Способ ингаляции

 

Использование в методах профилактики и лечения заболеваний, преимущественно, системы органов дыхания, путем ингаляций. Технический результат увеличение проникающей массы и глубины проникновения лекарственного вещества в дыхательную систему, а также уменьшение непроизводительных затрат лекарственного вещества в процессе ингаляции. Поставленная цель достигается повышением кинетической энергии вдыхаемого воздухопотока за счет его полного торможения на входе дыхательной системы в начальной фазе вдоха и возобновления движения при достижении заданного уровня внутриплеврального разрежения. При этом насыщение воздухопотока лекарственным веществом производят одновременно с возобновлением движения воздухопотока, когда его кинетическая энергия максимальна, а в полости рта воздухопоток направляют в желаемое место осаждения лекарственного вещества для локализации действия последнего. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к здравоохранению и может быть использовано при профилактике и лечении заболеваний, преимущественно системы органов дыхания человека.

Ингаляция широко используется в методах профилактики и лечения различных заболеваний. Особенно эффективно применение ингаляции при профилактике и лечении заболеваний системы органов дыхания (астма, бронхит, пневмония, фарингит и т.д.), что связано с непосредственным воздействием переносимого вдыхаемым воздухопотоком лекарственного вещества на внутренние органы дыхательной системы.

Создание быстродействующих лекарственных препаратов (например, сальбутомол), воздействие которых на внутренние органы дыхательной системы позволяет добиться высокого лечебного эффекта в считанные секунды, и препаратов, вводимых только путем ингаляции (например, интал), обусловило значительное возрастание роли ингаляции в методах лечения и профилактики заболеваний. Как следствие этого наряду с ингаляторами, применяемыми в лечебных учреждениях и домашних условиях (ингалятор Махольда [1]), большое распространение в настоящее время получили носимые ингаляторы индивидуального пользования - ингафены (спинхалер [2]).

В ингаляторе Махольда воздухопоток протекает через канал U-образной профилированной трубки. Насыщение вдыхаемого воздухопотока лекарственным веществом достигается при прохождении воздухопотока через раствор лекарственного вещества, заполняющий нижнюю часть трубки, за счет подхватывания мелкодисперсионных частиц раствора воздухопотоком.

В спинхалере, предназначенном для введения порошкового лекарственного препарата (интал), вдыхаемый воздухопоток поступает через каналы корпуса и мундштука ингалятора. При этом в канале корпуса размещен приводимый в движение вдыхаемым воздухопотоком пропеллер, в котором устанавливается капсула с препаратом. Предварительно капсула прокалывается и насыщение воздухопотока препаратом обеспечивается за счет ее продува. Вращение пропеллера вызывает турболизацию воздухопотока, что способствует распылению выдуваемого из капсулы препарата.

Таким образом, несмотря на различное конструктивное выполнение ингаляторов для введения лекарственных препаратов в виде порошков, растворов и газовых смесей и разнообразие применяемых в них процессов введения лекарственного препарата во вдыхаемый воздухопоток, все известные ингаляторы реализуют единый традиционно применяемый способ ингаляции, который основан на простом вдыхании насыщенного препаратом воздухопотока. Это обуславливает присущие известному способу ингаляции недостатки, для обоснования которых рассмотрим процессы движения воздухопотока в ингаляторе и дыхательной системе.

Совершение механической работы, связанной с перемещением дозы лекарственного вещества из ингалятора в дыхательную систему, определяет должный уровень кинетической энергии воздухопотока, которая при ограничении объема (массы) вдыхаемого воздуха дыхательным объемом зависит от скорости течения воздуха в дыхательной системе. Движение воздуха в дыхательной системе вызывается перепадом внутриплеврального и атмосферного давлений, который создается за счет изменения наддиафрагмального (дыхательного) объема при сокращении дыхательной мускулатуры. Поэтому вследствие постоянства площадей проходных сечений дыхательной системы скорость течения воздухопотока определяется только скоростью изменения дыхательного объема, т.е. скоростью перемещения дыхательной мускулатуры, а ограничение мощности дыхательной мускулатуры обусловливает ограничение скорости и кинетической энергии воздухопотока в дыхательной системе.

