Порошковые ингаляторы

Порошковые ингаляторы

С.Н. Авдеев

Д.м.н., профессор, кафедра пульмонологии РМАПО, г. Москва

Официально первым порошковым ингалятором (ПИ) считается ингалятор Спинхалер, созданный в 1971 г. для доставки в легкие высоких доз кромогликата натрия

[1]. Однако порошковые ингаляционные системы были известны уже довольно давно. Например, в 1889 г. в Великобритании F. Roe запатентовал устройство, предназначенное для ингаляции тонкодисперсного порошка фенола при бронхиальной астме (БА) и сенной лихорадке, а также для профилактики простудных заболеваний

[2]. В 1940-е годы были известны два ПИ со сходными названиями: Aerohalor применялся для ингаляции пенициллина (рис. 1) [3], а Aerohaler — изопреналина [4].

ПИ позволяют успешно решить проблему дискоординации, характерную для дозированных аэрозольных ингаляторов (ДАИ), поскольку ПИ высвобождают препарат в ответ на инспираторное усилие больного (активация вдохом). Другие достоинства ПИ — компактность, удобство и относительная простота применения [5]. Бурному развитию новых ПИ способствовало принятие Монреальского протокола, направленного на ограничение производства и использования фреонов, поскольку ПИ справедливо рассматриваются как альтернатива фреонсодержащим ДАИ. Наконец, еще одним стиму-

лом для развития ПИ стала новая стратегия ингаляционной доставки в организм некоторых препаратов для терапии внелегочных заболеваний — пептидов, протеинов, инсулина, наркотических и противоопухолевых препаратов [6].

Типы ПИ

По типу дозирования лекарственного препарата все ПИ можно разделить на мультидозовые и од-нодозовые [7, 8].

В однодозовых ПИ активный препарат находится внутри желатиновой капсулы, которая перед каждой ингаляцией перфорируется специальными иглами. К однодо-зовым капсульным ПИ относятся как ранние модели (Ротахалер, Спинхалер), так и более современные ПИ (Аэролайзер, ХандиХа-лер). Достоинствами капсульных моделей ПИ являются точность дозирования, компактный размер устройств, защита лекарственной субстанции от влажности, возможность назначения большой разовой дозы препарата (до 20—30 мг) и низкая стоимость ингалятора [7]. К недостаткам можно отнести неудобство, связанное с частой заправкой ингалятора, и возможность технических проблем: неадекватного вскрытия капсулы, застревания ее в камере ингалятора, ингаляции частиц оболочки [9]. Как правило, капсула вставляется в ингалятор

перед каждой ингаляцией. Это не становится большой проблемой в случае бронхолитиков пролонгированного действия — формотерола (Аэролайзер) или тиотропия бромида (ХандиХалер), используемых не чаще 1—2 раз в сутки, но не в случае ПИ с препаратами, требующими более частых ингаляций. В новейших системах может находиться одновременно несколько капсул, что значительно упрощает использование ПИ.

Мультидозовые ПИ, в свою очередь, подразделяются на резервуар-ные и блистерные.

В мультидозовых резервуарных ПИ препарат находится в едином контейнере, а каждая ингаляционная доза отмеряется при помощи специального дозирующего устройства. Данный тип ПИ отличается наибольшим удобством для больного: ингалятор содержит до

Рис. 1. ПИ Aerohalor, применявшийся для ингаляции пенициллина.

Воздушный

поток

О О О ь 9 і

©л £>v;.\\'q

Носитель/препарат в резервуаре

Ш

“e % “ Г<

Г) Ы <

/Г\0 о * ° •

Ч Vіг •• .V

Носитель/препарат Механизм Носитель и препарат в аэрозоле дезинте- в аэрозоле

грации после дезинтеграции

Рис. 2. Схема дезинтеграции микронизированных частиц препарата в ПИ.

60—200 доз, требует минимальной подготовки перед использованием и может применяться в самых экстренных ситуациях. К резервуарным ПИ принадлежат Турбухалер, Цик-лохалер, Изихейлер и др. Условными недостатками резервуарных ПИ являются вариабельность дозы, ограничение дозы размером резервуара и более высокая стоимость, а также чувствительность к влаге. Абсорбция влаги из окружающей среды или во время использования ингалятора пациентом может повлиять на взаимодействие между частицами препарата или носителя и значительно уменьшить генерацию респирабельного аэрозоля.

