DE19718924A1

DE19718924A1 - Vorrichtung zur Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft sowie Verfahren zur Isolierung der Inhaltsstoffe und deren Verwendung

Info

Publication number: DE19718924A1
Application number: DE1997118924
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Chem Dr Rer Winsel; Frank Dipl Phys Adler
Original assignee: MEDIUM SENSOR GmbH
Current assignee: MEDIUM-SENSOR INGENIEUR- UND HANDELSGESELLSCHAFT F
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 1998-10-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft nach dem Oberbegriff des Haupt anspruches sowie ein Verfahren zur Isolierung dieser Inhalts stoffe und deren Verwendung zur Diagnostik und Therapieüber wachung von Krankheiten.

Bisherige Verfahren gehen davon aus, daß die Lungenin haltsstoffe in der Ausatemluft allein durch Kondensation an einer Kühlfläche mit hoher Effektivität isoliert und ange reichert werden können.

Aus WO 91/05 255 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose des Gesundheitszustandes sowie zur Therapieüberwachung und zur Verlaufskontrolle von Krankheiten, speziell der Lunge und der Atemwege, bekannt, wonach nichtflüchtige - gegebenenfalls zusammen mit endogenen und exogenen - Stoffen in der mensch lichen Ausatemluft durch Kondensation und Ausfrieren an einer mit flüssigem Stickstoff gekühlten Fläche isoliert werden.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt in dem großen apparativen Aufwand, der Gewinnung geringer Mengen an Probenmaterial und dem Umgang mit flüssigem Stickstoff, der besondere Sicher heitsvorkehrungen erfordert.

Es ist weiterhin ein Verfahren zur Gewinnung von Atemkondensat bekannt (Am. Rev. Repir. Dis., Vol. 148, 1993, 955-960), bei dem über ein Mundstück durch ein mit Eis gekühltes Rohr aus PVC ausgeatmet wird. Das Atemkondensat tropft dabei in eine eisgekühlte Flasche. Der Nachteil dieses Verfahrens ist, daß lediglich Stoffe aus der Atemluft abgeschieden werden, die bei ca. 0°C kondensieren. Dadurch ist die Anwendung des Verfahrens erheblich eingeschränkt.

Ein weiteres Verfahren (DE 195 05 504 A1) und eine ent sprechende Vorrichtung (DE G 94 21 065.0) zur Gewinnung von Atemkondensat verwendet ein doppelwandiges gekühltes Probe sammelrohr, das an den Enden mit einem Ein- und Auslaufventil versehen ist. Die Kühlung des Probensammelrohres erfolgt mit einem Kühlthermostaten, wobei das Kühlmittel im Gegenstrom prinzip durch den Kühlmantel geführt wird. Dabei wird die Innenwand des Kühlrohres auf -10 bis -25°C abgekühlt. Bei der Ausatmung in das Probensammelrohr wird das Atemkondensat auf der Innenfläche des mit einem PTFE- Rohr ausgekleideten Kühlers ausgefroren.

Der Nachteil dieses Verfahrens ist der große apparative Auf wand, die lange Zeit bis zur Erreichung des Betriebszustandes und die Abscheidung geringer Mengen an Atemkondensat auf einer relativ großen Fläche. Dadurch wird die Probenentnahme umständlich und verlustreich. Gleichzeitig schränkt der hohe Zeitbedarf bis zur Erreichung des Betriebszustandes der Vorrichtung die Anwendung in der klinischen und ärztlichen Praxis ein.

Bekannt ist weiterhin eine Vorrichtung zur Gewinnung der Inhaltsstoffe der Ausatemluft aus WO 97/04310 A1 und weiter ausgestaltet durch DE 197 03 708.9, bei der auf einer dünnen Folie, die mittels Vakuum oder selbsthaftend auf der Ober fläche der Kaltseite eines Peltierelementes fixiert ist, das Atemkondensat sich in gefrorener Form niederschlägt.

Generell haben alle Verfahren, die allein auf der Abscheidung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft an gekühlten Flächen basie ren, den Nachteil, daß in Abhängigkeit der Vorrichtung und den Temperaturen zwar unterschiedliche Mengen an Lungeninhalts stoffen abgeschieden werden, jedoch die Abscheidungseffizienz sehr gering ist.

Dies ist dadurch bedingt, daß weniger Lungenaerosoltröpfchen im Verhältnis zu Wasserdampf abgeschieden werden, so daß es zu einer starken Verdünnung der Lungeninhaltsstoffe im Atemkon densat kommt und die Anwendung des so gewonnenen Atemkonden sates in Verbindung mit der Analyse von bestimmten Lungenin haltsstoffen zur Diagnostik und Therapiekontrolle von Krank heiten, speziell von Lungenerkrankungen, einschränkt.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine apparativ ein fache und effiziente Vorrichtung zur Gewinnung von Inhalts stoffen der Ausatemluft zu schaffen und gleichzeitig die Isolierung durch ein einfaches Verfahren zu ermöglichen sowie die Verwendung der isolierten Inhaltsstoffe zur Diagnose und Therapieüberwachung zu erweitern.

Erfindungsgemäß wird das Problem mit den Merkmalen des Kennzeichenteiles des Hauptanspruches gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche gestalten die Erfindung in vorteilhafterweise aus. Die Verfahrensmerkmale ermöglichen die Isolierung der als Aerosol vorliegenden Inhaltsstoffe. Die Verwendung der gewon nenen Inhaltsstoffe als Aerosol ermöglicht eine Erweiterung der Diagnose und Therapieüberwachung von Krankheiten.

