Детоксикация организма прямым электрохимическим окислением в токе крови Заявка 2 тура

Инновационный проект
Детоксикация организма прямым электрохимическим
окислением в токе крови
Заявка 2 тура
Представляется
ФГОУ
сельскохозяйственная академия»
ВПО
«Ижевская
государственная
Руководитель проекта- доцент кафедры химии, кхн Руденок Владимир
Афанасьевич.
2
Аннотация
В медицине, в том числе ветеринарной, появилась тенденция
использования эфферентных методов лечения большинства хронически
протекающих и некоторых острых заболеваний. Эти методы приобретают
особое значение в решении одной из самых главных современных проблем –
охраны внутренней среды организма. Эти немедикаментозные методы
лечения направлены на поддержание и восстановление естественных систем
и функций организма. Сюда можно отнести использование мембранных
методов детоксикации (плазмафорез, гемолиз), сорбционных (гемо-, плазма-,
лимфо-, энтеросорбция) и квантотерапии (ультрафиолетовое и лазерное
облучение крови).
Наиболее
оптимальным
путем
создания
искусственных
биотехнических систем является максимально точное воспроизведение
основных физико-химических и структурных принципов естественных
механизмов детоксикации и фагоцитоза, т.е. моделирование устройств,
осуществляющих основные функции организма по уничтожению бактерий и
инактивации продуктов их жизнедеятельности, удаление токсинов.
Известно, что основную роль здесь играет печень. В основе ее
защитной функции лежит принцип электрохимического окисления.
Основные функции по уничтожению бактерий и их токсинов отводятся
вырабатываемому печенью цитохрому Р-450, обеспечивающему синтез
гипохлорит-иона, а в конечном итоге активного кислорода, определяющего
защитную функцию печени. Для моделирования защитной функции печени и
дополнения ее основной работы в данном направлении в случае ее
недостаточной эффективности в данной работе предлагается метод прямого
электрохимического синтеза гипохлорита непосредственно в токе крови.
Существо метода заключается в том, что в кровеносный сосуд вдоль
его оси вводится проволочный электрод достаточной длины из инертного
металла. Затем на кожный покров накладываются эластичные электроды,
которые располагаются вблизи начала и конца проволочного электрода.
Эластичные электроды подключаются к источнику постоянного
электрического тока. При пропускании постоянного тока между электродами
ток проходит через мягкие ткани, его силовые линии доходят до ближайшего
участка проволочного электрода, и далее ток протекает по нему. На
противоположном конце проволочного электрода ток передается от его
поверхности раствору в мягких тканях и далее – второму накладному
электроду. Таким образом здесь реализуется электрохимическая ячейка с
включением электрода по биполярной схеме. При этом накладные электроды
непосредственного контакта с проволочным электродом не имеют. При
протекании тока через эту систему на противоположных концах
проволочного электрода протекают катодный и анодный процессы. В
результате на поверхности инертного металлического электрода происходит
электрохимический синтез гипохлорита натрия из хлорида натрия,
входящего в состав плазмы крови. Гипохлорит, будучи неустойчивым,
3
распадается на атомарный кислород и вновь на хлор-ион, из которого и был
синтезирован. Атомарный кислород, обладая сильной окислительной
способностью, выполняет роль дезинфектанта в организме.
Описанная методика испытана на кроликах в случае стафилококковой
инфекции; на телятах с заболеванием пневмонией и на собаках при
заболевании дерматитом. Положительные эффекты, полученные при этом,
позволяют авторам считать необходимым проведение широких испытаний на
животных с целью внедрения в ветеринарную практику недорогого и
эффективного метода лечения, исключающего применение медикаментозных
препаратов, которые при их использовании в конечном итоге попадают с
продуктами животноводства на стол к человеку. Метод надежен и прост в
применении, реализуем как в условиях хозяйства, так и в полевых условиях,
а после испытаний на животных авторы считают целесообразным
рассматривать возможность использования его при лечении людей. В
частности, в случае заболевания гепатитом, сибирской язвой и др. Простота
технологии выполнения методики может позволить использование ее как в
условиях клиники, так и в полевых условиях, включая случаи ограниченного
пространства – в поезде, самолете и др.
