Гибридная система по производству оксида азота и водорода

В настоящее время в медицинскую практику для ингаляционной терапии оксидом азота (NO) внедрен аппарат «Тианокс», производящий NO в неравновесной плазме искрового диффузного разряда в воздухе при атмосферном давлении. При развитии медицинских методик наблюдается тенденция к использованию для ингаляций лечебной газовой смеси с NO высокой концентрации. Это сопряжено с возможностью развития оксидативного стресса за счет перехода NO в активные промежуточные соединения: диоксид азота, пероксинитрит, нитротирозин. Использование водорода (H₂) как антиоксиданта, при помощи которого снижаются уровни гидроксильных радикалов и пероксинитрита, защищает клетки от окислительного повреждения. Положительное воздействие смеси NO и H₂ показано в экспериментах с животными.

Целью работы явилась демонстрация разработки специалистов Федерального государственного унитарного предприятия «Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики» первой гибридной системы по производству NO и H₂. Система создана на базе плазмохимического генератора «Тианокс» и генератора H₂ на основе электролизера с твердым полимерным электролитом и оснащена монитором H₂, NO, NO₂. При помощи системы обеспечивается непрерывный мониторинг концентрации этих газов и безопасность медицинских процедур путем отключения генераторов NO и H₂ при превышении концентрации газов заданных максимальных значений H_2max, NO_max, NO_2max.

Заключение. Впервые разработанная гибридная система по производству NO и H₂ апробирована в исследованиях с участием пациентов. По результатам предклинических исследований доказана ее эффективность и безопасность.

1. Буранов С.Н., Карелин В.И., Селемир В.Д., Ширшин А.С. Устройство для получения окиси азота. Патент RU № 2553290. Доступно на: https://www1.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=e10d4b252c79b39c12ea31ccaabc9b20

2. Буранов С.Н., Горохов В.В., Карелин В.И. и др. Импульсно-периодический диффузный разряд с автоионизацией в потоке газа. Журнал технической физики. 2020; 90 (5): 755–759. DOI: 10.21883/JTF.2020.05.49175.220-19.

3. Буранов С.Н., Карелин В.И., Селемир В.Д. и др. Аппарат ингаляционной терапии оксидом азота «Тианокс» и первый опыт его клинического применения в кардиохирургии. В кн.: Материалы научно-образовательной конференции «Актуальные вопросы и инновационные технологии в анестезиологии и реаниматологии». СПб.; 2018: 4–9. Доступно на: https://spboar.ru/materialy/sborniki-materialov/sbornik-tezisov-aktualnye-voprosy-i-innovatsionnye-tekhnologii-v-anesteziologii-i-reanimatologii/

4. Буранов С.Н., Карелин В.И., Селемир В.Д., А.С. Ширшин. Аппарат для ингаляционной NO-терапии. Приборы и техника эксперимента. 2019; (5): 158–159. DOI: 10.1134/S0032816219040037.

5. Селемир В.Д., Буранов С.Н., Ширшин А.С. Современные инженерные решения создания оригинального отечественного генератора оксида азота (Тианокс). В кн.: Российский конгресс с международным участием «Инновационные технологии применения медицинских газов в современной клинической практике». М.; 2023. Доступно на: https://spulmo.ru/kongressy/33-kongress/1-rossiyskiy-kongress-innovatsionnye-tekhnologii-primeneniya-meditsinskikh-gazov-v-sovremennoy-klini/?ysclid=lxk65miv53679237549

6. Dzierba A.L, Abel E.E., Buckley M.S., Lat I. A review of inhaled nitric oxide and aerosolized epoprostenol in acute lung injury or acute respiratory distress syndrome. Pharmacotherapy. 2014; 34 (3): 279-290. DOI: 10.1002/phar.1365.

7. Fox-Robichaud A., Payne D., Hasan S.U. et al. Inhaled NO as a viable antiadhesive therapy for ischemia/reperfusion injury of distal microvascular beds. J. Clin. Invest. 1998; 101 (11): 2497–2505. DOI: 10.1172/JCI2736.

8. McMahon T.J., Doctor A. Extrapulmonary effects of inhaled nitric oxide: role of reversible S-nitrosylation of erythrocytic hemoglobin. Proc. Am. Thorac. Soc. 2006; 3 (2): 153–160. DOI: 10.1513/pats.200507-066BG.

9. Hataishi R., Rodrigues A.C., Neilan T.G. et al. Inhaled nitric oxide decreases infarction size and improves left ventricular function in a murine model of myocardial ischemiareperfusion injury. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2006; 291 (1): H379–384. DOI: 10.1152/ajpheart.01172.2005.

