Сучасна аерозольна апаратура та техніка отримання аерозолів, Довідник лікаря

Аерозолі готують безпосередньо у момент застосування. Механізм розпилення рідин полягає в тому, що під дією гідравлічного тиску, відцентрової або аеродинамічної сили рідина витягується у вузькі цівки (нитки) або плівки, які потім розпадаються на дрібні краплі під дією сил поверхневого натягу.

Головною складовою будь-якого пристрою для отримання диспергаційних аерозолів є форсунка, що містить розпорошує косинець Бергсона. Кінець однієї трубки занурюють у рідину, а по другій трубці подають повітря під тиском. Струмінь газу, що виходить із сопла, створює розрядження в першій трубці, захоплює за собою рідину і розбиває її на дрібні частинки у вигляді аерозолю.

У механічних розпилювачах струмінь рідини дробиться під дією відцентрових сил, що виникають при обертанні струменя або самого розпилювача. У гідравлічних форсунках розпилення досягається за рахунок сил тертя, що виникають на поверхні розділу рідина - газ внаслідок великої швидкості руху (виходу) газу.

Існує два способи розпилення:

1) рідина витікає з великою швидкістю в нерухоме газове середовище і, ударяючись об сепаратор, дробиться на дрібні частки;
2) рідина витікає з малою швидкістю в потік газу, що рухається, і теж розпадається на дрібні крапельки.

Аерозольні генератори поділяються на два види: диспергуючі (подрібнюючі, розпорошуючі) рідкі або тверді тіла на частинки малих розмірів і конденсуючі або коагулюючі частинки з молекулярнодисперсного (газоподібного) середовища.

Класифікація аерозольних генераторів :

I. За способом генерування аерозолів:

1) механічні(центрифужні);
2) пневматичні (соплові) - джерелом розпилення є стислий газ від компресора, балона, або груші, тиск пари;
3) ультразвукові.

ІІ. По мобільності:

1) стаціонарні;
2) переносні (портативні).

ІІІ. За кількістю хворих, що обслуговуються:

1) камерні (групові);
2) індивідуальні (на 1 чи 2—3 хворих).

IV. За призначенням:

1) інгаляції водних розчинів лікарських засобів;
2) інгаляції порошків;
3) інгаляції олій;
4) інгаляції летких фракцій;
5) парові інгаляції.

До механічних аерозольних апаратів відносять розпилювачі відцентрової та прямої дії. Принцип роботи відцентрового генератора ось у чому. Розпилювана рідина з великою швидкістю обертається в каналі і піднімається по стінках конуса, що всмоктує, що приводиться в обертання електродвигуном, і направляється по дисках. При попаданні частинок і крапель, що рухаються за інерцією, на пластини дезінтегратора відбувається подальше подрібнення крапель, а найбільші стікають назад у бак з рідиною, що розпилюється. Зі збільшенням частоти обертання дисків зростає швидкість руху рідини на виході з сопла, збільшується продуктивність розпилювача та зменшуються розміри часток, що генеруються. Протягом 1 години апарат розпорошує до 150 мл рідини. Недоліком генератора є широкий спектр частинок аерозолю.

Розпилювачі прямої дії засновані на викиді із сопла незакрученого струменя рідини з великою лінійною швидкістю. Тиск може досягати 1000 кг/см 2 . Механічні розпилювачі вимагають високого тиску на рідину, що розпилюється, і тому не придатні для лікувальних цілей, частіше їхВикористовують для зволоження повітря і в дезінфекційній практиці.

Велике поширення набули пневматичні (соплові) генератори, в яких розпилення рідини здійснюється струменем повітря, що утворюється мембранними або поршневими компресорами, або стисненим киснем з балона. Тиск газу перед соплом від 0,5 до 2 кг/см2.

Принцип роботи пневматичного генератора (рис. 2) ось у чому. Стиснене повітря або кисень надходить у повітряне сопло і виходить звідти з великою швидкістю. Під дією розрідження, що розпилюється рідина піднімається по трубці і змішується з повітряним потоком. Струмінь рідини, що витікає в газове середовище, розпадається на дрібні краплі, які за інерцією відносяться струмом повітря і потрапляють на сепаратор, де ще дрібніше дробляться, в результаті чого утворюється аерозоль, більші частинки осаджуються і стікають назад, змішуючись з рідиною, що розпилюється. При використанні пневматичного генератора дозування менш точне, розміри частинок залежать від діаметра форсунки та швидкості потоку повітря.

