CC BY
14
Технические возможности исследовательского комплекса позволяют проведение работ по определению статических, динамических, энергетических характеристик частотного электропривода с различными структурами и параметрами систем управления, а также решать вопросы наладки приводов, имеющих упругие связи и зазоры. В случаях, при отсутствии адекватной модели,
Рисунок 1. Электроприводная часть комплекса
Комплекс также может быть использован в качестве контрольно-испытательной станции для дефектовки и проверки частотных преобразователей и асинхронных электродвигателей. Кроме этого на стендах НИК проводится комплексное обучение, и выполняются лабораторные работы студентов по специальностям «Автоматизация и управление» и «Электроэнергетика».
Список литературы
1. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энерго-атомиздат, 2001г.- 704с.
2. Брейдо И.В. Гурушкин А.В. Исследование принципов распределения нагрузок в электромеханических системах с многодвигательным частотно управляемым электроприводом. М.: Приводная техника №3, 2009.
например, таких сложных систем, как многодвигательный частотный привод грузоподъемных механизмов, НИК позволяет обеспечить в полном объеме моделирование этого объекта и рабочего процесса, в котором он задействован.
Рисунок 2. Электромеханическая часть комплекса
3. Брейдо И.В. Гурушкин А.В. Комбинированные методы проектирования и наладки двухдвигательного частотно - управляемого асинхронного электропривода. М.: Приводная техника №2, 2009.
4. Брейдо И.В. Гурушкин А.В. Разработка систем выравнивания нагрузок для многодвигательного частотно - управляемого электропривода механизма главного подъема литейных кранов металлургического производства. М.: Приводная техника №6, 2009.
5. Гурушкин А.В., Доля А.В. Разработка лабораторно - исследовательского стенда на базе многодвигательного частотно - управляемого асинхронного электропривода, Темиртау.: Вестник Карагандинского государственного индустриального университета №3(6), 2014.
СПОСОБ БЕЗЫГОЛЬНОЙ ДОСТАВКИ ИНСУЛИНА ПРИ САХАРНОМ ДИАБЕТЕ
Сахарный диабет является одной из основных причин инвалидности и смерти большой части населения. Общеизвестно, что основной целью при лечении сахарного диабета является снижение содержания сахара в крови, желательно до соответствия уровню сахара здоровых людей. В качестве методов достижения этой цели используются интенсивные инсулиновые режимы. У здорового человека секреция инсулина на протяжении суток имеет дискретный характер [1]. Причем, такая дискретная секреция в ответ на повышение гликемии крови осуществляется на фоне базального высвобождения инсулина из поджелудочной железы. Введенный препарат инсулина создает "имитацию" базальной секреции инсулина, а введение инсулина короткого действия за 30 минут до еды
Гюнтер Сергей Викторович
Канд.тех. наук, ст.н.с. ТГУ, г. Томск Дамбаев Георгий Цыренович
Доктор мед. Наук, профессор, СибГМУ, г. Томск
создает дополнительный пик повышения содержания инсулина в крови, совпадающий по времени с гипергликемией. Некоторые исследователи отмечают, что хорошие результаты могут быть получены при введении препарата инсулина в определённое время суток, например, утром или вечером [2,3], хотя надежных научных данных по дискретному введению инсулина нет. В настоящее время распространенным способом лечения является метод чрез-кожного введения инсулина посредством инъекций. Способ связан с наличием механической травмы, болевого синдрома, асептических проблем и, связанного с этими факторами, психологического дискомфорта. Кроме
того, отмечаются аллергические реакции как в области локализации высокой концентрации препарата, так и на уровне организма в целом.
Сегодня исследователи проявляют большой интерес к разработкам новых способов введения инсулина, обеспечивающих длительное (пролонгированное) действие. Это вызвано необходимостью избавить больного от частых инъекций инсулина короткого действия (3 -4 раза в день), так как каждая инъекция связана с отрицательной эмоциональной реакцией на боль, а также с определенными трудностями соблюдения условий асептики и антисептики при многократных инъекциях во вне-амбулаторных условиях. Одно из направлений в решении данной проблемы связано с разработкой не инъекционных способов доставки инсулина в организм человека. Сегодня активно разрабатываются новые способы введения инсулина перорально, ингаляторно, а также пересадки поджелудочной железы, но все они пока недостаточно эффективны и не нашли широкого применения [4,5].