Коммерциализация методики должна, по мнению авторов, сводиться к
реализации интеллектуального продукта путем продажи прав на
использование технологии, а также – получение прибыли от продажи
устройств для ее осуществления.
3. Информация о заявителе.
Государственное учреждение ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА
Ректор профессор Любимов Александр Иванович, адрес- 426069, Ижевск, ул.
Студенческая, 11, телефон (3412) 598816
4.Современное состояние исследований и разработок в области
реализации проекта. Новизна предлагаемого подхода по сравнению с
известными.
Моделирование детоксицирующей функции печени методом
электрохимического окисления проводилось школой академика АМН СССР
Ю.М. Лопухина. Под его руководством в 1991 г. выполнена докторская
работа Петросяна Э.А. «Патогенетические принципы и обоснование лечения
гнойной хирургической инфекции методом непрямого электрохимического
окисления». По результатам проведенных исследований разработан и
выпускается аппарат ЭДО-3. Работа аппарата сводится к тому, что в
специальной электрохимической ячейке проводится электрохимический
синтез гипохлорита путем электролиза изотонического раствора 0,89%
4
хлорида натрия. После накопительного электролиза продукт вводится в
организм с помощью капельницы.
Применение аппарата на практике показало, что синтезированный в
растворе гипохлорит натрия обладает высокой эффективностью при лечении
гнойных воспалительных и септических процессов благодаря мощному
антимикробному и детоксицирующему действию гипохлорита. При этом
гипохлорит абсолютно безвреден для клеток высших животных и человека.
Однако использование предлагаемого Петросяном метода ограничено
необходимостью использования специальных условий
(стерильное
помещение, стерильное оборудование, сложная аппаратура). Кроме того,
применение метода имеет ограничения по объему введенной в организм
жидкости (не более 10% ОЦК – объема циркулирующей крови).
Предлагаемая в рамках данного проекта технология отличается
простотой технологического исполнения, отсутствием требований к
стерильности аппаратуры, за исключением проволочного электрода. Метод
также позволяет проводить процесс синтеза гипохлорита в крови в течение
любого разумного отрезка времени. При этом в организм не вводятся ни
посторонние химические реактивы, ни вода. Синтез гипохлорита в данном
случае осуществляется за счет хлорида натрия, входящего в состав крови
пациента. А после разрушения гипохлорита и выполнения его окислительной
функции гипохлорит вновь превращается в исходный хлорид натрия. Кроме
того, в процессе проведения электролиза в токе крови могут образовываться
коротко живущие активные неравновесные
частицы, которые могут
оказывать на организм благотворное влияние. При этом набор типов частиц и
соотношение их относительных концентраций может регулироваться
электрическими параметрами технологического процесса. Процесс синтеза в
кровеносном сосуде может проводиться в непосредственной близости от
больного органа. Метод позволяет также проводить синтез не только в токе
крови, но и в слизистых полостях при необходимости детоксикации в них.
Например, носовая полость, глазное яблоко, кишечник и др. Отдельным
аспектом последующих исследований является применение электродов из
нестойких к анодному окислению металлов (серебро, медь и др.) с
использованием мощных стерилизующих свойств их ионов. Предполагается
патентование этого варианта технологии.
5. Сущность предлагаемой разработки.
Детоксикация организма прямым электрохимическим окислением в
токе крови осуществляется путем проведения электрохимического синтеза
гипохлорита натрия на поверхности металлического электрода.
Металлический электрод в виде проволоки из инертного металла (платина,
золото и др.) вводится в кровеносный сосуд через предварительно введенную
медицинскую иглу. При этом проволока снабжена атравматическим
шаровидным образованием на ее конце. Проволока вводится на
5
необходимую длину, игла удаляется, а конец проволоки изгибается для ее
фиксации. Затем на поверхность кожного покрова по ходу сосуда у концов
проволочного электрода накладываются дополнительные электроды,
например, из электропроводной резины, используемые в физиотерапии.
