Физические обоснования и методики проведения процедур терапии электроаэрозолями

Аэрозолями называются твердые или жидкие частицы, взвешенные в газообразной среде. В аэрозольтерапии наибольшее применение находят аэрозоли жидких лекарственных веществ с частицами, радиусы которых лежат в пределах от 0,5 до 25 мкм. При этом условно аэрозоли с радиусом частиц, превышающим 4 мкм, называют грубодисперсными, а с частицами, радиус которых меньше 4 мкм – высокодисперсными. От размеров частиц в сильной степени зависит глубина проникновения аэрозоля в легкие. Если радиус частиц аэрозоля превышает 50 мкм, то они, попадая в ротовую и носовую полость, не доходят до трахеи. В трахею проникают частицы с радиусом меньше 25 мкм, при этом в крупные бронхи проходят частицы с радиусом, не превышающим 15 мкм. Бронхов второго и третьего порядка достигают частицы с радиусом меньше 10 мкм и, наконец, в альвеолы попадают частицы, радиус которых не превышает нескольких мкм.

За счет большой суммарной поверхности частиц аэрозоля они, коснувшись стенок дыхательного пути, очень быстро всасываются и переходят в кровь и лимфу, что обеспечивает высокую эффективность их лечебного действия. Для лучшего представления о влиянии распыления на общую поверхность частиц приведем следующий пример. Поверхность жидкости, имеющей форму шара объемом 1 мл, составляет 4,84 см². При распылении ее на частицы с радиусом 5 мкм поверхность жидкости увеличивается до 6000 см², т.е. более чем на три порядка.

Наибольшая скорость всасывания имеет место в альвеолах, поэтому если целью аэрозольтерапии является общее воздействие на организм или местное воздействие на нижние участки легких, то стремятся обеспечить как можно более глубокое прохождение аэрозоля в легкие и применяют высокодисперсные аэрозоли. Если объектом воздействия являются верхние дыхательные пути, то применяют грубодисперсные аэрозоли.

В последнее время широкое применение находят заряженные аэрозоли жидких лекарственных веществ - электроаэрозоли. При введении в дыхательные пути электроаэрозолей происходит их более полное осаждение. Это объясняется в основном взаимным отталкиванием одинаково заряженных частиц. Ускоряется и всасывание лекарственных веществ по сравнению с незаряженными аэрозолями. Применение электроаэрозолей приводит к увеличению концентрации лекарственного вещества в тканях и жидкостях организма примерно в 1,5-2 раза по сравнению с обычными аэрозолями. Соответственно возрастает и время сохранения лечебных концентраций лекарственных веществ. Установлено, что электроаэрозоли (как правило, отрицательно заряженные), так же как и аэроионы, оказывают положительное нормализующее влияние на различные органы и системы организма, включая центральную нервную систему.

Ингаляции аэрозолей проводят как индивидуально с помощью респираторной маски или мундштука, так и группам пациентов в специальных помещениях-ингаляториях. В последнем случае применяются камерные ингаляторы большой производительности, создающие в ингалятории достаточную плотность аэрозоля.

Помимо ингаляций аэрозолей и электроаэрозолей, возможно также прицельное воздействие ими на открытые участки тела при ожогах в других поражениях.

В качестве генераторов аэрозолей жидких лекарственных веществ обычно применяются пневматические (форсуночные) распылители.

Находят применение также центробежные распылители, у которых под действием центробежной силы пленка жидкости срывается с вращающегося диска, образуя аэрозольные частицы, уносимые воздушным потоком. Центробежные распылители обладают высокой производительностью, но с их помощью трудно обеспечить узкий спектр размеров аэрозольных частиц.

С развитием ультразвуковой техники появились распылители, использующие энергию ультразвука. Создаваемый параболическим пьезопреобразователем сходящийся пучок ультразвуковых колебаний проходит снизу через распыливаемый раствор и фокусируется на его поверхности. В результате образуется фонтан жидкости, с поверхности которого срываются частицы аэрозоля.

Важным преимуществом ультразвуковых распылителей является относительно узкий спектр размеров частиц аэрозоля, которые зависят, в основном, от частоты ультразвуковых колебаний. При этом ультразвуковые распылители обладают на порядок более высокой производительностью по распыливаемой жидкости, чем пневматические. Однако производительность зависит от плотности жидкости и снижается при распыливании вязких жидкостей, что ограничивает возможности ультразвукового распыления.

Все аэрозоли, получившиеся в результате распыления, имеют электрический заряд. При распаде струи жидкости, отрыве капель происходят электризация частиц. Однако величина зарядов обычного аэрозоля невелика. Для повышения заряда частиц применяют их дополнительную электризацию, в результате чего получают электроаэрозоль.

Рассмотрим принципиальную схему пневматического электроаэрозольного распылителя, работающего по принципу эжекции (рис. 4).

Рисунок 4 – Схема устройства генератора электроаэрозолей.

Сжатый воздух от компрессора (или кислород из баллона) поступает в сопло форсунки 1. Струя воздуха, вытекая с высокой скоростью из сопла, сжимается, в результате чего создается разрежение около отверстия трубки 2. Жидкость 3 засасывается по трубке 2 и смешивается с потоком воздуха. При этом образуются аэрозольные частицы, попадающие на сферический сепаратор 5. Крупные частицы осаждаются на сепараторе и стекают в резервуар.

Для придания частицам аэрозоля заряда и получения электроаэрозоля на воздушное сопло и на соединенную с сепаратором, опущенную в жидкость трубку подается постоянное напряжение. За счет электростатической индукции на поверхности жидкости, вытекающей из трубки, наводятся заряды. Эти заряды остаются на возникающих при распылениях капельках - образуется электроаэрозоль, который выходит из распылителя по патрубку 4.

Генератор аэрозоля характеризуется следующими основными параметрами: производительность по воздуху, т.е. расход воздуха в литрах в минуту; производительность по распыливаемой жидкости, т.е. расход лекарственного раствора (в граммах в минуту); дисперсность аэрозоля (обычно указываются предельные радиусы частиц, составляющих подавляющую часть аэрозоля). Для генератора электроаэрозоля дополнительными параметрами являются полярная объемная плотность заряда аэрозоля, выражаемая в количестве элементарных зарядов (как правило, отрицательных) в единице объема аэрозоля, а также производительность по заряду, т.е. величина заряда, сообщаемая частицам за единицу времени. Важное значение имеет коэффициент униполярности, т.е. модуль отношения объемной плотности положительных зарядов к объемной плотности отрицательных зарядов.

В процессе распыления лекарственных веществ происходит охлаждение воздуха, в частности за счет расширения сжатого воздуха при выходе из форсунки. Кроме того, испарение осевших частиц аэрозоля также приводит к охлаждению дыхательных путей. Во избежание этого аэрозоль обычно подогревают и температура аэрозоля (около 38°С) - также важный параметр аэрозольного генератора.