RU2845207C1 - Устройство для совместного дозирования оксида азота и водорода - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области медицины. Раскрыто устройство совместного дозирования окиси азота и водорода, включающее источник разбавленной азотной кислоты, источник водорода и химический реактор, в котором располагается чистая пористая медь, при этом химический реактор включает крышку, имеющую: первую трубку для подачи в заданном количестве водорода, вторую трубку для подачи в заданном количестве разбавленной азотной кислоты и третью трубку для вывода из реактора к потребителю смеси окиси азота и водорода. Изобретение обеспечивает повышение безопасности дозирования окиси азота и водорода. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области совместного получения и транспортировки окиси азота и водорода в медицине и исследовательской деятельности, более точно, изобретение относится к созданию компактного устройства для гарантированного дозирования окиси азота и водорода, что достигается получением окиси азота в атмосфере водорода, что предотвращает окисление окиси азота до ядовитой двуокиси азота.

Уровень техники.

Развитие применения медицинских газов, водорода и окиси азота, в практике имело два этапа: на первом этапе они применялись раздельно. Например, применение водорода в клинической практике молекулярного водорода представлено в статье («Биологические эффекты молекулярного водорода и возможности его применения в клинической практике» Чепур С.В. и др. Успехи современной биологии. 2017, т.137, №3, с. 311-318. https://h2h2o.ru/images/docs/Биoлoгичecкиe_эффeкты_мoлeкyляpнoгo_вoдopoдa_oбзop_2017 _4enyp.pdf), а применение окиси азота в статье («Защита миакарда от ишимически-реперфузионного повреждения посредством подачи оксида азота в контур экстракарпоральной циркуляции при проведении искусственного кровообращения» Каменыциков Н.О. и др. Паталогия кровообращения и кардиохирургия. 2017. 21(4), 79-86.)

На втором этапе применение этих двух газов объединили, так как были получены положительные результаты их совместного воздействия - эффект сенергии.

Объединение потоков водорода и окиси азота дает ряд качественных эффектов при лечении больных, в частности, при проведении операций с искусственным кровообращением (ИК). Комбинированное применение газообразного оксида азота и водорода во время ИК позволило статистически значимо снизить уровень активации перекисного окисления липидов и агрегации эритроцитов, что обеспечивало более высокий уровень органопротекции при кардиохирургическом вмешательстве, более быструю активизацию пациентов и снижение продолжительности их пребывания в отделении реанимации и интенсивной терапии. (Пичугин В.В. Дирюгина А.В. и др. «Комбинированное введение оксида азота и водорода в экстракорпоральныйконтур искусственного кровообращения как метод органопротекции при операции на сердце». 16. СТМ, 2023. Т. 15, №5. https://cyberleninka.ru/article/n/kombinirovannoe-wedenie-oksida-azota-i-vodoroda-v-ekstrakorporalnyy-kontur-iskusstvennogo-krovoobraschenya-kak-metod/viewer, а также https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25643010/)

В настоящее время за рубежом и в России оксид азота для ингаляций получают химическим синтезом на стационарных станциях. Затем баллоны со смесью NO и азота поставляются в лечебные учреждения. Подачу NO из баллонов в дыхательный контур пациента осуществляют при помощи дозирующих систем, оснащенных устройствами регулирования потока и приборами мониторинга концентрации ингаляционных газов. Стоимость такой дозирующей системы и системы мониторинга достаточна высока - 40,5-50,6 тыс. $. Другой недостаток таких систем - это необходимость периодической закупки баллонов с NO и сложная логистика, существенно ограничивающая доступность NO-терапии в практической медицине.

Оксид азота (NO) представляет собой эндогенный газ, который играет несколько ключевых физиологических функций у человека, включая предотвращение активации/адгезии тромбоцитов, ингибирование бактериальной адгезии и пролиферации, усиление вазодилатации, стимулирование ангиогенеза, опосредование передачи нервных сигналов и помощь в заживлении ран.

