3. Классификация ингаляторов (небулайзеров), подготовленная проф. Осиповым Л.В., включая данные по достоинствам и недостаткам небулайзеров

Классификация видов ингаляторов по принципу действия, для медицинских специалистов и индивидуальных пользователей. Подготовлена на основе монографии Осипов Л.В., Жилин Ю.Н., Авдеев С. Н., Мизерницкий Ю.Л. «Применение ультразвуковых и компрессорных ингаляторов (небулайзеров) для лечения заболеваний дыхательных путей и легких. Практические рекомендации для пользователей»., Москва. Изомед., 2014.

3.1. Ультразвуковые ингаляторы.

Ультразвуковые ингаляторы для создания аэрозоля используют механические колебания, создаваемые пьезоэлементом (пьезокерамической пластинкой) и передаваемые лекарственному раствору. Можно выделить следующие типы таких ингаляторов:

Высокочастотные ультразвуковые ингаляторы (традиционные и сфокусированные);

Низкочастотные ультразвуковые ингаляторы (также имеющие название сетчатые, мембранные небулайзеры или меш- небулайзеры).

3.1.1. Высокочастотные ультразвуковые ингаляторы (небулайзеры)

Традиционный вариант высокочастотного ультразвукового ингалятора состоит из распылительной камеры, на дне которой находится пьезоэлемент, высокочастотного генератора и загубника или маски, присоединяемых к камере. На пьезоэлемент от высокочастотного генератора подается непрерывное синусоидальное напряжение с фиксированной частотой, в пределах от 0,8 до 3 МГц. Переменное напряжение возбуждает пьезоэлемент, вынуждая его совершать механические колебания по толщине с той же частотой. Вследствие того, что поверхность пьезоэлемента контактирует с жидким раствором лекарственного препарата (как правило, через промежуточную водную среду) в растворе распространяются ультразвуковые волны, движущиеся от поверхности пьезоэлемента вверх до границы раствора с воздухом.

Вследствие резко отличных друг от друга физических характеристик жидкого раствора и воздуха на границе их раздела выделяется энергия ультразвуковых волн. В результате в месте концентрации ультразвукового пучка возникает фонтанчик, вокруг которого образуется большое количество мелких частичек раствора, отрывающихся от поверхности фонтанчика и создающих облако аэрозоля.

Отдельные частицы облака аэрозоля хаотически перемещаются внутри распылительной камеры. Если загубник, надетый сверху на распылительную камеру, поднести ко рту и сделать вдох, то под действием разрежения, создаваемого вдохом, аэрозоль поступает в рот вместе с вдыхаемым воздухом – начинается процесс ингаляции. Для обеспечения притока наружного воздуха наверху распылительной камеры делается специальное отверстие.

Рассмотренный вариант ультразвукового ингалятора имеет то достоинство, что позволяет сократить потери аэрозоля лекарственного препарата во время фазы выдоха, если пациент на это время отрывается от загубника и совершает выдох в окружающий воздух. Однако режим втягивания ртом аэрозоля не всегда возможен, особенно для тяжелобольных. По этой причине чаще всего используются ингаляторы с принудительной подачей аэрозоля пациенту.

Наиболее распространенный тип ультразвукового ингалятора с принудительной подачей аэрозоля использует микровентилятор, встроенный в корпус ингалятора и обеспечивающий подачу воздуха в распылительную камеру под давлением, что приводит к «выдуванию» аэрозоля через загубник или маску к пациенту.

Наличие вентилятора усложняет конструкцию ингалятора и, кроме того, затрудняет возможность отключения подачи аэрозоля на фазе выдоха, что приводит к потерям лекарственного препарата.

В ультразвуковых ингаляторах обычно используется специальная чашка для лекарственного раствора, которая погружена в промежуточную водную среду, необходимую для того, чтобы через нее без затухания проходили ультразвуковые волны.

