7_зМБЧБ 4
реклама
4. Функциональная активность ультраструйных жидкостей 4.1. Физико-химические и эксплуатационные свойства На первом этапе экспериментального анализа влияния УСО на функциональную активность жидкостей (ультраструйных жидкостей) исследовались следующие физико-химические параметры технически чистой воды (модельный материал) и ГТС на масляной основе (эмульсол НГЛ-205) фиксированной концентрации в пределах 10-20%. 1. Группа физико-технологических параметров, связанных с возможным изменением энергии поверхностного натяжения ГТС после её УСО. В этой группе изучались следующие характеристики ГТС: - смачивающая способность и растекаемость; - поверхностное натяжение и вязкость; - капиллярные свойства. Эти параметры во многом обуславливают проникающую способность ГТС, являющуюся для многих операционных процессов необходимым условием эффективного действия применяемых ГТС. 2. Химические свойства ГТС после УСО. Для их оценки использовали два параметра: - изменения pH (кислотности) в результате обработки жидкости; - аналитический анализ химического состава ГТС до и после обработки. В качестве исследуемых ГТС использовалась технически чистая вода, прошедшая стандартную процедуру очистки в блоке фильтров гидроструйного оборудования. За базовый режим УСО было выбрано рабочее давление 300 МПа при диаметре струеформирующего лейкосапфирового сопла 0,15 мм. Эксперименты носили сравнительный характер, а их результаты позволяют сделать промежуточные выводы и выделить некоторые общие тенденции влияния УСО на физико-химические характеристики ГТС: 50 1. За исключением значимого уменьшения солей, в первую очередь железа, в технически чистой воде существенного изменения её макроскопических физико-химических параметров не обнаружено. 2. Наблюдается вполне объяснимая ярко выраженная тенденция изменения свойств эмульсии, связанная, как будет показано ниже, с диспергированием исходных частиц масла. 3. Имеет место достаточно общая тенденция снижения разброса экспериментальных данных, характеризующих свойства ГТС после их УСО. Это, по-видимому, связано с гомогенизирующим фактором УСО, стабилизацией структуры обрабатываемой жидкости под действием мощных высокочастотных колебаний малой амплитуды – волн АЭ. Данное положение находится в полном соответствии с выводами известных исследований, в которых убедительно показано, что именно увеличение частоты, а не амплитуда УЗК сопровождается ростом степени гомогенизации обрабатываемой эмульсии. Практический интерес может представлять вывод о снижении концентрации растворимых солей, в первую очередь железа, в исходной рабочей жидкости (технически чистой воде) после УСО. Это объясняется их достаточно интенсивным окислением кислородом воздуха в мелкодисперсном микрокапельном состоянии (спрееобразном) после удара струи воды о мишень. В результате окисления осуществляется перевод соединений железа из растворимого состояния в нерастворимое и выпадение последних с течением времени в виде специфического коллоидного осадка из-за протекания типовых химических реакций. Данное обстоятельство позволяет предложить новый способ ультраструйной очистки водных растворов путем их окисления в микрокапельном состоянии в более химически активной, чем кислород воздуха, среде. Несмотря на относительно малозначимое изменение кислотности (pH) воды после УСО, нужно подчеркнуть латентный (скрытый) характер этого весьма важного физико-химического параметра УСО. По техническим 51 причинам измерения pH воды осуществлялось через весьма длительное (не менее 3-х часов) время после обработки и, вполне очевидно, произошла релаксация образовавшихся при УСО активных радикалов в результате их рекомбинации, нейтрализующих химических реакций и т.д. Оставшаяся не прореагированная перекись водорода (Н2О2), по-видимому, и дала это изменение pH. Косвенное представление об окислительной силе свободных радикалов и перекиси водорода, образующихся в воде в процессе УСО было получено путем сравнения степени окисления (ржавчины) на поверхности стальных образцов, помещенных непосредственно в емкость для сбора активируемой жидкости. По визуальным оценкам окислительный эффект воды после УСО на порядок превосходит действие необработанной воды, при одинаковой (~50 С) температуре. Это требует изготовления всех рабочих элементов технологической оснастки из нержавеющей стали, например марки ХН18Н10Т. Таким образом, результаты выполненных исследований по влиянию УСО на рассмотренные физико-химические параметры ГТС корреспондируют с теоретическим анализом и поэтому являются вполне прогнозируемыми. Они достаточно тесно коррелируют с известными экспериментальными данными по влиянию на свойства ГТС ультразвуковых колебаний, что