Вот уже в течение многих лет в различных областях медицины остается популярной озонотерапия, возможности которой со временем значительно увеличились. Это связано со значительным расширением области применения и увеличением арсенала методов, позволяющих эффективно и безопасно использовать озоно-кислородную смесь, различные озонированные растворы и масла, обладающие рядом антиоксидантных, антигипоксантных, противовоспалительных, гепатопротекторных, антитоксических, иммуномодулирующих, реологических, антисептических и анестетических свойств [2, 5, 6].
Однако вопрос безопасности озона давно является междисциплинарным, противоречивым и поэтому достаточно спекулятивным. Ученые по сей день не могут разобраться, является ли озон лекарством или высокотоксичным полютантом. При этом ортодоксальные критики очень часто отвергают возможность более широкого и разностороннего анализа на первый взгляд токсичного вещества, тогда как сторонники в погоне за прогрессом и прибылью часто недобросовестно и поверхностно относятся к вопросам безопасности своих методик, тем самым дискредитируя озонотерапию [37, 42].
История токсичности озона послужила причиной многогранного исследования всех клинических и лабораторных аспектов токсического действия озона на различные органы и системы организма человека и служит поводом к тезису о неоспоримой токсичности озона уже в наши дни. Более того, существуют экологические исследования проблем тропосферного озона, образующегося в результате фотохимической реакции из предшественников-загрязнителей окружающей среды. Данные работы последовательно и аргументированно отстаивают позицию о бескомпромиссной и чрезвычайной вредности тропосферного озона, ссылаясь на многочисленные исследования зарубежных университетов и правительственных организаций. Так, ВОЗ отнесла озон к веществам беспорогового действия, частично отрицая нормы предельно допустимой концентрации (ПДК), установленные для России и стран Европейского союза. По разным данным, озон обладает общетоксическим, раздражающим, канцерогенным, мутагенным, генотоксическим, гемолитическим, аллергическим действиями [7, 10, 29].
Вопросы дозиметрии озона активно изучаются последние три десятилетия. Наибольшая роль в исследовании токсичности различных концентраций и доз принадлежит зарубежным исследователям, прежде всего американской итальянской и германской группе ученых. Большинство оригинальных фундаментальных работ по дозиметрической токсичности озона при ингаляционном пути введения было сделано еще до 1998 года, подробно продемонстрировав все ее аспекты. В США этой проблеме уделяют пристальное внимание на протяжении уже нескольких десятилетий. В частности, в штате Калифорния существуют обширные государственные программы по изучению аэротоксичности озона в сфере экологии и медицины [12, 25].
Любое применение озона в медицинской практике начинается с обеспечения технической безопасности, связанной с возможностью присутствия определенного количества данного полютанта в воздухе медицинских помещений. Несмотря на спорные подходы к токсичности озона, на территории России закреплена норма его предельно допустимой концентрации, равная для жилых зон 30 мкг/м3 в сутки, для промышленных зон 100 мкг/м3 в сутки. Для кратковременного контакта допустимой является концентрация озона не более 160 мкг/м3 (в Европе не более 110 мкг/м3). От данных норм отталкиваются отечественные и зарубежные государственные стандарты требований к медицинским и промышленным озонаторам, предусматривающие наличие надежных превентивных систем контроля и элиминации озона из воздуха рабочих помещений. Поэтому дозиметрическая оценка токсичности озона посредством его ингаляции является самой первостепенной и важной в токсикологии озона [3, 4, 7].
Ингаляция воздуха с различным содержанием озона представляет собой самый старый, классический путь введения озона в организм животных и человека с целью оценки его дозиметрической токсичности. Концентрация озона во вдыхаемой смеси является самой основной характеристикой, определяющей негативные последствия озоновой экспозиции. На животных моделях в одних экспериментах доказано, что четырехчасовой контакт с газообразным озоном в концентрации 15 мг/л приводит к летальным исходам у большинства животных, в других исследованиях зафиксирована смерть животных при трехчасовом контакте с озоном в концентрации 20 мг/л [33, 41].
Большинство исследований по вопросу о биологическом действии озона сосредотачивается вокруг легочных реакций на него, причем упор делается на выявление его токсичности. Количественные измерения показывают, что по токсичности озон примерно равен боевым отравляющим веществам и превосходит синильную кислоту. Так, известно, что концентрация озона в воздухе 2 мг/л вызывает появление неприятных симптомов (кашель, жжение гортани, слабость), если человек прибывал в таком помещении несколько секунд. Пятиминутное пребывание вызывает отек легких, а десятиминутное – летальный исход [1].