Достоинства капсульных и ре-зервуарных ПИ сочетают в себе мультидозовые блистерные ПИ, в которых несколько разовых доз упакованы в блистеры: в виде диска — Дискхалер (4 и 8 доз), полоски — Мультидиск (60 доз) или кассеты — Acu-Breathe (15 и 30 доз), Spiros (30 доз), Xcelovair (60 доз). Блистерные ингаляторы успешно решают проблему защиты лекарственной субстанции от влаги и обеспечивают хорошую точность дозирования [10].

Оригинальное устройство имеет мультидозовый ПИ MAGhaler, в котором препарат находится в виде круглой таблетки, изготовленной при помощи технологии изостати-ческого прессования. Дозирование осуществляется при помощи специального лезвия, которое “срезает” с поверхности таблетки точную дозу препарата [11].

Функционирование ПИ

Лекарственное вещество в виде порошка из ПИ доставляется в дыхательные пути силой вдоха пациента. Все ПИ содержат 4 основных функциональных элемента: контейнер с порошком, система для дозирования препарата, система для дезинтеграции крупных частиц и мундштук [12]. Функционирование всех известных ПИ зависит от усилия пациента, его инспира-торного потока, необходимого для того, чтобы “поднять” дозу препарата из резервуара (капсулы, блистера). Кроме того, энергия инспираторного потока нужна и для дезагрегации порошка на более мелкие частицы аэрозоля. Чем больше инспираторный поток па-

циента, тем выше респирабельная фракция — доля частиц с аэродинамическим диаметром менее 5 мкм, которые могут достигнуть нижних дыхательных путей [8].

Основной технологической проблемой ПИ является несоответствие между размером частиц, которые могут достигать дыхательных путей (менее 5 мкм), и размером частиц, необходимым для оптимального функционирования самого ингалятора (30—300 мкм). Суть вопроса состоит в том, что препарат в ингаляторе не может существовать в виде частиц требуемого для ингаляции размера, так как под действием электростатических сил и сил Ван-дер-Ваальса мелкие частицы собираются в крупные агрегаты [12].

Поэтому в ПИ лекарственный препарат находится обычно в соединении с носителем — моногидратом лактозы (или бензоатом натрия — в отечественном ПИ Циклохалер). Связи между крупными частицами носителя и мелкими частицами препарата не такие сильные, как между самими мелкими частицами, и поэтому комплекс препарат-носитель легче разрушается, проходя через систему дезинтеграции (экран или решетку) (рис. 2).

Чтобы избежать агрегации частиц препарата, есть и другой путь - способ формирования сфер из частиц размером 2-4 мкм. Данный метод используется в ПИ Турбухалер, причем препарат может находиться либо в чистом виде (Пульмикорт), либо в смеси с микронизирован-ной лактозой (Оксис и Симбикорт). Лактоза в этом случае служит не в

качестве носителя, а для моделирования сфер препарата [12]. Сферы практически полностью дезинтегрируются турбулентными потоками при прохождении через спиральные каналы ингалятора.

Создающиеся во время дезинтеграции частицы порошка аэродинамически более стабильны по сравнению с частицами, генерируемыми ДАИ, так как транспортируются в легкие со скоростью потока окружающего воздуха, а не со скоростью струи пропеллента, не меняют своего размера и формы после высвобождения из устройства, что обеспечивает большую депозицию препарата в легких. Частицы, которые не подверглись микронизации, оседают в ротоглотке, причем для ПИ орофарингеальная депозиция (до 50—80% от номинальной дозы) по-прежнему остается значимой проблемой [13, 14].

Наконец, третьим способом приготовления сухого порошка для ПИ стала технология Pulmo Sphere, позволяющая получать полые сферические частицы с определенными размерами, плотностью и наличием пор [15]. Частицы PulmoSphere состоят из активного препарата и фосфатидилхолина (компонента нормального сурфактанта). Благо -даря низкой плотности эти частицы обладают уникальными свойствами — их аэродинамический диаметр много меньше геометрического диаметра, что обеспечивает отличную легочную депозицию [16].

