Аэрозоли

Аэрозоли (греч. аеr — воздух + лат. sol[utio] — раствор) — дисперсные системы, состоящие из газовой среды, в которой взвешены твердые или жидкие частицы. Аэрозоли имеют чрезвычайно широкое распространение не только в природе (туманы, облака, пыль и др.), но и в производственной деятельности человека, т.к. образуются при самых различных процессах — взрывах, горении, ударах, размоле, сверлении, шлифовке, трении, дроблении и др. Аэрозоли из жидкостей получаются при их разбрызгивании, пульверизации и т.д. Аэрозоли — одна из форм лекарственных веществ ( аэрозоль медицинский ).
Различные аэрозоли обладают рядом общих свойств. Им присуща кинетическая и агрегатная устойчивость. Кинетическая устойчивость их велика, что обеспечивается малыми размерами частиц и небольшой плотностью воздушной среды. Агрегатная устойчивость аэрозолей мала вследствие небольшого электрического заряда на частицах (не более 10 элементарных частиц заряда). Почти каждое столкновение частиц приводит к их слипанию (коагуляции). Лишенные заряда аэрозоли не способны к электрофорезу, но способны к термофорезу и фотофорезу. Термофорез — самопроизвольное удаление частиц аэрозоля от источника тепла, фотофорез — самопроизвольное перемещение аэрозольных частиц от источника (положительный фотофорез) или к источнику (отрицательный фотофорез) света. Оптические свойства аэрозолей зависят от размера, формы и природы частиц. Если размер частиц меньше половины длины волны падающего света, то аэрозоли рассеивают свет и подчиняются закону Релея (интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна л/4 длине световой волны).
В зависимости от размеров частиц различают: 1) пыль (величина частиц дисперсной фазы более 10 мкм); 2) облака (10-0,1 мкм) и 3) дымы (0,1-0,001 мкм). Чем выше степень дисперсности и больше частиц в единице объема, тем быстрее идет коагуляция с последующим осаждением. Размер частиц определяет и способность их проникать в дыхательные пути ( аэрозолътерапия ). Чем выше степень дисперсности аэрозолей, тем выше их удельная поверхность, химическая и физико-химическая активность, тем глубже их проникновение в дыхательные пути.
При попадании в организм аэрозоли способны вызывать пылевые профзаболевания: пневмокониозы, бронхиты, болезни верхних дыхательных путей, пневмомикозы и др. Токсичные аэрозоли вызывают острые и хронические отравления. Аэрозоли уменьшают прозрачность атмосферы и доступ солнечной радиации к поверхности Земли, угнетают рост растений, учащают туманы в промышленных центрах, загрязняют окружающую среду, что ухудшает санитарные условия жизни человека. Наряду с отрицательным аэрозоли имеют и положительное значение. Например лекарственные вещества в виде аэрозолей с успехом используются для лечения болезней органов дыхания и других заболеваний ( аэрозольтерапия ). В промышленности в аэрозольном состоянии используется топливо (уголь и нефть), катализаторы. С помощью аэрозолей осуществляются металлическое покрытие (плазменное напыление), окраска машин и других предметов и поверхностей. Аэрозоли применяют для борьбы с насекомыми — переносчиками болезней животных и человека, с вредителями сельскохозяйственных культур и др. Важно иметь в виду, что нет ни одной стороны жизни человека или его деятельности, которая не зависела бы от аэрозолей.
Для исследования аэрозолей применяют такие методы, как микроскопия, ультрамикроскопия, гравиметрия, химический анализ и др. Эти методы используются в целях санитарного контроля воздуха рабочих помещений и атмосферы населенных мест. Для гигиенической характеристики аэрозолей применяют также определение растворимости частиц в биологических средах, электрического заряда и удельной поверхности частиц.
Лекарственные аэрозоли — дисперсная система, состоящая из множества мелкодисперсных частиц лекарственного вещества (дисперсная фаза), взвешенных в однородной среде — газе, смеси газов, воздухе (дисперсионная среда). Лекарственные аэрозоли используются для ингаляционной терапии или аэрозольтерапии.