Не смотря на первостепенность значения концентрации озона в токсикологии озоносодержащих газовых смесей, для определения суммарной дозы озона классически используются еще как минимум интенсивность (глубина, частота) дыхания и длительность экспозиции озона. Даже если не брать во внимание все индивидуальные различия в ответной реакции субъектов на воздействие озона, то дозиметрическая токсичность озона тяжело поддается стандартизации, так как из трех вышеописанных факторов вытекает множество условий, таких, как режимы активности субъектов и режимы экспозиции озона, а также физиологические характеристики легких. К тому же, легкие выступают одновременно мишенью и посредником токсического воздействия [9, 20].
Кроме того, исследования дозиметрической токсичности озона, как и других токсических веществ, сталкиваются с проблемой экстраполяции токсических порогов с животного на человеческий уровень. Так, экспериментальные исследования показали токсический ответ на разные дозы озона в расчете на килограмм массы тела для различных видов животных даже при непрерывной экспозиции, что говорит о существенных видовых различиях в отношении токсических порогов для доз озона [17, 34, 47].
Даже при экстракорпоральном воздействии озона на отдельные клетки и фракции белков отмечаются расхождения дозиметрической токсичности у животных и человека. Так, исследования на человеческих и мышиных макрофагах показали признаки токсичности при 40 мг/л у первых и отсутствие какой-либо токсичности при 100 мг/л у вторых [16].
Некоторые исследователи сталкиваются с проблемой отсутствия линейной связи между концентрацией озона во вдыхаемом воздухе и степенью интоксикации [24].
В литературе большинство исследователей дыхательной токсичности озона не рассматривает концентрацию озона выше 5 мг/л, чаще интересуясь вопросами длительности и режимов экспозиции, либо сравнивая негативное значение концентрации с ролью других показателей. Реже встречаются работы, где при равной непрерывной экспозиции происходит сравнение негативности различных концентраций озона [11, 26, 44].
Токсичность озона по отношению к легким имеет множество аспектов, основными из которых являются три. Львиная доля острых респираторных нарушений при вдыхании высоких концентраций озона связана с рефлекторной активацией парасимпатической нервной системы. Исследователями достаточно давно доказано, что озон вызывает рефлекторный спазм гладкой мускулатуры бронхов через активацию холинергических волокон блуждающего нерва путем повышения их чувствительности к ацетилхолину и гистамину [18, 38, 39].
Некоторые авторы акцентируют свое внимание на C-волокнах парасимпатической нервной системы легких для объяснения причин легочной дисфункции, выявляя большое значение субстанции Р в активации данных волокон. Это играет огромную роль в большей части респираторных нарушений, препятствуя максимальному вдоху, снижая жизненную емкость легких и скорость выдоха, а также создавая дыхательный дискомфорт, кашель и иногда боли при дыхании [8, 27, 30].
Вторым аспектом токсичности озона в легких является индукция воспаления. Воспалительная реакция на воздействие озона в легких не имеет специфичный характер и аналогична асептическому воспалению в других органах. Озон индуцирует образование воспалительных медиаторов, повреждающих клетки легочной ткани с последующей активацией альвеолярных макрофагов и фагоцитированием поврежденных клеток. За первых несколько часов после начала воспаления происходит миграция нейтрофилов и эозинофилов из крови. При дальнейшем протекании воспаления начинается приток моноцитов крови в легкие с образованием макрофагов. Данный процесс более медленный, так как для образования полноценных макрофагов из моноцитов необходимо как минимум несколько часов. Макрофаги доминируют в легочной ткани от нескольких дней до нескольких недель, что при более серьезном воспалении определяется увеличением выработки моноцитов красным костным мозгом. Макрофагальная инфильтрация может продолжаться до нескольких лет, пока не закончится индуцированное озоном воспаление [19].
При этом озон в основном не проникает глубоко в ткань легких, а реагирует либо с мембранами эпителиальной выстилки либо с бронхоальвеолярной жидкостью. При контакте с бронхоальвеолярной жидкостью происходит образование альдегидов, гидроксипероксидов и озонидов, воздействующих на липиды эпителия с образованием медиаторов воспаления, непосредственно участвующих в клеточном повреждении, а также фактора активации тромбоцитов и цитокинов [31, 35].
Генотоксичность озона в легких является третьим аспектом, который изучается с конца прошлого века и является актуальным прежде всего в плане необходимости ответа на вопрос о его канцерогенности. В частности, для проверки индуцирования озоном мутаций, приводящих к онкологическим последствиям, R.C. Sills с соавторами были изучены мутации протоонкогена K-ras в легких мышей. Результаты показали, что озон вызывает прямые и косвенные мутации в этом гене и может приводить к злокачественному перерождению [23].
