Ингалятор для введения лекарственных средств в виде порошка

 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к приборам для введения лекарственных средств в легкие пациента, а более конкретно к устройствам для ингаляции лекарственного порошка, представляющего собой смесь тонкодисперсных частиц активного компонента и грубодисперсных частиц порошка-носителя. Ингалятор позволяет удалять грубодисперсные частицы из создаваемого потока аэрозоля и содержит корпус с отверстиями для входа воздуха и выхода аэрозоля, соединенными воздухопроводом, в котором установлен диспергатор. В корпусе установлены емкость для лекарственного порошка и дозатор и емкость для сбора грубодисперсных частиц порошка. Диспергатор выполнен в виде цилиндрической камеры с тангенциально установленным у ее первого основания патрубком и коаксиально установленным выходным патрубком, углубленным в цилиндрическую камеру, а емкость для сбора грубодисперсных частиц сообщается с цилиндрической камерой посредством щелевого отверстия, выполненного у ее второго основания. 3 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к приборам для введения лекарственных средств в легкие пациента, а более конкретно к устройствам для ингаляции лекарственных средств в виде порошка, и может быть использовано как в медицинских учреждениях, так и в домашних условиях.

При ингаляции тонкодисперсных лекарственных порошков возникает проблема, связанная со значительными потерями лекарственного препарата в результате его оседания в верхних дыхательных путях человека. Уменьшение вдыхаемой дозы приводит к ослаблению лечебного эффекта, а осаждение порошка в верхних дыхательных путях при пользовании отдельными препаратами может вызвать серьезные побочные эффекты. Кроме того, при работе с тонкодисперсными порошками возникают трудности с их точным дозированием из-за плохой сыпучести и высокой адгезии к технологическим поверхностям.

Указанные обстоятельства послужили основанием для большинства фирм, производящих порошковые ингаляционные лекарственные формы, перейти к выпуску порошковых смесей тонкодисперсных частиц активного компонента размером менее 10 мкм с грубодисперсными частицами инертного носителя размером 30-100 мкм и разработке устройств для их применения: ингалятор DISKHALER® фирмы GLAXOWELLCOME, Англия; ингалятор EASIHALER® фирмы ORTON, Финляндия; ингалятор ЦИКЛОХАЛЕР фирмы ПУЛЬМОМЕД, Россия и др. При конструировании ингаляторов задача заключается не только в том, чтобы разрушить агломераты лекарственного порошка, но и в том, чтобы отделить грубодисперсные частицы носителя от вдыхаемой респирабельной фракции.

Известно устройство для ингаляции лекарственных средств в виде порошка, состоящего из тонкодисперсных частиц активного компонента (патент США N 4907583, класс НКИ 128-203.15). Устройство выпускается серийно под названием TURBUHALER ® шведской фирмой ASTRA. Устройство содержит корпус с отверстиями для входа воздуха и выхода аэрозоля, соединенными воздухопроводом с установленным в нем диспергатором, выполненным в виде спиральной вставки, бункер с порошком и дозатор. При вдохе пациента образующаяся воздушно-порошковая смесь поступает в диспергатор и проходит по спиральньм каналам. Агломераты частиц лекарственного порошка в результате многократных столкновений со стенками каналов и между собой частично разрушаются и таким образом генерируется респирабельная фракция выходящего из устройства аэрозоля с размером частиц не более 5 мкм.

Недостатком устройства является большая величина потерь частиц порошка при диспергировании, достигающая 30% от исходно ингалируемой дозы. Примерно 40% дозы выходит из устройства в виде грубодисперсных агломератов частиц, осаждающихся в ротоглотке. Кроме того, устройство не предназначено для отделения грубодисперсных частиц носителя от частиц активного компонента лекарственного порошка.

Известно устройство для ингаляции аэрозоля (EP N 0640354, класс МКИ A 61 M 15/00). Устройство содержит емкость для создания воздушно-порошковой смеси, с которой связан канал для входа воздуха, канал для выхода аэрозоля и емкость для сбора частиц. При вдохе агломераты частиц лекарственного порошка разрушаются воздушным потоком, при этом частицы грубодисперсной фракции не достигают канала для выхода аэрозоля и оседают в нижней части емкости для сбора частиц. По мере накопления частиц их удаляют, открывая крышку, расположенную в нижней части этой емкости.

