Ozonun tıbbi amaçla kullanımının ilk olarak 1880 yılında Dr. John Harvey Kellogg (Battle Creek/Michigan/ABD) tarafından gerçekleştirildiğini yazan kaynaklar bulunmakla birlikte daha yaygın görüşe göre kabul edilen ilk tıbbi kullanımı Birinci Dünya Savaşı sırasında Alman askerlerinin kangren ve benzeri ciddi yaralanmalarını tedavi eden Dr. Albert Wolff’a dayanır. Bilimsel bir toplantıda ozonun tedavi edici bir ajan olarak gündeme alındığı ilk önemli organizasyon ise 1935 yılında Berlin’de toplanan 59uncu Alman Cerrahi Birliği (59th Meeting of the German Surgical Society) toplantısı olup, burada Dr. Erwin Payr “Cerrahi’de Ozon Uygulamaları” başlığı altında kendi vakalarından oluşan derleme türünde bir sunum yapmıştır (7,8). Bu tarihten sonra 80’li yıllara kadar, ozon tedavisini münferit olarak uygulayan çeşitli hekimler ve araştırmacılar bulunmaktadır. 1980’li yıllardan itibaren ise tıbbi amaçla ozon kullanımına yönelik gerek bilimsel çalışmalar, gerekse vaka serileri literatürde artmaya başlamıştır.

Ozon tedavisi belirli bir miktarda oksijen/ozon karışımının vücut boşluklarına ya da dolaşım sistemine uygulanmasıdır; bu karışım intravenöz, intramuskuler, intraartiküler, intraplevral, intrarektal ve intradiskal uygulanabildiği gibi topikal de uygulanabilir (3). Ozon tedavisinin klasik uygulaması haline gelmiş olan yöntem 1974 yılında Wolff tarafından tarif edilmiştir. Bu yöntemde; bir miktar kan (50–270 ml) vücut dışına alınarak, ozona dayanıklı bir şişede 5-10 dakika oksijen/ozon karışımıyla temas ettikten sonra tekrar aynı kişiye geri verilir (ototransfüzyon) (3,9). Bu uygulama şekli majör otohemoterapi (HT) olarak adlandırılmaktadır. Bu tarihten günümüze, daha çok Avrupa’da olmak üzere milyonlarca ozon ototransfüzyon tedavisi yapılmıştır (10).

Ozon reaktif bir molekül olduğu için tıbbi amaçlı kullanımında dikkat edilmesi gereken bazı durumlar vardır:

Ozon, hiçbir zaman saf olarak verilmemeli ve belli oranda oksijenle karıştırılarak uygulanmalıdır. Bu karışımda oksijen %95’den az ozon %5’ten fazla olmamalıdır. Normal atmosfer havasının bu karışıma girmesi engellenmelidir. Çünkü ozonun reaktif özelliğinden dolayı hava ile teması sonucu toksik bir gaz olan nitrojen dioksit (N2O2) oluşabilmektedir. Ayrıca emboliye sebep olmaması için ozon gaz olarak damar sistemi içerisine verilmemelidir. Tüm işlemler sırasında ozona dayanaklı malzemenin (paslanmaz çelik, nötral cam ve teflon) kullanılması gerekmektedir (3).

Ozon, diğer gazlar (O2, CO2) gibi suda çözünebilir. Ozon oksijene göre 1,6 kat daha yoğun ve suda çözünürlüğü 10 kat daha fazla olan bir moleküldür. Saf suda diğer gazlar gibi Henry kanununa göre çözünür. Çözünmesi ısıya, basınca ve konsantrasyonuna bağlıdır. Biyolojik sıvılarda ise ozon oksijenden farklı olarak hızlıca biyomoleküller ile reaksiyona girer. Dolayısı ile HT esnasında uygulanan ozon/oksijen karışımındaki ozon afinite sırasıyla çoklu doymamış yağ asitleriyle, antioksidanlarla ve sistein gibi sülfhidril (SH) grubu taşıyan tiyol bileşikleri ile reaksiyona girer. Ozonun miktarına bağlı olarak karbonhidratlar, proteinler (dolayısıyla da enzimler), DNA ve RNA da bu reaksiyondan etkilenebilir. Tüm bu bileşikler ozon karşısında elektron donörü gibi davranarak oksitlenirler. Sonuçta süperoksit (O2∙-), hidrojen peroksit (H2O2) ve hipoklorik asit(HClO) gibi reaktif oksijen türevleri (ROT) oluşur. Bu reaksiyonlardan en önemlisi doymamış yağ asitlerinin oksidasyonudur. Ana reaksiyon aşağıdaki gibidir (3).