Несмотря на неопровержимую мутагенность озона, его канцерогенность в легких имеет очень слабую доказательную базу. Так, R.A. Herbert с соавторами смогли проследить статистически значимое увеличение случаев образования аденокарциномы в легких только у самок-мышей после более чем двухлетнего хронического контакта животных с озоном в концентрации 1 мг/л (максимальная концентрация в данном исследовании). При этом абсолютной достоверности образования карциномы у самцов выявлено не было. Аналогичные исследования на крысах не дали никаких достоверных доказательств канцерогенности озона. Однако при длительном хроническом воздействии озона в легких животных происходили доброкачественные клеточные трансформации эпителия как верхних дыхательных путей, так и легких. При этом в легких происходил гистиоцитоз, метаплазия бронхо-альвеолярного эпителия, утолщение эпителиальной выстилки и фиброз. В верхних дыхательных путях был зафиксирован гиалиноз, гиперплазия, плоскоклеточная метаплазия переходного и респираторного эпителия, а также атрофия обонятельного эпителия [45, 46].
Клеточная метаплазия и гиперплазия в легких является основной причиной толерантности к озону при длительном хроническом контакте с ним. Так, C.G. Plopper установил дозазависимое увеличение количества нереснитчатого эпителия бронхиол (клетки Клара и альвеолоциты 2 типа) с заменой им реснитчатых клеток, наиболее чувствительных к токсическому действию озона, при более чем двухмесячном контакте животных с озоном. Механизм адаптации сводится к замене реснитчатых клеток клетками (альвеолоциты 2 типа, макрофаги), богатыми антиоксидантами и протеолитическими ферментами, способными противостоять хронической агрессии озона. Также защитным механизмом является увеличение фибробластов и коллагеновых волокон в интерстиции и утолщение базальной мембраны, что после прекращения озоновой экспозиции ведет к необратимому интерстициальному фиброзу и сокращению дыхательной поверхности. Данный процесс может привести к обструктивной болезни легких и эмфиземе. Полученные результаты можно смело экстраполировать на человека, так как при исследовании различных видов животных (от грызунов до низших приматов) были получены аналогичные морфологические последствия со стороны легких [15, 32].
Озон при его вдыхании может вызвать токсические эффекты на ткани и органы вне дыхательных путей. При этом из-за высокой реакционной природы озона маловероятно, что он может непосредственно влиять на внелегочные ткани, однако продукты реакции озона могут поступать в кровоток и по нему распространяться из легких, токсически воздействуя на другие органы и ткани. Так Rahman I. обнаружил увеличение концентрации тиобарбитуровой кислоты, а также повышенную активность каталазы и глутатионпероксидазы в тканях сердца и мозга крыс с внутри- и внеклеточным их отеком. Другие исследования доказывают разрушительное влияние цитокинов (в частности, фактора некроза опухолей) и оксида азота, производимых альвеолярными макрофагами, активированными озоном, на ткань печени подопытных крыс [36, 40].
Недавние экспериментальные исследования продемонстрировали, что ингаляция озоном может отрицательно влиять на работу сердца, провоцируя брадикардию, различные формы аритмий и блокад. При этом данные явления могут провоцировать как высокие, так и более низкие концентрации озона при одинаковом времени экспозиции. Эти данные дополняются выводами о функциональном ослаблении деятельности миокарда при ежедневном контакте животных с озоном в течение длительного времени [13, 14, 28].
Экспериментально и клинически доказано, что озон при длительном контакте с ним обладает иммунотоксичностью по отношению к Т-лимфоцитам, а также органам иммунной системы, включая селезенку и вилочковую железу, отрицательно влияет на гуморальный иммунитет и снижает резистентность животных и человека к различным инфекционным агентам. Кроме того, озон может оказывать угнетающее влияние на ростки кроветворения при длительном непрерывном контакте с ним в концентрации не менее 0,5 мг/л [21, 22, 43].
Таким образом, дыхательная токсичность озона может иметь место в независимости от его концентрации в воздухе, а токсическая доза озона зависит от огромного количества факторов и аспектов токсичности. Именно поэтому нормы ПДК озона в воздухе не являются окончательными и подлежат постоянному пересмотру.
Рецензенты:
Волков Ю.М., д.м.н., профессор, заведующий хирургическим отделением № 1 НУЗ «Дорожной клинической больницы на станции Красноярск ОАО «РЖД», г. Красноярск;
Здзитовецкий Д.Э., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой и клиникой хирургических болезней им. профессора Ю.М. Лубенского Красноярского государственного медицинского университета им. профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого, г. Красноярск.