подчеркивает общность физических механизмов их ультразвуковой и ультраструйной активации. Необходимо отметить, что существенное изменение свойств масляных эмульсий, подвергнутых УСО, объясняется диспергирующим (спрееобразующим) эффектом, связанным с распылением высокоскоростной струи жидкости в момент её удара о твердотельную мишень. Если эффект возможного изменения при УСО межмолекулярной структуры моножидкостей, например воды, является латентным и требует применения тонких методов исследования, то для изучения фазового состава масляных эмульсий вполне применимы традиционные оптические средства и известные методики. Поэтому на втором этапе экспериментов по изучению влияния УСО на 52 свойства ГТС исследовался макродиспергирующий эффект этого вида активации маслосодержащих водных эмульсий. Полученные результаты также сравнивались с известными оценками диспергирующего действия ультразвуковых колебаний (УЗК) на фазовый состав эмульсий. Сравнительный анализ полученных и аналогичных данных показал следующее: 1. При рабочих давлениях УСО эмульсий более 70-100 МПа, что соответствует расчетным скоростям соударения струи с мишенью v~370-450 м/с, наблюдается интенсивное диспергирование масляной составляющей эмульсии, которое затем стабилизируется. 2. Наиболее эффективно эмульгирование низко- и среднепроцентных эмульсий, содержащих 25-30% объемного состава масляной фазы. 3. Более предпочтительной является схема эмульгирования, при которой исходная эмульсия выступает в роли рабочей жидкости и проходит полностью через гидросистему высокого давления. Менее предпочтительно введение в высокоскоростную струю воды масла за счет его эжекции в сопловом насадке. 4. Появление весьма редких, но достаточно «крупных» капель масла в водной фазе объясняется известным эффектом деэмульгирования, который для нефтеводяных эмульсий имеет место при скоростях взаимодействия капель с преградой и между собой менее 30 м/с. Такие скорости при УСО реализуются только в области спрея, то есть при торможении микрочастиц жидкости о воздух и соударении между собой. В принципе, вероятность их вторичного соударения после первичного распыления струи о мишень, можно достаточно просто оценить теоретически, используя минимум экспериментальных данных. Однако вполне очевидно, что эта вероятность весьма мала. Это обстоятельство позволяет трактовать процесс образования крупных капель как «редкое» в вероятностном подчиняющееся известному закону Пуассона. 53 смысле событие, 5. По сравнению с ультразвуковым эмульгированием, иногда приводящим к укрупнению капель масляной фазы из-за неоднородности звукового поля, высокой амплитудой колебаний и т.д. процесс УСО эмульсий вполне стабилен. Предельные теоретические оценки геометрических размеров капель масла после УСО можно легко получить из законов сохранения массы и энергии: v кр 323 2 , r (4.1) r 6 v 2 , (4.2) где vкр – критическая скорость частицы масла. При этой скорости после удара исходной капли о мишень должно наблюдаться её дробление, минимум на две капельки. Причем в нулевом приближении полагается, что вся кинетическая энергия исходной капли переходит в поверхностную энергию вновь образованных двух капель одинакового радиуса; , , r – соответственно, энергия (сила) поверхностного натяжения фракционируемой (диспергируемой) жидкости, её плотность и радиус капли; v – скорость струи или капли жидкости в момент ее удара о мишень. Оценки по вышеприведенным формулам дают явно завышенный результат по степени диспергирования, так как не учитывают другие энергетические переходы и превращения, включая потери на тепловыделение. Тем не менее, они достаточно верно отражают достаточно монотонный характер диспергирования маслосодержащих ГТС. Поэтому по сравнению с ультразвуковым фракционированием эмульсий УСО является более предпочтительной, так как допускает достаточно простое техническое совершенствование, например за счет вторичного фракционирования капель эмульсии, отраженной струи от мишени исходной обрабатываемой эмульсии. Применительно к рассматриваемому возможному изменению эксплуатационных, в первую очередь трибологических свойств ГТС после их 54 усльтраструйной обработки, можно выделить следующие основные факторы воздействия данного вида активации: 1. Увеличение общей поверхности составляющей масляной фракции эмульсии. Это должно благотворно сказываться на условиях протекания процессов трения и изнашивания в зоне фрикционного контакта взаимодействующих контртел. 