Между электродом и кожей помещается марлевая прокладка, смоченная
физраствором. Прокладка обеспечивает необходимый электрический контакт
электрода с кожей, и исключает ее травмирование при больших значениях
электрического тока в цепи. Включается источник постоянного тока, к
которому присоединены накладные электроды, и устанавливается ток
необходимой силы. Авторы нашли, что максимальное переносимое значение
силы тока лежит в пределах до 10 мА. Более сильные токи приводят к трудно
переносимым болевым ощущениям.
Предлагаемый метод выгодно отличается от используемого в
медицинской практике непрямого электрического окисления предельно
простым аппаратурным оформлением. Требования по стерильности
предъявляется только к проволочному электроду. Последний может быть
предварительно упакован в стерильный пакет. В качестве источника
постоянного тока может быть использовано любое зарядное устройство или
химический источник тока. В т.ч. автомобильные и др. аккумуляторы.
Процесс может быть осуществлен как в условиях клиники, так и в полевых
условиях или в транспортном средстве, включая автомобильный
железнодорожный и авиатранспорт или космический аппарат. В последнем
случае нет ограничений, вызванных невесомостью.
6. Права на интеллектуальную собственность.
Методика защищена патентом России №2229300 – «Способ
детоксикации организма и устройство для осуществления способа» - 2004г.
Авторам представляется целесообразным в дальнейшем патентование
варианта указанного способа с использованием неустойчивых при анодной
поляризации металлов – серебра, меди и др., ионы которых обладают
выраженным стерилизующим действием.
7. Конкурентные преимущества.
В клиниках России используются аппараты ЭДО-3 и ЭДО-4
(электрохимический детоксикатор организма), в основе которых лежит метод
непрямого электрохимического окисления. При этом активный компонентгипохлорит натрия- синтезируется в специальной электрохимической ячейке
вне организма, и затем вводится в кровь с использованием капельницы.
Предлагаемая в рамках данного проекта технология обладает
определенными преимуществами в в сравнении с описанной выше. Она не
требует специального оборудования, не предполагает обязательного
6
использования специально оборудованных стерильных помещений. Процесс
детоксикации может быть осуществлен не только в клинике, но и в
движущемся транспорте – наземном, морском и воздушном, в т.ч. в
невесомости. В предлагаемом процессе не используются посторонние
химические реактивы, в кровь не вводится вода. Синтез проводится из
входящего в состав крови хлорида натрия. Образующийся при электролизе
гипохлорит вновь превращается в исходный хлорид натрия.
Для успешного использования описанной технологии в лечении людей
авторам необходимо будет получить медицинский сертификат на право
использования данной технологии в медицине.
8. Рынок сбыта.
Маркетинговое исследование возможного спроса не проводилось.
Предполагается, что предлагаемая технология найдет использование в
ветеринарных клиниках, в больницах, госпиталях, а также в составе
походных медицинских комплектов для оказания первой помощи, в т.ч. при
заражениях, отравлениях и др.
9. Порядок коммерциализации результатов разработки.
В настоящее время выполнены следующие работы:
- показана возможность синтеза гипохлорита натрия электролизом
раствора 0,89% хлорида натрия в условиях капилляра;
- определены ориентировочные параметры токовой нагрузки в цепи
питания биполярного электролизера внутри сосуда;
- проведены испытания методики прямого электрохимического
окисления крови на кроликах с искусственным заражением ушной раковины
культурой стафилококка. После трех сеансов электрохимического
воздействия на кровь по 15 минут каждый один раз в сутки выздоровление
наступило быстрее, чем у контрольных животных;
- проведены испытания метода на телятах, больных пневмонией.
Опытные телята после трехкратной процедуры по 15 мин. каждая
выздоровели быстрее чем контрольные, которых лечили антибиотиками по
штатной технологии. Опытных телят биопрепаратами и др. не лечили.