Чашка для лекарства предназначена для выполнения двух функций: ее применение позволяет предохранять поверхность пьезоэлемента от воздействия некоторых «агрессивных» лекарственных препаратов и, кроме того, она позволяет точно дозировать лекарство. В качестве промежуточной водной среды обычно используется дегазированная вода (дегазирование обеспечивается обычным кипячением). В противном случае наличие газовых пузырьков в воде приводит к затуханию ультразвука в воде и резко снижает эффективность работы ингалятора.

Части камеры, контактирующие с лекарством: чашка, крышка камеры и загубник — являются съемными и легко дезинфицируются или стерилизуются.

С целью уменьшения потерь лекарственного препарата в современных моделях имеется возможность прерывать подачу аэрозоля на фазе выдоха, для чего используется кнопка отключения общего электрического питания прибора или отключения питания вентилятора. Этой кнопкой должен манипулировать пациент, что требует от него определенного навыка.

 

В медицинских учреждениях иногда используются ультразвуковые стационарные и полустационарные ингаляторы с большой распылительной камерой и длинной гофрированной трубкой, через которую аэрозоль подается пациенту. Этот тип нгаляторов постепенно исчезает из практики, т.к. в таких ингаляторах невозможно обеспечить дозирование подачи аэрозоля из-за неконтролируемого процесса осаждения частиц аэрозоля в длинной гофрированной трубке, а также из-за трудностей с дезинфекцией трубки. Замена лекарственного препарата или смена пациента приводит к необходимости менять трубку или снимать и дезинфицировать её, что на практике обычно не делается.

Область применения стационарных ингаляторов – создание аэрозольного облака лекарственного вещества для вдыхания без использования загубника, когда не требуется контролировать дозирование вдыхаемого препарата и используется один и тот же препарат для различных пациентов.

3.1.2. Высокочастотные ингаляторы (небулайзеры), использующие фокусированный ультразвук

В таких ультразвуковых ингаляторах, применяются пьезоэлементы специальной сферической формы.

Сфокусированный ультразвук создает на границе лекарственного раствора и воздуха в распылительной камере узкий фонтанчик с высокой скоростью движения. Вследствие этого вокруг фонтанчика образуется разрежение, и более высокое давление наружного воздуха »выталкивает» аэрозоль через загубник или маску к пациенту. В этих ингаляторах отсутствует вентилятор.

В известных конструкциях такого типа реализуется возможность управлять подачей аэрозоля, обеспечивая его выход только на фазе вдоха. Режим управления обеспечивается включением или выключения подачи электрического напряжения на пьезоэлемент или перекрыванием специального отверстия в камере.

В этих ингаляторах используются чашки для лекарств, а также другие аксессуары, расширяющие возможности ингалятора.

Достоинства высокочастотных ультразвуковых ингаляторов (небулайзеров):

• меньший вес и габариты по сравнению с компрессорными ингаляторами;
• большой объем лекарственного препарата, заливаемого в распылительную камеру;
• высокая производительность подачи аэрозоля пациенту, — более высокая, чем у других ингаляторов;
• возможность использования отфильтрованных травяных настоев и некоторых БАДов;
• меньший вес и габариты по сравнению с компрессорными ингаляторами;
• отсутствие эффекта охлаждения аэрозоля;
• возможность регулировки производительности (расхода аэрозоля);
• бесшумность при работе;
• возможность некоторых моделей работать от аккумулятора;
• компактность.

Недостатки высокочастотных ультразвуковых ингаляторов (небулайзеров):

• невозможность использования некоторых вязких лекарственных растворов.

3.1.3. Низкочастотные (сетчатые) ингаляторы на основе Mеsh технологии

Технология Mesh (сетка) или Vibrating Mesh (вибрирующая сетка) — новая технология, претендующая на то, чтобы преодолеть ряд недостатков, свойственных другим ингаляторам.