Die Vorteile der Erfindung sind darin begründet, daß der Auf wand für die Apparatur sehr gering ist und diese unmittelbar ohne Vorbereitungen einsatzfähig ist.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bei vermindertem Auf wand für die Apparatur und ohne Kühlung eine etwa 4-fach höhere Abscheidungsrate von Inhaltsstoffen der Ausatemluft er reicht.

Von ebenfalls besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Lungeninhaltsstoffe als Aerosol im Faservlies in hoher Kon zentration ohne Verdünnung durch kondensierten Wasserdampf abgeschieden werden.

Die Erfindung soll nachstehend durch Ausführungsbeispiele mit entsprechender Isolierung der Inhaltsstoffe und dem Therapie monitoring näher erläutert werden.

In der zugehörigen Zeichnung ist die Vorrichtung vereinfacht dargestellt.

Beispiel 1

Vor einem Filterhalteteil 5 mit Faservlies 6 ist ein Mundstück 2 mit einem Einatemventil 3 und Auslaßventil 4 angeordnet. Das Faservlies 6 kann aus Natur-, Kunst- oder Glasfasern be stehen. Auch ist es möglich, dieses Faservlies 6 durch poröse Materialien zu ersetzen. Wichtig ist die Tatsache, daß die Porengröße < 0,1 µm und der Atemwiderstand < 4,0 cm Wassersäule beträgt.

Beispiel 2

Nach 5 bis 15minütiger Atmung, bei der die Ausatemluft 1 durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geleitet wird und als Abluft 7 verläßt, wird das Faservlies 6 mit einer Pinzette entnommen und durch Zusammenfalten in den oberen Teil eines Zentrifugenröhrchens überführt sowie 200 bis 400 µl Elutionslösung (z. B. ELISA- Puffer, Salzlösungen, organische Lösungsmittel) auf das obere Ende des Faservlieses 6 gegeben. Anschließend erfolgt eine kurze Zentrifugation bei 500 bis 3000 g. Das so gewonnene Eluat enthält die Lungeninhalts stoffe. Die Bestimmung der Konzentration oder Gesamtmenge der Lungeninhaltsstoffe wird anschließend mit bekannten analy tischen Verfahren (z. B. ELISA, RIA, HPLC oder spektroskopische Verfahren) vorgenommen.

Beispiel 3

Als Indikator der antiinflammatorischen Effektivität des an gewandten Therapieregimes bei Patienten mit Asthma bronchiale wird Leukotrien B4 verwendet. In dem isolierten Lungenaerosol wird die Konzentration oder Menge von Leukotrien B4 mit einem kommerziellen ELISA oder RIA bestimmt. Die Konzentration von Leukotrien B4 im Lungenaerosol ist bei Patienten mit Asthma bronchiale in Abhängigkeit vom Asthmastadium bis zu etwa 10 mal höher als bei gesunden Probanden.

Zur Bestimmung des Leukotrien B4 werden 50 µl des unverdünn ten oder bei höheren Konzentrationen des verdünnten Materials eingesetzt.

Die ermittelten Leukotrien B4-Werte werden mit denen gesunder Probanden verglichen. Das Therapieregime für die Patienten mit Asthma bronchiale wird anhand dieser Daten so optimiert, daß die Leukotrien B4-Werte denen gesunder Probanden angenähert werden.

Bezugszeichenliste

1

Ausatemluft

2

Mundstück

3

Einatemventil

4

Auslaßventil

5

Filterhalterung

6

Faservlies

7

Abluft

Claims

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatem luft, dadurch gekennzeichnet, daß vor einem verschraubbaren Filterhalteteil (5) mit einem Faservlies (6) ein Mundstück (2) mit Einatemventil (3) und Ausatemventil (4) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies (6) aus Naturfasern (z. B. Cellulose, Natur seide), Kunstfasern (z. B. Polyester, Polyamid, Polyacryl, Polypropylen, Polyethylen, PTFE, Polycarbonat) oder anor ganischen Mikrofasern (z. B. Glas, Borsilicat) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies (6) durch poröse Materialien ersetzt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Porengröße des Faservlieses (6) oder der porösen Materialien < 0,1 µm und der Atemwiderstand < 4,0 cm Wassersäule beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeich net, daß das Faservlies (6) oder die porösen Materialien elektrostatisch geladen sind.

6. Verfahren zur Isolierung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft aus einem mit der Ausatemluft beladenen Faservlies oder einem porösen Material, dadurch gekennzeichnet, daß die als Aerosol auf dem Faservlies oder den porösen Materialien abgeschiedenen Inhaltsstoffe durch Zentrifugation, Vakuum, Druckgas oder Elution gewonnen und mittels ELISA, RIA oder HPLC analysiert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu sätzlich Lösungen oder RIA- oder ELISA- Puffer eingesetzt wer den.

8. Verwendung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft zur Dia gnostik und Therapieüberwachung von Krankheiten, insbesondere der Lunge, durch Analyse der Inhaltstoffe wie Entzündungs mediatoren, Proteinen und Phospholipiden.

9. Verwendung nach Anspruch 8 zur Diagnostik und Therapie überwachung des Asthma bronchiale in Verbindung mit Leukotrien-Bestimmungen.