R-CH=CH-R’ + O3+ H2O → R-CH=O + R’-CH= + H2O2

Bu reaksiyonda her hidrojen peroksit ile birlikte iki de lipit oksidasyon ürünü (lipid oxidation products; LOP) oluşmaktadır (11,12). Lipit oksidasyon ürünleri için iyi bilenen örnekler şunlardır; lipoperoksil radikalleri, hidroperoksitler, malondialdehit, izoprostan, alkenaller ve 4-hidroksi-2,3-trans nonenal (HNE) (13-16).

Görülüyor ki, ozonun biyolojik etkilerinin ortaya çıkması için serbest radikallerin varlığı önemlidir. Serbest radikaller, çeşitli patolojik süreçlerin gerek başlatıcısı, gerek ara basamaklarda işe karışabilen, gerekse sonucunda ortaya çıkabilen reaktif maddelerdir. Bunlar, organizmada aerobik solunum sırasında mitokondride ve fagositlerde solunum patlaması gibi çeşitli fizyolojik durumlarda da oluşabilmektedir (17). Aerobik canlılar serbest radikallerin toksik etkilerinden korunmak için antioksidan sistemler geliştirmişlerdir. Non enzimatik olanlar; ürik asit, askorbik asit, protein (özellikle albumin), protein olmayan tiyoller, vitamin E ve biluribindir. Enzimatik olanlar ise süperoksit dismutaz (SOD), katalaz (CAT) ile glutatyon peroksidaz (GPx) glutatyon transferaz (GST), glutatyon (GSH) ve glutatyon redüktazdan (GR) oluşan glutatyon sistemidir (12). Son zamanlara kadar oksidatif stresin hücre hasarındaki rolü ve hastalıkların altında yatan patolojik süreçlere etkileri konusuna odaklanılmıştı. Patolojik süreçlerde oksidatif stresin artış mekanizmaları ve etkilerini açıklayan yüzlerce çalışma yapılmıştır (18-23). Yakın zamanda yapılan çalışmalarda ise oksidatif stresin bilinenin tersi etkilerinin de olabileceği görülmüştür. Bu çalışmalarda oksidasyon/redüksiyon (redox) reaksiyonlarının başta hücre içi haberleşme olmak üzere biyolojik mekanizmalarda rol aldığı gösterilmiştir. Artık açık olarak biliniyor ki gerek reaktif moleküller gerekse bunların çeşitli biyolojik moleküllerle reaksiyona girmesi sonucu ortaya çıkan oksidasyon ürünleri düşük konsantrasyonlarda (fizyolojik düzeylerde) hücrede önemli roller üstlenmektedir (23-26).

Ozonun biyolojik etkilerini açıklamak için yapılan çalışmalarda daha çok HT tedavisi model alınmıştır (27-30). HT esnasında uygulanan ozon/oksijen karışımındaki ozon plazmada hızla çözünür. Daha önce bahsedildiği gibi sıvılardaki çözünürlüğü fazla olan ozonun bir kısmı plazmada bulunan antioksidanlar ile reaksiyona girerek bunların miktarlarını azaltır. Bu anlık olaylar sırasında çeşitli ROT de oluşabilmektedir. Bu radikallerin yarı ömrü çok kısa olduğu için, daha kan hastaya geri verilemeden, yani ototransfüzyondan önce bunlar ortadan kalkarak yerlerini lipit oksidasyon ürünlerine bırakırlar. Bu ürünler, büyük oranda kandaki hakim hücre olan eritrositlerin membranlarının oksidasyonu ile ortaya çıkar. Eritrosit membranındaki doymamış yağ asitleri oksidasyona çok duyarlıdır. Yukarıda formülünü de gösterdiğimiz üzere, bu reaksiyonlar sırasında ortaya çıkan hidrojen peroksit, molekül yapısı itibariyle radikal olmayan oksitleyici bir moleküldür (3,12,31).

