Основы газопламенной сварки
Кислород
Пламя, обладающее высокой температурой, необходимое для газопламенной сварки, образуется при сгорании горючих газов или паров в смеси с техническим кислородом. При нормальных условиях кислород представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса. Но при низких температурах газообразный кислород может перейти в жидкое состояние и даже превратиться в твердое вещество. Сам кислород не токсичен, не горит, но активно поддерживает горение других веществ, при котором выделяется большое количество тепла.
Соединения кислорода с горючими веществами в большой концентрации может привести к воспламенению и даже взрыву при наличии открытого огня или искры, а в сжатом состоянии при контакте с парами масел, жиров и других горючих веществ — к самовоспламенению. Получают технический кислород из атмосферного воздуха или электролизом воды. Основные физические свойства кислорода приведены в таблице 1.
Хранение и транспортировка жидкого кислорода производится в специальных транспортных резервуарах, имеющих хорошую тепловую изоляцию. К потребителю кислород поступает в баллонах под давлением, создаваемым при помощи компрессоров. Согласно ГОСТ 949-73 давление кислорода в баллонах должно быть 15±0,5 МПа или 20±0,1 МПа. При температуре от -50 до 30°С давление в баллонах должно соответствовать величинам, приведенным в таблице 2.
Хранение и транспортировка баллонов с жидким кислородом при температурах выше 60°С недопустимо.
Таблица 1. Основные физические свойства кислорода
| Показатель | Параметры |
| Молекулярная масса | 32 |
| Масса 1м3 при 0°С и давлении760ммрт. ст.,кг | 1,43 |
| То же при 20°С и давлении7 60 мм рт. ст., кг | 1,33 |
| Критическая температура, °С | -118,8 |
| Температура кипения при 760 мм рт. ст., °С | -182,97 |
| Критическое давление кгс/см2 | 51,35 |
| Масса 1л жидкости кислорода прои -182,97°С и760ммрт. ст.кг | 1,13 |
| Количество кислорода, получаемого из 1л жидкого,л | 850 |
| Температура плавления при 760 ммрт. ст.,°С | -218,4 |
Примечание: критическая температура — это наивысшая температура превращения газа в жидкость. Необходимое для этого давление называется также критическим.
Таблица 2. Величины давления в баллонах при температурах от -50 до 30°С
| Температура газа, °С | Давление в баллоне при первоначальном давлении 15Мпа ±0, 5 при20°С | Давление в баллоне при первоначальном давлении 20Мпа ±0,1 при20°С |
| -50 | 9,3 | 12,3 |
| -40 | 10,2 | 13,5 |
| -30 | 11,1 | 14,6 |
| -20 | 11,9 | 15,8 |
| -10 | 12,7 | 16,9 |
| 0 | 13,5 | 17,9 |
| 10 | 14,3 | 19,0 |
| 20 | 15,0 | 20,0 |
| 30 | 15,7 | 21,0 |
Ацетилен
Ацетилен (С2Н2) — химическое соединение углерода и водорода, в нормальном состоянии представляющее собой бесцветный горючий газ с резким запахом. Ацетилен легче воздуха и при температуре 20°С один его м³ имеет массу 1,09 кг. Низкая температура ацетилена (240 — 630°С) делает этот газ взрывоопасным в соединении с кислородом. Так, при атмосферном давлении смесь ацетилена с воздухом становится взрывоопасной при содержании ацетилена 2,2%. Ацетилен токсичен и при вдыхании его вызывает головокружение, тошноту и даже отравление.
Сгорание ацетилена в смеси с техническим кислородом сопровождается высокой температурой, достигающей 3200°С. Основные физические свойства ацетилена приведены в таблице 3.
Технический ацетилен получают двумя способами:
Из карбида кальция действием на него водой в специальных ацетиленовых генераторах.
Из углеводородных продуктов, содержащихся в природных газах, нефти и торфосланцах.
В сварочных работах, выполняемых на строительных площадках, в условиях мелких мастерских и т.д. большее распространение получил первый способ. Однако в промышленном производстве все большее распространение получает второй способ, как более прогрессивный и рентабельный.
Газообразный ацетилен может растворяться в таких жидкостях, как вода, бензол, бензин, но чаще всего его растворяют в ацетоне.
Поэтому растворенным называют ацетилен, находящийся в баллоне, заполненном пористой массой, пропитанной ацетоном. При наполнении такие баллоны искусственно охлаждают. При открывании вентиля на баллоне ацетилен начинает выделяться из ацетона в виде газа. Растворение ацетилена применяют для его длительного хранения и транспортировки, так как в жидком и твердом состоянии он взрывоопасен.