Терапия ингаляционным оксидом азота (INO) стала основой отделений интенсивной терапии при легочной недостаточности, что приводит к предпочтительной легочной вазодилатации. Известно, что в случаях гипоксической дыхательной недостаточности у новорожденных NO улучшает оксигенацию и снижает потребность в экстракорпоральной мембранной оксигенации. Хотя NO в настоящее время одобрен только для гипоксической дыхательной недостаточности, было продемонстрировано, что он полезен при многих других методах лечения, включая пневмонию, острый респираторный дистресс-синдром, инсульт, кистозный фиброз, туберкулез, легочную гипертензию, легочный фиброз, хроническая обструктивная болезнь легких, и совсем недавно для потенциального использования при лечении COVID-19. Стоит особо отметить высокую эффективность терапии оксидом азота при лечении тяжелобольных коронавирусной инфекцией COVID-19, что официально подтверждено многими ведущими НИИ России.

Основным ограничением при использовании NO в отделениях неотложной помощи и в полевых условиях является непомерно высокая стоимость и низкая портативность существующих коммерческих систем доставки газообразного NO. Они требуют доставки NO через газовые баллоны, которые ограничены учреждениями интенсивной терапии, содержат NO в концентрациях, которые могут привести к разложению (из-за диспропорции во времени) с образованием NO2, высокотоксичного газа, и являются дорогостоящими

Существует способ получения окиси азота с помощью плазмохимии с применением плазмотрона (см. патент РФ №2022917 от 27.09.1989, Глухих Г.И. Коган В.А. Уланов И.Н. «Способ получения окиси азота»).

Последнее обстоятельство стимулирует многочисленные исследования устройств синтеза оксида азота в электрическом разряде из воздуха непосредственно на месте проведения лечения.

Генераторы NO для ингаляционной терапии (см. патент РФ №2553290 от 23.01.2014 «Устройство для получения окиси азота» Буранов С.Н., Карелин В.И. Селемир В.Д., Ширшин А.С.) разрабатываются на основе дуговых и искровых разрядов. Это объясняется тем, что в высокотемпературной плазме разрядов озон практически не нарабатывается, а концентрация двуокиси NO2 по отношению к NO низка и составляет 5-20%. В процессе генерации NO образуется спектр окислов азота: N2O, NO, NO2, N2O3, N2O4, N2O5, плазма таких разрядов близка к равновесной и значительная доля энергии расходуется на разогрев газа, который для фиксации NO необходимо резко охлаждать. Охлаждать газ необходимо и для целей ингаляции. Синтез NO осуществляется и в неравновесных плазмохимических системах, однако техническая реализация этих систем (несамостоятельные объемные разряды, инициируемые или поддерживаемые сильноточными пучками релятивистских электронов, СВЧ-разряды в магнитном поле) достаточно сложна.

К существенным недостаткам этих приборов является синтез NO в окислительной среде воздуха, содержащего 21% кислорода. Молекула NO является очень реакционноспособной, так как является по сути химическим радикалом, и она быстро окисляется до ядовитого NO2. Так как образованный NO находится в атмосфере кислорода в воздухе в процессе его образования и во время его транспорта от прибора-генератора NO до непосредственного поступления в легкие, то в течение всего этого времени происходит переход NO в NO2. Другим недостатком, как указывалось выше, является не компактность таких устройств, что не позволяет использование их при решении оперативных задач. Например, применения их в службе скорой помощи.

Существует способ получения окиси азота по реакции (см. авторское свидетельство №1298188 от 04.01.1985 г. Марченко Г.А. и др.). Данный способ основан на уравнении:

4NaNO2+СН2O+2H2SO4=4NO+Na2SO4+NaHSO4+СO2.