В ингаляторах этого типа так же, как в других ультразвуковых ингаляторах с помощью пьезопреобразователя создаются механические колебания, передаваемые лекарственному раствору, находящемуся между излучающей поверхностью пьезопреобразователя и тонкой пластиной. Пластина (сетка) содержит большое количество (от 1000 до 6000) отверстий малого диаметра (порядка 3-4 мкм). Вследствие вибрации пьезопреобразователя лекарственный раствор «проталкивается» через мелкие отверстия сетки, в результате чего образуется аэрозоль с размером частиц, определяемым диаметром отверстий. В отличие от высокочастотных ультразвуковых ингаляторов здесь используются пьезоэлементы с низкой рабочей частотой порядка 180кГц.

Достоинства сетчатых или меш- небулайзеров:

• меньший вес и габариты по сравнению с компрессорными ингаляторами;
• достаточно высокая производительность подачи аэрозоля пациенту;
• бесшумность при работе;
• возможность работать от батареек и аккумуляторов;
• портативность — это самые компактные небулайзеры;
• монодисперсность аэрозоля или, иными словами, относительно высокая концентрация частиц одного диаметра.

Недостатки сетчатых или меш- небулайзеров:

• невозможность использования вязких лекарственных растворов;
• охлаждение аэрозоля (его температура снижена на 3-5 град. Цельсия относительно окружающей температуры);
• короткий срок службы сетки вследствие засорения сетки остатками лекарственного раствора и трудности ее эффективной очистки;
• невозможность изменять размер частиц аэрозоля без смены сети.

 

3.2. Компрессорные ингаляторы (небулайзеры).

Компрессорные ингаляторы иногда называют пневматическими, а также струйными. В состав компрессорных ингаляторов входят компрессор и распылительная камера.

Компрессорные ингаляторы используют для создания аэрозоля струю газа, чаще всего воздуха (или кислорода), который под давлением поступает в узкое отверстие (сопло) внутри распылительной камеры). В результате на выходе сопла скорость истечения газа возрастает, что приводит к резкому падению давления возле струи. Под действием разрежения жидкий лекарственный препарат по узким подводящим каналам начинает поступать к выходу сопла, где смешивается с воздушным потоком и распадается под его действием на отдельные частицы. Поток частиц ударяется об отражатель (отбойник), расположенный на выходе сопла. Назначение отражателя — разбивать крупные частицы на более мелкие, которые потоком воздуха выносятся через загубник или маску и поступают к пациенту.

Назначение компрессора — подача сжатого воздуха в распылительную камеру. Максимальное рабочее давление компрессора на входе распылительной камеры в индивидуальных ингаляторах находится в диапазоне от 1,0 до 2,5 атм.

В компрессорных ингаляторах используются компрессоры двух типов:

• поршневые (piston compressor);
• мембранные или диафрагменные (membrane or diaphragm compressor).

Как правило, мембранные компрессоры обеспечивают более продолжительный срок службы, чем поршневые. При этом мембранные компрессоры обычно несколько дешевле, чем поршневые, что позволяет снизить стоимость ингалятора в целом. Дополнительным преимуществом мембранных компрессоров является более низкий уровень шума, чем у поршневых. В медицинских учреждениях лучше использовать ингаляторы с поршневыми компрессорами, а для домашних условий можно рекомендовать менее дорогие ингаляторы с мембранными компрессорами.

Традиционный и наиболее распространенный тип компрессорного ингалятора обеспечивает непрерывную подачу аэрозоля, что приводит к потерям лекарственного вещества на фазе выдоха пациента.

Частично уменьшить эти потери позволяют компрессорные ингаляторы, в которых применяется, так называемый, экономайзер, для управления подачи аэрозоля только на фазе вдоха пациента.

Одной из главных характеристик распылительной камеры является диапазон размеров частиц аэрозоля, т.к. от диаметра частиц зависит, прежде всего, эффективность воздействия лекарственного аэрозоля на те или иные отделы дыхательных путей. Чем меньше размер частиц, тем глубже они могут проникать в дыхательные пути.