Таблица 3. Физические свойства ацетилена
| Показатель | Величина показателя |
| Молекулярная масса | 26 |
| Масса 1м³ при 0ºС и давлении 760 мм рт. ст. ,кг | 1,17 |
| Тоже при 20°С | 1,09 |
| Критическая температура, °С | 35,9 |
| Критическое давление кгс/см2 | 61,6 |
| Температура кипения при 760 ммрт. ст., °С | -81,8 |
| Температура затвердевания при 7 60 мм рт. ст.,°С | -85 |
Карбид кальция
Карбид кальция — кристаллическое вещество (СаС2) темно-серого или темно-коричневого цвета с удельным весом от 2,3 до 2,53 г/см³. При взаимодействии с парами воды, находящимися в атмосферном воздухе, имеет характерный (чесночный) запах. При взаимодействии с водой карбид кальция разлагается с образованием ацетилена и гашеной извести. Из 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически можно получить 372 дм³ ацетилена, однако наличие примесей снижает этот показатель до 280 дм³. Процесс разложения карбида кальция в воде происходит по следующей реакции:
СаС2 Н2О = С2Н2 Са(ОН)
Карбидная пыль при смачивании водой разлагается почти мгновенно, поэтому применять ее в ацетиленовых генераторах невозможно. Для этого используют кусковый карбид кальция, загружая им ацетиленовый аппарат. В зависимости от размеров кусков и сортности карбида кальция получают фактический выход ацетилена, отраженный в таблице 4.
Таблица 4. Выход ацетилена и карбида кальция
Продолжительность разложения карбида кальция зависит от его грануляции и температуры, при которой происходит разложение. Для охлаждения ацетилена при разложении карбида кальция берут от 5 до 20 дм3 воды на 1 кг карбида кальция. Кроме того, иногда применяют «сухой» способ разложения , когда на 1 кг мелко раздробленного карбида кальция в генератор подают 0,2 — 1 дм³ воды.
Барабаны с карбидом кальция должны сохраняться в помещениях, которые отвечают следующим условиям:
помещение должно быть закрытым, сухим, построенным из негорючих материалов, защищенным от попадания влаги, хорошо проветриваться и иметь легкую кровлю, которую периодически проверяют на целостность.
в помещении не должно быть водопровода, канализации, а также водяного и парового отопления;
уровень пола в помещении должен быть на 0,2 м выше отметки наружной планировки;
помещение должно оборудоваться средствами противопожарной защиты.
Барабаны с карбидом кальция могут складироваться как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Помещения, где складируется карбид кальция, должны оборудоваться средствами механизации. Пустая тара из-под карбида кальция должна сохраняться в специальных местах вне производственных помещений.
Запрещается складировать карбид кальция в подвалах и местах, где существует угроза затопления, нельзя сохранять открытые или поврежденные барабаны с карбидом кальция. Открывать барабаны с карбидом кальция следует латунным зубилом и молотком, а запаянные барабаны — специальным режущим приспособлением. Место реза должно предварительно смазываться жировой смазкой слоем от 3 до 5 мм, что предотвращает появление искр. Открывать барабаны, развешивать карбид кальция, отсеивать мелкие фракции и пыль нужно в отдельных специальных помещениях. Просыпанный карбид кальция следует тщательно убрать.
Открытые или не полностью использованные барабаны с карбидом кальция закрывают водонепроницаемыми крышками. Открытым может быть только один барабан. В случае возникновения пожара в помещении, где хранится карбид кальция, нельзя пользоваться для тушения огня водой.
Пропан-бутановые смеси
Пропан-бутановые смеси состоят из пропана (C3H8) с примесью бутана (С4Н10) в количестве от 5 до 30%. Их получают при переработке нефти или добыче природного газа. Для сварочных работ эти смеси поставляется в баллонах в сжиженном состоянии. Из сжиженного состояния пропан-бутановая смесь переходит в газообразное при температуре -40°С при нормальном атмосферном давлении или при нормальной температуре, но при пониженном давлении. Условия перехода пропана и бутана в жидкое состояние отражены в таблице 5.
Таблица 5. Переход пропана и бутана в жидкое состояние
| Температра, °С | Давление, при котором газ переходит в жидкое состояние, кг/см2 | |
| Пропан | Бутан | |
| -20 | 2,7 | 0,45 |
| 110 | 3,7 | 0,68 |
| 0 | 4,8 | 0,96 |
| 10 | 6,4 | 1,5 |
| 20 | 8,5 | 2,1 |
| 40 | 14,3 | 3,9 |
Испарение 1 кг пропан-бутановой смеси освобождает до 0, 535 м³ паров, которые в смеси с кислородом образуют сварочное пламя. При работе с пропан-бутановыми смесями следует учитывать, что этот состав тяжелее воздуха, поэтому при утечках скапливается в низменных местах и углублениях.
При большой концентрации такой смеси в атмосферном воздухе она становится взрывоопасной. Для своевременного обнаружения таких скоплений в смесь добавляют специальное вещество, имеющее неприятный специфический запах. Баллоны, предназначенные для хранения и транспортировки пропан-бутановой смеси заполняют не полностью, так как, испаряясь, смесь создает большое давление, что может привести к разрушению баллона и взрыву.
Переход из жидкого состояния в газообразное происходит самопроизвольно в верхней части баллона. Температура пламени, образованного пропан-бутановой смесью с кислородом, ниже температуры ацетиленового пламени, поэтому для сварки сталей такая смесь используется редко. Большей частью такие смеси применяют при газовой резке и пайке или при сварке металлов с низкой температурой плавления.