Известно устройство для ингаляции (патент Англии N 2248400, класс МКИ A 61 M 15/00). Устройство содержит емкость для создания воздушно-порошковой смеси с каналом для входа воздуха, соединенным с ней сепаратором для отделения грубодисперсных частиц и формирования респирабельного аэрозоля. Сепаратор выполнен в виде трехсекционного воздухопровода с решеткой на входе и мундштуком на выходе, причем на выходе средней секции установлен импактор. При вдохе в устройстве создается такое движение воздушного потока, при котором крупные частицы лекарственного порошка (агломераты) либо разрушаются и в виде тонкодисперсной фракции аэрозоля поступают в дыхательные пути пациента, либо остаются на поверхности импактора и в средней секции воздухопровода.

Известно устройство для ингаляции (патент РФ N 2101036, класс МКИ A 61 M 15/00). Устройство содержит ингалятор и соединенный с ним сепаратор, выполненный в виде камеры, имеющей по меньшей мере одну отбойную пластину, входное отверстие, связанное с ингалятором, и выходное. При вдохе воздушно-порошковая смесь поступает из ингалятора в сепаратор, и грубодисперсные частицы либо дробятся при ударе об отбойную пластину, либо отделяются от тонкодисперной фракции и осаждаются в сепараторе в застойной зоне перед отбойной пластиной.

Ни одна из описанных конструкций не гарантирует от попадания грубодисперсных частиц в поток вдыхаемого аэрозоля при повторном вдохе, так как отделяемые частицы находятся в проточной области и могут захватываться воздушным потоком. Отделенные агломераты лекарственного порошка уменьшают отмеренную дозу, а при повторном вдохе эта доза может увеличиваться за счет того, что агломераты, увлекаемые воздушным потоком, могут добавляться к отмеренной дозе, что приводит к снижению точности дозировки.

Известно устройство для эффективного разрушения агломератов, образовавшихся при распылении порошкообразного лекарственного препарата, предназначенного для вдыхания (патент РФ N 2089227, класс МКИ A 61 M 15/00). Устройство содержит вихревую камеру (диспергатор), закрытую с одного конца и имеющую вращательно-симметричную форму, входное отверстие для подачи воздушно-порошковой смеси, выходное отверстие для вывода респирабельного аэрозоля, отстоящие одно от другого по направлению оси камеры. Входное отверстие выполнено с возможностью направления воздушного потока в полость вихревой камеры в тангенциальном относительно ее стенки направлении. В вихревой камере в ее закрытой части осуществляется удержание грубодисперсных частиц в результате действия центробежной силы.

Данное устройство обладает теми же недостатками, что и описанные выше конструкции ингаляторов. Кроме того, входное и выходное отверстия размещены относительно друг друга таким образом, что возможно рикошетное попадание грубодисперных частиц в выходное отверстие.

Наиболее близким по технической сущности является ингалятор для введения лекарственных средств в виде порошка (патент РФ N 2002467, класс МКИ A 61 M 15/00). Устройство содержит корпус с отверстиями для прохода воздуха и выхода аэрозоля, соединенными воздухопроводом с установленным в нем диспергатором. Диспергатор выполнен в виде прямоточного циклона с тангенциальными отверстиями в боковой стенке для прохода воздуха и осевым отверстием в основании для подачи порошковой смеси, емкость с порошком и дозатор, выполненный с возможностью перемещения дозы порошка из емкости в воздухопровод.

Ингалятор работает следующим образом. При аспирации воздуха через ингалятор отмеренная дозатором доза порошка через осевое отверстие в основании циклона увлекается возникающим в нем вихревым потоком. В результате многократных столкновений частиц со стенкой циклона и между собой происходит частичное разрушение агломератов частиц и генерируется респирабельная фракция выходящего из ингалятора лекарственного средства.