Для протекания реакции требуется определенная последовательность смешения компонентов, применяется 50% раствор серной кислоты, а соотношение нитрита натрия с формалином должно поддерживаться как 3,75: 1. Образующийся углекислый газ должен удаляться с применением раствора щелочи. Формалин токсичен, ПДК 0,003 - 0,01 мг/м3. Поэтому применение окиси азота, полученной таким образом не приемлемо в медицине, в первую очередь при ингаляциях.

Более перспективным выглядит получение окиси азота химическим способом в восстановительной среде водорода. При проведении таких химических реакций как:

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4Н2O.

В результате чего образуется только NO, для подавления реакции окисления NO в NO2 процесс ведется в потоке водорода. При этом водород выступает не только, как газ, предотвращающий окисление NO, но и как терапевтическое средство и транспортная среда, доставляющая NO к пациенту при ингаляции или при насыщении, например, физраствора этими газами при инъекции. Совместное применение смесей газов NO и Н2 дают новое качество терапевтического лечения. Используются положительные свойства и эффекты каждого газа и их синергетического эффекта. (Доклады Первого российского конгресса «Инновационные технологии применения медицинских газов в современной клинической практики», 11-12.10.2023 https://scientificrussia.ru/articles/pervyj-rossijskij-kongress-s-mezdunarodnym-ucastiein-inniovacionnye-tehiiologii-pri)nenenia-medicinskih-gazov-v-sovremennoi-kliniceskoi-praktike-pramaa-iranslacia-2).

Сущность изобретения.

Задачей настоящего изобретения является преодоление недостатков известного уровня техники. Более точно, задачей настоящего изобретения является обеспечение гарантированного дозирования окиси азота и водорода к потребителю, пациенту, предотвращая окисление окиси азота, и достигая объединенного терапевтического эффекта применения этих газов.

Технический результат предлагаемого решения - повышение безопасности дозирования окиси азота и водорода.

Технический результат достигается тем, что устройство совместного дозирования окиси азота и водорода включает:

- источник разбавленной азотной кислоты,

- источник водорода и

- химический реактор, в котором располагается чистая пористая медь.

При этом из указанных источников в реактор в заданных количествах подается разбавленная азотная кислота и водород, где происходит реакция, в результате которой на выходе из реактора подается к потребителю смесь газов окиси азота и водорода.

В реактор используется в заданных количествах пористая медь чистотой не менее 99,99%.

Источник разбавленной азотной кислоты и источник водорода включают дозатор, позволяющий подавать в реактор заданное количество разбавленной азотной кислоты и водород.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами - фиг.1-2 где

на фиг.1 показана принципиальная схема устройства для получения и совместного дозирования водорода и окиси азота,

на фиг.2 показан общий вид предлагаемого устройства для получения и совместного дозирования водорода и окиси азота.

На фигурах указаны следующие обозначения:

1. Генератор водорода.

2. Высокоточный дозатор разбавленной азотной кислоты.

3. Блок управления высокоточного дозатора

4. Химический реактор.

5. Слой пористой меди.

6. Поток водорода и окиси азота к потребителю (пациенту)

Генератор водорода вырабатывает водород и направляет его в химический реактор, проходит через него и направляется к потребителю. Расход потока водорода должен регулироваться.

Из высокоточного дозатора разбавленная азотная кислота подается в химический реактор. В химический реактор закладывается пористая высоко чистая медь (99,99% min пористая медь), которая взаимодействует с разбавленной азотной кислотой с образованием окиси азота в восстановительной атмосфере водорода. Смесь газов подается к потребителю. Блок управления высокоточного дозатора позволяет точно регулировать скорость подачи разбавленной азотной кислоты в химический реактор.

Пример. Для реализации изобретения создана установка совместного дозирования водорода и окиси азота, см. фиг.2. В качестве источника водорода используется генератор водорода с производительностью до 300 мл/мин. В качестве дозатора разбавленной азотной кислоты - насос инфузионный BYZ-810 с нижним пределом скорости подачи разбавленной азотной кислоты 0,1 мл/ч.

