способ и устройство для получения высокочистых растворов гипохлорита натрия медицинского назначения

Формула изобретения

1. Способ получения раствора гипохлорита натрия для детоксикации организма путем электролиза, включающий подачу раствора хлористого натрия в электролизер с электродами из платинированного титана, отличающийся тем, что в качестве источника подачи раствора используют замкнутую герметичную емкость, заполненную стерильным раствором хлористого натрия, электролиз проводят при плотности тока 2-100 мА/см² и скорости подачи раствора 100 - 400 мл/мин, при этом используют электроды, одинаковые по площади и имеющие платиновое покрытие с фактором шероховатости не менее 200 и установленные на расстоянии друг от друга 0,2 - 0,8 мм, причем полученный раствор гипохлорита натрия перекачивают в источник подачи раствора.

2. Устройство для получения раствора гипохлорита натрия по п.1, содержащее источник подачи раствора хлористого натрия с установленным в подающей магистрали насосом, электролизер с электродами из платинированного титана, подключенными к разноименным полюсам источника питания, блок управления и накопительную емкость, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит байпасную магистраль, соединяющую накопительную емкость с подающей магистралью, через управляемый обратный клапан, расположенный между электролизером и насосом, выполненным реверсивным, источник подачи раствора выполнен в виде замкнутой герметичной емкости для заполнения стерильным раствором хлористого натрия, а электроды выполнены одинаковыми по площади, имеют платиновое покрытие с фактором шероховатости не менее 200 и установлены друг от друга на расстоянии 0,2 - 0,8 мм, при этом насос выполнен с возможностью обеспечения скорости подачи раствора 100 - 400 мл/мин, а источник питания - с возможностью создания плотности тока 2-100 мА/см².

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что накопительная емкость дополнительно снабжена датчиками уровня и концентрации гипохлорита натрия в растворе, соединенным с блоком управления.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что источник подачи раствора выполнен в виде стандартного флакона для парентерального введения лечебного раствора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине и может быть использовано в интенсивной терапии для экзогенной и эндогенной детоксикации организма.

Для лечения больных с экзогенной и эндогенной интоксикацией предложены различные способы инфузионной терапии. В последнее время получили некоторое распространение способы детоксикации с использованием в качестве детоксицирующего средства растворов, содержащих гипохлорит натрия. Такие растворы получают, в частности, электрохимическим методом. Известны работы о применении растворов гипохлорита в медицине, в частности, известен антибактериальный эффект при лечении гнойных ран (Петросян Э.А., Вестник хирургии, 1991, N 1; авт. свид. СССР N 1776413). Известно также использование таких растворов при сахарном диабете (Патент РФ N 200245). В США аналогичное средство выпускается в виде раствора с фирменным названием "Дейкин"; оно используется наружно как антибактериальное средство, в частности при лечении грибковых заболеваний. Постановлением Фармкомитета МЗ СССР N 718 от 03.04.91 раствор гипохлорита натрия разрешен для внутривенного использования у больных. Известна работа (Патент РФ N 2000788), где предлагается использовать 0,06%-ный раствор гипохлорита натрия для детоксикации при различных эндогенных и экзогенных интоксикациях.

Все упомянутые работы демонстрируют достаточно успешное применение растворов гипохлорита натрия для лечения различных видов патологий. Такие растворы получают различными способами в различных устройствах. Известно, в частности, устройство ЭДО-4.

В качестве прототипа для предлагаемого способа получения раствора гипохлорита натрия выбрана работа установки ЭДО-4. Согласно этому способу электролизу подвергают физиологический раствор в бездиафрагменном электролизере с неподвижным электролитом с электродами из титана, промотированного платиной; электролиз проводят при плотности тока 8-32 мА/см². Получаемый раствор содержит 600-1200 мг/л гипохлорита натрия и до 900 мг/л хлората натрия.

Аппарат ЭДО-4, получивший уже относительно широкое распространение в клинической практике, обладает, однако, рядом недостатков. Основной из них - относительно низкая стабильность работы аппарата. Она выражается в том, что концентрация раствора гипохлорита натрия, получаемого в одном и том же аппарате, заметно изменяется в течение его срока службы и даже в течение одного рабочего дня. В результате приходится прибегать к довольно трудоемкой операции количественного анализа получаемого раствора волюмометрическим методом (титрование), и в случае, если концентрация выработанного раствора превышает заданную, разбавлять этот раствор до требуемой концентрации исходным физиологическим раствором. Аппарат ЭДО-4 не позволяет получать растворы гипохлорита с произвольно заданной концентрацией.

Второй недостаток аппарата ЭДО-4 - его относительно малая производительность. Технической документацией на аппарат ЭДО-4 предусмотрено проведение электролиза в течение 5 или 30 мин. Сокращение этого времени до 1-4 мин привело бы к значительному положительному эффекту, так как позволило бы одним аппаратом обеспечивать работу достаточно большого отделения в клинике.