2. Повышение несущей способности защитной пленки мелкодисперсгированной эмульсии (капель масла) в зоне контакта трущихся поверхностей, что препятствует их прямому взаимодействию, типа адгезионного схватывания (холодной микросварки). Два отмеченных выше фактора помимо прямого механо-физического влияния на условия протекания фрикционных процессов в зоне контакта оказывают на них косвенное молекулярно-химическое действие. Оно связано с резким увеличением поверхностями общей трения, площади контакта интенсификацией масляной фракции положительных с эффектов взаимодействия активных компонентов ГТС с ювенильными поверхностями трения, снижением и экранированием сил адгезии и т.д. Не трудно показать, используя уравнения сохранения массы и энергии, а также полученное на их основе соотношение (4.2), что относительное увеличение площади S масляной фракции ГТС будет определяться как S v 2 6 . (4.3) Поэтому с ростом скорости соударения струи ГТС с мишенью будет наблюдаться интенсивное увеличение общей площади поверхности измельчаемых капель масла, прямопропорциональное значению удельной кинетической энергии v 2 обрабатываемой (активируемой) жидкости. Приближенную оценку изменения несущей способности эмульсии также можно сделать, используя уравнения сохранения, при допущении об адиабатическом характере сближения поверхностей фрикционного контакта: F ~ N k г - 1 , 55 (4.4) где F – сила, которую воспринимает N капель жидкости, расположенных между взаимодействующими поверхностями, и имеющих поверхностное натяжение ; kг1 – геометрический параметр, зависящий от формы деформированной капли. Обычно эта форма близка к цилиндру радиуса r и высотой h: k г h r . Из (4.4) следует существенное увеличение несущей способности эмульсии при увеличении степени диспергирования масляной фракции. Прямые экспериментальные исследования влияния УСО на трибологические свойства масляных эмульсий показали: 1. Существенное, до 30-50%, повышение трибологических свойств эмульсии после её ультраструйной обработки. 2. Относительное повышение трибологических свойств тем выше, чем меньше величина удельной контактной нагрузки в зоне фрикционного контакта. Эти экспериментально полученные результаты вполне объясняются повышением проникающей способности и увеличением несущей способности масляных эмульсий после УСО. Причем характер функционального поведения масляной фракции корреспондирует с зависимостями (4.2)-(4.4), в первом приближении описывающими закономерности измельчения масляной фракции и повышения её несущей способности при увеличении скорости удара струи о мишень. Помимо эмульсий рассмотренных после механо-физических ультраструйной активации изменений была отмечена структуры значимая стабилизация во времени процесса отделения масляной фракции от водной основы. Несущественное снижение трибологических свойств ГТС после длительной выдержки (~24 часа) УСО можно объяснить снижением концентрации воздуха, которым они активно насыщаются в мелкокапельном (спрееобразном) состоянии в рабочей камере технологической установки. Таким образом, полученные данные по положительному влиянию УСО на трибологические и другие функциональные характеристики ГТС вполне объяснимы в рамках классических 56 представлений об эффективности ультразвуковой активации различных жидкофазных сред, применяемых в различных отраслях промышленности. 4.2. Бактерицидный эффект ультраструйной обработки Помимо изменения эксплуатационно-функциональных параметров жидкостей, подвергнутых УСО, – ультраструйных жидкостей, имеет место достаточно ярко выраженный бактерицидный эффект этого вида физикотехнологического воздействия на гидрофазные среды. Поэтому, по аналогии, следующим этапом экспериментального изучения возможного влияния рассматриваемой УСО на свойства ГТС было исследование стерилизующего действия ударно-динамического торможения высокоскоростной струи жидкости о твердотельную мишень. В качестве изучаемых ГТС использовалась технически чистая питьевая вода дистиллированная вода по ГОСТ жидкостей объясняется из Московского водопровода и (вода дистиллированная). Этот выбор совершенством методического обеспечения исследований биологических свойств воды и водных растворов, а также тем, что подавляющее большинство ГТС имеют водную основу. Микробиологическая часть исследований выполнялась под руководством к.фарм.н. Чернобровина Н.