Одним из способов изменения размера частиц является выбор диаметра сопла в распылительной камере. В некоторых конструкциях используются сменные вставки с разным диаметром сопла.

Другой способ — применение сменных крышек на распылительной камере. При открытой крышке обеспечивается больший приток воздуха в камеру, что влечет за собой увеличение размера частиц. При закрытой крышке приток наружного воздуха резко снижается и размер частиц уменьшается. Правда, при этом снижается и производительность ингалятора, т.е. уменьшается общее количество лекарственного препарата, поступающее к пациенту в единицу времени.

 

Достоинства компрессорных ингаляторов (небулайзеров):

• возможность распыления вязких лекарственных препаратов и суспензий;
• возможность изменения размеров частиц аэрозоля для более эффективной доставки в верхние, нижние или средние отделы дыхательных путей.

Недостатки компрессорных ингаляторов:

• большой шум поршневого компрессора при работе ингалятора;
• заметное охлаждение аэрозоля (его температура снижается на величину от 5 до 12 град. Цельсия относительно окружающей температуры), что затрудняет возможность использования для холодочувствительных пациентов, в частности, детей и пациентов с хроническими заболеваниями дыхательных путей;
• бóльшие габариты и вес по сравнению с другими видами небулайзеров;
• возможность отказов вследствие засорения сопла распылительной камеры.

 

Рекомендации по выбору ингалятора (небулайзера).

Разнообразие моделей небулайзеров для ингаляционной терапии очень велико, и зачастую пользователю трудно определиться в выборе модели, которая наилучшим образом отвечала бы предъявляемым требованиям. Самым разумным было бы обратиться к медицинским специалистам за рекомендациями. Но иногда эти рекомендации основаны на информации не всегда правильной, а иногда субъективной. Некорректные мнения приходится слышать столь часто, что можно говорить о распространенных заблуждениях:

1. Иногда утверждается, что ультразвуковые ингаляторы создают аэрозоль с размерами частиц большими, чем размеры частиц аэрозоля в компрессорных ингаляторах. По этой причине ультразвуковые ингаляторы рекомендуют применять для лечения заболеваний верхних дыхательных путей, а для воздействия на средние и глубинные отделы дыхательных путей полагают целесообразным использовать компрессорные ингаляторы.

Указанное утверждение не соответствует результатам анализа характеристик многих моделей ультразвуковых и компрессорных ингаляторов, выпускаемых ведущими мировыми производителями, такими как, Omron (Япония), Flaem Nuova (Италия), BWell (Швейцария), ИзоМед (Россия) и др.

Анализ характеристик распределения размеров частиц аэрозоля показывает, что большинство ультразвуковых ингаляторов создают аэрозоль, у которого суммарная масса частиц диаметром менее 5 мкм составляет порядка 60–65% и более от общей массы частиц так же, как в компрессорных ингаляторах.

Нами рассмотрено более 120 моделей ультразвуковых и компрессорных ингаляторов, известных на европейском рынке и представляемых на ежегодных выставках медицинской техники Medica, проходивших в Дюссельдорфе.

В информационных материалах по ингаляторамдается такая характеристика, как средний размер частиц или так называемый масс-медианный диаметр (MMD или MMAD – mass median aerodynamic diameter). Средний размер частиц для ультразвуковых ингаляторов находится в пределах – 3–3,8 мкм. Средний размер частиц для компрессорных ингаляторов находится в пределах от 1,7 мкм до 5,0 мкм, при этом для большинства из них средний размер составляет 3 – 4 мкм.

Таким образом, по этому показателю характеристики ультразвуковых и компрессорных ингаляторов близки друг к другу.