Для отримання порошкоподібних аерозолів застосовують пневматичні відцентрові (вихрові) розпилювачі. Стиснене повітря або кисень з балона надходить у розпилювальну камеру через канал, у корпусі якого знаходиться порошок, попередньо подрібнений. При виході газового потоку з каналу, спрямованого по дотичній до циліндричної камери, утворюється вихор, який зриває частинки поверхні порошку і виносить їх через вихідний отвір. Таким чином, відбувається «поверхневе» розпилення порошку, рівень якого знаходиться нижче за вход газу в камеру. У міру винесення частинок турбулентним потоком газу відбувається ущільнення шару порошку, у зв'язку з чим утворення аерозолю зменшується, а потім припиняється. Призбільшення швидкості повітряного потоку розпилювання відновлюється.

Порошкоподібні лікарські аерозолі не знайшли широкого застосування з лебковою метою. Іноді їх застосовують для бронхографії, використовуючи металевий пил (танталовий).

При диспергуванні рідини на частинках аерозолю виникає електричний заряд порядку від 1 до 30 одиниць (1 одиниця заряду дорівнює 1,6: 10-8 кулонів). Таке явище електризації аерозолю називається ефектом Ленардо. Ці «випадкові» заряди надто малі, електрони на поверхні частинок аерозолю розподіляються так, що не створюється ні надлишку, ні нестачі їх і тому такий аерозоль називається нейтральним або простим.

Частинкам звичайного аерозолю можна повідомити негативний або позитивний електричний заряд. Якщо всі агрегатні частинки такого аерозолю мають на своїй поверхні надлишок електронів, його називають негативним уніполярним. При нестачі електронів на поверхні всіх частинок аерозоль називають позитивним уніполярним. Величину заряду лікарських електроаерозолів вимірюють спеціальним лічильником гідро- та аероїнів.

Різновидом пневматичного розпилювача є електроаерозольний генератор. Стиснутий газ надходить у повітряне сопло, а рідина, що розпилюється, підсмоктується через рідинне сопло. Сепаратором служить кулька. На повітряне сопло подають позитивний потенціал, але в рідинне сопло і сепаратор — негативний потенціал. Потік рідини, що витікає з сопла, розпадається на частинки, які в силу електростатичної індукції набувають негативного заряду (якщо змінити полюси електродів, то частинкам повідомляють позитивний заряд). Описаний метод електризації частинок є основою роботи медичної аерозольної апаратури.

Електрично заряджені частинки, що вводяться вдихальні шляхи, повніше осідають у яких з допомогою електростатичного розсіювання. Негативний заряд аерозольних частинок сприятливо впливає на функції миготливого епітелію та зовнішнього дихання.

Ультразвуковий інгалятор складається з електричної частини та розпилювального блоку. Принцип його полягає в тому, що напруга від генератора електричних коливань ультразвукової частоти (від 0,8 до 2,5 мГц) надходить на п'єзоелектричний перетворювач. Ультразвуковий пучок проходить через контактну воду і звукопроникну мембрану, що розділяє лікарську речовину і контактну воду, і фокусується на поверхні розчину, що розпилюється, відриваючи постійно крапельки, які і утворюють аерозоль.

Перевагою ультразвукового методу генерування аерозолю є порівняно вузький спектр розмірів частинок (0,5-5 мкм), що визначає високу стійкість та щільність аерозолю, оскільки немає розведення його повітрям.

Ультразвукові генератори (рис. 4) мають більш високу (в 10 разів), порівняно з пневматичними, продуктивністю, а аерозоль, що отримується з їх допомогою, має вузький спектр частинок. При цьому із збільшенням частоти коливань зменшується середній радіус частинок. Продуктивність генератора регулюється інтенсивністю (амплітудою) ультразвукових коливань. Частинки аерозолю за розміром однорідні та здатні проникати до альвеол. Ультразвуковий аерозоль має більшу щільність частинок у певному обсязі. Чим довший шлях від джерела розпилювача, тим менша щільність аерозолю, оскільки частки конденсуються. Тому дихальні шланги мають бути короткими. Недоліком ультразвукового інгалятора є утрудненість розпилення в'язких речовин (масел). Це звужує сферу застосування таких апаратів для аерозольтерапії.Через високу щільність аерозолю під час інгаляції у хворого можуть виникати неприємні відчуття. У аерозолі, що вдихається, створюється мала концентрація кисню, що надає негативний вплив на функцію миготливого епітелію, і, крім того, в бронхах підвищується опір руху повітря за рахунок збільшення щільності і в'язкості газу, що вдихається. Ці фактори необхідно враховувати під час використання ультразвукових інгаляторів.