Третий недостаток аппарата ЭДО-4 связан с тем, что хотя он позволяет получать достаточно чистые растворы, он все-таки не гарантирует полное отсутствие в этих растворах других кислородных соединений хлора, кроме гипохлорита натрия. В то же время недавние работы по клиническому использованию и по получению растворов гипохлорита выявили, что важнейшим показателем этих растворов является их полный химический состав, поскольку, в принципе, в нем могут содержаться (кроме гипохлорита и исходного хлорида) также и другие соединения хлора. Одна из наиболее ощутимых примесей - это хлорат натрия, содержание которого может быть сравнимо с содержанием гипохлорита.

Все хлораты являются физиологическими ядами и действуют на кровь (А.Ленинджер. Биохимия. - М.: Мир, 1976, с. 439). Действуя как кровяные яды, они переводят гемоглобин в метгемоглобин и вызывают распад красных кровяных телец. Валентность железа в гемоглобине не меняется при присоединении или потере кислорода; оно всегда остается двухвалентным. Однако при действии хлората натрия гемоглобин может окисляться с переходом железа в трехвалентное состояние, то есть в геминовую форму; продукт окисления гемоглобина - метгемоглобин - не способен обратимо функционировать в качестве переносчика кислорода.

При случайном приеме хлората внутрь возможны острые отравления. Особенно чувствительны почечные больные. Картина отравления: желтуха, рвота, белок, гемоглобин и метгемоглобин в моче, острые желудочно-кишечные расстройства, кожные высыпи, лихорадка. Часто судороги и бред перед смертью, наступающей как из-за острой асфиксии, так и вследствие развивающейся полной задержки мочи, приводящей к уремии.

Токсические дозы хлората натрия: смертельная доза (при введении внутрь) для кролика 2,0-2,5 г, для собаки 1,2-1,25 г. ЛД на мышах внутрибрюшинно составляет 467 мг/кг. (З.Франке. Химия отравляющих веществ. М.: Химия, т. 1, 1973, с. 412). Токсическая доза для человека - много менее 1 г на 1 кг веса (Rost. Chlorsaure u verwandte Sauren. Heffter s Haudbuch d. eхp. Pharmakol., т. 3, ч. 1, 1927, с. 371); уже 10 г могут вызвать смерть.

Действие на кожу. Известно довольно много случаев раздражения и даже изъязвления кожи (в особенности на пальцах), сопровождаемого отеком лица. Возможны и изъязвления слизистой носа.

Хлорат натрия используется в качестве гербицида и дефолианта. Есть сведения о смертельных отравлениях людей при его применении для борьбы с сорняками (Scheibe, Dtsch. Z. des. gerichtl. Med., 40, 134, (1954).

Хлорат натрия, возможно, может вызывать побочные эффекты, например, стимулировать перекисное окисление липидов, тем самым оказывая влияние на проницаемость клеточных мембран, что может привести к усугублению основного течения заболевания. Это же обстоятельство явилось определяющим в выборе оптимальной концентрации гипохлорита натрия для внутривенного введения. Поэтому актуальным является вопрос получения стерильных растворов гипохлорита натрия, не содержащих различного рода примесей.

Целью изобретения является разработка такого способа и такого устройства, которые позволяют получать лекарственный раствор с заранее заданной концентрацией активного действующего начала - гипохлорита натрия в течение короткого времени (1-4 мин) и с минимальным (на уровне пределов аналитического определения) содержанием хлората натрия и с полным отсутствием других высших кислородных соединений хлора, а также элементного хлора. Такой раствор можно считать идеальным для использования в качестве лекарственного средства.

В изобретении предлагается получать растворы гипохлорита натрия в проточном электролизере, где геометрическая площадь поверхности анодов примерно равна площади поверхности катодов, аноды должны иметь платиновое покрытие с достаточно развитой поверхностью, раствор должен прокачиваться через электролизер со скоростью 100-400 мл/мин (или с линейной скоростью 10-40 см/мин), межэлектродный зазор должен быть в пределах от 0,2 до 0,8 мм (предпочтительно 0,5 мм), плотность тока (в расчете на геометрическую поверхность анодов) должна составлять 2-100 мА/см² (предпочтительно 10-20 мА/см²).

Авторы изобретения обнаружили, что снижение площади поверхности катодов по сравнению с площадью поверхности анодов приводит к снижению концентрации гипохлорита натрия при одновременном увеличении концентрации хлората. Фактор шероховатости, то есть отношение площади истинной поверхности платинового покрытия к площади видимой поверхности электрода должен быть не менее 200.