Внутреннее сопротивление ПИ

Эффективность практически всех ПИ зависит от инспираторно-

Характеристика некоторых ПИ

Устройство Шп дозирования Внутреннее сопротивление Легочная депозиция,%

Спинхалер Капсульный Низкое 5-12

Ротахалер Капсульный Низкое 6-11

Дискхалер Блистерный Умеренное 11-12

Турбухалер Резервуарный Высокое 20-35

Аэролайзер Капсульный Умеренное 2 6

Мультидиск Блистерный Умеренное 11-16

ХандиХалер Капсульный Умеренное 20

Новолайзер Резервуарный Высокое 2 3 0 2

Изихейлер Резервуарный Высокое 18-29

Airmax Резервуарный Высокое 28

Clickhaler Резервуарный Высокое 30

Pulvinal Резервуарный Умеренное 11-15

Примечание. Высокое внутреннее сопротивление — >0,1 см вод. ст./(л с !), умеренное — 0,05—0,1 вод. ст./(л с-1), низкое — <0,05 см вод. ст./(л с-1).

го потока (ИП) больного. В свою очередь, ИП через ингаляционную систему определяется двумя факторами — внутренним сопротивлением устройства и инспираторным усилием пациента. Согласно ряду исследований, в порядке убывания внутреннего сопротивления потоку ПИ можно расположить так: Инхалер М > Изихейлер > Турбуха-лер > Новолайзер > Мультидиск > > Аэролайзер > Дискхалер > Спин-халер > Ротахалер [17, 18].

В информационных материалах многих фармакологических компаний низкое сопротивление ПИ часто упоминается как его достоинство. Но так ли это на самом деле? При ингаляции через ПИ с низким сопротивлением ИП может достичь очень высоких значений, из-за чего значительно увеличивается доля респирабельных частиц, по инерции сталкивающихся с задней стенкой ротоглотки. Депозиция препарата в ротоглотке повышает-

ся, а в периферических дыхательных путях — снижается [19]. Поэтому наилучшая легочная депозиция (до 40%) достигается при использовании ПИ с высокими и средними внутренними сопротивлениями потоку (Турбухалер, Новолайзер и др.), в то время как у ПИ с низким сопротивлением (Ротахалер, Спинхалер) легочная депозиция не превышает 6—11% (таблица).

Наилучшая легочная депозиция достигается при использовании порошковых ингаляторов с высоким или средним внутренним сопротивлением.

В то же время низкое сопротивление устройства, безусловно, дает возможность достичь высокого ИП при меньшем усилии больного, что позволяет использовать ПИ с низким сопротивлением даже при тяжелой обструкции бронхов. Принято считать, что чем более вы-

ражена бронхообструкция у больных с хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ) или БА, тем ниже их ИП. В действительности при обструктивных заболеваниях легких снижение ИП происходит в меньшей степени, чем экспираторного потока [20]. Было показано, что у больных с БА при снижении потока выдоха от 320 до 45 л/мин ИП снизился только от 269 до 188 л/мин [21]. В исследовании [22] проводилось измерение пикового ИП у больных с обострением БА (ОФВ1 — объем форсированного выдоха за 1-ю секунду — 1,2 ± 0,7 л) через Турбухалер и без него. Пиковый ИП через Турбухалер составил 60 ± 20 л/мин (причем лишь у двух больных он был ниже 30 л/мин), без Турбухалера — 152 ± 77 л/мин. В другом исследовании измеряли пиковый ИП через Турбухалер у больных с крайне тяжелой стадией ХОБЛ (ОФВ1 0,7 ± 0,2 л) [23]. Все больные ХОБЛ смогли достичь пикового ИП выше 28 л/мин (в среднем 53 л/мин, диапазон значений 28—78 л/мин), а у 83% пациентов он превышал 40 л/мин. Таким образом, большинство больных с тяжелой бронхиальной обструкцией способны эффективно выполнить ингаляцию даже при использовании ПИ с высоким внутренним сопротивлением. Малое инспираторное усилие может создавать проблемы при использовании данных ингаляторов у детей младших возрастных групп [24].

Для соблюдения баланса между эффективностью ПИ и возможностью его функционирования даже при низких инспираторных усилиях необходимо соответствие между некоторым средним вну-

тренним сопротивлением ПИ и оптимальным инспираторным потоком. Большинство ПИ для преодоления внутреннего сопротивления ингалятора требуют ин-спираторного потока в пределах от 30 от 90 л/мин. Для некоторых ПИ (Spiros), использующих создаваемый специальной крыльчаткой дополнительный поток, оптимален ИП 15 л/мин [25].

Легочная депозиция препарата

Одним из основных параметров эффективности ингаляционного устройства является легочная депозиция (ЛД) — отношение дозы препарата, поступившей в легкие, к номинальной разовой дозе (указанной на ингаляторе) [26]. ЛД в исследованиях in vivo изучается с помощью у-сцинтиграфии (по распределению препарата с радиоактивной меткой), реже используются фармакокинетический метод, основанный на измерении концентрации препаратов в крови и моче, и современные методы лучевой диагностики (позитронно-эмисси-онная томография и др.) [27].