Биохимические исследования крови показали, что у контрольных животных
формула крови быстрее восстанавливалась до штатных нормативов;
- проводились испытания на собаках, пораженных дерматитом,
вызванным Demodex Canis - с положительным эффектом.
В последующем планируется исследование процесса электролиза на
модели кровеносного сосуда. Цель данного эксперимента в выявлении
оптимальных параметров токовой нагрузки на электрохимическую ячейку
(проволочный электрод внутри кровеносного сосуда) На основе
7
рассмотрения зависимостей распределения потенциала и силы тока по длине
проводника (проволочного электрода) выявить природу процессов,
протекающих на различных участках проволочного электрода и их
относительную интенсивность. Такое рассмотрение даст возможность
составить реальную картину образования и накопления неравновесных
частиц в растворе. Такой подход позволит целенаправленно получать тот или
иной набор
сортов частиц в крови путем проведения синтеза при
контролируемом потенциале в реальном кровеносном сосуде животного и
оценить их воздействие на процесс его выздоровления.
Анализ результатов экспериментов позволит оценить возможность
использования данной технологии в лечении людей, а также разработать
проектную документацию на изготовление опытных образцов устройства для
прямого электрохимического синтеза в кровеносном сосуде. При наличии
достаточного количества комплектов оборудования станет возможным
широкомасштабный эксперимент на животных с последующим внедрением
метода детоксикации в хозяйствах
10. Состояние и источники инвестирования в реализацию проекта.
Выполненные на сегодня исследования проводились в порядке частной
инициативы. Разработчики проекта за инвестициями в другие организации не
обращались
В дальнейшем предполагается привлечение внешних инвестиций на
выполнение исследований на модели кровеносного сосуда, на выполнение
испытаний на животных с использованием режимов, установленных при
испытаниях модели кровеносного сосуда с биохимическими исследованиями
крови в процессе проведения испытаний. На разработку конструкторской
документации и организацию производства устройства для прямого
электрохимического окисления крови. На подготовку плана испытаний
методики на людях и на оформление лицензии на право использования
методики в медицинских учреждениях.
11. Предстоящие затраты по проекту.
1. Доработка экспериментальной установки, моделирующей процесс
электролиза в кровеносном сосуде и проведение экспериментов по
выявлению оптимальных режимов терапевтического воздействия на
организм с возможным определением условий образования неравновесных
частиц на различных участках длины проволочного электрода – 5000 долл.
2. Разработка плана эксперимента и проведение испытаний на
животных при различных видах заболеваний с проведением биохимических
8
исследований крови во время терапевтических воздействий
и в
последующий период, а также исследование органов животных в процессе и
после терапевтического воздействия – 15000 долл.
3. НИОКР по разработке конструкции серийного устройства для
проведения прямого электрохимического окисления крови, подготовка
производства и выпуск сигнальной партии устройств – 10000 долл.
4. Организация рекламы и разъяснительной работы среди специалистов
сельскохозяйственных предприятий, внедрение процесса детоксикации и
оборудования для его осуществления на ряде предприятий – 5000 долл.
5. Анализ результатов испытаний устройства для детоксикации в
хозяйствах и подготовка предложений по совершенствованию его
конструкции для его серийного производства –5000 долл.
6. Доработка конструкторской
производство- 5000 долл.
документации
под
серийное
7. Подготовка серийного производства устройства для детоксикации
организма – 25000долл.
8. Подготовка предложений по использованию процесса детоксикации
прямым электрохимическим окислением крови при различных заболеваниях
человека – 5000долл.
9. Подготовка документов для сертификации и лицензирования и
получение лицензии на право использования процесса при лечении
различных заболеваний человека – 10000 долл.
10. Подготовка материалов и оформление заявки на предполагаемое
изобретение по технологии проведения электролиза в токе крови и в
слизистых полостях с использованием растворимых электродов, например,
из серебра, меди и др.- 5000 долл.
11. Проведение испытаний на животных технологии электролиза в
слизистых полостях и электролиза с растворимым электродом при различных
заболеваниях – 10000 долл.