Недостатком устройства является то, что часть крупных агломератов частиц лекарственного порошка, не разрушившихся в диспергаторе, либо остается в нем, либо попадает в поток аэрозоля и осаждается в ротоглотке, вызывая ряд нежелательных местных и системных побочных эффектов (ирритативный кашель, дисфония, ротоглоточный кандидоз и др.), особенно выраженных при применении ингаляционных глюкокортикостероидов.

Задачей является создание ингалятора, обеспечивающего эффективную доставку в дистальные отделы легких пациента (мелкие и средние бронхи) активного компонента лекарственного препарата, представляющего собой смесь тонкодисперсных частиц активного компонента и грубодисперсных частиц инертного носителя.

Техническим результатом, достигаемым при использовании ингалятора, является удаление грубодисперсных частиц из создаваемого потока аэрозоля.

Предлагается изобретение, решающее поставленную задачу.

Сущность изобретения заключается в том, что в ингаляторе для введения лекарственных средств в виде порошка, содержащем корпус с отверстиями для входа воздуха и выхода аэрозоля, соединенными воздухопроводом с установленным в нем диспергатором, емкость для порошка и дозатор, выполненный с возможностью перемещения дозы порошка в воздухопровод, введена дополнительная емкость для сбора грубодисперсных частиц порошка, диспергатор выполнен в виде цилиндрической камеры с тангенциально установленным у первого основания входным патрубком и коаксиально установленным, проходящим через это же основание выходным патрубком, углубленным в цилиндрическую камеру таким образом, что его входное отверстие в осевом направлении находится между входным патрубком и вторым основанием, а дополнительная емкость сообщена с полостью цилиндрической камеры посредством щелевого отверстия, выполненного в ее боковой стенке у второго основания.

Авторам не известно техническое решение, имеющее совокупность признаков, подобную заявляемой. Следовательно, заявляемое техническое решение отвечает критерию новизны.

Известны устройства, предназначенные для разрушения агломератов лекарственного порошка, имеющие емкость для сбора грубодисперсных частиц (EP N 0640354, патент Англии N 2248400, патент РФ N 2101036 и др., описанные выше). В диспергаторах, или в сепараторах, которые входят в состав этих устройств, происходит разрушение и отделение агломератов частиц лекарственного порошка или грубодисперсных частиц порошка инертного носителя. Отделившиеся грубодисперсные частицы, или агломераты, остаются в той же камере, в которой осуществляется генерация респирабельного аэрозоля, что приводит к указанным выше недостаткам. Отличительными признаками заявляемого технического решения являются форма выполнения диспергатора, наличие дополнительной емкости для сбора грубодисперсных частиц, остающихся в закрытом конце камеры (диспергаторе), щелевое отверстие в стенке цилиндрической камеры, выполненное для соединения с дополнительной емкостью. Указанные отличительные признаки в совокупности со всеми признаками позволяют при использовании изобретения получить новый технический результат, заключающийся в том, что в диспергаторе грубодисперсные частицы неразрушившихся агломератов лекарственного порошка и частицы инертного носителя не только отделяются от респирабельной фракции аэрозоля, но и удаляются из рабочего пространства, что исключает возможность их использования при повторных вдохах. Это позволяет уменьшить осаждение лекарственного порошка в ротоглотке и вводить в легкие пациента более точную дозу лекарственного препарата, в итоге устраняя нежелательные побочные действия и улучшая лечебный эффект. Кроме того, наличие дополнительной емкости для сбора грубодисперсных частиц позволяет производить большое количество ингаляций без необходимости прочистки диспергатора после каждого вдоха, что улучшает его эксплуатационные свойства.

Авторам не известны технические решения, имеющие совокупность отличительных признаков, подобную совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения. Следовательно, заявляемое изобретение отвечает критерию уровня техники.

Ингалятор может быть использован в здравоохранении. Острая необходимость в ингаляторах как для индивидуальных пользователей, так и в стационарных лечебных заведениях, простота конструкции и технологии изготовления и наличие отечественных материалов позволяют наладить их серийное производство. Следовательно, заявляемое изобретение отвечает критерию примышленной применимости.

