Аэрозоли, электроаэрозоли, физическая характеристика.

Аэрозоли по своим физико-химическим свойствам могут быть отнесены к дисперсным системам. Слово "Аэрозоль" означает воздушный раствор. В отличие от молекулярных растворов, в аэрозолях присутствуют свободные частицы диспергированных (измельченных) лекарственных веществ в воздушной среде. Лекарственные аэрозоли - это распыленные в воздухе или в кислороде растворы медикаментов или лекарственных порошков. Одной из главных характеристик лекарственных аэрозолей является величина аэрозольных частиц -дисперсность системы. По степени дисперсности выделяют 5 групп аэрозолей:

· Высокодисперсные - 0,5 – 5 мкм

· Среднедисперсные - 5-25 мкм

· Низкодисперсные - 25 – 100 мкм

· Мелкокапельные - 100- 250 мкм

· Крупнокапельные - 250- 400 мкм

Диспергирование лекарственного вещества приводит к появлению новых свойств. К таковым относятся:

ü увеличение общего объема лекарственной взвеси, по сравнению с исходным,

ü значительное увеличение поверхности контакта лекарственного вещества с поверхностью тканей (если 1 мл жидкости превратить в аэрозоль, состоящий из частиц размером 5 мкм, то образуется 15.000.000.000 частиц с суммарной площадью 12000 см2)

ü нарарастает химическая и физическая активность лекарственных частиц, что приводит к повышению фармакологической активности.

ü при диспергировании лекарственных веществ частицы аэрозоля получают электрический заряд, но этот электрический заряд очень мал, поэтому такие аэрозоли называют нейтральными или простыми.

От степени дисперсности зависит стабильность аэрозоля. Так, аэрозоли низкой дисперсности, к которым относят низкодисперсные, мелкокапельные частицы, отличаются неустойчивостью, нестабильностью, поэтому, быстро оседая на поверхности, аэрозольные капельки соединяются, сливаются между собой, коагулируют и возвращаются к исходному состоянию. Коагуляция уменьшает концентрацию частиц, увеличивает размер, ведет к большому расходу лекарственного вещества, уменьшению глубины проникновения аэрозоля. При ингаляции аэрозолей низкой дисперсности имеются большие потери раствора и, как правило, расходуется большое количество ингалируемого вещества. На одну ингаляцию может расходоваться от 25 до 150 мл раствора.

Приготовление аэрозолей высокой дисперсности имеет другую особенность. Эти растворы более устойчивы, аэрозольные частицы долго могут оставаться во взвешенном состоянии, медленнее оседают и при вдохе они свободно вдыхаются, а при выдохе, вследствие медленного осаждения их (седиментации), некоторая часть выдыхается. Седиментация - очень важный физический процесс, так как конечная цель ингаляционный терапии к этому и сводится - проникновению и осаждению аэрозоля в определенных отделах дыхательных путей. Так, аэрозоли с величиной 1 мкм практически не оседают на слизистой дыхательных путей. Аэрозольные частицы величиной от 2 до 5 мкм вдыхаются свободно и преимущественно оседают на стенках альвеол, бронхиол, бронхов II порядка; частицы от 5 до 25 мкм оседают в бронхах 1 порядка, крупных бронхах, трахее, а частицы от 25 - 30 мкм и крупнее седиментируют в гортани и на слизистой верхних дыхательных путей.

В дыхательных путях и легких осаждение аэрозоля происходит тремя путями:

1. путем инерционного столкновения (ударения частиц о стенки дыхательных путей),

2. седиментации (осаждения под действием сил гравитации)

3. броуновского движения или диффузии.

Таким образом, степень дисперсности аэрозоля определяет глубину проникновения и уровень оседания частиц в том или ином отделе дыхательных путей. Монодисперсные аэрозоли с высокой степенью седиментации и глубиной проникновения в настоящее время получают с помощью ультразвукового (УЗ) диспергирования, они отличаются высокой степенью стабильности, хорошим уровнем седиментации и достаточной глубиной проникновения. Аэрозоли при УЗ способе получения обладают высокой степенью седиментации еще и потому, что находятся под таким давлением, когда основной поступательной силой их движения в дыхательные пути является только сила самого дыхания. Поэтому для лечебных целей при заболеваниях легких и бронхов следует использовать аэрозоли высокой и средней степени дисперсности, при болезнях носоглотки, гортани и трахеи - низкой степени дисперсности и помнить, чем выше скорость движения воздушного раствора, тем меньше седиментация, а следовательно, лечебный эффект.

Большие потери лекарственного вещества при ингаляции, которые обусловлены как нестабильностью аэрозолей низкой дисперсности, так и недостаточным процессом осаждения аэрозолей высокой и средней дисперсности, побудили исследователей к разработке подходов для устранения этих негативных свойств аэрозолей. Решение было найдено при использовании принудительной подзарядки аэрозольных частиц униполярным электрическим зарядом с помощью индукционного устройства в виде постоянного электрического поля, создаваемого на выходе аэрозолей из распылительного сопла. Применение этого устройства в медицинских аэрозольных аппаратах дало возможность воздействовать на больного частицами лекарственного вещества, несущими электрические заряды. Такие аэрозоли называют электроаэрозолями. Электроаэрозоли - это аэродисперсные системы, в которых частицы обладают свободным электрическим зарядом только положительной или только отрицательной полярности. Свободный заряд частиц электроаэрозолей может достигать порядка от 103 до 106 е.

Такие униполярно заряженные аэрозоли препятствуют коагуляции капель, в связи с чем повышается устойчивость аэродисперсной системы. Свободный электрический заряд в аэрозолях противодействует поверхностному натяжению, а при достаточно большом заряде частиц может привести к разрушению капель, увеличивая тем самым дисперсность аэрозолей.

Униполярные аэрозоли равномерно рассеиваются и осаждаются в дыхательных путях. Процент осаждения электроаэрозолей значительно превышает процент осаждения простых аэрозолей. Причиной этого являются индукционные силы, притягивающие заряженные частицы к стенкам дыхательных путей, и электростатическое рассеивание.

Свободный электрический заряд в электроаэрозолях по своему эффекту приближает электроаэрозоли к действию гидраэроионов.

Таким образом, электроаэрозоли имеют явные преимущества по своим физическим свойствам перед простыми аэрозолями. Однако разработка приборов для ингаляций электроаэрозолей в настоящее время не осуществляется, что, очевидно, связано с трудностями обеспечения электро-безопасности, поскольку для подзарядки аэрозолей униполярным электрическим зарядом необходима подача высокого напряжения на выходе аэрозолей из сопла, и использование таких приборов было возможно при дистанционных способах ингаляций в комнатах для групповой аэрозольтерапии у больных, которым показана ингаляция одного и того же лекарственного препарата.