3.3.1 Системы для ультразвуковой ингаляции легких

В последние 15-20 лет в практику лечения легочных заболеваний вошел метод аэрозольной терапии, а соответствующие аппараты получили название ультразвуковых ингаляторов.

Аэрозолем является суспензия капелек или твердых частиц в газе. Действующим физико-химическим фактором при аэрозольной терапии служит распыленное в воздухе огромное количество мельчайших лекарственных частиц, обладающих высокой химической и биологической активностью (таблица 3.1).

Таблица 3.1. Сводные данные основных параметров аэрозольных частиц

Параметры частиц	Диаметр частиц d, мкм
	100	10	1	0,1	0,01	0,001
Объем, мл Количество из 1 мл жидкости, шт Площадь поверхности, м2	10-6 106 0,03	10-9 109 0,3	10-12 1012 3	10-15 1015 30	10-18 1018 300	10-21 1021 3000

Метод ультразвуковой аэрозольной терапии состоит в том, что фокусирующий излучатель помещается в жидкость и фокусирует энергию ультразвуковой волны под поверхностью раздела жидкость воздух. При частоте ультразвука порядка единиц мегагерц можно получать в фокусе интенсивность до 100 Вт/см² и выше. В результате происходит разбрызгивание жидкости и фонтанированное образование аэрозоля в воздухе в виде лекарственного тумана. Фокусирующий излучатель выполняется обычно из титаната бария и имеет сферическую форму.

Водные аэрозоли с частицами диаметром более 5 мкм неустойчивы вследствие относительно большой скорости падения таких частиц. Мелкодисперсный аэрозоль с частицами диаметром менее 0,005 мкм, т.е. размера молекул образует газ или пар. Глубина проникновения капелек распыляемой лекарственной жидкости в дыхательный тракт зависит от диаметра частиц. Так, аэрозоль, состоящий из очень крупных частиц, диаметром порядка 5 мкм и более, осаждается в трахее; менее крупные частицы аэрозоля доходят до бронхов и бронхиол (малых бронхов); аэрозольные частицы диаметром 0,5-0,3 мкм доходят вплоть до альвеол; капли же меньших размеров (мелкие аэрозольные частицы – газ или пар) выдыхаются пациентом.

Аэрозоли, созданные ультразвуковым методом, выгодно отличаются от аэрозолей, – полученных другими способами (например, пневматическим). Спектр размеров таких аэрозолей относительно узок, т.е. мы имеем дело с примерно монодисперсным аэрозолем. Диаметр частиц зависит от частоты ультразвука. Задав определенную частоту, можно достичь преобладания частиц требуемого диаметра, т.е. добиться эффективной терапии легких. Производительность ультразвукового метода достигает 3 мл/мин распыляемого вещества для индивидуальных аппаратов и 10 мл/мин для групповых аппаратов, что на порядок выше производительности пневматического метода. Кроме того, для распыления ультразвуком пригодны все жидкости и растворы с низкой вязкостью и малым поверхностным натяжением.

К недостаткам ультразвукового метода можно отнести не возможность распыления вязких жидкостей, сравнительную сложность оборудования и необходимость в квалифицированном обслуживании. Однако эти недостатки не так существенны и искупаются большой эффективностью аэрозольной терапии.

Перечисленные достоинства легли в основу разработанных и успешно применяемых в последние годы аппаратов для аэрозольной терапии ряда заболеваний дыхательного тракта. Содержащие эту аппаратуру БТС-МТ относятся к системам с вещественным управлением. Такие системы предусматривают групповую и индивидуальную терапию. В первом случае группа в 10-20 пациентов усаживается в специальном помещении – ингалятории и свободно вдыхает насыщенный требуемыми лекарственными аэрозолями воздух в течение определенного времени. Во втором – пациент вдыхает лекарственный аэрозоль одним из следующих способов: при помощи мундштука однократного применения, стерилизуемого мундштука, дыхательной маски, ингаляционной палатки.

Аппарат для групповой ингаляции, называемый также камерным ингалятором, состоит из двух блоков: распылителя и пульта управления. Распылитель устанавливается в середине ингалятория, представляющего собой круглое помещение диаметром 4-6 м (для 10-20 пациентов) объемом до 200 м³, стены и пол которого облицованы керамической плиткой, а потолок покрыт кислотостойким лаком. Ингаляторий должен хорошо проветриваться, для того чтобы воздух в нем не содержал много СO₂. Распылитель либо смонтирован на штативе высотой около 1 м и устанавливается на полу ингалятория, либо подвешен под потолком. В корпусе распылителя помещается небольшой сосуд с распы­ляемой лекарственной жидкостью емкостью 1 л, погруженный в ванну с дистиллированной водой емкостью 10 л. В ванне помещается фокусирующий излучатель и термостат для подогрева дистиллированной воды до температуры 40-50°С. Эта вода является звукопередающей контактной средой от излучателя к лекарственной жидкости. Пройдя через контактную воду и лекарственную жидкость, ультразвук фокусируется в точке, расположенной под поверхностью лекарства. В этой области образуется центр конвергенции, над которым возникает фонтан. Уровень лекарства во время процедуры автоматически поддерживается неизменным, чем обеспечивается постоянство концентрации вырабатываемого аэрозоля. Встроенные в сопле распылителя вентилятор и второй подогреватель (воздуха) обеспечивают эффективное распыление подогретого аэрозоля по всему ингаляторию. Одной порции лекарства хватает на 100 мин при максимальной производительности аппарата (10 мл/мин). Все части, размещаемые в корпусе, легко вынимаются и доступны для промывания и чистки.

Пульт управления содержит ВЧ-генератор, источник питания, органы регулировки и контроля.

Аппараты для индивидуальной ультразвуковой ингаляции обычно выполняются в виде настольной конструкции. Они применяются не только для терапевтических целей, но и при хирургии (до операций и после нее для профилактики пневмонии).

Структурная схема таких ингаляторов содержит генератор и распылитель, устанавливаемый на крышке генератора или располагаемый рядом. Распылитель имеет гофрированный шланг пациента, оканчивающийся мундштуком для дыхания (разового применения или легко дезинфицируемой конструкции). Клапаны вдоха и выдоха обеспечивают эффективное использование аэрозоля. Максимальная производительность ингалятора составляет 3 мл/мин распыляемого лекарства. Мощность ВЧ-генератора составляет 20-30 Вт.

Из приведенного описания ясно, что в таких системах нет обратной связи с выхода (биологического объекта-пациента) на вход (пульт управления ингалятором). Эта система может соответствовать структурной схеме, показанной на рисунке 3.9, г).