В связи с этим и низким уровнем кинетической энергии воздухопотока при простом дыхании, в известном способе ингаляции повышают скорость течения вдыхаемого воздухопотока в каналах ингалятора до поступления в дыхательную систему за счет дросселирования (сужения проходного сечения каналов). В результате, несмотря на потери полной энергии воздухопотока при дросселировании, в ингаляторе возрастает его кинетическая энергия, а следовательно, повышается способность воздухопотока подхватывать и переносить в дыхательную систему частицы лекарственного вещества. Однако сужение проходного сечения на входе в дыхательную систему приводит лишь к местному повышению скорости воздухопотока: попадая в полость рта, площадь проходного сечения которой значительно превышает площадь дросселя в ингаляторе, воздухопоток расширяется, что сопровождается падением его скорости и снижением способности совершать механическую работу по перемещению лекарственного вещества в дыхательной системе.

Эффективность ингаляции как способа введения лекарственных веществ характеризуется способностью переноса с вдыхаемым воздухопотоком как можно большей части однократной дозы лекарственного вещества к органам дыхательной системы (вплоть до терминальных отделов трахеобронхиального тракта). С учетом этого анализ рассмотренных процессов движения воздухопотока в известных ингаляторах и дыхательной системе выявляет следующие недостатки известного способа ингаляции: низкий уровень кинетической энергии воздухопотока при простом вдохе, что является следствием зависимости скорости воздухопотока от скорости сокращения дыхательной мускулатуры, ограничивает переносимую массу и глубину проникновения лекарственного вещества в дыхательную систему; взаимодействие поступающего из ингалятора воздухопотока с внутренними тканями полости рта (вследствие расширения воздухопотока) приводит к осаждению лекарственного вещества в полости рта до поступления в трахеобронхиальный тракт, что уменьшает проникающую массу - часть однократной дозы лекарственного вещества, достигающую желаемого места осаждения.

Результаты проведенных авторами клинических исследований показали, что при ингаляции интала через спинхалер от 9 до 14% содержащегося в капсуле препарата остается в ингаляторе (в основном на пропеллере), от 42 до 54% оседает в полости рта и только максимум 49% дозы определяют проникающую массу, т.е. массу препарата, попадающую по назначению.

Целью изобретения является повышение профилактического и лечебного эффекта ингаляции как способа введения лекарственных веществ за счет увеличения проникающей массы и глубины проникновения лекарственного вещества в дыхательную систему. Помимо повышения эффективности и локализации действия лекарственного вещества это обеспечивает сокращение его непроизводительных затрат в процессе ингаляции, так как увеличение проникающей массы обусловливает пропорциональное снижение требуемой дозы лекарственного вещества.

Для достижения поставленной цели в данном способе ингаляции в начальной фазе вдоха осуществляют полное торможение воздухопотока потока на входе дыхательной системы, т.е. разобщение дыхательной системы с окружающей атмосферой. Вызываемое этим нарушение нормального цикла дыхания приводит к рефлекторному сокращению дыхательной мускулатуры: пациент стремится осуществить вдох, несмотря на то, что воздух в дыхательную систему не поступает. Результат сокращения дыхательной мускулатуры - увеличение дыхательного объема и снижение внутриплеврального давления по сравнению с атмосферным. Возникающий перепад давлений уравновешивается усилием, развиваемым дыхательной мускулатурой, которая в этом случае находится под статический нагрузкой, не свойственной простому дыханию. Проводя анологию с широко применяемым в технике газовым двигателем в виде силового цилиндра с поршнем, можно сказать, что, совершив механическую работу по расширению замкнутого объема, дыхательная мускулатура развивает "тормозное усилие" - максимальное усилие, при котором скорость ее перемещения равна нулю. Соответственно, максимально возможной величины достигает внутриплевральное разрежение, а следовательно, и перепад внутриплеврального и атмосферного давлений, который по результатам проведенных исследований возрастает в 5-8 раз по сравнению с простым дыханием при известном способе ингаляции и может достигать величины 2·10⁴ КПа.