2. В ряде источников [Kesser K.C., Geller D.E., 2008] приводится утверждение, что использование ультразвуковых ингаляторов для ингаляции лекарств на основе белковых соединений нежелательно, т.к. в процессе работы пьезопреобразователь ингалятора нагревается, что может привести к разрушению белка. Утверждение это не относится к современным ингаляторам, в которых лекарственный раствор заливается в специальную чашку для точного дозирования препарата и не контактирует с пьезоэлементом. Более того, для обеспечения комфортности процедуры и предотвращения «выкашливания» холодного аэрозоля холодочувствительными больными в ряде современных моделей специально используется подогрев аэрозоля. При этом обеспечивается автоматический контроль температуры раствора, чтобы она не превышала 42°С.

Выбор модели ингалятора

Перечислим основные требования, которым должны удовлетворять современные ингаляторы:

• точное дозирование и минимум потерь лекарственного вещества (особенно если оно является дорогостоящим);
• наличие управления режимами работы: производительностью, размером частиц аэрозоля, управления подачей аэрозоля только на фазах вдоха;
• возможность превращать в аэрозоль максимальное разнообразие лекарственных препаратов, в том числе, вязких и с «длинными» молекулами, не изменяя их лекарственных свойств;
• минимальное время проведения ингаляционной процедуры;
• удобство пользования и комфортность процедуры для пациентов, включая тяжело больных, стариков и детей;
• простота обслуживания и дезинфекции;
• минимум шума в процессе работы ингалятора;
• высокая надежность.

Требования, предъявляемые к ингалятору, могут весьма отличаться в зависимости от того, в каких условиях он должен применяться:

• в физиотерапевтических или ингаляционных отделениях медицинских учреждений;
• в автомобиле скорой помощи;
• в домашних условиях;
• в поездках и путешествиях.

Так, для медицинских учреждений важно иметь высокую производительность, возможность изменять спектр размеров частиц, широкий набор сменных принадлежностей, возможность непрерывной работы, простоту в обслуживании и дезинфекции, продолжительный срок непрерывной работы, высокую надежность и большой срокслужбы.

Для отделений скорой помощи желательно иметь легкие и портативные ингаляторы, быстро подготавливаемые к работе и удобно обслуживаемые.

При хронических заболеваниях дыхательных путей, а также для профилактики, целесообразно приобрести индивидуальный ингалятор, чтобы проводить процедуры в домашних условиях. Конечно, домашнее лечение, в частности, выбор лекарственных препаратов и их дозировка, должны осуществляться в соответствии с рекомендациями врача. Правильно организованное проведение процедур в домашних условиях позволит снизить частоту обострений заболевания и избавит от необходимости частого посещения поликлиники.

Для применения небулайзера в домашних условиях требования могут быть менее жесткими, в большинстве случаев решающим фактором здесь является невысокая стоимость небулайзера. Кроме того, пользование ингалятором и обслуживание должны быть простыми, а сам ингалятор компактным и, желательно, нешумным.

Можно рекомендовать для пользователей на дому приобрести два типа ингаляторов (небулайзеров) – один компрессорный, а другой высокочастотный ультразвуковой, в связи  с тем, что компрессорный небулайзер (особенно с подогревом) более эффективен для применения вязких лекарственных препаратов таких, как пульмикорт (будесонид) или гепарин, а ультразвуковой более эффективен для профилатики и лечения простудных заболеваний, когда требуется высокая производительность подачи пациенту таких препаратов, как лазолван, боржоми, настои лекарственных трав и пр.

В поездках и путешествиях могут использоваться портативные модели, с питанием от батареек или аккумуляторов.

Большинство моделей ингаляторов имеет близкие, иногда практически одинаковые возможности. Поэтому при выборе модели следует ориентироваться на фирмы, зарекомендовавшие себя как производители качественной и надежной аппаратуры. К таким фирмам, в частности, относятся: Omron (Япония), Flaem Nuova (Италия) и российская компания «ПКФ ИзоМед» (Россия).