Водород
Водород — представляет собой газ без цвета и запаха. Его получают в специальных генераторах воздействуя серной кислотой на железную стружку и цинк. Этот горючий газ в смеси с кислородом образует взрывчатую смесь, называемую гремучим газом. Хранят и транспортируют водород в сжиженном состоянии, в которое он переходит при температуре -253°С. Водород в газообразном состоянии легко проникает через любые неплотности, поэтому баллоны, трубопроводы и запорная арматура должны отвечать высоким требованиям герметичности. При сгорании водорода пламя практически не светится и не имеет четких границ.
Бензин и керосин
Бензин и керосин — представляют собой жидкости, получаемые при переработке нефти. При нормальной температуре и атмосферном давлении они легко испаряются и в газопламенной обработке металлов используются в виде паров. Для испарения бензина или керосинка горелки снабжают специальными испарителями или распылителями. Чаще всего эти жидкости используют для резки металлов, заменяя ацетилен. При этом вместо 1 м³ ацетилена расходуется 1,3 кг керосина.
Кроме этого для газопламенной обработки могут применять природный газ, нефтяной газ, окись углерода и т.д. Все эти газы в смеси с кислородом или атмосферным воздухом при определенном их соотношении образуют взрывоопасные смеси, что следует учитывать в процессе работы. Пределы взрываемости газов и паров горючих газов и жидкостей в смеси с воздухом и кислородом приведены в таблице 6.
Таблица 6. Пределы взрываемости газов, паров и жидкостей
| Наименование газа | Пределы взрываемости, выраженные в % объёме горючего газа | |
| С воздухом | С кислородом | |
| Ацетилен | 2,2-81,0 | 2,8-93,0 |
| Водород | 3,3-81,5 | 4,65-93,9 |
| Окись углерода | 11,4-77,5 | 15,5-93,9 |
| Метан | 4,8-16,7 | 5,0-59,2 |
| Пропан | 2,17-9,5 | 2,0-48,0 |
| Бутан | 1,55-8,4 | 1,3-47,0 |
| Городской газ | 3,8-24,8 | 10,0-73,6 |
| Коксовый газ | 7,0-21,0 | — |
| Природньй газ | 4,8-14,0 | 5,0-59,2 |
| Нефтяной газ | 3,5-16,3 | — |
| Пары бензина | 0,7-6,0 | 2,1-28,4 |
| Пары керосина | 1,4-5,5 | — |
Сварочная проволока и другие присадочные материалы
В качестве присадочных материалов при газопламенной сварке применяют сварочную проволоку или литые прутки, которые по своему химическому составу должны быть близкими к основному материалу. Нельзя в качестве присадочных материалов применять случайную проволоку, так как это скажется на качестве сварного соединения. Присадочные материалы должны отвечать следующим требованиям:
Применение в качестве присадочного металла различных полосок недопустимо, так как это влечет за собой неравномерную ширину сварочного шва и его неоднородность, что сказывается на качестве сварного соединения. Вместо сварочной проволоки допускается применение пруткового материала, прошедшего калибровку. При газовой сварке цветных металлов и нержавеющих сталей в виде исключения допускается применение полосок, своим химическим составом сходных с основным металлом.
Стальная проволока, предназначенная для сварки, поставляется в бухтах с обязательной маркировкой в виде бирок, на которых указаны: марка провода, ее диаметр, покрытие и т.д. Низкоуглеродистая и легированная проволока может иметь омедненную поверхность, предназначенную для защиты от атмосферного воздействия. Размеры и масса мотков проволоки приведены в таблице 7.
Таблица 7. Размеры и масса сварочной проволоки
| Диаметр проволоки, м | Внутренний диаметр мотка, мм | Масса мотка проволоки (неменее), кг | ||
| Из углеродистой стали | Из легировнной стали | Из высокорелегированной стали | ||
| 0,3-0,8 | 150-350 | 2 | 2 | 1,5 |
| 1,0-1,2 | 250-400 | 15 | 10 | 6 |
| 1,4-2,0 | 250-600 | 20 | 15 | 8 |
| 2,5-3,0 | 400-700 | 30 | 20 | 10 |
| 4,0-6,0 | 500-700 | 30 | 20 | 10 |
| 6,5-8,8 | 500-700 | 30 | 20 | 15 |
Для сварки цветных металлов промышленность выпускает сварочную проволоку с соответствующим химическим составом. Так, проволока для сварки алюминия и его сплавов выпускается диаметром от 0,8 до 12,0 мм. Она может быть тянутой или прессованной. Поставляется в бухтах, которые упаковываются во влагонепроницаемые пакеты. К каждой бухте крепится бирка, на которой указывают изготовителя, номер упаковки, условное обозначение проволоки, масса мотка и предупреждение: «Боится сырости и ударов». Химический состав проволоки должен соответствовать свариваемому сплаву.