На фиг. 1 показан заявляемый ингалятор, вид сбоку; на фиг. 2 - ингалятор, вид спереди, сечение А-А; на фиг. 3 - ингалятор, вид спереди, сечение Б-Б.

Ингалятор для введения лекарственных средств в виде порошка содержит корпус 1 с отверстиями 2 для входа воздуха и отверстием 3 для выхода аэрозоля; воздухопровод 4, связанный с отверстиями 2 и 3; в воздухопроводе установлен диспергатор 5; емкость 6 с порошковой смесью и дозатор 7; диспергатор выполнен в виде цилиндрической камеры 8 с тангенциально установленным у первого основания входным патрубком 9 и коаксиально установленным, проходящим через то же основание, выходным патрубком 10, причем выходной патрубок входит внутрь цилиндрической камеры таким образом, что его входное отверстие в осевом направлении находится между входным патрубком и вторым основанием, т. е. перекрывает выходное отверстие входного патрубка; в боковой стенке цилиндрической камеры 8 у второго основания выполнено щелевое отверстие 11 для сообщения с дополнительной емкостью 12 для сбора грубодисперсных частиц.

Ингалятор работает следующим образом. При помощи дозатора 7 доза порошковой смеси перемещается из емкости 6 в воздухопровод 4. В процессе аспирации воздуха через ингалятор доза порошковой смеси увлекается потоком и через входной патрубок 9 поступает в цилиндрическую камеру 8, в которой возникает интенсивное вихревое течение. Входящий воздушный поток движется по спиралеобразной траектории вдоль цилиндрической боковой поверхности камеры 8 к ее второму основанию (к закрытому концу цилиндрической камеры), где, изменив осевую составляющую скорости на 180^o, в виде сужающегося вихревого жгута начинает двигаться в сторону первого основания и поступает в выходной патрубок 10.

Грубодисперсные частицы носителя под действием центробежной силы прижимаются к боковой поверхности камеры 8 и увлекаемые потоком воздуха стекают к ее второму основанию, образуя вихревое кольцо концентрированной дисперсной фазы, из которого они выводятся по инерции через щелевое отверстие 11 в дополнительную емкость 12 для сбора грубодисперсных частиц. Тонкодисперсные частицы активного компонента лекарственного порошка, отделившиеся от частиц носителя, преодолевая действие центробежной силы, увлекаются воздушным потоком к выходному патрубку 10 и поступают в легкие пациента.

Входное отверстие выходного патрубка в осевом направлении расположено между входным патрубком и вторым основанием цилиндрической камеры, т.е. выходной патрубок перекрывает входной патрубок, что исключает попадание в него грубодисперсных частиц агломератов лекарственного порошка и инертного носителя в результате рикошета от стенок входного патрубка и цилиндрической камеры. Кроме того, подобное расположение выходного патрубка позволяет избежать попадания в него порошка грубодисперсных частиц в результате его случайного высыпания из дополнительной емкости.

Рассмотрим более детально процесс инерционного разделения аэрозоля, состоящего из тонкодисперсных частиц активного компонента с аэродинамическим диаметром 5 мкм и грубодисперсных частиц носителя с аэродинамическим диаметром 50 мкм в ингаляторе со следующими основными параметрами: внутренний радиус цилиндрической камеры 1 см, длина цилиндрической камеры (высота) 3 см, отверстие в боковой стенке цилиндрической камеры выполнено в виде щели шириной 0,1 см и длиной 0,5 см пропиливанием стенки по касательной непосредственно у второго основания. Входной патрубок имеет прямоугольное выходное сечение с размерами 0,5х1,0 см, а выходной патрубок имеет цилиндрическую форму с внутренним радиусом 0,4 см. Объемную скорость воздуха через ингалятор принимаем равной 1 л с^-1, что имеет место практически во всех известных конструкциях ингаляторов. При этом линейная скорость воздуха на входе в цилиндрическую камеру равна 20 м с^-1.