10. Liu X., Huang Y., Pokreisz P. et al. Nitric oxide inhalation improves microvascular flow and decreases infarction size after myocardial ischemia and reperfusion. J. Am. Coll. Cardiol. 2007; 50 (8): 808–817. DOI: 10.1016/j.jacc.2007.04.069.

11. Ohsawa I., Ishikawa M., Takahashi K. et al. Hydrogen acts as a therapeutic antioxidant by selectively reducing cytotoxic oxygen radicals. Nat. Med. 2007; 13 (6): 688–694. DOI: 10.1038/nm1577.

12. Hayashida K., Sano M., Ohsawa I. et al. Inhalation of hydrogen gas reduces infarct size in the rat model of myocardial ischemia-reperfusion injury. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008; 373 (1): 30–35. DOI: 10.1016/j.bbrc.2008.05.165.

13. Yoshida A., Asanuma H., Sasaki H. et al. H(2) mediates cardioprotection via involvements of K(ATP) channels and permeability transition pores of mitochondria in dogs. Cardiovasc. Drugs Ther. 2012; 26 (3): 217–226. DOI: 10.1007/s10557-012-6381-5.

14. Shinbo T., Kokubo K., Sato Y. et al. Breathing nitric oxide plus hydrogen gas reduces ischemia-reperfusion injury and nitrotyrosine production in murine heart. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2013; 305 (4): 542–550. DOI: 10.1152/ajpheart.00844.2012.

15. Liu H., Liang X., Wang D. et al. Combination therapy with nitric oxide and molecular hydrogen in a murine model of acute lung injury. Shock. 2015; 43 (5): 504–511. DOI: 10.1097/SHK.0000000000000316.

16. Радченко Р.В., Мокрушин А.С., Тюльпа В.В. Водород в энергетике: учебное пособие. Екатеринбург: Издательство Уральского университета; 2014. Доступно на: https://elar.urfu.ru/bitstream/10995/30843/1/978-5-7996-1316-7.pdf?ysclid=lxkc5u55dy492068729

17. Григорьев С.А., Порембский В.И., Фатеев В.Н. и др. Получение водорода электролизом воды: современное состояние, проблемы и перспективы. Транспорт на альтернативном топливе. 2008; 3 (3): 62–69. Доступно на: https://cyberleninka.ru/article/n/poluchenie-vodoroda-elektrolizom-vody-sovremennoe-sostoyanie-problemy-i-perspek?ysclid=lxkcjz3dwj950534704

18. Navarro R.M., Guil R., Fierro J.L.G. 2 Introduction to hydrogen production. In: Subramani V., Angelo Basile A., Veziroğlu T.N., eds. Compendium of Hydrogen Energy. Woodhead Rulishing; 2015; 21‒61. DOI: 10.1016/B978-1-78242-361-4.00002-9.

19. Коробцев С.В. Разработка основ технологии производства и использования водорода на основе высокотемпературных твердооксидных электрохимических обратимых систем: доклад. В кн.: Международный форум «Российские исследования и разработки в области водородных технологий». М.; 2006.

20. Фатеев В.Н., Арчаков О.В., Лютикова Е.К. и др. Электролиз воды в системах с твердым полимерным электролитом. Электрохимия. 1993; 29 (4): 551‒557. Доступно на: https://elibrary.ru/azxnqt?ysclid=lxkdmkwgc1940856586

21. Григорьев С.А., Халиуллин М.М., Кулешов Н.В., Фатеев В.Н. Электролиз воды в системе с твердым полимерным электролитом. Электрохимия. 2001; 37 (8): 953‒957. Доступно на: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44584520

22. Пахомов В.П., Фатеев В.Н. Электролиз воды с твердым полимерным электролитом. М.: ИАЭ имени И.В.Курчатова; 1990.

23. Акимов А.А., Алексеев С.В., Рогов Ю.Н., Школяренко В.В. Электрохимическое устройство. Патент RU 2211885. 2003. Доступно на: https://www1.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=53e47761a8216a582e405467f74e866e

24. Паспорт – руководство по эксплуатации «Генератор водорода «Кулон», КЛН.4.970.001 РЭ. Доступно на: https://kulon.nnov.ru/main/4/7

25. Позднякова Д.Д., Баранова И.А., Селемир В.Д., Чучалин А.Г. Медицинские газы (оксид азота и молекулярный водород): комбинированная терапия, оценка безопасности. Пульмонология. 2024; 34 (1): 42–49. DOI: 10.18093/0869-0189-2024-34-1-42-49.

26. Пичугин В.В., Дерюгина А.В., Домнин С.Е. и др. Первый опыт комбинированного применения оксида азота и молекулярного водорода в обеспечении операций на сердце у пациентов высокого риска. Пульмонология. 2024; 34 (1): 32–41. DOI:10.18093/0869-0189-2024-34-1-32-41.