И. в Пермской государственной фармацевтической академии [9] по стандартным методикам. Эксперименты в основном носили сравнительный характер и при их проведении были введены следующие сокращения и аббревиатура: СВР – специальные водные растворы: питьевая вода, технически чистая и дистиллированная вода, подвергнутые ультраструйной обработке при заданном технологическом режиме (ультраструйная вода); СИФАЖ – струйная интенсификация функциональной активности жидкости: термин, характеризующий основные факторы технологии ультраструйной обработки жидкофазных сред. Бактериальный и химический анализ СВР проводился также в санэпидемстанции (СЭС) Раменского района Московского района. Это 57 объясняется тем, что согласно требованиям, промежуток времени от момента обработки воды до начала её бактериального исследования не должен превышать 2 часа, а территориально гидроструйная установка фирмы «Прогрессивные технологии воды» располагалась в пос. Беседы Московской области, на достаточном для выполнения данного требования расстоянии (~ 30 км). На первом этапе экспериментов был установлен эффект сильнейшего бактериально-обеззараживающего действия технологии СИФАЖ, начиная с рабочих давлений обрабатываемых жидкостей P~200 МПа. В дальнейшем комплексным исследованием условий проявления этого стерилизующего эффекта было доказано следующее: 1. Эффект бактериальной очистки (стерилизации) ГТС на основе воды и других жидкостей связан, в первую очередь, с ударно-динамическим воздействием на них в зоне обработки. 2. Действие высокого гидростатического давления (300 МПа в течение 15 с) не приводит к существенному подавлению жизнедеятельности бактерий. 3. Стерилизующее действие технологии СИФАЖ не связано с термическим фактором, так как температура нагрева обрабатываемой жидкости при её УСО не превышала 60 С. Такой нагрев, по данным СЭС, не способен существенно повлиять на активность исходной бактериальной среды, присущей, например, обычной водопроводной воде с бактериальным числом Бч=80-100. Физико-технологическим параметром, комплексно отражающим совокупность динамических факторов УСО, приводящих к проявлению эффекта стерилизации может служить критерий T aт g 0 , где aт – среднее ускорение торможения струи; g0 – ускорение свободного падения (g0=9,81 м/с2). Этот критерий характеризует темп (интенсивность) действия тормозных (ударных) ускорений на струю жидкости со стороны твердотельной мишени в зоне обработки ГТС. Принимая в первом приближении, что тормозные (отрицательные) ускорения, действующие на жидкость в зоне удара струи 58 примерно постоянные по величине, из очевидных кинематических соотношений будет иметь: v с2 , T 2k т d с g 0 (4.5) где vс – скорость движения струи жидкости до начала её торможения в зоне обработки, размер которой определяется коэффициентом торможения kт и диаметром струи dс. Учитывая, что теоретически v с 2P , где P – рабочее давление жидкости, зависимость (4.5) примет вид: T P . k т d с g 0 (4.6) По оценкам специалистов, в области гидродинамики ультраструй kт ~ 34. С учетом этого получим порядок величины T при реальных значениях vс~102103 м/с, P~102103 МПа, dс~0,11,0 мм: T~106108. (4.7) Для сравнения максимальное значение T для ультразвуковой обработки (УЗО) жидкостей не превышает 103104. Поэтому при УСО имеет место весьма интенсивная «встряска» жидкости, сопровождаемая генерацией высокочастотных динамических процессов с весьма крутыми фронтами волн упругих напряжений – волн АЭ в диапазоне 100-1000 кГц, вызывающих физико-механическое нарушение жизнедеятельности бактерий. Косвенно этот вывод подтверждается данными работ Сабельникова В.В. и др., в которых подробно исследуется бактерицидное действие УЗК на жизнедеятельность болезнетворных микроорганизмов. Отметим, что помимо прямого бактерицидного эффекта УСО, имеющего физико-механическую природу, имеет место косвенная стерилизация жидкостей. Она обусловлена вторичными факторами УСО: образованием свободных радикалов, эмиссией быстрых электронов (ЭЭЭ), коротко волновым электромагнитным излучением (ЭМИ) и т.д. Причем бактерицидное действие 59 ЭМИ в различных частотных диапазонах, в частности в диапазоне СВЧ, изучено достаточно подробно. Также следует отметить, что специальными экспериментами в принципе можно оценить вклад «вторичной» стерилизации УСО, который, по нашему мнению, за исключением H2O2, будет относительно не велик. Таким образом, бактерицидное действие УСТ на обрабатываемые ГТС, в первую очередь на основе воды и её производных, обусловлено ударнодинамическим, акустико-волновым эффектом стерилизации и сопутствующих ему явлений химической и электромагнитной природы, усиливающих её результативность. В микродиспергирующего этом фактора состоит УСО проявление в специфического микромасштабах структуры обрабатываемой жидкости, соизмеримой с размерами бактерий. Прямым подтверждением гипотезы о микродиспергирующем действии УСО являются известные эксперименты по разрыву в зоне удара струи о мишень молекул водорастворимых полимеров, имеющих достаточно энергетически прочные межмолекулярные связи. Подводя итог вышеизложеннному, можно с уверенностью предположить, что интенсивные микромасштабные квантово-механические взаимодействия: фонон-электронные, фонон-фотонные, фонон-фононные и т.