезисов докладов общим объемом 31 стр.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 131 страницах машинописного текста, содержит 61 рисунков, 8 таблиц и состоит из введения, литературного обзора, методики эксперимента, раздела экспериментальных данных и их обсуждения, выводов, списка из 185 библиографических наименований, приложения.