Принимаем также, что тонкодисперсные частицы, обладая незначительной инерцией, равномерно распределены по всему объему цилиндрической камеры, равному ~ 9 см³. Их концентрация n определяется только двумя факторами: уносом частиц из камеры протекающим воздушным потоком через выходной патрубок и инерционным удалением частиц через отверстие в боковой стенке камеры в результате действия центробежной силы. При этом концентрация n тонкодисперсных частиц определяется уравнением.

где V - объем цилиндрической камеры; h - ширина отверстия у второго основания; l - длина отверстия у второго основания, Q - объемная скорость воздуха через ингалятор; v_r - скорость радиального дрейфа частиц, определяемая из выражения: где d_a - аэродинамический диаметр тонкодисперсных частиц; v₀ - линейная скорость воздуха на входе в цилиндрическую камеру; μ - коэффициент динамической вязкости воздуха;
R - внутренний радиус цилиндрической камеры.

Решение этого уравнения имеет вид:
n = n₀·e^-kt,

где n₀ - исходная концентрация тонкодисперсных частиц.

Характерное время выведения из камеры тонкодисперсных частиц определяется из выражения:
T_a = 1/k = 0,01 с,
а полная величина потерь тонкодисперсных частиц определяется выражением:

и составляет в данном примере 1,5% от исходно поступивших в цилиндрическую камеру.

Иначе обстоит дело с грубодисперсными частицами. Они прижимаются к боковой поверхности цилиндрической камеры центробежной силой и стекают к ее второму основанию, где их концентрация многократно возрастает и откуда они могут выводиться только через отверстие в боковой стенке в дополнительную емкость. Для оценки динамики выведения грубодисперсных частиц из цилиндрической камеры сделаем упрощающее предположение, что они равномерно распределены по ее боковой поверхности с концентрацией n_c и образуют тонкий слой частиц, вращающихся со скоростью воздуха, из которого они по инерции непрерывно стекают в дополнительную емкость. При этом концентрация частиц определяется уравнением:

Решение этого уравнения имеет вид:
n_c = n_c0e^-kct,

где n_c0 - исходная концентрация грубодисперсных частиц.

Характерное время выведения грубодисперсных частиц из цилиндрической камеры:
T_c = 1/k_c = 0,1 с.

Таким образом, проведенные расчеты подтверждают, что предлагаемый ингалятор позволяет эффективно отделять в потоке грубодисперсные частицы от тонкодисперсных частиц активного компонента с их минимальными потерями (не более 1,5%), причем характерное время разделения частиц не превышает времени существования инспираторного потока, создаваемого пациентом при единичном вдохе через устройство (0,5-1,0 с).

По сравнению с прототипом предлагаемый ингалятор позволяет надежно отделять грубодисперсные частицы инертного носителя и крупных агломератов лекарственного порошка от респирабельной фракции активного компонента и удалять их из рабочего объема диспергатора в дополнительную емкость. Объем дополнительной емкости рассчитан на большое количество грубодисперсного порошка (до 200 доз), что повышает удобство пользования ингалятором, так как исключает необходимость его прочистки после нескольких вдохов.

Формула изобретения

Ингалятор для введения лекарственных средств в виде порошка, содержащий корпус с отверстиями для входа воздуха и выхода аэрозоля, соединенными воздухопроводом с установленным в нем диспергатором, емкость для порошка и дозатор, выполненный с возможностью перемещения дозы порошка в воздухопровод, отличающийся тем, что в него введена дополнительная емкость для сбора грубодисперсных частиц порошка, диспергатор выполнен в виде цилиндрической камеры с тангенциально установленным у первого основания входным патрубком и коаксиально установленным, проходящим через это же основание выходным патрубком, углубленным в цилиндрическую камеру таким образом, что его входное отверстие в осевом направлении находится между входным патрубком и вторым основанием, а дополнительная емкость сообщена с полостью цилиндрической камеры посредством щелевого отверстия, выполненного в ее боковой стенке у второго основания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3