Проволока на медной основе выпускается в бухтах и прутками. Она может быть в отожженном (мягком) и в твердом состояниях. Предусматривается следующая маркировка проволоки на медной основе:
- Ml — проволока для сварки неответственных конструкций на основе меди;
- М1р, МЗр — проволока для газовой сварки медных конструкций общего назначения;
- MCpl — для сварки ответственных электротехнических конструкций;
- JI63 — для газофлюсовой сварки латуни;
- JIO60-1 — для газофлюсовой сварки латуни, легированной оловом;
- ЛКБО62-0,2-0,04-0,5 — для газовой сварки и пайки меди и латуни без применения флюса;
- ЛМц58-2, ЛЖМц59-1-1, ЛОК59-1-0,3 — для сварки латуни, пайки меди и меди с латунью.
Флюсы
Флюсы — в газопламенной сварке и пайке используют для раскисления расплавленного металла и удаления из сварочной ванны образующихся окислов и неметаллических включений. Под действием высоких температур флюсы связывают оксиды химическим путем с образованием легкоплавких соединений или растворяют их в сварочной ванне, а образующиеся при этом шлаки всплывают. Образовавшаяся на поверхности сварочной ванны шлаковая пленка защищает металл от окисления при контакте с атмосферным кислородом.
Состав флюсов подбирают в зависимости от химических реакций, преобладающих в сварочной ванне. Так, если в сварочной ванне преобладают основные оксиды, то используют кислые флюсы. Если же реакция сварочной ванны кислая (SiO, и др.), то флюс должен быть основным. Физические свойства наиболее часто применяемых флюсов приведены в таблице 8.
Флюсы вводят в сварочную ванну рукой, ложкой, составляют в виде паст, которые наносят на свариваемые кромки в виде газов, вводимых непосредственно в сварочное пламя и т.д.
Таблица 8. Физические свойства флюсов
| Свойства | Вид флюса | ||||||||
| В2О3 | Na2B4O2 | LiF | KF | NaF | CaF2<.sub> | LiCl | KC1 | NaCl | |
| Темтература плавления °С | 577 | 741 | 842 | 846 | 988 | 1375 | 606 | 678 | 800 |
| Температура кипения °С | — | — | 1676 | 1505 | 1695 | — | 1382 | 1417 | 1439 |
| Теплота образования, ккал/маль | 282 | — | 144,7 | 134 | 136 | 289 | 98 | 105, G | 97,7 |
| Плотность, г/см3 | 1,8 | — | 2,6 | 2,4 | 2,7 | 3,16 | 2,1 | 2,8 | 2,2 |
2. Механизм действия и перспективы применения медицинского озона в клинической практике
В настоящее время все больше привлекают к себе внимание не медикаментозные методы лечения. Это связано с целым рядом факторов:
– большой частотой аллергических реакций на лекарственные препараты;
– большим количеством противопоказаний и побочных эффектов при назначении сильнодействующих лекарственных препаратов;
– увеличением количества сочетанных и сопутствующих заболеваний, что, с одной стороны, требует комплексного лечения, а с другой – увеличивает количество противопоказаний для назначения различных видов лечения;
– высокими ценами на лекарственные препараты.
К таким методам лечения относятся методы окислительной терапии: гипербарическая оксигенация, ультрафиолетовое облучение аутокрови, озонотерапия [32, 34, 175, 191].
В мировой лечебной практике применяются и используются способы локальной местной терапии, инфильтрация краев раны озонированными растворами, обработка ран и полостей организма озонированными растворами, ректальное введение газообразного озона, методика большой аутогемотерапии, малой аутогемотерапии, внутривенное, внутриартериальное и внутрисуставное введение озоно-кислородных смесей, озонирование аллокрови.
Вместе с тем следует отметить, что за последние годы как в нашей стране, так и за рубежом создано новое поколение медицинских генераторов озона, позволяющих в течение длительного времени получать в стабильных концентрациях озон, как из медицинского кислорода, так и из атмосферного воздуха.
Благодаря выраженным окислительным свойствам, озон является высокотоксичным веществом. Окислительное действие озона может проявляться по-разному:
1) окисление, в котором играет роль лишь один атом кислорода из молекулы озона;
2) окисление с участием всех трех атомов кислорода;
3) окисление с образованием соединений исходного вещества с молекулой озона (озониды) [66, 76, 148].
Предельно допустимая концентрация его в воздухе составляет 100–200 мкг/м3. В высоких концентрациях озон чрезвычайно сильный окислитель, оказывает резко выраженное раздражающее действие на верхние дыхательные пути, бронхи, легкие, вызывая их спазм. При интоксикации озоном изменяется активность ряда ферментов эритроцитов, нарушается баланс биогенных аминов в организме, хромосомный аппарат лимфоцитов, метаболические процессы в печени, отмечается поражение сердечно-сосудистой и нервной систем, снижается устойчивость к инфекции, что связывают с подавлением продукции антител вследствие нарушения функции тимуса.
Однако, концентрации озона, существующие в природных условиях, оказывают стимулирующее влияние на организм, повышая устойчивость к холоду, гипоксии, действию токсических веществ, увеличивая уровень гемоглобина и эритроцитов в крови, фагоцитарную активность лейкоцитов, иммунобиологическую устойчивость, улучшая функцию легких, нормализуя артериальное давление. Оценивая биохимические экспериментальные данные, выделяют следующие эффекты озонотерапии:
1. Повышение парциального давления кислорода и сдвиг рН в щелочную сторону.