Согласно предложенному способу ингаляции при достижении заданного уровня внутриплеврального разрежения, который выбирают близким или равным максимально возможному исходя из оценки развития дыхательной мускулатуры пациента, возобновляют движение вдыхаемого воздухопотока, сообщая дыхательную систему с атмосферой. Следовательно, движение воздухопотока (вдох) возобновляют при начальных условиях, не характерных простому дыханию: дыхательный объем предварительно расширен вследствие совершенной дыхательной мускулатурой механической работы; дыхательная мускулатура находится в максимальном (статическом) напряжении; перепад внутриплеврального и атмосферного давлений имеет максимальную величину (не достигаемую при простом дыхании).

Это приводит к тому, что первоначально движение воздухопотока в дыхательной системе определяется не скоростью сокращения дыхательной мускулатуры, как в известном способе ингаляции, а предварительно созданным в результате совершения дыхательной мускулатурой механической работы перепадом давлений. Учитывая, что скорость течения воздухопотока при скоростях, значительно меньших скорости звука, пропорциональна перепаду давлений, движение воздухопотока возобновляется со скоростью, в 5-8 раз превышающей скорость при простом дыхании. Это определяет увеличение кинетической энергии воздухопотока в импульсе соответственно в 25-64 раза.

На чертеже приведены зависимости изменения внутриплеврального давления при вдохе, осуществляемому в известном (зависимость 1) и в предложенном (зависимость 2) способах ингаляции, полученные в процессе проведенных авторами экспериментальных исследований, где введены обозначений: Δp - перепад внутриплеврального и атмосферного давления; Δp₃ - перепад давлений, соответствующий заданному уровню внутриплеврального давления; t - текущее время; t_н - время начала движения воздухопотока в предложенном способе ингаляции; t_вд - время вдоха. Данные зависимости наглядно иллюстрируют качественные и количественные различия в процессах изменения перепада внутриплеврального и атмосферного давлений при вдохе для сравниваемых случаев. В известном способе ингаляции процесс изменения перепада давлений носит монотонный характер, а в предложенном - импульсный: до момента возобновления движения воздухопотока происходит увеличение перепада давлений до величины, соответствующей заданному уровню внутриплеврального давления; при возобновлении движения воздухопотока внутриплевральное давление, а следовательно, и перепад давлений, снижаются до уровней, соответствующих простому дыханию.

Создание начального перепада внутриплеврального и атмосферного давлений приводит к образованию мощной, направленной к алвеолам воздушной струи и быстрому наполнению заранее расширенного дыхательного объема. Вместе с тем, в момент возобновления движения воздухопотока резко снижается нагрузка на дыхательную мускулатуру и начинается ее интенсивное сокращение, вызывающее дальнейшее увеличение дыхательного объема. При этом вследствие предварительного максимального напряжения возрастает скорость и амплитуда сокращения дыхательной мускулатуры. Поэтому в заключительной фазе предложенного способа ингаляции, протекающей при восстановленной зависимости скорости воздухопотока от скорости сокращения дыхательной мускулатуры, по сравнению с известным способом ингаляции достигается повышение скорости (кинетической энергии) воздухопотока в дыхательной системе и увеличение дыхательного объема за счет не используемого при простом дыхании "мертвого" наддиафрагмального объема.

Таким образом, увеличение кинетической энергии вдыхаемого воздухопотока в предложенном способе за счет использования энергетических резервов дыхательной мускулатуры обуславливает повышение способности воздухопотока эжектировать или выдувать частицы лекарственного вещества и переносить их в дыхательную систему. Это достигается без дросселирования воздухопотока в ингаляторе, что способствует: уменьшению расширения вдыхаемой струи воздуха при течении через полость рта, в которой образуются "застойные зоны", частично исключающие контакт переносимого струей лекарственного вещества с тканями полости рта (эффект - снижение осаждения лекарственного вещества в полости рта); уменьшению потерь энергии воздушной струи при протекании через полость рта (эффект - увеличение проникающей способности лекарственного вещества с воздухопотоком в дыхательную систему).