Апарати, що застосовуються для одержання аерозолів біологічно активних речовин, називаються аерозольними інгаляторами. Їх поділяють на камерні (відкритого типу) та індивідуальні (закритого типу). Камерні інгалятори створюють аерозольну хмару та пацієнти, які перебувають у процедурному приміщенні, вдихають аерозоль лікарських речовин. Камерні інгалятори застосовують для розпилення медикаментів, сольових або лужних розчинів, мінеральних вод. Приміщення після кожного розпилення має бути добре провентильовано.

При використанні індивідуальних інгаляторів аерозоль потрапляє у дихальні шляхи безпосередньо з апарату. При цьому скільки рідини розпорошується, стільки і вдихається. Щільність туману особливо велика.

Для підігріву аерозолю використовують електронагрівачі, вмонтовані в апарат, але можливі й інші джерела тепла, зокрема водяна пара, яка може бути одночасно розпилюючим агентом.

До групи інгаляційних апаратів відносяться кишенькові інгалятори, що працюють від людини. Інгалятор має еластичний гумовий балон, з клапаном для нагнітання повітря. У розпилювач наливають розчин, що інгалюється (1-2 мл), вихідний отвір розпилювача закривають пробкою, а сам інгалятор поміщають в кишеню або сумочку (звідки і походить назва інгалятора). Продуктивність кишеньковогоінгалятора мала. Щоб перетворити на аерозоль 1 мл розчину, необхідно зробити до 700 натискань на балон. Необхідність у кишенькових інгаляторах виникла в основному через купірування нападу бронхіальної астми.

Кишенькові інгалятори мають ту перевагу, що ними можуть скористатися самі хворі. Спектр частинок ширший, ніж у пневматичних та ультразвукових інгаляторах. Діаметр крапель коливається від 2 до 15 мкм та більше, що залежить від регулювання сопла (форсунки). Розпорошує будь-які рідини, навіть олії.

Різновидом кишенькових інгаляторів є розпилювачі Інгакамф і Інгафен, які працюють без примусової подачі повітря. При користуванні ними відгвинчують верхній ковпачок, що герметизує, і сопло внутрішнього ковпачка притискають до однієї ніздрі. Другу ніздрю закривають пальцем і втягують повітря, яке, пройшовши через шар повсті, просоченого лікарською речовиною, перетворюється на аерозоль. За таким же принципом працює кишеньковий інгалятор Махольда, що випускається в НДР, його виготовляють повністю зі скла, формою він нагадує тюрингейську курильну трубку.

До камерних (групових) інгаляторів належать: ГЕК-1 - генератор електроаерозолів камерний, ГЕК-2 - генератор електроаерозолів груповий (обидва імпортного виробництва), TUR USI - ультразвуковий кімнатний аерозольний апарат.

До індивідуальних інгаляторів відносяться: АІ-1 – аерозольний інгалятор, ПАІ-1 та ПАІ-2 – інгалятор портативний, УП-2 – інгалятор універсальний, ІП-2 – інгалятор паровий з електричним підігрівом, «Аерозоль У-1» – інгалятор аерозолів , «Електрозоль-1» - генератор аерозольний ручний, «Електро-золь-2» - інгалятор електроаерозолів індивідуальний.

ГЕІ-1 - генератор електроаерозолів індивідуальний. "Аерозол П-1" - інгалятор аерозолівпереносний, «Аерозол П-2» - інгалятор аерозолів переносний, АІІП-1 - інгалятор аерозолів індивідуального користування.

Інгалятори кишенькові: ІКП-М, ІКП-М-2, ІКП-М-3,. "Інгакамф", "Інгафен", Махольда.

Ультразвукові інгалятори: TUR USI-50, TUR USI-60. TUR USI-70.