2. Уменьшение дефицита буферных оснований, как более быструю реакцию на озонотерапию по сравнению с оксигенацией.
3. Активацию кислородзависимых процессов в эритроцитах и других клетках крови, в результате которых нормализуется перекисное окисление липидов (ПОЛ) и происходит регуляция структурно-функциональных элементов мембран клеток. При этом возрастает деформабельность эритроцитов, улучшаются реологические свойства крови [71, 147, 161].
4. Интенсификацию кислородзависимых реакций в органных клетках, вызывающую снижение уровня продуктов углеводного, липидного и белкового обменов [116, 194, 5, 1].
Обладая высокой реактогенной способностью, озон активно вступает в реакции с различными биологическими объектами, в том числе со структурой клетки. Плазматические мембраны являются основной мишенью озона в связи с плотной упаковкой липидов и белков в биомембранах.
По мере нарастания дозы озона в плазматической мембране (эритроциты, дрожжевые и бактериальные клетки) модифицируются силы межмолекулярного взаимодействия (изменения устойчивости к детергентам и направление криофрактографического скола), растет гидрофильность и бифазно (разнонаправлено) изменяется микровязкость анулярного и бислойного липида (зондовая флюоресценция), а также зарядовое состояние поверхности (данные электорофореза).
Изменения физического и структурного состояния мембран связаны с окислительной деструкцией липидов и белков [64, 91, 147]. Происходит повышение резистентности эритроцитов и возрастание их деформабельности, что способствует оптимизации микроциркуляции.
Вследствие подвижности двойного слоя мембраны дефекты в ней вновь закрываются. Это происходит до тех пор, пока дефекты значительно не увеличатся в размерах. Отсюда следует, что концентрация озона должна быть подобрана такая, чтобы оболочка клетки не изменялась, но сама была бы еще способна к восстановлению благодаря боковому смещению [2, 169, 193, 228].
Первоначально в крови с озоном реагируют ненасыщенные жирные кислоты и их сложные эфиры. Учитывая большое содержание этих соединений в организме, можно с большей долей достоверности предполагать, что большая часть введенного озона расходуется на реакции с С=С-связями с образованием биологически активных функциональных групп – озонидов.
То, что озониды в большей степени определяют терапевтический эффект при парентеральном введении озона, подтверждается тем фактом, что синтезированные вне организма озониды сложных эфиров ненасыщенных жирных кислот, например, при озонировании растительных масел, также являются биологически активными соединениями: обладают противовоспалительными, антиаллергическими и иммуномодулирующими свойствами, улучшают микроциркуляцию и репаративные процессы в местах нанесения озонидов[15, 111, 188].
Поскольку электрофильное присоединение к двойной связи С=С ненасыщенных жирных кислот представляет собой преимущественную реакцию озона, то эритроциты рассматриваются, как основные «мишени» в этой реакции при озонокислородной терапии. Это обусловлено тем, что оболочка эритроцитов содержит высокое процентное содержание фосфолипидов с ненасыщенными цепями жирных кислот, а они то и образуют центр реакции.
Объектами воздействия озона в организме, кроме ненасыщенных жирных кислот, являются еще вещества, которые содержат амино- и сульфгидрильные группы, в частности, аминокислоты, как свободные, так и с пептидными связями. В высоких концентрациях озон способен окислять белки, атакуя гистидиновые и тирозиновые остатки, деструктивно действовать на ДНК [44, 60, 149, 236].
Ряд авторов выделяют два механизма действия озона:
1) прямое действие озона, обнаруживаемое главным образом при локальном применении и проявляющееся в виде химиотерапевтической дезинфицирующей активности, вызывающей нарушение целостности оболочки микробов вследствие окисления фосфолипидов и липопротеидов; взаимодействие с вирусами, приводящее к повреждению протеинов наружной мембраны и полипептидных цепей нуклеиновых кислот, что нарушает способность вирусов прикрепляться к клеткам;
2) системный эффект вследствие индуцируемых озоном низких концентраций перекисей [107, 216].
Перекиси, образовавшиеся в результате взаимодействия озона с ненасыщенными жирными кислотами, активируют механизм перекисной дезинтоксикации – глутатионовую систему. Отмечено влияние озона на увеличение активности глутатионовой системы, формирующей внутриклеточную антиоксидантную защиту организма.
Эффективность функционирования окислительно-восстановительной глутатионовой системы возможна при достаточном количестве НАДФ (никотинамиддинуклеотидфосфат), который необходим для восстановления окисленного глутатиона. Потребность в НАДФ в этих условиях, очевидно обеспечивается стимулированием озоном работы пентозофосфатного шунта.
Очень важное значение имеет влияние озона на перекисное окисление липидов. Под влиянием озона происходит умеренная активация перекисного окисления липидов с соответствующим усилением антиоксидантной системы [59].