При использовании различных порошковых ингаляторов легочная депозиция препаратов находится в пределах от 5 до 40%.

ЛД препаратов при использовании различных ПИ находится в пределах от 5 до 40% (см. таблицу). Существует четкая зависимость между размерами аэрозольных частиц и величиной ЛД: ЛД прямо пропорциональна респирабельной фракции препарата (доле частиц со

средним аэродинамическим диаметром <5 мкм) [28]. Например, более высокая ЛД при использовании Турбухалера по сравнению с Мультидиском (примерно в 2—3,4 раза) [29, 30] может быть объяснена тем фактом, что респирабельная фракция у Турбухалера значительно выше (в 2—2,5 раза) [31, 32]. По данным фармакокинетических исследований, сывороточные концентрации препаратов значительно выше при использовании ПИ с высокой ЛД (Турбухалер, Изихейлер) по сравнению с Мультидиском [33, 34].

Также существует тесная зависимость между ЛД и клиническим эффектом препарата. Для бронхорасширяющих препаратов эта зависимость линейная: так, в 2 раза большая ЛД у Турбухалера по сравнению с ДАИ обусловливает примерно вдвое больший бронхорасширяющий эффект тербуталина при ингаляции с помощью Турбухалера [35].

Вариабельность дозы препарата

Другой проблемой ПИ, связанной с инспираторным усилием больного, является вариабельность высвобождаемой дозы препарата. Так, при использовании Турбухалера ЛД тербуталина составляла 35% при ИП 60 л/мин и 8,9% при ИП 15 л/мин [36]. Эффективность Аэро-лайзера также снижается с уменьшением ИП с 80 до 40 л/мин — средний аэродинамический диаметр аэрозольных частиц возрастает при этом от 5,3 до 7,2 мкм (исследование in vitro) [37]. Доставленная доза через Мультидиск оказалась постоянной при значениях ИП от 30 до

90 л/мин, однако респирабельная фракция аэрозоля снизилась от 21% при потоке 60 л/мин до 16% при потоке 28 л/мин [38].

Важной характеристикой ПИ служит постоянство дозы на протяжении всего срока службы ПИ. Колебания высвобождаемой дозы препарата не должны выходить за пределы 80—120% от номинальной дозы. Все современные ПИ обязательно проходят испытания на воспроизводимость дозы: хорошая воспроизводимость установлена при тестировании Мультидиска [39], Новолайзера [18], Айшах [40] и других ПИ.

Предпочтения пациентов

Важные характеристики ПИ — их простота и удобство использования. Самым сложным ПИ можно считать Дискхалер, использование которого требует выполнения сложного 5-ступенчатого алгоритма. Наиболее просты в применении Изихейлер, СИекИа1ег и Айшах, которые напоминают ДАИ и по своей форме, и по процедуре ингаляции: встряхивание устройства и нажатие на его дно (или просто открывание мундштука — при использовании А1гшах) с последующим вдохом.

Наличие цифрового счетчика доз (Турбухалер, Мультидиск, СИекИа1ег, Изихейлер, Новолайзер) также значительно облегчает использование ПИ и улучшает ком-плайнс больных к ингаляционной терапии [41, 42].

Опубликовано довольно большое число исследований, сравнивавших предпочтения пациентов при использовании различных ти-

пов ингаляционных устройств. Как правило, больные в большинстве случаев на первое место по простоте использования ставят активируемые вдохом ДАИ и ПИ [43]. Что касается предпочтений пациентов при выборе ПИ, то здесь зачастую можно встретить противоречивые данные. Например, при сравнении Мультидиска и Турбухалера в некоторых исследованиях больные отдавали предпочтение Мультидиску [44], в других — Турбухалеру [45], в третьих не было отмечено достоверных различий между ними [41, 46].

Список литературы

1. Bell J.H. et al. // J. Pharm. Sci. 1971. V. 78. P. 176.

2. O’Callaghan C. et al. // Drug Delivery to the Lung / Ed. by H. Bisgaard et al. N.Y., 2002. P. 1.

3. Anderson PJ. et al. // Chest. 2001. V. 120. S. 89.

4. Clark A.R. // Aerosol Sci. Technol. 1995. V. 22. P. 374.

5. Цой А.Н. // Пульмонология. 1997. № 3. C. 71.

