Пневматические распылители

Одним из распространенных способов генерирования аэрозолей является применение устройств с форсунками (соплами). Так как распыление в них осуществляется по­средством сжатого газа (воздуха или кислорода), то эти устройства получили название пневматических распылите­лей. Они могут быть как с подогревом, так и без него (рис. 30).

30. Пневматические распылители:

а — общая схема; б — распылитель «Бирд ГГплайн Микропебулайзер». Объясне­ние в тексте.

По конструкции пневматический распылитель напоми­нает обычный пульверизатор (рис. 30, а). Сжатый воздух или кислород через сопло (1) подается к отверстию ка­пилляра (2), погруженного в жидкость (3). Вследствие эффекта Вентури или Бернулли в капилляре создается разрежение. Вода всасывается в капилляр и далее под действием воздушного потока, выходящего из сопла, дис­пергируется.

Аэрозоли, образуемые пневматическими распылителями, как правило, полидисперсны (спектр размеров частиц со­ставляет 0,5 — 35 мкм). Размер, спектр размеров и объе­мов аэрозольных частиц зависят от объемной скорости потока сжатого газа и от поперечного сечения капилляра. Их плотность значительно меньше, чем у аэрозолей, об­разуемых ультразвуковыми распылителями. Более круп­ные частицы имеют малую глубину проникновения в ды­хательные пути больного; частицы мелкодисперсной фрак­ции обладают высокой собственной скоростью, поэтому хотя они и проникают в мельчайшие бронхи, но в зна­чительной части не оседают там и в фазе выдоха выбра­сываются наружу, снижая эффективность увлажнения.

Мы считаем нужным обратить особое внимание на этот факт, нередко игнорируемый при оценке увлажняющей способности аэрозольных распылителей, как пневматиче­ских, так и ультразвуковых, которая основывается, как правило, на их производительности. Однако влажность дыхательной смеси и увлажнение слизистой оболочки по­верхности дыхательных путей — явления не однозначные.

С целью увеличения проникновения и осаждаемости аэрозоля предлагается ряд решений, в частности примене­ние так называемых виброаэрозолей. Некоторые фирмы (например, фирма «Хайер», ФРГ) придают специальные вибраторы к аэрозольным распылителям.

Пневматические распылители в принципе могут рабо­тать в сочетании со всеми типами аппаратов ИВЛ. Одна­ко необходимо учитывать, что, как правило, мощность ды­хательной газовой смеси, поступающей к больному в фазе вдоха, недостаточна для генерирования аэрозоля, и в от­личие от ультразвуковых распылителей дыхательная смесь не может быть газом-носителем. Для получения «пнев­матического» аэрозоля необходим сжатый газ либо от собственного генератора вдоха аппарата ИВЛ (как, на­пример, у распылителей аппаратов «Спирон-303» или «Бирд-Марк 8»), либо от дополнительного источника (как в увлажнителях дыхательных смесей «УДС-1А» или «УДС-1У»).

Газ-носитель изменяет дозированный состав дыхатель­ной смеси, а у аппаратов ИВЛ, регулируемых по объему или по времени, влияет на установленную величину дыха­тельного объема. Об устранении этого недостатка будет изложено ниже.

«Бирд Инлайн Микронебулазер». Этот пнев­матический распылитель без подогрева поставляется в со­четании с аппаратом ИВЛ «Бирд Марк 8» для аэрозоль-терапии и увлажнения дыхательной смеси. Упрощенная схема распылителя приведена на рис. 30,6. Кроме фор­сунки (1), капилляра (2) и резервуара для жидкости (3), распылитель имеет сепаратор (4), расположенный на­против отверстия форсунки, который осаждает крупные частицы аэрозоля. Благодаря этому выходящий из рас­пылителя аэрозоль имеет относительно однородный со­став мелкодисперсных частиц. Распылитель приводится в действие сжатым газом, идущим только в фазу вдоха по ответвлению от основного источника питания аппарата. Поскольку аппарат «Бирд Марк 8» переключается «по давлению», газ-носитель аэрозоля становится частью не­обходимого дыхательного объема.

Недостатками распылителей типа «Бирд» являются рез­кая зависимость производительности от уровня жидкости в резервуаре и от изменения параметров вентиляции. При Vт=500 мл, 1 вдоха^a/выдоха =1:1, f=12 мии^-1 относительная влажность при 37°С составляет от 51 до 59%, а при Vt= 1000 мл и неизменных остальных параметрах — только 41% [Tontschev et al., 1978], что не позволяет рекомендо­вать его для увлажнения дыхательных смесей, особенно при длительной ИВЛ [Schoning, Kolb, 1973].