Умеренная, «физиологическая» активация свободнорадикальных реакций ПОЛ и повреждающее действие усиленной генерации активных форм кислорода на клетки не означает, что эти процессы не протекают в норме. Наоборот, ПОЛ (в физиологических пределах) играет немаловажную роль и является даже одним из условий протекания некоторых метаболических процессов в нормальной клетке [212, 220].
Так, около 20 % всего количества 
Таким образом, озон в результате умеренной активации свободнорадикальных реакций по принципу обратной связи усиливает собственную антиоксидантную систему [7, 3, 146, 156, 182].
Повышенная антиоксидантная активность крови, контролируя оптимальный уровень ПОЛ, поддерживает вазодилятационный эффект свободных радикалов. Наличие свободных радикалов кислорода, образованных при разложении озона в жидкой среде, стимулирует не только антиоксидантную систему крови, но и способствует улучшению микроциркуляции на тканевом уровне.
Обработка крови низкими концентрациями озона (18–48 мкг/л) вызывала развитие ответных реакций, проявляющихся в умеренной активации процесса перекисного окисления липидов и, по принципу обратной связи, усиления антиоксидантной защиты [1, 33, 237]. Описано также тормозящее действие озона на перекисное окисление липидов и стимулирующее действие на антиоксидантную систему.
Внутрибрюшинное введение лабораторным животным озонированного изотонического раствора хлорида натрия (6–1 мг/л) угнетало процессы перекисного окисления липидов. Происходило снижение диеновых конъюгатов, малонового альдегида и оснований Шиффа в 3–5 раз.
Одновременно повышалась активность каталазы и супероксидисмутазы эритроцитов крови [11, 144, 196, 233]. Увеличивалась микровязкость липидного бислоя мембран эритроцитов, снижалась их деформабельность и кислотная резистентность, что следует рассматривать как признаки неблагоприятных сдвигов в состоянии этих клеток.
Повышалась антиоксидантная активность плазмы, что можно объяснить возрастанием в ней концентрации бета-липопротеидов, церулоплазмина, альбумина и инсулина. Под влиянием озонированного физиологического раствора хлорида натрия возможна компенсаторная мобилизация эндогенных антиоксидантов из депо и активация дополнительных звеньев антиоксидантной защиты.
Санирующее влияние озона связано с влиянием на бактерии, вирусы и грибки. Высокие дозы озона ингибируют Н-Атфазу и репродуктивную способность микробных клеток. Введение озонокислородной смеси (0,8 мг/л по 30 минут) в туберкулезную каверну подопытных животных приводило к гибели микобактерий туберкулеза и не оказывало токсического влияния на организм.
Клетки, инфицированные вирусом СПИДа, при обработке озоном (10 мг/мл) утрачивали способность инициировать инфекцию при сокультивации их с незараженными клетками. При воздействии той же концентрации озона на внутриклеточный вирус, находящийся в ростовой среде с 15 % телячьей сывороткой, удалось на 33 % снизить ее активность.
Использование озона в высоких концентрациях возможно при местных аппликациях. Обработка инфицированных ран раствором, содержащим 4 мг/л озона, сопроврждалась подавлением роста стафилококков, кишечной и синегнойной палочек, протея и клебсиелл. При лечении гнойных ран выявлена четкая тенденция к увеличению количества функционально активных нейтрофильных лейкоцитов в ране в 2–3 раза по сравнению с контрольной группой. Лечебный эффект озонированных растворов инициируется как озоном, так и свободными радикалами [159, 167, 42, 19].
В основе терапевтического эффекта озонотерапии лежит окислительный «стресс» и адекватная мобилизация антиоксидантной системы, которые и определяют метаболическую и нейроэндокринную перестройку в организме, направленную на восстановление гомеостатического равновесия окислительно-восстановительных процессов [66].
Особенностью озонотерапии является то, что озон активно участвует в регуляции метаболизма кислорода, эффективно использует энергетические субстраты и стимулирует восстановление адаптационно-компенсаторных субклеточных структур.
С.П. Перетягин (1991) установил, что основными моментами лечебного действия озона являются:
– восстановление кислород – транспортной функции крови;
– выраженное влияние на метаболические процессы организма через озонолиз органических субстратов;
– умеренная инициация свободно-радикальных реакций ПОЛ с одновременным превалированием механизмов антиоксидант-ной защиты;
– активация ферментных систем и восстановление энергетического потенциала клеток.
Это все служит базовой основой для улучшения микроциркуляции и периферического кровообращения.
Тропность озона к полиненасыщенным жирным кислотам, входящим в состав липопротеиновых и фосфолипидных комплексов цитоплазматических мембран микроорганизмов и вирусов, приводит к нарушению их целостности и гибели последних, что обусловливает его бактерецидный эффект.
В работах И.Л. Работнова и соавт. (1972) приводятся данные о чувствительности в водной среде к озону золотистого стафилококка, белого стафилококка, синегнойной и кишечной палочки. По их данным, гибель микроорганизмов находится в прямо пропорциональной зависимости от концентрации озона и времени экспозиции.