Высокая площадь истинной поверхности анода предотвращает окисление гипохлорита в хлорат. В то же время получение высоких концентраций гипохлорита связано с тем, что режим электролиза обеспечивает предельный ток окисления хлорида в области потенциалов, где выход по току выделения кислорода еще достаточно мал. Платиновое покрытие с развитой поверхностью может быть получено электролитическим осаждением из разбавленных солянокислых растворов (менее 1 г/л) платинохлористоводородной кислоты при плотности тока не более 3 мА/см², при этом электролиз можно проводить до полного осаждения платины. Площадь истинной поверхности электрода может быть определена традиционными электрохимическими методами по адсорбции водорода. Авторы обнаружили, что повышение фактора шероховатости платинового покрытия сверх 1000 не приводит к улучшению показателей процесса, но сопряжено с повышением расхода платины. Снижение фактора шероховатости ниже 100 при сохранении остальных признаков приводит к заметному росту содержания хлората.

Увеличение скорости протока раствора свыше 400 мл/мин не позволяет получать достаточно высоких концентраций гипохлорита натрия, а при скорости протока менее 100 мл/мин возможно образование в заметных количествах хлората натрия.

Для данного предложения очень существенно сочетание всех предлагаемых отличительных признаков.

Описанная методика позволяет получать растворы гипохлорита натрия с вдвое большей производительностью, чем по авт. свид. СССР N 1194425, поскольку позволяет реализовать гораздо большие токовые нагрузки на электролизер. При одном и том же времени электролиза по предлагаемой методике получаются растворы с вдвое большей концентрацией гипохлорита натрия при полном отсутствии хлората. При повышении нагрузки на электролизерах с непроточным электролитом начинается сильный разогрев раствора (вплоть до вскипания), что приводит к диспропорционированию гипохлорита на хлорат и хлорид; кроме того, резко увеличивается скорость восстановления гипохлорита на катодах.

Пример 1. Электролиз 0,89%-ного раствора хлорида натрия проводили в электролизере проточного типа с плоскопараллельными электродами из платинированного титана с видимой площадью поверхности анодов и катодов 1800 см², с фактором шероховатости 200, с межэлектродным зазором 0,5 мм, при скорости протока раствора 100 мл/мин и общей токовой нагрузке на электролизер 20А (то есть при плотности тока 11 мА/см²). В стационарном режиме концентрация гипохлорита натрия в продукте составила 1600 мг/л, концентрация хлората натрия 10 мг/л.

Никаких других продуктов электролиза оксиды хлора, молекулярный хлор, перхлорат) обнаружено не было. Медицинские растворы с меньшим содержанием гипохлорита были получены разбавлением этого раствора исходным физиологическим раствором.

Пример 2. Условия те же, что и в примере 1, но фактор шероховатости платинового покрытия составляет 3. В полученном растворе содержание гипохлорита составляло 800 мг/л, а содержание хлората 500 мг/л.

Пример 3. Условия те же, что и в примере 1, но фактор шероховатости платинового покрытия составляет 1200. В полученном растворе содержание гипохлорита составляло 1600 мг/л, а содержание хлората 10 мг/л.

Пример 4. Условия те же, что и в примере 1, но скорость протока раствора составляла 400 мл/мин. В полученном растворе содержание гипохлорита составляло 350 мг/л, хлораты методом титрования не определяются.

Пример 5. Условия те же, что и в примере 1, но скорость протока раствора составляла 50 мл/мин. В полученном растворе содержание гипохлорита составляло 1500 мг/л, а содержание хлората 150 мг/л.

Известно множество конструкций устройств для электрохимического или химического получения растворов как правило технических, гипохлорита натрия.

Описаны различные устройства для получения растворов гипохлорита натрия, в том числе электролизом растворов хлорида натрия. Большинство из них относится к получению технического продукта, предназначенного для отбеливания целлюлозы и тканей, Обработки сточных вод, радиоактивных или агрессивных сред, стерилизации пищевой тары и оборудования пищевой промышленности и т.п. Основные работы в этой области направлены на создание совершенных, небольших по размеру и производительности ванн для электролиза морской воды и других разбавленных растворов. Получаемые при этом растворы содержат до 2% активного хлора. При получении технического продукта не обращается внимание на его чистоту (содержание балластных примесей и, особенно, хлорита), а основное внимание уделяется повышению технико-экономических показателей процесса (см. напр. , обзор Фиошин М.Я. в кн. Итоги науки. Электрохимия. т. 7, 1971, с. 150). Известны химические способы получения чистого гипохлорита натрия с минимальным содержанием хлората (от 20 до 100 мг/л) путем пропускания газообразного хлора в 20%-ный раствор едкого натра (авт. свид. СССР N 512994, бюлл. N 17, 1976). Основной недостаток этого метода - повышенное содержание щелочи (до 9 г/л), что препятствует использованию такого раствора в медицинских целях. Кроме того, в настоящее время чистую щелочь получают по методу электролиза с ртутным катодом, что также недопустимо при приготовлении растворов медицинского назначения.