6. Fiel S.B. // Chest. 2001. V. 120. S. 87.

7. Авдеев С.Н. // Рус. мед. журн. 2002. T. 10. № 5. C. 255.

8. Borgstrom L. et al. // Eur. Respir. J. 1994. V. 7. P. 69.

9. Nielsen K.G. et al. // Eur. Respir. J. 1997. V. 10. P. 2105.

10. Огородова Л.М. // Пульмонология.

1999. № 1. C. 84.

11. Newman S. et al. // Respir. Med. 2002. V. 96. P. 1026.

12. Borgstrom L. et al. // Drug Delivery to the Lung / Ed. by H. Bisgaard et al. N.Y., 2002. P. 421.

13. Newman S.P., Busse W.W. // Respir. Med. 2002. V. 96. P. 293.

14. Newman S.P. et al. // Curr. Opin. Pulm. Med. 2001. V. 7. Suppl. 1. S. 12.

15. Edwards D.A. et al. // Science. 1997. V. 276. P. 1868.

16. Newhouse M.T. et al. // Chest. 2003. V. 124. P. 60.

17. Srichana T. et al. // Eur. J. Pharm. Sci. 1998. V. 7. P. 73.

18. Fyrnys B. et al. // Curr. Opin. Pulm. Med. 2001. V. 7. Suppl. 1. S. 7.

19. Svartengren K. et al. // Amer. J. Respir. Crit. Care Med. 1995. V. 152. P. 32.

20. Borgstrom L. // J. Aerosol Med. 2001. V. 14. P. 281.

21. McNeill R. et al. // Thorax. 1959. V. 14. P. 25.

22. Brown P.H. et al. // Eur. Respir. J. 1995. V. 8. P. 1940.

23. Dewar M.H. et al. // Respir. Med. 1999. V. 93. P. 342.

24. Pedersen S. et al. // Arch. Dis. Child. 1990. V. 65. P. 308.

25. Tashkin D.P. // J. Allerg. Clin. Immunol. 1998. V. 101. P. S409.

26. Derom E., Thorsson L. // Drug Delivery to the Lung / Ed. by H. Bisgaard et al. N.Y., 2002. P. 143.

27. Everard M.L., Dolovich M.B. // Drug Delivery to the Lung / Ed. by H. Bisgaard et al. N.Y., 2002. P. 173.

28. Olsson B. // J. Aerosol Med. 1997. V. 10.

S. 13.

29. Dolovich M.B. // J. Aerosol Med. 1999. V. 12. Suppl. 1. S. 9.

30. Thorsson L. et al. // Br. J. Clin. Pharmacol. 2001. V. 52. P. 529.

31. Bisgaard H. et al. // Eur. Respir. J. 1998. V. 11. P. 1111.

32. Granlund K.M. et al. // Eur. Respir. J.

2000. V. 16. Suppl. 31. S. 455.

33. Lipworth B.J., Clark D.J. // Eur. J. Clin. Pharmacol. 1997. V. 53. P. 47.

34. Lipworth B.J., Clark D.J. // Pulm. Pharmacol. Ther. 1997. V. 10. P. 211.

35. Borgstrom L. et al. // Amer. J. Respir. Crit. Care Med. 1996. V. 153. P. 1636.

36. Newman S.P. et al. // Int. J. Pharmaceutics. 1991. V. 74. P. 209.

37. Zanen P. et al. // Int. J. Pharmaceutics. 1992. V. 81. P. 199.

38. Hill L.S., Slater A.L. // Respir. Med. 1998. V. 92. P. 105.

39. Prime D. et al. // J. Aerosol Med. 1999. V. 12. P. 75.

40. Zeng X.M. et al. // Respir. Med. 2002. V. 96. P. 404.

41. van der Palen J. et al. // J. Asthma. 1998. V. 35. P. 147.

42. Wettengel R. et al. // Respiration. 2000. V. 67. P. 77.

43. Lenney J. et al. // Respir. Med. 2000. V. 94. P. 496.

44. Serra-Batlles J. et al. // J. Aerosol. Med. 2002. V. 5. P. 59.

45. van Spiegel P.I., Jenner F. // Br. J. Clin. Res. 1997. V. 8. P. 33.

46. Giner J. et al. // Arch. Broncopneumol. 2004. V. 40. P. 106.

Перепечатано и адаптировано с любезного разрешения редакции журнала “Атмосфера. Пульмонология и аллергология’