Установлено, что под воздействием озона устраняется энергетический дефицит тканей вследствие стабилизации ультраструктурных мембран и восстановления процессов окислительного фосфорилирования. Это позволяет клеткам стимулировать энергетический обмен и рекомбинировать синтез энергии в виде АТФ.
В крови образуются свободные радикалы и более стойкие озоновые перекиси, которые непосредственно влияют на метаболизм клеток, индуцируя процессы перекисного окисления липидов и тем самым стимулируя антиоксидантную систему организма.
Повышение продуктов перекисного окисления полиненасыщенных жирных кислот в крови, оказывающих инсулиноподобное действие, стимулирует транспорт глюкозы в клетку, прямое окисление ее в пентозофосфатном цикле, что улучшает обеспечение тканей кислородом и снижает уровень гипоксии.
Продукты пероксидации через активацию фосфолипазы А2 активизируют циклооксигеназный путь метаболизма арахидоной кислты в крови, снижая активность липооксигеназ. При этом угнетается синтез определенной группы простагландинов, клавулонов, лейкотриенов и др и активизируется индукция простациклина и тромбоксанов, которые, влияя на мембранную проницаемость, реологические свойства крови, уровень циклических нуклеотидов, микроциркуляцию, могут изменять состояние органного кровотока и повышать обеспечение организма кислородом, тем самым также снижая уровень гипоксии [190, 204].
Воздействие озона на цитоплазматические мембраны изменяет их структурно-функциональное состояние, вызывает компенсаторную перестройку нейрогуморальных регуляторных систем, что интегрально проявляется стимуляцией энергетического обмена, процессов детоксикации, коррекции гормонального статуса, модуляцией системы иммуногенеза.
В начале развития воспалительного процесса метаболические и сосудистые нарушения приводят к возникновению и прогрессированию гипоксии, при которой анаэробный гликолиз преобладает над аэробным. Метаболические нарушения при гипоксии сопровождаются развитием выраженного ацидоза в области воспалительного очага.
Быстро реагируют на развитие воспаления дыхательные ферменты, необходимые для полноценной репарации. Их активность резко снижается, что может служить ранним признаком проявления некротических изменений в тканях. Все это создает благоприятный фон для развития инфекции.
Так, установлено, что в условиях ишемии для прогрессирования инфекции достаточно 10 бактерий, в то же время для того, чтобы вызвать нагноительный процесс в здоровых тканях необходима инъекция 2–8 миллионов микробных тел.
Одним из значительных терапевтических эффектов озонотерапии является антимикробное действие. При сравнительном изучении действия хлора и озона на микроорганизмы установлено, что инактивация их озоном происходит значительно быстрее. Практически важно, что озон подавляет микроорганизмы устойчивые к антимикробным препаратам.
Его действие эффективно в отношении возбудителей дифтерии, туберкулеза, газовой гангрены, энтеробактерий, грибов. В результате окисления белков и липидов происходит деструкция цитоплазматических мембран микроорганизмов при воздействии на них озона. Минимальные дозы озона вызывают локальные повреждения мембран, прекращая процесс деления бактериальных клеток.
Более высокие дозы вызывают повреждения ряда ферментативных, транспортных и рецепторных систем, обеспечивающих жизнедеятельность бактериальной клетки, что приводит к ее гибели в результате поражения дыхания и возрастания проницаемости цитоплазматической мембраны.
Концентрация озона 4 мг/л, полностью подавляет рост стафилококка, кишечной палочки, протеев и клебсиеллы, если их количество соответствует 103–104/г ткани. При количествах микроорганизмов более 105/г ткани инактивация микроорганизмов неполная [67, 12, 115, 231, 235].
При однократном местном воздействии озона-кислородной воздушной смесью количество стрептококков и синегнойной палочки уменьшается в три раза, энтеробактерий – более чем в два раза. Общее количество микроорганизмов снижается на 41,3 %, количество стерильных посевов увеличивается в 6 раз. Исходная микрофлора уничтожается в течение 1–2 сеансов озонирования [183, 115].
Различные виды микроорганизмов обладают неодинаковой чувствительностью к озону. Это может быть связано со строением бактериальной стенки и активностью защитных ферментов – супероксиддисмутазы, каталазы. Катализируемые ими реакции десмутации переводят супероксидный радикал в менее токсичное для клетки состояние. Особенно выражен этот эффект у грамотрицательных бактерий [107, 147].
При изучении действия озона на дрожжевые клетки различных групп. Оказалось, что при умеренных концентрациях клеток кривые их гибели имели первичный переход быстрой инактивации, сменяющийся периодом медленной инактивации. При больших концентрациях клеток после периода медленной инактивации происходило ее вторичное ускорение.
Отмечено, что гибель микроорганизмов происходит в результате окислительной деструкции и нарушения барьерной функции мембран. Озон интенсивно взаимодействует с органическими соединениями, содержащимися во внеклеточной среде, выступая в роли химического барьера защиты клеток. По-видимому, снижение скорости инактивации происходит за счет выхода из погибших клеток внутриклеточных метаболитов [32].