д., рассматриваемые, в соответствующих разделах физики из-за коллективного когерентного движения квантов упругой энергии (фононов) в зоне обработки приводят к интересным, иногда аномальным эффектам макроскопического масштаба: изменениям молекулярной структуры жидкости (матрицы) и её специфического «наполнителя», в частности бактерий. Доказанный выше стерилизующий эффект УСО потребовал более подробного изучения бактериальных и бактерицидных свойств жидкостей, в первую очередь воды, уже после их обработки. При этом решались следующие основные задачи: - исследовалось бактерицидное действие СВР, заключающееся в подавлении развития бактерий в воде после её УСО; 60 - оценивалась возможность усиления бактерицидной активности лекарственных антибиотиков, растворенных в СВР. На первом этапе исследований изучалось изменение во времени бактериальных параметров воды после её УСО. Из полученных данных был сделан весьма важный в практическом отношении вывод о сохранении практической стерильности СВР после их выдержки при обычных (негерметичных) условиях хранения в течение минимум одного года. Это обстоятельство свидетельствует о том, что СВР представляют собой среду, крайне неблаготворную для размножения и жизнедеятельности обычных для водных сред микроорганизмов. Для более детальной и надежной оценки актибактериальной активности СВР на втором этапе исследований использовались два классических микробиологических метода: - метод последовательных серийных разведений (ПСР) в жидкой питательной для бактерий среде; - метод капли, заключающийся в изучении процесса размножения микробов на плотной питательной среде. Экспериментальные исследования по этим двум методам анализа носили сравнительный характер. 1. Метод ПСР. Антибактериальная активность изучалась методом серийных разведений в жидкой питательной среде по отношению к двум видам традиционных тест-бактерий: - грамположительные – золотистый стафилококк, штамм 209-Р; - граммотрицательные – кишечная палочка, штамм М-17. Исследуемая вода до и после УСО разводилась мясопептонным бульоном (МПБ) в концентрации 1:2 до 1:64 с общим объемом жидкости в пробирке 2 мл. Бактериальная культура выращивалась на мясопептонном агаре (МПА). Исходное разведение готовилось путем смыва суточной культуры стерильным изотоническим раствором хлорида натрия по бакстандарту 5 единиц, с содержанием 500 млн. микробных тел в 1 мл. Полученная взвесь разводилась 61 стерильным МПБ в 100 раз. Посев производился по 0,1 мл в каждую пробирку. Бактериальная нагрузка составляет 250 тыс. микробных тел в 1 мл. Результаты учитывались через 18-20 часов пребывания в термостате при температуре 37 0С. Регистрировалось наличие роста (помутнение среды) или его отсутствие (среда оставалась прозрачной) за счет антибактериального действия препаратов. Результаты опытов показали, что исследуемые образцы ярко выраженной антибактериальной активностью по отношению к стафилококку и кишечной палочке в указанных выше условиях не обладают. 2. Метод капли. Изучение антибактериальной активности образцов воды на плотной питательной среде по методике определения чувствительности микробов к антибиотикам методом капли. Бактериальные культуры стафилококка и кишечной палочки выращивались на плотной питательной среде. В чашку с МПА вносили 1 мл взвеси бактерий, содержащей 1 млрд. микробных тел в 1 мл. Бактериальную культуру покачиванием чашки равномерно распределяли по поверхности среды и оставляли для адсорбции на 30 мин., после чего остатки жидкости отсасывали пипеткой. На засеянную поверхность наносили 3 капли исследуемой воды на равном расстоянии (по методике определения чувствительности микробов к антибиотикам методом дисков). Результаты размножения микробов через сутки выдержки образцов в термостате при температуре 37 0C оценивали по диаметру зоны задержки роста микробов вокруг капли. Результаты показали, что оба образца воды не обладают четко выраженной антибактериальной активностью. Рост бактерий наблюдается на месте капли из СВР и из контрольного образца из обычной воды. Для выяснения вопроса о возможности усиления активности антибиотиков под влиянием исследуемых образцов воды после УСО был проведен опыт по вышеуказанной методике. Но на засеянную поверхность чашки помещали 2 диска с антибиотиками и 2 диска, предварительно 62 смоченных в исследуемой воде (контрольный и после УСО – ультраструйной воде). Учет проводили по диаметру зоны задержки роста микробов вокруг дисков. Опыты показали, что при такой постановке опыта реального усиления активности антибиотиков не отмечено. Заключительный, третий, этап анализа бактериальных свойств воды и медико-биологических препаратов на её основе состоял в определении возможного противовоспалительного действия