При ингаляции лекарственного вещества в виде порошка или раствора его ингалируемая масса значительно больше, чем при ингаляции газовых смесей. Поэтому насыщение вдыхаемого воздухопотока лекарственным веществом в виде порошка или раствора в предложенном способе ингаляции целесообразно производит одновременно с возобновлением движения воздухопотока, когда перепад внутриплеврального и атмосферного давлений, а следовательно, и кинетическая энергия воздухопотока, максимальны. Это способствует эжекции или выдувания всей дозы лекарственного вещества из ингалятора, исключая непроизводительные потери лекарственного вещества в его каналах.

По причине низкого уровня кинетической энергии воздухопотока при простом дыхании в известном способе ингаляции, реализующие этот способ ингаляторы выполняют с прямолинейными каналами как можно меньшей протяженности, так как течение воздухопотока по длинным искривленным каналам сопровождается потерями его энергии и увеличивает осаждение лекарственного вещества на поверхностях каналов. Увеличение более чем на порядок кинетической энергии вдыхаемого воздухопотока в предложенном способе ингаляции обеспечивает практически полное сдувание лекарственного вещества с поверхностей каналов ингалятора. Поэтому в случае ингаляции лекарственного вещества с локальным действием (например, предназначенным для воздействия на аденоиды) целесообразно направить воздухопоток в желательное место осаждения лекарственного вещества, что достигается за счет выполнения мундштука ингалятора с концевой частью, размещаемой непосредственно в полости рта и соответствующим искривлением ее канала (воздействию лекарственного вещества сразу на обе аденоиды способствует раздвижение канала мундштука). К тому же, это обеспечивает изоляцию воздухопотока от контакта с внутренними тканями полости рта, что уменьшает непроизводительные потери лекарственного вещества.

Помимо рассмотренных результатов предложенный способ ингаляции обеспечивает: развитие и укрепление дыхательной мускулатуры, что связано с ее работой в свойственных данному способу условиях экстремального нагружения; улучшение условий усвоения лекарственного вещества за счет стимуляции кровообращения при работе дыхательной мускулатуры под нагрузкой и массаже внутренних тканей дыхательной системы мощным потоком воздуха.

Для реализации предложенного способа ингаляции в части обеспечения полного торможения воздухопотока на входе дыхательной системы в начальной фазе вдоха и возобновления движения воздухопотока при достижении заданного уровня внутриплеврального разрежения в ингалятор вводится предохранительный клапан (МКИ⁵ F 16 K 17/00), запирающий канал ингалятора при вдохе и открывающий его при понижении внутриплеврального давления до заданной величины. При этом предпочтительней применение клапанов с приспособлениями для регулирования давления открытия (МКИ⁵ F 16 K 17/06), что позволяет адаптировать ингалятор к пациентам с различным уровнем развития дыхательной мускулатуры.

Одновременность насыщения воздухопотока лекарственным веществом с возобновлением движения воздухопотока достигается выполнением связи (механической, электро-механической, электрической, оптоэлектрической) клапана с дозатором, осуществляющим введение в поток нужной массы лекарственного вещества, или простым размещением заранее вскрытой капсулы с дозой лекарственного вещества в канале ингалятора за клапаном.

Для направления воздухопотока в желаемое место осаждения лекарственного вещества мундштук ингалятора выполняют, как уже отмечалось, с концевой частью, размещаемой непосредственно в полости рта. Форму проходного сечения, радиусы изгиба и протяженность канала в концевой части мундштука выбирают с учетом желаемого места осаждения лекарственного вещества, так что ингалятор может быть укомплектован набором мундштуков для введения лекарственных веществ, воздействующих на различные органы дыхательной системы.

Источники информации:
1. Ингалятор Махольда. Рекламный проспект.

2. Спинхалер. Рекламный проспект.

Формула изобретения

1. Способ ингаляции, основанный на насыщении вдыхаемого воздуха лекарственным веществом, отличающийся тем, что в начальной фазе вдоха осуществляют полное торможение воздухопотока на входе дыхательной системы и по достижении заданного уровня внутриплеврального разрежения возобновляют движение воздухопотока.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что насыщение воздухопотока лекарственным веществом производят одновременно с возобновлением движения воздухопотока.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в полости рта воздухопоток направляют в желаемое место осаждения лекарственного вещества.

РИСУНКИ

Рисунок 1