Ряд способов и аппаратов основаны на безыгольном механическом введении инсулина, например, когда струя раствора инсулина впрыскивается подкожно с большой скоростью, придающей потоку жидкости способность диффундировать, т.е. проникать через кожу. Однако данный способ требует не только дорогостоящего и сложного оборудования, но, в принципе, мало отличается от обычного метода инъекций с помощью шприца и иглы. Вообще, устранение иглы является существенным фактором, повышающим комфортность процедуры введения в организм инсулина. И, исходя из этих позиций, перспек-
тивными являются новые методы трансдермальных (чрез-кожных) терапевтических систем (ТТС), которые основаны на использовании диффузии раствора инсулина через кожу [5]. Диффузия жидкости может происходить без механического повреждения, через большую контактную поверхность, составляющую десятки квадратных сантиметров кожи. Основным препятствием данного метода является роговой слой, трудно проницаемый для больших молекул, в том числе молекул инсулина.. Для создания в роговом слое каналов исследователи создают микропоры, используя различные физические методы: ультразвук, лазерное излучение, электрическое и радиочастотное воздействие, а для облегчения диффузии прибегают к упаковке молекул инсулина в капсулы, обладающие повышенной проникающей способностью.
Наиболее перспективным представляется без игольный метод введения инсулина, основанный на применении нового поколения медицинских материалов - пори-стопроницаемых сплавов на основе никелида титана и инфракрасного (ИК) излучения.
Развитие технологии порошковой металлургии и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в режиме горения, позволило создать новый класс сложных по своей структуре высокопроницаемых пористых материалов на основе никелида титана (рис.1). Данные материалы способны играть роль ёмкостей, удерживающих в пористом пространстве жидкие среды, включая раствор инсулина. За счет капиллярного эффекта и процессов диффузии, и с применением ИК излучения можно не только удерживать раствор в пористом объеме никелида титана, но и направленно выводить его из пор.
а б
Рис.1. Высокопроницаемый пористый материал из никелида титана: а - пористая пластина;
б - пористая структура никелида титана
Широкий диапазон физико-механических свойств сплавов на основе никелида титана и возможность формирования из них пористых элементов конструкций, а так же высокая интенсивность теплообмена при низком уровне теплопроводности - всё это позволяет создавать компактные аппараты для эффективной безыгольной доставки раствора инсулина в тканевую систему организма. Основой при разработке аппаратов с пористо-проницаемыми элементами из никелида титана, являются регулирующие диффузию источники инфракрасного излучения [6,7].
Под ёмкостью материала подразумевается объем пористо-проницаемого пространства материала, который является важнейшей характеристикой взаимодействия пористого материала и жидкости. Расход жидкости через пористую структуру зависит от многих факторов, включая вязкость жидкости, степень деформации стенок пор материала, смачиваемость тканевых жидкостей и т.д.
Для пористых сплавов на основе никелида титана (TiNiMoFe) взаимодействие материала и тканевых жидкостей описывается формулой(1):
К =
2ь
Р • g^ -Р
(1) где:
К - коэффициент проницаемости, р - расход жидкости, р
- плотность жидкости, д - вязкость жидкости, АН - уровень жидкости, g - ускорение свободного падения, 80 -исходная площадь сечения образца, Ь - длина образца, Р
- коэффициент пористости.
При параметрах пористости никелида титана 60 -70% более половины объема элемента ёмкостной конструкции может занимать раствор инсулина. Процесс диффузии инсулина из пористой матрицы никелида ти-
тана зависит от всех параметров, представленных в формуле (1). Однако эта формула не учитывает влияния температуры, вернее градиента температуры ёмкостного элемента в условиях его контакта с внешней средой и площади контакта, наиболее содержательной представляется формула (2).