Химический реактор представляет собой цилиндрическую емкость, выполненную из стекла или полимерного материала с закручивающейся крышкой. Крышка реактора имеет три вывода сделанных в виде трубок, по которым: по первой трубке в реактор подается водород, по второй подается 30% азотная кислота от дозатора азотной кислоты, которая реагирует с пористой мелью, находящейся в реакторе, с образованием только окиси азота, по третей из реактора выводится смесь водорода и окиси азота и подается пациенту.

В химический реактор объемом 50 мл закладывается пористая медь в количестве 3,0 г. Это количество несколько превышает расчетное количество меди - 2,56 г., с целью гарантированного связывания разбавленной азотной кислоты поступающей за цикл работы установки в течение 10 ч.

В реакторе протекает реакция получения чистой окиси азота:

Для ингаляции нужна концентрация NO на уровне 100 ррm.

При расходе воздуха при дыхании - 10 л/мин, расход NO 1,0 мл/мин или 60 мл/ч.

Для расхода NO 60 мл/ч нужно расходовать азотной кислоты и меди:

Применять нужно разбавленную азотную кислоту, на уровне - 30,0%, расход этой кислоты составит: 0,675 х 3=2,025 г/ч.

Насос-дозатор может подавать раствор разбавленной азотной кислоты со скоростью от 0,1 мл/ч., т.е. 2,025 мл/ч - приемлемая скорость подачи.

Объемы, применяемых шприцев для подачи раствора азотной кислоты, могут быть, мл: 10, 20, 30. 50(60).

Возьмем шприц объемом 20 мл, тогда при скорости подачи 2 мл/ч насос-дозатор будет обеспечивать процесс ингаляции в течение 10 часов. В случае автономного питания, заряженной встроенной батареи (аккумулятора) достаточно на 4 часа непрерывной работы.

Применение шприца объемом 60 мл позволяет обеспечить процесс ингаляции с дозированием NO в течение 30 часов, при одной заправке реагентами.

Реакция разбавленной азотной кислоты с чистой медью (99,99%) протекает в полимерном реакторе с образованием NO. NO может быстро реагировать с кислородом воздуха с образованием NO2. Этот газ ядовит и этот недостаток преследует все приборы, производящие NO, в первую очередь в приборы производящие NO из воздуха в плазме, в которой образуется весь спектр окислов азота:

Нужно очищать поток воздуха и NO от сопутствующих окислов азота до уровня ниже предельно допустимой концентрации (ПДК)

В предлагаемой установке в реакторе образуется только NO.

Для улучшения качества NO, предотвращения образования NO₂, в реактор подается поток водорода с производительностью до 300 мл/мин. Выделяющийся в реакторе NO со скоростью 1 мл/мин, смешивается с потоком водорода (300 мл/мин) и поступает в маску ингаляции, в которую поступает и вдыхаемый воздух. Скорость подачи водорода - 300 мл/мин обеспечивает концентрацию во вдыхаемом воздухе на уровне не выше 4%, величина концентрации водорода, необходимая для ингаляции.

Таким образом, созданная установка обеспечивает процесс ингаляции с необходимыми концентрациями NO и H₂, при этом чистота этих газов не хуже 99,999%.

Установка успешно прошла проверочные испытания и сертифицирована.

Claims (3)

1. Устройство совместного дозирования окиси азота и водорода, включающее источник разбавленной азотной кислоты, источник водорода и химический реактор, в котором располагается чистая пористая медь, при этом химический реактор включает крышку, имеющую: первую трубку для подачи в заданном количестве водорода, вторую трубку для подачи в заданном количестве разбавленной азотной кислоты и третью трубку для вывода из реактора к потребителю смеси окиси азота и водорода.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что используется пористая медь чистотой не менее 99,99%.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник разбавленной азотной кислоты и источник водорода включают дозатор, позволяющий подавать в реактор заданное количество разбавленной азотной кислоты и водород.