Hidrojen peroksitin ozonun tedavi edici etkinliklerinin en azından bir kısmından sorumlu – ikincil habercisi gibi davrandığı kabul edilmektedir. İlk etkilerinden biri eritrositlerde 2,3-difosfogliserat düzeyini artırma yoluyla hemoglobin-oksijen ayrışma eğrisinin sağa kaymasına ve böylece oksijenin dokulara daha kolay bırakılmasına neden olmasıdır. Plazmada konsantasyonu artan hidrojen peroksit kolayca hücrelerin içine diffüze olarak; lökosit ve endotelial hücrelerde çeşitli interferon, interlökin ve transforme edici büyüme faktörü (TGF) yapımını da artıran uyarıları tetikler (32). Lipit oksidasyon ürünlerinin yarı ömürleri ise saatlere varabilmekte, dolayısıyla ömrü çok kısa olan ROT’lerin ilk etkileri sonrasında ozonun gecikmiş etkilerinden sorumlu tutulmaktadır. Uzun yarı ömürlerinden dolayı bu ürünler ototransfüzyon ile vücuda verilmiş olur ve dolaşım yoluyla dokulara ulaşarak buralarda çeşitli biyolojik etkiler gösterirler (31,33,34).

HT tedavisi yapılmadan önce kanın antikoagülan verilerek hazırlanması gerekir. Çünkü ozon doza bağlı olarak trombosit fonksiyonlarının artışına neden olmaktadır. Trombosit fonksiyonlarındaki artışın bazı yararlı sonuçları da olmaktadır. Aktive olmuş trombositler içlerinde bulunan büyüme faktörlerini salarak iskemi ve ülserli hastalarda iyileşmeye olumlu katkı sağlar (12). HT sonrası ozonlanmış kanın vücuda verilmesi ile oluşan terapötik etkileri şekil 1’de gösterilmiştir (31).

Şekil 1. Ozon tedavisinin etkileri

Ozonun konsantrasyonuna bağlı olarak artan kuvvetli okside edici özelliği nedeniyle belli bir orandan sonra vücut için de toksik etkisi olabileceği gerçeğini unutmamak gerekmektedir. Doğal olarak, organizmadaki antioksidan savunma sistemleri ozon oksidasyonuna karşı koyacaktır. Plazmanın sahip olduğu geniş antioksidan kapasite ve eritrositlerdeki antioksidan enzimler nedeniyle, kan ozon toksisitesine karşı en dirençli dokudur. HT uygulamaları sırasında plazmada çözünen ozonun burada bulunan antioksidanlar (bilirubin, askorbik asit, SH grubu taşıyan glutatyon ve albumin) ile reaksiyona girerek bunların konsantrasyonunu azaltmaktadır (31). Öte yandan, HT sonucu ortaya çıkan ROT artışı ve antioksidanların azalması geçici bir durumdur. Bocci ve Carlo, yaptıkları çalışmada değişik dozlarda (20,40,60,80 µg/ml) ozon uygulanmış kanlarda dozla doğru orantılı olarak glutatyon ve total antioksidan seviyesinde azalma, lipit peroksidasyonu ve okside glutatyon düzeyinde artma olduğunu göstermiş, uygulamanın 20 dakika sonrasında ise antioksidan düzeylerinin eski haline döndüğünü tespit etmişlerdir (30).

Denilebilir ki, HT uygulaması sırasında tedavinin etkinliğini kanın toplam antioksidan gücü belirlemektedir. Kanın antioksidan kapasitesi düşük, ozonun konsantrasyonu fazla olursa şiddetli membran oksidasyonu sonucu eritrositler hemolize olur, tam tersi olduğunda ise ozondan beklenen ROS ve hidrojen peroksit yanıtı yeterli olmayabilir ve arzulanan terapötik etki görülemeyebilir. Ozon uygulamaları sonucunda oluşması beklenen ROT ve lipit oksidasyon ürünlerinin terapötik etki gösterebilmesi için belli bir konsantrasyonda olması gerekir (3). Bu açıdan, kanda bulunan antioksidanların önemi yapılan bir çalışma ile gösterilmiştir. Bu çalışmada eritrositler yıkanarak plazmadan uzaklaştırılmış ve değişik konsantrasyonlarda ozon uygulanmıştır. Yapılan değerlendirmelerde düşük 10-20 µg/ml ozon konsantrasyonlarındaki uygulamalarda bile eritrositlerin çoğunda hemoliz olduğu görülmüştür (28). Yapılan çalışmalarda ozonun terapötik konsantrasyonu 10-80 µg/ml olarak belirlenmiştir. Bu ozon konsantrasyonu Rice-Evans’ın tarif ettiği total antioksidan kapasiteyi %25’den fazla düşürmediği gibi azalan antioksidanlar 20 dakika sonra eski haline gelmektedir. (27,28,35,36).

