Способ заполнения ингаляционной камеры аэрозолем при исследовании ингаляционной токсичности веществ
METHOD FOR INHALATION CHAMBER FILLING WITH AEROSOL DURING SUBSTANCES INHALATION TOXICITY INVESTIGATION

Изобретение относится к подготовке образцов для исследования путем их распыления, а также к введению веществ в организм животных. Точнее к области медико-биологических исследований, а именно к ингаляционной токсикологии. Оно может быть использовано при оценке ингаляционной токсичности веществ.
Ингаляционному воздействию веществ на организм в токсикологии уделяется особое внимание. При проведении ингаляционных исследований имеют значение: быстрое создание равномерных концентраций исследуемого вещества; экономный расход исследуемого вещества при проведении эксперимента; отсутствие дополнительных факторов, которые могут оказать влияние на поступление вещества в организм при дыхании и на общее состояние животных. Указанные характеристики и факторы зависят от заполнения ингаляционной камеры аэрозолем.
Известен способ заполнения аэрозолем замкнутой ингаляционной камеры при статическом режиме затравки животных [Методы определения токсичности и опасности химических веществ (токсикометрия) [Текст] / под ред. И.В. Саноцкого. М.: Медицина, 1970. - 318 с.]. При этом внутрь камеры на подложку помещается легкоиспаряющееся вещество, и образующийся газ заполняет внутреннее пространство. Как вариант способа, парогазовая смесь вещества может создаваться путем термической возгонки. В указанных случаях внутренний объем камеры не сообщается с внешней средой.
Описанным образом можно заполнять камеру легко испаряющимися и термостабильными веществами. Концентрация веществ, не обладающих такими свойствами, создается путем диспергирования жидких веществ и растворов с помощью генераторов аэрозоля различных типов (ультразвукового, дискового, пульверизационного и прочих). При этом воздух захватывается снаружи, насыщается в форкамере генератора аэрозоля диспергированными частицами жидкости и нагнетается в ингаляционную камеру (фиг. 1).
Так как используется замкнутая ингаляционная камера, такой способ также принято относить к статическому режиму затравки. Хотя истинная статичность при таком подходе не сохраняется, так как внутренний объем камеры сообщается с внешней средой.
В процессе заполнения камеры аэрозолем происходит повышение внутреннего давления, что приводит к выдавливанию аэрозоля через щели и потере исследуемого вещества (как показывают собственные исследования, потери могут составлять до 80%). Одновременно повышенное внутреннее давление приводит к сопротивлению поступления аэрозоля внутрь камеры и замедлению повышения концентрации вещества. Повышение герметичности камеры позволяет уменьшить утечку оцениваемого вещества, но тогда через короткое время после нагнетания аэрозоля внутреннее давление в камере выравнивается с давлением, создаваемым компрессором генератора аэрозоля, и скорость поступления вещества в камеру падает до нуля.
Кроме того, при заполнении камеры аэрозоль стелется туманом по полу камеры, и вещество концентрируется на нижнем уровне. Для выравнивания концентрации вещества необходимо использование внутреннего вентилятора, что является отрицательным моментом, так как часть аэрозоля отбивается лопастями на стенки камеры и концентрация вещества в воздухе снижается.
Еще одним недостатком является неконтролируемое вредное действие давления на организм помещенных в камеру животных (в некоторых случаях животные должны быть помещены в ингаляционную камеру до начала распыла аэрозоля и находиться в камере во время распыла).
Казалось бы, перечисленные проблемы можно решить путем помещения генератора аэрозоля внутрь камеры, однако это является технически нецелесообразным, так как нахождение прибора в облаке аэрозоля приведет к заражению его поверхности, возможности выхода прибора из строя в результате попадания аэрозоля на внутренние электронные платы, невозможности наблюдения за работой прибора и ее регулировки.
