книги из ГПНТБ / Глухов, С. А. Техническое оснащение аэрозольтерапии

В' книге'рассматриваются основные вопросы, связанные с конструированием п практическим применением в различных областях медицины аэрозольной аппаратуры. Подробно описаны с т ­ ременные отечественные аппараты, ^ " “чдены их характеристики. Даш-* «с.оды контроля за ос- hochuimh параметрами аэрозольных ингаляторов п рекомендации по применению тех или иных мо­ делей. Рассматриваются вопросы организации аэрозольных ингаляторов.

Книга представляет интерес для специалистов, работающих в области конструирования и про­ изводства аэрозольной аппаратуры, и врачей различных Специальностей.

Глухов Семен Аркадьевич Эйделыитейн Самуил Иосифович

ТЕХНИЧЕСКОЕ ОСНАЩЕНИЕ АЭРОЗОЛЬТЕРАПИИ

Редактор А. С. Перельмутр.

Художественный редактор Т. М. Смага. Корректор /у. М. Рутман. Техи. редактор И. К. Петрова. Обложка худовдпка А. Э. Казаченко.

Издательство /Медицина». Москва, Петровернгскнй пер., 6/8 Заказ № 26-7. Типография нзд-ва «Волгоградская правда», г. Волго­ град, Прнпэкзальная площадь.

„05J1— 383

Г 038(01)— 74 366— 74

(6) Издательство «Медицина» (Москва), 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

Аэрозольтерапия заняла прочное место в комплексе ле­ чебно-профилактических средств современной медицины.

В предлагаемой вниманию читателя книге авторы дают основные сведения о механике аэрозоля и совре­ менной аэрозольной аппаратуре. Освещаются вопросы организации аэрозольтерапии в лечебных учреждениях разного профиля и приводятся некоторые методические указания по аэрозольтерапии.

Книга рассчитана главным образом на медицинских работников, а также разработчиков и конструкторов, занимающихся созданием аэрозольной аппаратуры, на работников монтажных и эксплуатационных служб ле­ чебных учреждений.

Поскольку развитие современной медицинской науки и практики возможно лишь в тесном контакте с техни­ кой, в книгеприведены необходимые физико-математи­ ческие данные, которые позволят понять принципы по­ строения аппаратов, аэрозольтерапии с целью их более эффективного клинического применения и расширят технический кругозор медицинских работников.

Авторы сознают, что эта ктчига не может дать исчер­ пывающего ответа на все вопросы, возникающие при разработке, производстве и эксплуатации аэрозольной аппаратуры в лечебных учреждениях, а должна рас­ сматриваться как дополнение к уже имеющейся литера­ туре по данной проблеме. Более глубокий и всесторон­ ние сведения по механике аэрозолей читатели найдут в монографии Н. А. Фукса «Механика аэрозолей», а клинические аспекты аэрозольтерапии изложены в мо­ нографии С. И. Эдельштейна «Основы аэрозольтера­ пии». Раздел «Электроаэрозольные аппараты» н.^чса]н совместно с Л. А. Смирновой, а описание инталк,^^'.

унифицированного комплекса— совместно с Д. М.- ^еР" дичевским. Авторы приносят благодарность Л. С. Самбеку за любезно предоставленные материалы по .!£м* браниым микрокомпрессорам.

3

Г л а в а 1

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЭРОЗОЛЕЙ

•результатам, мы позволили себе условно на-

зыь ъ аэрозоли лекарственных веществ с размерами ча-

* Применение в аэрозольтерапим мнкроаэрозолей носит пока экспг )иментальный характер и не нашло отражения в широком ме- Ди1-йнской практике [82].

4

стаи, г ^ 4 мкм — высокодисперсными, а с размерами частиц 4 Z r^ 2 5 мкм — грубодпсперснымн.

Как уже отмечалось, при аэрозольтерапни решаю­ щую роль играет суммарная поверхность аэрозольных частиц, попадающих в органы дыхания или осаждаемых на поверхности тела и органов.

Поскольку аэрозольные частицы, как правило, име­ ют шарообразную форму, 1 см3 вещества в фор­ ме шара имеет радиус 0,62 см и поверхность 4,72 см2. Если этот объем разбить на сферические частицы ради­ усом 25 мкм (25-10-4 см), то число частиц составит 15-10°, а их суммарная поверхность будет равна 1180 см2. Для частиц радиусом 4 мкм их число будет уже 37-108, а суммарная поверхность около 7400 см2!

Таким образом, при дроблении частиц их суммарная поверхность возрастает с уменьшением радиуса частицы.