«Дрегер-компрессор 660». Для увлажнения ды­хательной смеси в состав некоторых моделей аппаратов ИВЛ фирмы «Дрегер», ФРГ (например, «Спиромат 661/662») входит так называемый компрессорный рас­пылитель (рис. 31). Дистиллированная вода из резервуа­ра (2) через фильтр (3) насасывается компрессором (1) и через сопло форсунки (4) с высокой скоростью по­ступает на пластинчатый сепаратор (5), образуя аэро­золь. Крупные частицы и капли воды возвращаются в ре­зервуар, мелкие частицы увлекаются дыхательным газом, который для данного типа распылителя является газом-носителем. Все элементы, входящие в состав так назы­ваемой дыхательной головки (волюметр, манометр, кла­паны вдоха и выдоха, дыхательные патрубки) интенсивно нагреваются. Поэтому аэрозоль испаряется в линии вдоха, и к пациенту вода поступает в молекулярном виде. По своему принципу действия этот распылитель стоит особ­няком, занимая промежуточное положение между аэро­зольным распылителем и увлажнителем-испарителем.

Эффективность увлажнения с помощью компрессорного распылителя получила самую вы­сокую оценку исследователей [Наmer, 1974; Tontschev et al., 1978].

31. Устройство «Дрегер-компрессор 660». Объяснение в тексте.

Аэрозольный увлажни­тель дыхательных смесей (УДС-1А). Разработан во Всесоюз­ном научно-исследовательском ин­ституте медицинского приборо­строения [Рейдерман Е.Н. и др., 1980]. Отличительная особенность данного пневматического распыли­теля — оптимальная синхронизация подачи аэрозоля с фазами дыхательных циклов аппарата:

при ИВЛ аэрозоль воды заполняет шланг вдоха в фазе выдоха дыхательного цикла. Такой принцип работы, отли­чающийся от работы известных пневматических распыли­телей, исключает нарушение параметров вентиляции, ус­тановленных на аппарате, поскольку газ-носитель, поступающий в шланг вдоха, становится частью установленно­го дыхательного объема.

Влагосодержание дыхательного газа при объемной ско­рости его прохождения через увлажнитель от 5 до 20 л/мин и непрерывной работе распылителя составляет от 33 до 43 мг Н₂O, что соответствует 75 — 98% относительной влажности при температуре 37°С.

Для работы увлажнителя необходим дополнительный источник сжатого газа, что усложняет его применение с аппаратами ИВЛ, работающими на электроприводе.

Пневматические распылители, входящие в состав оте­чественных аппаратов «Спирон-303» и «Ингалятор преры­вистого потока — ИПП-03», сохраняя рациональную син­хронизацию подачи аэрозоля с работой аппаратов, лишены указанного недостатка, поскольку их питание обеспечивается генератором вдоха самих аппаратов ИВЛ. Одна­ко производительность этих распылителей достаточна только для одновременной с ИВЛ лекарственной аэрозоль-терапии и не может обеспечить удовлетворительного увлажнения дыхательного газа.

Пневматические распылители просты и удобны в экс­плуатации, их стоимость невысока. Тем не менее они име­ют ограниченное применение в качестве увлажнителей при ИВЛ. Основная причина состоит в том, что пневматические распылители без подогрева не обеспечивают доста­точного, эквивалентного физиологическому, увлажнения слизистой оболочки трахеи и бронхов. Более того, за счет потери тепла на испарение аэрозоля температура дыхательной газовой смеси, поступающей к больному, заметно ниже температуры окружающего воздуха, что приводит к дополнительному локальному переохлаждению слизи­стой оболочки трахеи и бронхов. Поэтому, сохраняя свое значение для образования лекарственных аэрозолей, пнев­матические распылители без подогрева считаются непри­годными для увлажнения дыхательных смесей в процессе ИВЛ [Bachmann, 1971; Boys et al., 1972; Kucher et al., 1972].

Пневматические распылители с подогревом обеспечива­ют более высокую влажность и температуру дыхательной смеси. Однако генерируемая ими аэрозоль, как и у рас­пылителей без подогрева, обладает свойствами, снижаю­щими эффективность увлажнения слизистой оболочки бронхов, о чем было указано выше. Кроме того, обогре­ватель усложняет конструкцию распылителя, приближая его по сложности устройства к более предпочтительному в физиологическом отношении увлажнителю-испарителю.

Центробежные распылители

Принцип работы этого типа распылителей основан на распылении жидкости, находящейся на вращающемся ди­ске, под действием центробежной силы. Размер аэрозоль­ных частиц зависит от скорости вращения диска и от диа­метра ротора. Для генерирования аэрозолей, используе­мых в медицине, необходимо применение центробежных генераторов с большим числом оборотов. Чтобы получить аэрозольные частицы размером 18 мкм, скорость враще­ния диска должна составлять 100000 об/мин при диамет­ре ротора 3 см. Аэрозольные частицы с достаточно малым размером могут генерировать только ультрацентрифуги. Все известные до настоящего времени центробежные рас­пылители представляют интерес только для кондициони­рования воздуха в помещениях.