Ozon uygulaması ile hem oksijenaz-1 (HO-1) enziminin de uyarıldığı bildirilmiştir. Bu enzimin artışından gerek ROT, gerekse yukarıda sözü edilen ılımlı eritrosit hemolizi sorumlu olabilir. HO-1, hem halkasının yıkım yolunda görev alan mikrozomal bir enzimdir ve yapımı oksidatif stres artışı, proinflamatuvar sitokinler ve nitrik oksit (NO) ile uyarılabilmektedir Bu enzim hem molekülünü biliverdin ve karbon monoksite (CO) parçalar. Son yıllarda HO-1 ile yapılmış birçok çalışmada bu enzimin; antioksidan antiapopitotik antiinflamatuar etkilerinin olduğu gösterilmiştir. Ozon uygulaması sonucu görülen en etkin HO-1 artışının aynı zamanda ozonun terapötik doz aralığı olarak da vurgulanan 20-80 µg/ml arasında ortaya çıktığı gösterilmiştir. Yine HO-1’in yanında ısı şok protein-70’in de arttığı gösterilmiştir (36-38).

Ozonun diğer bir uygulama şekli olan minör hemoterapide ise hastadan alınan 5 ml kan ile aynı miktarda 80-100 µl/ml konsantrasyonundaki oksijen/ozon karışımı bir dakika inkübe edilir. Bu süre zarfında ozonunun, yine aynı şekilde kanda önce çözünüp sonra da biyolojik moleküller ile reaksiyona girmesi beklenir. Sonrasında bu kan, gluteus kasına yavaşca enjekte edilir. Bu uygulama sonrasında kas içine enjekte edilen kanın doku derinliklerine ilerlerken pıhtılaşmasına rağmen hastalardan çok azı hafif şişme ve ağrıdan yakınmaktadır. Bu işlem esnasında anesteziye gerek yoktur. Tartışmalı olmakla birlikte, bu uygulamanın immünmodülatuar bir etkisinin olduğu iddia edilmekte ve etki mekanizması şu şekilde açıklanmaktadır: Enjeksiyon yerinde hafif derecede steril inflamasyon meydana gelmekte, bölgeye nötrofil ve monositler gelerek denatüre proteinleri ve parçalanmış eritrositleri fagosite etmektedir. Eğer kan içinde HCV, HBV ve HIV gibi virüsler var ise ozon tarafından inaktive edilip parçalanmış bu virüs atıkları bölgeye gelen bu immün hücreler tarafından ortadan kaldırılır. Böylece bu işlem bir çeşit aşı etkisi yaratır ve immün sistemi bu antijenlere karşı uyarır (3).