Получаемые с помощью аппаратов аэрозольтерапни аэрозоли лекарственных веществ обладают значительной полидисперсностью, что вызывает необходимость харак­ теризовать их с помощью функции распределения. Одна­ ко, учитывая сложность указанной функции, как прави­ ло, пользуются графиками, дающими закон распределе­ ния размеров частиц в данном аэрозоле и строящимися по экспериментальным данным. Эти кривые могут харак­ теризовать счетное или весовое распределение частиц аэрозоля. Наиболее правильно при рассмотрении физио­ логического воздействия аэрозолей лекарственных ве­ ществ характеризовать их с помощью кривой весового распределения и в дальнейшем, если нет специальной оговорки, будут подразумеваться весовое распределение частиц аэрозоля и его весовая концентрация. Полидиспероность аэрозоля играет важную роль в получении ус­ тойчивого аэрозольного облака, например, в процедур­ ном помещении при камерной (групповой) ингаляции.

Как известно, в поли'дисперсном аэрозоле происходит быстрое испарение мелких частиц за счет большего дав­ ления насыщающего пара .по сравнению с крупными ча­ стицами, что объясняется наличием большой активной по­ верхности и стремлением адсорбировать вещества из ок­

5

где р —•давление пара; а — коэффициент поверхностно­ го натяжения; М — молекулярный вес; г — радиус части­ цы; рк—плотность частицы; R —тазовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Вследствие испарения происходит уменьшение по­ верхности частицы, которое может быть выражено сле­

дующим уравнеипем:

.. оч

( L2>

clS

где — — скорость уменьшения поверхности частицы при

испарении; D — коэффициент диффузии.

Как видно из выражении (1.1) и (1.2), скорость испарения мелких частиц выше, чем крупных, т. е. в полидисперсном аэрозоле происходит «съедание» мелких частиц крупными. Вследствие этого аэрозольное облако теряет устойчивость, чему способствуют коагуляция аэрозольных частиц и седиментация.

Таким образом, одной из мер по увеличению стабиль­ ности аэрозоля в открытых системах является генериро­ вание аэрозольных частиц с узким спектром размеров.

Для практических целей удобно характеризовать аэрозоль величиной среднего весового радиуса:

Ei-v.Nl

(1-3)

V N

где г-, — середина интервала; Nv — число частиц в этом интервале; N — общее число частиц.

В заключение следует отметить, что в медицинской практике наибольшее распространение получили диспер­ сионные аэрозоли с жидкой дисперсной фазой — аэрозо­ ли жидких лекарственных веществ и масел. Распростра­ нены и аэрозоли с твердой дисперсной фазой — лекарст­ венные порошки.

Конденсационные аэрозоли практически не применя­ ются, хотя на своей заре аэрозольтерапиябазировалась на применении именно таких аэрозолей, получаемых при сгорании различных веществ или их испарений, что мож­ но объяснить отсутствием в то время технических средств для генерирования дисперсионных аэрозолей с заданны­ ми параметрами. И, наконец, последнее время все более широкое применение в медицине находят электроаэро­ золи, получаемые путем сообщения дополнительного электрического заряда жидким аэрозольным частицам в процессе диспергирования.

6

Г л а в а 2

ПРОНИКНОВЕНИЕ АЭРОЗОЛЯ В ОРГАНЫ ДЫХАНИЯ

Главным критерием, определяющим проникновение аэрозолей в легкие, является размер аэрозольных частиц. Е. А. Вигдорчик [3] было показано, что частицы с г>50 мкм 'попадают в ротовую и носовую полости и не доходят до трахеи, в которую попадают частицы с г<25 'мкм. Частицы с размерами г< 15 мкм проходят в крупные бронхи; частицы r<10 мкм способны прони­ кать в бронхи второго и третьего порядка и в бронхио­ лы. В альвеолы попадают частицы с г<5 мкм.

Наглядно картина проникновения аэрозолей показа­ на на рис. 1.

Размер частиц (дисперсность аэрозоля) является важным, но не единственным фактором, обусловливаю­ щим глубину проникновения аэрозолей в легкие через дыхательные пути. Большое значение имеет при этом вид дыхания—через рот или через нос. При дыхании через нос аэрозольные частицы вынуждены следовать по уз­ ким извилистым путям, что приводит к частичной задер­ жке в носовых путях и снижению проникновения частиц в нижние дыхательные пути по сравнению с ротовым дыханием. Режим дыхания также оказывает значитель­ ное влияние на проникновение аэрозолей в легкие.

На рис. 2 показано изменение величины альвеоляр­ ной вентиляции в зависимости от изменения величины дыхательного объема при постоянном значении минут­ ной вентиляции.