СВР. Опыты проводились на беспородных белых крысах массой 150-180 гр. на модели острого воспалительного отека, вызванного субплантарным введением в заднюю лапу крысы 0,1 мл 2%-ного раствора коррагенина. О противовоспалительном действии судили по изменению объема стопы в процентах к исходному и торможению отека объема стопы к контролю в процентах. В качестве стандартного препарата использовали медицинский препарат противовоспалительного действия – ортофен. Его вводили внутрибрюшинно в дозе 10 мл/кг за 1 час до введения коррагенина на основе 2%-ной крахмальной слизи, на основе дистиллированной воды и на основе СВР (дистиллированной воды после УСО). Оценку противовоспалительного действия проводили через 4 часа после введения флогогенного агента. Результаты анализов представлены в табл. 4.1. Как видно, СВР оказывают достаточно выраженное усиление противовоспалительного действия как с препаратом, так и в контроле (сравнение с 2%-ной крахмальной слизью) на 10%. Однако эти данные не позволяют сделать однозначный вывод о статистической достоверности этих показателей из-за возможно узких границ изучаемого явления. Тем не менее, тенденция положительного влияния СВР прослеживается достаточно четко. С целью выяснения стабильности функциональных свойств СВР сравниваемые водные растворы помещали во флаконы для инъекционных растворов объемом 100 мл по 5 штук и 5 флаконов с раствором образца 63 лекарства (ортофена). После этого проводили стерилизацию в течение 30 минут при температуре 100 °С и 15 минут при температуре 120 °С. После стерилизации определяли pH-раствора и сравнивали с исходными данными. Изменений не происходило, рН-раствора оставалось как и до опытов и соответствовало исходным данным. Таблица 4.1. Оценка противовоспалительного действия СВР. Препарат Ортофен Контроль Основа для приготовления раствора 2%-ная крахмальная слизь вода дистиллированная СВР 2%-ная крахмальная слизь вода дистиллированная СВР Прирост объема Торможение отека стопы к объема стопы к исходному, % контролю, % 56,2 57,9 69,3 42,8 46,4 58 129,5 - 121,1 - 110,5 - % торможение вычисляли по соответствующему контролю После выдержки в течение двух недель простерелизованные водные растворы были исследованы на противовоспалительную и антимикробную активность. Статистически достоверно было установлено отсутствие заметных изменений в функциональных свойствах СВР в течение этого времени, что свидетельствует об их достаточной во времени стабильности. Таким образом, экспериментально установлено не только сильное стерилизующее действие УСО на исследуемую воду и водные растворы, но и показана тенденция положительного влияния данной гидроструйной технологии на микробиологические свойства лекарственных препаратов на водной основе, сохранение этих свойств во времени. 4.3. Биологическая активность ультраструйной воды 64 Логическим продолжением апробации широких технологических возможностей УСО различных ГТС явились эксперименты по влиянию данного вида физико-энергетического воздействия на биологические свойства жидкостей, в первую очередь воды и её производных. Изучалось влияние воды после её УСО (ультраструйной воды) на интенсивность развития растений. На первом этапе сравнительных экспериментов было установлено, что ультраструйная вода препятствует загниванию семян на начальной фазе развития растений из них, т.е. повышает их всхожесть. Второй этап состоял в более детальном анализе влияния воды после её УСО, т.е. своеобразного ультраструйного гидробиопрепарата, на характер развития растений в целом. Водный биопрепарат – водопроводная вода после УСО при P=200 МПа был испытан на проростках пшеницы по тесту, предложенному Найтом, с целью обнаружения ретардантной активности у однодольных растений. Одновременно данный тест позволяет выявлять стимуляторы роста надземной части и корней данных растений. Ретарданты – вещества, которые задерживают рост стеблей за счет укорочения междоузлий и их утолщения. Число проводящих пучков при этом увеличивается, и толщина механической ткани возрастает, расширяются пластинки листьев, усиливается интенсивность зеленой окраски, повышается продуктивность растений. Они не оказывают отрицательного влияния на фотосинтез и дыхание, но ограничивают чрезмерный расход воды и обеспечивают более благоприятный водный режим. При блокировке роста стебля с помощью ретардантов корневая система интенсивно увеличивается. Испытания ультраструйнрой воды проводили на пшенице сорта «Тюменская ранняя» по методике ВНИИ химических средств защиты растений. Семена пшеницы равномерно раскладывали в кюветы на влажную фильтровальную бумагу, покрытую писчей бумагой, накрывали стеклом и выдерживали в термостате 3 суток при температуре 24 °С. Одинаковые проростки пшеницы высаживали в отверстия винипластовых крышек на сосуды 65 с водопроводной водой объемом 400 мл. Через 3 суток воду в сосудах заменяли питательным раствором Кнопа, приготовленным на испытуемом препарате и препарате, разведенном необработанной водой в соотношении (1:1). Контроль: питательный раствор, приготовленный на необработанной воде. В каждый сосуд высаживали по 10 проростков, 2 сосуда на вариант. Режим освещения 4-6 тыс. Лк, световой день 16 ч., температура 22-23 °С. Через 20 дней от начала опыта измеряли расстояние от корневой шейки до основания 1-го листа (а1), длину 1-го листа (а2), длину стебля между 1-м и 2-м листом (а3), длину всей зеленой массы (а4), длину корней (а5). Определяли суммарную сырую массу надземной части и корней в процентах к контролю. Проростки, сильно отстающие в росте и развитии от большинства растений в сосуде, при измерениях не учитывали. Опыт показал, что во всех сосудах, в т.ч. и в контроле, наблюдалось подсушивающее действие испытуемого препарата на кончике листьев и особенно 1-го листа. Окраска листьев по сравнению с контролем не изменилась, на корнях не отмечалось ослизнения и некроза. Наблюдалось увеличение массы надземной части на 20% при разведении препарата 1:1 и на 7% при выращивании проростков на препарате. Масса корней (сырой вес) изменялась незначительно и наблюдалось ее некоторое уменьшение примерно на 10% при выращивании на обработанной воде (табл. 4.2). Таблица 4.2. Влияние обработанной (ультраструйной) водопроводной воды на интенсивность развития растений Наименование Сырой вес, % к контролю зеленая корни масса 107,1 90,4 а1 а2 а3 а4 а5 Препарат Препарат в разведении 1:1 6,8 13,1 1,4 36,5 20,3 6,6 12,3 1,2 35,0 21,4 120,4 102,8 Контроль 7,2 13,9 1,3 36,4 20,8 100 100 66 Используемый гидропрепарат и его разведение вызывали незначительное, но вполне ощутимое уменьшение длины стебля от корневой шейки до основания 1-го листа по сравнению с контролем, не оказывали существенного влияния на общую длину стебля между 1-м и 2-м листом, на длину всей зеленой массы и длину корней растений. Было установлено, что показатель ретардантного действия – уменьшение длины стебля до основания 1-го листа или от 1-го до 2-го листа, изменяется не меньше чем на 15% и сопровождается вполне значительным (не более 25%) изменением массы надземной части или корней. Выполненные исследования позволили сделать вывод о положительном влиянии гидропрепарата и его разведения на характер развития растений, в частности на увеличение массы их надземной части. Однако ярко выраженного ретардантного эффекта на данных режимах УСО воды обнаружено не было. Таким образом, ультраструйная вода (УСВ), т.е. вода после УСО, вполне ощутимо изменяет свои биологические свойства, целенаправленное изучение которых может являться предметом специального биотехнологического исследования. Следующий этап изучения УСВ состоял в анализе возможностей медикофармацевтического проявления измененных в результате УСО свойств воды. Изучалось влияние гидропрепарата УСВ – воды после УСО – на процесс извлечения действующих веществ из лекарственного растительного сырья. С целью установления влияния ультраструйного гидропрепарата УСВ на процесс извлечения действующих веществ из лекарственного растительного сырья были получены водные извлечения из корней и корневищ валерианы обычным способом. Измельченное растительное сырье выдерживали в инфундирном аппарате в течение 15 минут, охлаждали и процеживали. Полученное водное извлечение выдерживали в течение суток при комнатной температуре, затем взбалтывали и отфильтровывали осадок. Сушили до постоянной массы, взвешивали. Результаты опытов показали, что сопутствующих (балластных) веществ 67 извлекается изучаемым гидропрепаратом на 20-25% меньше, чем водой дистиллированной. По органолептическим свойствам и процентному содержанию эфирных масел водные извлечения практически не отличаются. Следует специально отметить, что полученные извлечения на УСВ стабильны и не подвергаются микробной порче в течение минимум 2-3 суток. Таким образом, возможно-реальные изменения макромолекулярной структуры воды после УСО привели к проявлению её положительных фармацевтических качеств, более подробное изучение которых представляет несомненный лечебно-практический интерес. В связи с тем, что в ходе апробации технологических возможностей УСО жидкостей, в частности воды, были затронуты её валиологические свойства, непосредственно связанные с медико-биологическим применением и, возможно, влиянием на здоровье человека, заключительный этап изучения биологических свойств ультраструйного гидропрепарата проводился на животных. По стандартным и общепризнанным методикам в