У0 - р-g-АН - £ • Р -АТ
ле=к
Ь
(2)
где:
ДQ - скорость потока (диффузии) жидкости из пористого никелида титана, k - коэффициент диффузии, ДТ - градиент температуры, д- вязкость жидкости, р - плотность жидкости; ^ - исходный объем жидкости в пористом материале, S - площадь соприкосновения поверхностных пор образца с тканями, Дh - величина уровня жидкости в пористом материале, L - средняя протяженность пор образца, Р - пористость, g - ускорение свободного падения [7,8].
Изменение температурного параметра АТ (градиента температуры) в формуле (1) можно осуществлять с использованием ИК-излучения, которое позволяет регулировать скорость диффузии раствора инсулина в зависимости от мощности, длины волны излучения и времени действия.
ИК-излучение в диапазоне 780 - 1400 нм оказывает выраженное тепловое действие, в результате которого возбуждаются терморецепторы, заложенные в коже, сли-
зистых оболочках, роговице, а также в центральной нервной системе - гипоталамусе и спинном мозге. Импульсы из терморецепторов поступают в центры терморегуляции (гипоталамус и частично спинной мозг). Возникающие вслед за этим терморегуляционные реакции приводят к расширению сосудов кожи, увеличению объема циркулирующей в них крови и усилению потоотделения. Нервно-рефлекторные реакции возникают также при воздействии инфракрасного излучения на рефлексогенные зоны кожных сегментов, непосредственно связанных с внутренними органами. В результате действия инфракрасного излучения на ткани образуются биологически активные вещества: брадикинин, каллидин и др., играющие важную роль в гуморальной регуляции местного и общего кровотока. Так, брадикинин обладает сильным сосудорасширяющим действием, которое наблюдается не только на месте облучения, но и в отдаленных участках тела.
При облучении инфракрасными лучами разработанным аппаратом (рис.2), в малых и средних дозах усиливаются процессы метаболизма, ускоряются процессы размножения клеток и ферментативные реакции, стимулирующие процессы регенерации и др.
Для приведения аппарата в рабочее состояние осуществляют: зарядку аккумулятора, насыщают пористый рабочий элемент (пластину из пористого никелида титана раствором инсулина). Далее прикладывают аппарат со стороны пористой пластины к коже и закрепляют его, после чего включают питание светоизлучающих ИК диодов. Длительность процедуры составляет 30 - 120 минут.
а б
Рис. 2. Вид аппарата для безыгольной доставки инсулина: а - аппарат в сборке; б - аппарат в использовании
Аппарат закрепляют преимущественно в области локтевого и лучезапястного сустава. Выбор времени процедуры от 30 до 120 минут определен из результатов изменения уровня гликемии крови. Установлено, что гликемия монотонно снижается в течение первых 30 минут, с постепенным замедлением в течение следующих 30 минут и достигает стационарного уровня спустя 120 минут с начала процедуры (рис. 3).
На основании многочисленных наблюдений сделан вывод, что значимый эффект наступает не ранее, чем за 30 минут, а максимальный - не позднее 120 минут, что и послужило обоснованием для выбора интервала времени воздействия.
Основным физическим фактором, стимулирующим диффузию раствора инсулина в подкожные слои, является термофорез. Сопутствующий поверхностный нагрев кожи в контакте с увлажненной поверхностью пористой пластины аппарата, нагретой ИК излучением и пропитанной раствором инсулина, вызывает набухание кожи, что способствует стимуляции диффузии раствора инсулина в ткани.
Экспериментальные исследования показали, что для эффективной диффузии необходимо сочетание трёх факторов: первый - градиент температуры в области контакта препарата инсулина с кожей, второй - нагрев прилегающего кожного покрова, третий - прямое воздействие ИК излучения на внутренние слои кожи. Наличие этих факторов приводит к тому, что достигается направленная диффузия инсулина в организм, позволяющая получить положительный терапевтический эффект.