Наиболее близким по технической сущности устройством является устройство, описанное в статье Р.М.Robertson, W.Ponto, Journal of Applied Electrochmectry, Vol. 13, P. 307- 315 (1983).

Это устройство может быть выбрано в качестве прототипа, поскольку оно содержит наибольшее число совпадающих конструктивных признаков.

Предлагаемое устройство схематически изображено на чертеже.

Устройство содержит электролизер, исходную емкость (стандартный флакон емкостью 400 мл), промежуточную емкость (такой же флакон) с датчиками уровня и концентрации гипохлорита натрия, насос, жидкостные магистрали, электромагнитный клапан, блок питания и блок управления.

Все узлы и детали устройства, контактирующие с раствором, изготовлены из материалов, допущенных к применению в медицинской технике.

Все устройство, в принципе, может быть стерилизовано стандартными методами, но в обычной практике оно не нуждается в специальной стерилизации, поскольку в нем вырабатывается раствор гипохлорита, обладающий стерилизующими свойствами.

Устройство работает следующим образом. Вначале проводится подготовительный цикл - стерилизация. Физиологический раствор из исходной емкости посредством насоса прокачивается через электролизер, при этом электролизер включен на нагрузку, и в нем вырабатывается гипохлорит. Устройство может и не содержать насоса; в этом случае прокачка растворов обеспечивается самотеком за счет разности уровней исходного и приемного флаконов. Байпасная линия при этом перекрыта электромагнитным клапаном. Из электролизера раствор поступает в промежуточную емкость.

В процессе электролиза проводится контроль за концентрацией гипохлорита натрия в промежуточной емкости. После полного опорожнения исходной емкости она заменяется на новую исходную емкость с физиологическим раствором. Процесс продолжается до тех пор, пока промежуточная емкость не будет полностью заполнена раствором. После этого ток через электролизер отключается, привод насоса реверсируется, электромагнитный клапан отключает электролизер от насоса, и раствор из промежуточной емкости сливается по байпасной линии. Исходная емкость с частью неизрасходованного раствора удаляется. По окончании подготовительного цикла все внутренние полости и магистрали аппарата можно считать стерилизованными.

Затем проводятся рабочие циклы. Каждый рабочий цикл начинается с монтажа исходной емкости с физиологическим раствором. Электролизер и магистрали при этом уже заполнены раствором, содержащим необходимую концентрацию гипохлорита натрия. На блоке управления оператор устанавливает необходимую концентрацию готового раствора гипохлорита натрия. Раствор насосом прокачивается через включенный электролизер в промежуточную емкость. По сигналам датчиков уровня и концентрации гипохлорита в промежуточной емкости ток отключается в тот момент, когда будет получено необходимое абсолютное количество гипохлорита натрия. Далее физиологический раствор из исходной емкости прокачивается через отключенный электролизер в промежуточную емкость, где образуется раствор заданной концентрации. После этого электромагнитный клапан отключает электролизер от гидравлической магистрали, привод насоса реверсируется, и раствор из промежуточной емкости через байпасную линию прокачивается в исходную емкость или в отдельную приемную емкость (при этом байпасная линия может быть отключена).

Устройство готово к следующему циклу.

Основные отличительные признаки устройства следующие.

1. Использование стандартных флаконов для внутривенного введения и разовых магистралей гарантирует стерильность получаемого раствора. Кроме того, весь процесс приготовления раствора проводится в замкнутом контуре, и готовый продукт собирается в исходном флаконе без соприкосновения с окружающей средой (это особенно важно в условиях военно-полевой медицины и медицины катастроф).

2. В промежуточной емкости установлены датчики уровня (т. е. количества раствора) и концентрации гипохлорита. Сигналы от этих датчиков используются блоком управления для контроля длительности электролиза при любом заданном значении конечной концентрации раствора.

3. В устройстве использован электролизер, конструкция и режим работы которого удовлетворяют указанным выше отличительным признакам, а именно: электроды выполнены соизмеримыми по площади, имеют платиновое покрытие с фактором шероховатости не менее 200 и установлены друг от друга на расстоянии 0,2-0,8 мм, при этом насос выполнен с возможностью обеспечения скорости подачи раствора 100-400 мл/мин, а источник питания - с возможностью создания плотности тока 2100 мА/см². (Отклонения в режиме от указанного выше параметра приведет к получению раствора, не удовлетворяющего заданным параметрам).

4. В гидравлической схеме устройства предусмотрена байпасная линия, которая позволяет при достижении заданной концентрации гипохлорита натрия прекратить электролиз и вернуть раствор в исходную емкость.

Таким образом, по изобретению можно рекомендовать в качестве способа детоксикации организма использование раствора, полученного по вышеописанному способу, а также использование в других областях медицины.