опытах на животных изучалось влияние воды после её УСО на митотическое деление клеток. Задачей этих экспериментов, выполненных в специализированной лаборатории, являлось получение обоснованного заключения о возможности использования жидкостей, в первую очередь воды и препаратов на её основе, в медицинских целях. Исследования мутагенеза, проводимые на лабораторных животных (мышах и крысах) в настоящее время считаются наиболее приближенными к моделированию мутагенеза у человека. К методам быстрой регистрации мутагенного действия на млекопитающих относится учет хромосомных аберраций в клетках костного мозга крыс и мышей. Работа проводилась на 13 крысах-самцах массой 200-220 гр., Животные были поделены на 3 группы. Крысы первой группы в течение 14 дней получали в качестве питья «обработанную» воду – УСВ, затем у них был взят костный мозг. Крысы второй группы содержались в обычных условиях; за сутки до 68 взятия у них костного мозга им вводили стандартный мутаген непрямого действия – циклофосфан, 40 мг/кг внутрибрюшинно в растворе "обработанной" воды. Третья группа – контрольная. Всем животным за 1,5 часа до забоя вводили подкожно колхицин в дозе 4 мг/кг для накопления метафаз. Костный мозг вымывали из большеберцовой кости физраствором, гипотонировали в 0,56%-ном растворе КСl и фиксировали в смеси метилового спирта и уксусной кислоты в соотношении (3:1). Взвесь клеток раскапывали на предметные стекла и окрашивали ацеторсеином. Метафазные хромосомы изучали при 1000-кратном увеличении. У каждой крысы изучали по 60-100 метафаз с хорошим разбросом хромосом. Количество клеток с хромосомными аберрациями выражали в долях (с поправкой Фишера), находили среднее количество нарушений для каждой серии и ошибку средней. Полученные результаты сравнивали с контрольными. Митотический индекс определяли, подсчитывая число делящихся клеток на 1000 для каждого животного, также выражали в долях и находили среднее и его ошибку для каждой серии. Результаты представлены в табл. 4.3. Таблица 4.3. Хромосомные аберрации и пролиферативная активность клеток костного мозга крыс Вариант опыта «Обработанная вода» Циклофосфан, 40 мг/кг в «обработанной» воде Контроль Доля хромосомных аберраций, М 0,198 0,052 p<0,05 Митотический индекс в долях, М 0,349 0,008 p<0,05 4 1,07 0,11 p<0,05 0,230 0,01 p<0,05 4 0,255 0,027 0,315 0,016 Количество крыс 5 Примечание: р – по отношению к контролю. Как видно из табл. 4.3, замена питьевой воды у крыс на «обработанную» – УСВ, не вызвала серьезных отклонений в количестве клеток с хромосомными аберрациями от фоновых значений. Доля хромосомных аберраций в этих 69 условиях составила 0,198, тогда как в контроле эта цифра – 0,255, что полностью соответствует «историческому» опыту контроля лаборатории. Циклофосфан, разведенный в «обработанной» воде, вызвал через 24 часа более чем 5-кратное увеличение числа клеток с аберрациями. Если учесть, что в каждой клетке с нарушениями отмечалось больше одной аберрации, вплоть до таких множественных нарушений, как фрагментация хромосом, то кратность отклонения от нормы возрастает значительно и соответствует литературным данным о влиянии циклофосфана на клетки костного мозга лабораторных крыс. По результатам опытов можно сделать следующие выводы: 1. "Обработанная" вода, т.е. УСВ, не увеличивает числа хромосомных аберраций и не влияет на митотический индекс клеток костного мозга беспородных белых крыс. 2. Растворение стандартного мутагена циклофосфана в "обработанной" воде не предупреждает увеличения доли клеток с аберрациями и не вызывает заметного снижения пролиферативной активности этих клеток, вызванных циклофосфаном. 3. В опытах на беспородных белых крысах статистически достоверно не обнаружено ни мутагенного, ни антимутагенного действия "обработанной" воды. Таким образом, на заключительном этапе апробации результатов исследований было доказано, что вода после УСО не способна оказать фиксируемое документально влияние на генетическую структуру клеток подопытных животных и является в этом смысле нейтральной. Данный вывод имеет очевидное и весьма важное значение для использования УСТ, в частности УСВ в медико-биологических целях. На основе анализа вышеизложенного фактического экспериментального материала можно однозначно утверждать, что ультраструйная активация ГТС, в том числе воды, в большинстве положительной результативностью отрицательного действия на рассмотренных и не генетические 70 случаев обладает оказывает валиологически свойства обрабатываемых жидкофазных продуктов. Это заключение находится в полном соответствии с физико-энергетическим механизмом влияния факторов УСТ на свойства обрабатываемых жидкостей, в первую очередь воды и её производных. 71