KAYNAKLAR

  1. Jacqueline IK. Kirk-Othmer encyclopedia of chemical tecnology. John Wiley & Sons, 3rd ed. 1981.
  2. Bocci V. Ozone as Janus: this controversial gas can be either toxic or medically useful. Mediators Inflamm. 2004;13(1):3-11.
  3. Bocci V. Scientific and medical aspects of ozone therapy. state of the art. Archives of Medical Research. 2006;37:425–435.
  4. Rowland FS. Stratospheric ozone depletion. Phil Trans R Soc B. 2006;361:769-790.
  5. Wright ES, Dziedzic D, Wheeler CS. Cellular, biochemical and functional effects of ozone: new research and perspectives on ozone health effects. Toxicol Lett. 1990;51(2):125-45
  6. Sanhueza PA, Reed GD, Davis WT, Miller TL. An environmental decision-making tool for evaluating ground-level ozone-related health effects. J Air Waste Manag Assoc. 2003;53(12):1448-59.
  7. Bocci V. Oxygen-ozone therapy: a critical evaluation. Springer, 2002.p.1-8
  8. Rubin MB. The hıstory of ozone. Bull Hist Chem. 2001;26(1):40-56.
  9. Wolff HH. Die Behandlung peripherer Durchblutungsstörungen mit Ozon. Erfahr-Heilkd. 1974;23:181-184.
  10. Travagli V, Zanardi I, Silvietti A, Bocci V. Physicochemical investigation on the effects of ozone on blood. International Journal of Biological Macromolecules. 2007;4:1504-511.
  11. Pryor WA, Squadrito GL, Friedman M. The cascade mechanism to explain ozone toxicity: the role of lipid ozonation products. Free Radic Biol Med. 1995;19(6):935-41.
  12. Di Paolo N, Gaggiotti E, Galli F. Extracorporeal blood oxygenation and ozonation: clinical and biological implications of ozone therapy. Redox Rep. 2005;10(3):121-30.
  13. Mustafa MG. Biochemical basis of ozone toxicity. Free Radical Biol Med. 1990;9:245-265.
  14. Esterbauer H, Schaur RJ, Zollner H. Chemistry and biochemistry of 4-hydroxynonenal, malonaldehyde and related aldehydes. Free Radical Biol Med. 1991;11:81-128.
  15. Hamilton RF, Eschenbacher WL, Szweda L, Holian A. Potential involvement of 4-hydroxynonenal in the response of human lung cells to ozone. Am J Physiol. 1998;274,:L8–L16.
  16. Schaur RJ. Basic aspects of the biochemical reactivity of 4-hydroxynonenal. 2003;24:149-159.
  17. Trachootham D, Lu W, Ogasawara MA, Nilsa RD, Huang P. Redox regulation of cell survival. Antioxid Redox Signal. 2008;10(8):1343-74.
  18. Korkmaz A, Oter S, Sadir S, Coskun O, Topal T, Ozler M, Bilgic H. Peroxynitrite may be involved in bladder damage caused by cyclophosphamide in rats. J Urol. 2005;173(5):1793-6.
  19. Oter S, Korkmaz A, Topal T, Ozcan O, Sadir S, Ozler M, Ogur R, Bilgic H. Correlation between hyperbaric oxygen exposure pressures and oxidative parameters in rat lung, brain, and erythrocytes. Clin Biochem. 2005;38(8):706-11.
  20. Farber JL, Kyle ME, Coleman JB. Mechanism of cell injury by activated oxygen species. Lab Invest. 1990;62:670-679.
  21. Jannsen YMW, Van Houten B, Borm PJA, Mossman BT. Cell and tissue response to oxidative damage. Lab Invest. 1993;69:261-274.
  22. Wiseman H, Halliwell B. Damage to DNA by reactive oxygen and nitrogen species: role in inflammatory disease and progression to cancer. Biochem J. 1996;313:17-29.
  23. Young IS, Woodside JV. Antioxidants in health and disease. J Clin Pathol. 2001;54:176-186
  24. Powis G, Briehl M, Oblong J. Redox signaling and the control of cell growth and death. Pharmacol Ther. 1995;65:149-173.
  25. Lander HM. An essential role for free radicals and derived species in signal transduction. FASEB J 1997;11:118-124.
  26. Thannıckal VJ, Fanburg BL Reactive oxygen species in cell signaling. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 2000;279(6):L1005–L1028.
  27. Bocci V, Valacchi G, Corradeschi F, Fanetti G, Studies on the biological effects of ozone: 8. Effects on the total antioxidant status and on interleukin-8 production. Mediat Inflamm. 1998;7:313-317.
  28. Travagli V, Zanardi I, Silvietti A, Bocci V. A physicochemical investigation on the effects of ozone on blood. Int J Biol Macromol. 2007;41(5):504-11.
  29. Valacchi G, Bocci V. Studies on the biological effects of ozone: 10. Release of factors from ozonated human platelets. Mediators Inflamm. 1999;8(4-5):205-9.
  30. Bocci V, Aldinucci C. Biochemical modifications induced in human blood by oxygenation-ozonation. J Biochem Mol Toxicol. 2006;20(3):133-8.
  31. Bocci V. Is it true that ozone is always toxic? The end of a dogma. Toxicology and Applied Pharmacology. 2006;216:493-504.
  32. Di Paolo N, Bocci V, Gaggiotti E. Ozone therapy. Int J Artif Organs. 2004;27(3):168-75.
  33. Halliwell B, Clement MV, Long LH. Hydrogen peroxide in the human body. FEBS Lett. 2000;486:10-13.
  34. Bocci V, Aldinucci C, Bianchi L. The use of hydrogen peroxide as a medical drug. Riv Ital Ossigeno Ozonoterapia. 2005;4:30-39.
  35. Rice-Evans C, Miller NJ. Total antioxidant status in plasma and body fluids. Methods Enzymol. 1994;234:279-93.
  36. Bocci V, Aldinucci C, Mosci F, Carraro F, Valacchi G. Ozonation of human blood induces a remarkable upregulation of heme oxygenase-1 and heat stress protein-70. Mediators Inflamm. 2007;2007:1-6.
  37. Fritz HB. Heme oxygenase-1: a therapeutic amplification funnel. FASEB J  2005;19(10):1216-9.
  38. LE Otterbein, MP Soares, K Yamashita, FH Bach. Heme oxygenase-1: unleashing the protective properties of heme. trends in Immunology. 2003;24(8):449-55