Вторичное же ускорение гибели клеток обусловлено накоплением токсических продуктов озонолиза и их литическим действием на клетки.
Действие озона на микробные клетки имеет бифазный характер. У дрожжевых клеток низкие дозы озона стимулировали Н-АТФ фазу, дыхание и репродуктивную способность. Высокие дозы озона ингибировали этот процесс и приводили к гибели клеток [88, 147].
Антимикробное действие озона при различных способах его применения изучалось практически всеми исследователями, которые занимались вопросами озонирования. Однако, имеющиеся в литературе сведения преимущественно касаются бактерицидного действия озона в отношении аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов.
Но, имеются сведения и о бактерицидном действии озона в отношении облигатных неспорообразующих анаэробных бактерий, чувствительность микробов к антибиотикам возрастает. Описано также фунгицидное и противовирусное действия. Причем выраженность антимикробного эффекта зависит от применяемых концентраций медицинского озона, времени экспозиции и количества сеансов обработки.
В клинической практике при комплексном лечении гнойных ран, трофических язв, ожоговых поверхностей, огнестрельных ранений, в особенности при длительном вялом течении воспалительного процесса, применение медицинского озона (как местное, так и общее) сопровождается активизацией процессов очищения раны и регенерации, улучшением общего состояния больных, быстрой ликвидацией симптомов интоксикации, что выражается в сокращении сроков госпитализации и реабилитации больных и уменьшении количества осложнений.
Очищение раневой поверхности и активизация регенераторных процессов, сокращение во времени стадий раневого процесса, являются логическим следствием антимикробного и иммуностимулирующего (местного и общего) действия озона.
Сокращение сроков очищения раны в первой фазе раневого процесса – фазе экссудации, происходит благодаря дегидратирующему и некролитическому действию озона [42, 204].
Некролитический эффект обусловлен разрушающим воздействием на белковые молекулы, аминокислоты, полисахариды, так как озон взаимодействует с продуктами распада белков и аминокислот. Усиление дегидратации способствует ускоренному отведению продуктов распада из раны, что снижает их непосредственное раздражающее действие на клетки местной защиты и способствует повышению функциональной активности фагоцитов.
Местный обезболивающий эффект при озонировании раневой поверхности обусловлен, во-первых, уменьшением раздражающего действия бактерий и токсических продуктов на нервные окончания стенки раны и, во-вторых, тормозящим влиянием на периферические нервные окончания после кратковременного раздражающего действия [148].
Отмечается также гемостатический эффект при наружной обработке раны озон-кислородной газовой смесью или озонированными растворами антисептиков, либо физиологическими растворами на фоне проводимой общей озонотерапии. При этом продолжительность кровотечения, в среднем, сокращается вдвое за счет увеличения концентрации фибриногена и количества тромбоцитов.
С учетом указанных выше механизмов, ведущих к гипоксии в гнойной ране, патогенетически обосновано применение кислорода, выделяемого из озона. Терапевтические эффекты озона обусловлены, прежде всего, его окислительными свойствами. Антигипоксический эффект сопровождается повышением кислород-транспортной функции крови, улучшением ее реологических свойств и активацией биоэнергетических процессов за счет увеличения концентрации кислорода в плазме.
При этом снижается кислородное голодание тканей, возрастает метаболическая активность форменных элементов крови и тканевых клеток [4, 107, 198]. Это сопровождается ростом активности ферментов дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования, что ведет к восстановлению энергообразования.
Озонированные масла и родственные продукты зарекомендовали себя, как хорошее средство при лечении широкого круга заболеваний, в первую очередь слизистой оболочки и кожных покровов. Однако их успешное использование затруднено из-за недостаточной стабильности озонидов.
Было изучено поведение озонированных подсолнечного масла, линетола и гексена-1 в случае длительного хранения при 2 и 20 °С. Стабильность образцов возрастала в ряду гексен-1, линетол, подсолнечное масло. Период полураспада составил при 20 °С – 3 мес., при 2 °С – 8 мес. Разработан метод озонирования растительных масел, который позволил получить препарат с высоким перок-сидным числом.
В масле «Отри 6000» удалось затормозить течение побочных реакций и практически полностью исключить образование побочных соединений, таких, как малондиальдегид, гидроперекись и др. Механизм лечебного действия масла «Отри 6000» связан с его анальгетическим, противовоспалительным и антиаллергическим действием.
Оно обладает противовирусными и фунгицидными свойствами, стимулирует репаративные процессы и местный иммунитет, способствует быстрому очищению язвы от некротических масс, улучшает микроциркуляцию. Это обусловлено тем, что особо чувствительны к озону органические соединения, содержащие двойные связи, которые имеют различные липидные компоненты тканей.
После озонотерапии отмечается снижение количества фосфолипидов, триглециридов, свободных жирных кислот. Таким образом, в тканях увеличивается содержание тех жирных кислот, которые наиболее активно используются в качестве энергетического субстрата, повышается метаболическая активность полиморфноядерных нейтрофилов, увеличивается их антимикробная активность. При хранении масла в течение 1 года при температуре 5 °С активность его снижается не более чем на 15 %.