Диспергирование (измельчение) лекарственных веществ приводит к появлению у них новых свойств, во многом зависящих от размеров аэрозольных частиц или степени их дисперсности. По степени дисперсности выделяют пять групп аэрозолей: высокодисперсные (0,5-5 мкм), среднедисперсные (5-25 мкм), низкодисперсные (25-100 мкм), мелкокапельные (100-250 мкм), крупнокапельные (250-400 мкм). Аэрозоли с частицами одинакового размера называют монодисперсными, с частицами разных размеров полидисперсными. В ингаляционной терапии преимущественно используют лекарственные аэрозоли с размером частиц менее 100 мкм. Это в значительной степени обусловлено особенностями аэродинамики аэрозолей различных размеров в дыхательных путях. Частицы лекарственного вещества величиной до 0,3 мкм свободно циркулируют в дыхательных путях и не оседают на слизистых оболочках, в силу чего их использование с лечебными целями не имеет смысла. При увеличении размеров частиц лекарственного вещества снижается глубина проникновения  аэрозолей в респираторный тракт. Высокодисперсные частицы величиной 2-4 мкм оседают преимущественно на стенках альвеол и бронхиол, а среднедисперсные (5-20 мкм) на слизистых крупных бронхов и в трахее. Низкодисперсные частицы проникают в глотку, а мелкокапельные полностью оседают в носовой и ротовой полостях. Поэтому так важно знать спектрограмму размеров частиц аэрозоля для каждого аэрозольного генератора и правильно выбирать последний для конкретной патологии. Размеры аэрозольных частиц определяют их суммарную поверхность, которая у них достаточно велика. Так, поверхность 1 г вещества с диаметром частиц 10 мкм составляет 6000 см3, а с диаметром частиц 1 мкм уже 60 000 см3. Увеличение общей поверхности капель при уменьшении их размеров способствует повышению физиологической и биологической активности лекарственных средств, применяемых в виде аэрозоля.
Дисперсность аэрозоля постоянно меняется. Основными факторами изменения дисперсности аэрозоля являются коагуляция и седиментация. Коагуляция — это слипание двух или более частиц аэрозоля в одну, происходящее за счет различных механизмов. Одним из основных механизмов коагуляции считается взаимное столкновение частиц, находящихся в проуновском движении. Седиментация — оседание частиц дисперсной фазы аэрозоля в гравитационном поле. Она обусловлена разной плотностью дисперсной фазы и дисперсной среды. Скорость оседания зависит от линейных размеров и формы частиц, их плотности, вязкости дисперсной среды и других факторов.
Важной характеристикой аэрозоля является его плотность, которой в медицинской практике принято называть отношение количества диспергируемого лекарственного вещества к объему воздуха, в котором находятся аэрозольные частицы. Она весьма существенно зависит от способа генерации аэрозоля. Аэрозоли, которые вырабатываются с применением пневматических аппаратов, имеют более низкую плотность, чем ультразвуковые. Плотность аэрозоля определяют путем пропускания его через различные фильтры, после чего их взвешивают и по разнице до и после исследования рассчитывают искомую величину. Для определения спектра частиц и плотности аэрозоля используют также микроскопические, ультрамикроскопические, фотометрические и нефелометрические методы.
Существует большое число методов получения аэрозолей, однако для клинической практики используются немногие. Для получения лекарственных аэрозолей применяют следующие способы (рис. 2-5): 1) струйный (при помощи выходящего из узкого сопла сжатого воздуха, распыляющего лекарство); 2) центробежный (за счет отрыва капель аэрозоля от вращающегося барабана); 3) ультразвуковой (механические колебания ультравысокой частоты разбивают лекарственный раствор на частицы); 4) пропеллентный (диспергирование частиц лекарственного вещества при помощи возгонки пропеллентов эвакуирующих газов в сжиженном состоянии); 5) паровой (пар при движении захватывает растворенные в емкости лекарственные вещества).
При этом струйным и пропеллентным способами получают крупнодисперсный аэрозоль, центробежным — полидисперсный, а ультразвуковым и паровым — средне- и мелкодисперсный.
Наряду с распылением жидкостей в клинической практике используют устройства, которые производят диспергирование сухих веществ — мелко измельченных порошков. Для перевода последних в аэрозольное состояние используют воздушный поток, формируемый за счет энергии вдоха пациента или энергии сжатого газа.
Медицинские аэрозоли широко применяются в ингаляционной терапии при самых различных заболеваниях. Наиболее эффективна аэрозольтерапия при болезнях дыхательных путей. Ингаляции аэрозолей можно использовать для исследования регионарных функций легких. Аэрозоли аллергенов применяют для проведения провокационных ингаляционных тестов у больных хроническими бронхитами с астматическим компонентом и бронхиальной астмой, а также для оценки бронхиальной реактивности. Лекарственные аэрозоли используют для некоторых видов иммунизации и вакцинации, а также для профилактики гриппа и других респираторных инфекций. Аэрозоли — эффективный и единственный метод экстренной профилактической защиты от действия бактериологического оружия. Оправдал себя эрозольный способ профилактики профессиональных заболеваний на пылевых производствах. Наконец, имеется опыт использования аэрозолей в бальнеотерапии больных на курортах. Аэрозоли считаются лучшим методом санации бациллоносителей. Они также находят все более широкое применение для дезинфекции, дезинсекции, для увлажнения и дезодорации воздуха.
Следует, однако, подчеркнуть, что применение аэрозолей в медицине может быть успешным лишь при сотрудничестве медицинских работников, физиков и химиков, поскольку оно предполагает глубокое знание физиологических особенностей дыхательного аппарата, его патологических изменений при различных заболеваниях, а также физико-химических законов образования аэрозолей и их свойств.