Диаграмма А соответствует быстрому поверхностно­ му дыханию, о чем свидетельствует приведенная справа спирограмма, диаграмма Б — нормальному дыханию того же человека, а диаграмма В — медленному глубо­ кому дыханию.

7

Во всех трех случаях величина минутной 'вентиляции не менялась, а альвеолярная вентиляция изменялась в значительной степени и в случае А составляла не более 40% от минутной вентиляции, а в случае Б — более 80%. Иными словами, при частом поверхностном дыхании лишь незначительная часть вдыхаемого воздуха дости­ гает альвеол, тогда как нрн глубоком медленном дыха­ нии его количество значительно возрастает. Вдыхаемый человеком аэрозоль проникает в альвеолы тем интенсив­ нее, чем глубже дыхание. Однако даже при поверхност­ ном дыхании, когда дыхательный объем равен пли мень­ ше мертвого пространства, некоторая часть воздуха, а с ним и аэрозоля достигает альвеол, что объясняется кинетикой процесса п, в частности, комическим фронтом его движения. Известную роль в процессе проникнове-

Рис. 1. Проникновение аэрозольных частиц в легкие в зависимости от радиуса.

8

ния аэрозолей в дыхательные пути имеет величина остаточного объема легких, т. е. объем невентилируемой части легких, увеличение которой при таких заболева­ ниях, как, например, астма или эмфизема, приводит к значительному снижению проникновения аэрозолей в альвеолы. i

Таким образом, видно, что ряд факторов, охватыва­ ющих как свойства аэродисперсной системы, так и фи­ зиологические особенности дыхания и самой дыхатель­ ной системы человека определяют интенсивность про­ никновения аэрозолей в легкие.

Вопрос, связанный с осаждением аэрозолей в легких, является одним из важнейших вопросов эффективности аэрозольтерапии. Ряд исследователей проводили рабо­ ты, направленные на экспериментальное определение условий и эффективности осаждения аэрозольных час­ тиц в легких (общее осаждение) и ® различных участ­ ках трахео-бронхоальвеолярного дерева (локальное осаждение). В основном эти работы носили чисто экспе-

.риментальный характер, при этом исследовались усло­ вия осаждения при ротовом или носовом дыхании раз­ дельно. В работах использовались методы микроскопи­

9

ческого исследования срезов с различных участков лег­ ких яри ингаляции аэрозолей флюоресцирующих веществ с последующим наблюдением в ультрафиолетовом осве­ щении [80].

Некоторые исследователи применяли методы, осно­ ванные на ингаляции радиоактивных аэрозолей (мече­ ные частицы) с последующим подсчетом осевших частиц с помощью счетчиков Гейгера. Измерение и сравнение концентрации аэрозолейво вдыхаемом и выдыхаемом воздухе с одновременным использованием принципа фракционного отбора проб выдыхаемого воздуха (в на­ чале выдоха воздух поступает из трахеи, затем из брон­ хов и в конце — альвеолярный воздух) позволяло опре­ делить эффективность осаждения аэрозолей в различных участках легких.

Findeisen [85] были проведены исследования эффек­ тивности осаждения аэрозолей на упрощенной модели легких человека. Аэрозоль вдувался в модель, состоя­ щую из трубок разного диаметра с полыми шариками на конце. При этом определялась эффективность осаж­ дения аэрозоля в трубках различного диаметра, соответ­ ствующих по размерам тем пли иным участкам трахеобронхоальвеолярного дерева. На основе эксперименталь­ но-расчетных данных была определена величина эффек­ тивности осаждения аэрозольных частиц в легких. Зна­ чительное расхождение расчетных'данных с эксперимен­ тальными данными, полученными другими исследова­ телями, объясняется идеализацией процесса осаждения в легких и использованием примитивной модели легких. Одним из существенных ее недостатков является то, что аэрозоль нагнетается, тогда как в действительности при ингаляции имеет место спонтанное дыхание больно­ го, т. е. в легких отсутствует повышенное давление в акте вдоха, имевшее место в опытах. Распеты Findeisen были несколько уточнены в работах Landahl [91].

В свете современных представлений осаждение аэро­ зольных'частиц в легких является в оановно'.м следствием проявления трех процессов, происходящих в аэродисперсной системе: а) седнментацноиное осаждение аэро­ зольных частиц в поле тяготения; б) инерционное осаж­ дение частиц в местах искривления потока (места бифур­ кации) и сужения воздухоносных путей (переходы сечений каналов); в) диффузионное осаждение частиц. Суммарную эффективность осаждения аэрозолей следу­

10