Известен другой способ заполнения аэрозолем ингаляционной камеры и создания требуемых концентраций вещества - при динамическом режиме затравки животных. При этом создаваемый аэрозоль вещества проходит через ингаляционную камеру транзитом и поступает в систему отработанного воздуха [Методы определения токсичности и опасности химических веществ (токсикометрия) [Текст] / под ред. И.В. Саноцкого. М.: Медицина, 1970. - 318 с.; Ингаляционная камера для затравки животных / Скибенко В.В., Зельцер П.Л., Колокольцов И.Я., Скоб М.Я. - 1981. - а.с. СССР №990157; Ингаляционное оборудование TSE: Система "head-nose-only" [электронный ресурс] www.tse-system.com/products/inhalation/index.html; Многоцелевая ингаляционная система MIC [электронный ресурс] inlabtech.ru/news/?ELEMENT_ID=445]. Современные системы динамической затравки снабжены сложной электронной системой контроля циркуляции воздушных потоков. Перепады давления в них незначительны. Концентрация вещества на всех уровнях равномерная и постоянная. Однако данный способ имеет недостатки:
- высокая стоимость оборудования и расходных материалов;
- большой расход исследуемого вещества;
- необходимость частой замены фильтров отработанного воздуха;
- необходимость постоянного высококвалифицированного обслуживания поставщиком оборудования.
Задача настоящего изобретения заключается в создании способа заполнения аэрозолем ингаляционной камеры, в котором отсутствуют колебания внутреннего давления, нет утечек исследуемого вещества и оно расходуется экономно, быстрее создается равномерная концентрация вещества в камере.
Поставленная задача решается включением генератора аэрозоля и ингаляционной камеры в общую замкнутую систему циркуляции воздуха и исключением сообщения внутреннего пространства камеры с внешней средой.
Техническим результатом является быстрое создание требуемых равномерных концентраций оцениваемого вещества; экономия оцениваемого вещества; отсутствие влияния перепадов давления на животных, находящихся в ингаляционной камере во время заполнения камеры аэрозолем и создания требуемых концентраций вещества.
Заполнение камеры аэрозолем и создание требуемых концентраций исследуемого вещества в предлагаемом способе нельзя отнести ни к статическому, ни к динамическому режиму, так как с одной стороны камера является замкнутой и не сообщается с внешней средой, с другой стороны в камере осуществляется циркуляция воздуха, при которой часть воздуха отбирается из камеры и замещается воздухом, обогащенным веществом в генераторе аэрозоля.
Устройство для перевода вещества в аэрозоль и его нагнетания в ингаляционную камеру принципиальными не являются, поэтому патентуется только способ заполнения ингаляционной камеры аэрозолем.
Пример осуществления способа
1
1
Для реализации способа на ингаляционной камере 1 (фиг. 2) монтируют дополнительный воздушный насос 2 (предпочтительным представляется использование пластинчато-роторного компрессора низкого давления) (Нами в качестве воздушного насоса был использован компрессор от генератора аэрозоля «Вулкан».), который по патрубку 3 гонит воздух из ингаляционной камеры в форкамеру генератора аэрозоля 4 (для диспергирования растворов веществ предпочтительным представляется использование ультразвукового генератора аэрозоля). После насыщения частицами вещества воздух по патрубку 5 поступает обратно в ингаляционную камеру.
Общий вид компоновки воздушного насоса на ингаляционной камере, патрубков и генератора аэрозоля представлен на фиг. 3.
В процессе создания аэрозоля образуется направленный поток, который перемешивает воздух внутри ингаляционной камеры и выравнивает концентрацию вещества по ее объему без внутреннего перемешивающего устройства.
Сравним заполнение камеры водным аэрозолем при использовании традиционного способа, когда в камеру нагнетается воздух извне, и предлагаемого способа, когда циркуляция потоков воздуха имеет схему замкнутого контура. Для наглядности на заднюю стенку камеры прикреплена таблица Сивцева, применяемая для определения остроты зрения. Фотографирование проведено через 3 с, 25 с и 60 с после начала работы генератора аэрозоля (фиг. 4).
Отмечается форсированное заполнение камеры аэрозолем при использовании предлагаемого способа по сравнению с традиционным. Учитывая, что в обоих случаях нагнетание аэрозоля производилось с использованием воздушных насосов, одинаковых по техническим характеристикам (насос 2 на фиг. 3 заимствован с идентичного генератора аэрозоля), преимущество предлагаемого способа заполнения камеры аэрозолем является очевидным.
Использование предлагаемого способа позволяет: увеличить скорость создания требуемых концентраций оцениваемого вещества в ингаляционной камере, расходуя при этом меньшее количество вещества; отказаться от использования в ингаляционной камере устройства, перемешивающего воздух, для выравнивания концентрации вещества; исключить влияние перепадов давления на животных, находящихся в ингаляционной камере во время заполнения камеры аэрозолем.