Под воздействием ИК излучения процесс переноса жидкости из пористого никелида титана на поверхность тканей резко ускоряется. Это связано с тем, что на влажной поверхности возникают тепловые потоки, вызванные градиентом температуры диффузионного пограничного слоя, при этом, под действием ИК излучения сквозь пористую структуру никелида титана, происходит расширение сосудов тканей, что приводит к ускорению процессов диффузии инсулина в прилежащих тканях. Набор инфракрасных диодов позволяет легко управлять потоком излучения (посредством выбора тока питания диодов). Уровень потока излучения далек от порога термо-
механического повреждения рогового слоя кожи. Основной рабочий элемент аппарата - пористая пластина из ни-келида титана, может использоваться многократно, а для проведения очередной процедуры достаточно вновь пропитать ее раствором инсулина.
Уровень гликемии, усл.ед.
Таким образом, совокупное использование ИК излучения и пористо-проницаемого никелида титана - в виде пластин (TiNiMoFe), открывают перспективу разработки новых безыгольных аппаратов трансдермального введения инсулина в организм, пролонгированного действия.
0 20 40 60 80 100 120 140 Ъ мин Рис.3 Зависимость уровня гликемии от времени действия аппарата
Список литературы
1. Колуэлл, Дж. А. Новое в лечении и профилактике сахарного диабета. пер с англ. М.В. Шестаковой, М.Ш. Шамхаловой - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 288 с
2. Питерс-Хармел Э. Сахарный диабет: диагностика и лечение. пер. с англ. под ред. Н. А. Федорова. - М.: Практика, 2008. — 496 с.
3. Эндокринология. гл. ред. И. И. Дедов, Г. А. Мельниченко; Рос. ассоц. эндокринологов. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 290 с.'
4. Разработка и исследование трансдермальных систем доставки инсулина /Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Кузнецова Е. Г, М. 2005 — 32 с.
5. Клиническая эндокринология. Руководство / Н.Т. Старкова. - издание 3-е, переработанное и дополненное. - Санкт-Петербург: 2002. — 576 стр.
6. Медицинские материалы и имплантаты с памятью формы. В 14 Т, Медицинские материалы с памятью формы Том 1/ под ред. д.т.н., проф., засл. деят. науки Гюнтера В.Э. Томск 2011. — 534 с.
7. Гюнтер С.В., Дамбаев Г.Ц., Старченков Д.Д., Вотяков В.Ф. Аппарат для доставки инсулина при лечении сахарного диабета с использованием инфракрасного излучения / Биосовместимые материалы и новые технологи в стоматологии. г. Красноярск 2012 - С. 196 - 200.
8. Гюнтер С.В., Старченков Д.Д., Дамбаев Г.Ц. Разработка аппарата для лечения сахарного диабета с использованием ИК излучения и пористых материалов на основе никелида титана / Научно-практический журнал // Имплантаты с памятью формы. г.Томск:, 2012 - С. 5 - 11.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАВИСИМОСТИ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЕЗОТКАЗНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ СЕТЕЙ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ОТ МАТЕРИАЛА,
ДИАМЕТРА И ДАВЛЕНИЯ
Игнатчик Виктор Сергеевич
доктор техн. наук, профессор, заведующий кафедрой Военной академии материально - технического обеспечения,
г. Санкт-Петербург Саркисов Сергей Владимирович
кандидат техн. наук, доцент, доцент кафедры Военной академии материально - технического обеспечения,
г. Санкт-Петербург Путилин Павел Александрович аспирант Военной академии материально - технического обеспечения, г. Санкт-Петербург
В соответствии с ФЗ от 29.12.2014 г. № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении» [1], и постановлением Правительства Российской Федерации от 05.09.2013 года № 782 «О схемах водоснабжения и водоотведения» [2], надёжность систем водоснабжения является одним из ключевых целевых показателей, определяющих эффективность их работы. При этом, в соответствии с приказом Минстроя России от 05.08.2014 № 437/пр [3] показатели надежности сетей водоснабжения требуется определять не реже чем через 5 лет эксплуатации.
Актуальность этого вопроса определяется и тем, что ремонт и восстановление трубопроводов является одной из самых значительных статей затрат организаций, эксплуатирующих водопроводные сети. Учитывая, что с целью снижения эксплуатационных затрат современные системы водоснабжения создаются зонированными с поддержанием в каждой зоне минимального давления [4, 5], оценка зависимости показателей безотказности трубопроводов сетей водоснабжения от материала, диаметра и давления представляет научный и практический интерес.
