DE2649876C2 - Verfahren zur Feststellung und Bestimmung von Allergenen oder anderen Substanzen, die Reizungen in den Atemwegen von Mensch oder Tier hervorrufen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststellung und Bestimmung von Allergenen oder anderen Substanzen, die Reizungen in den Atemwegen von Mensch oder Tier hervorrufen, bei dem einem dem Probanden als Atemgas zuzuführendes Gas oder Gasgemisch die jeweilige Prüfsubstanz in einer unterhalb der Allergen-Schockschwelle des Probanden bleibenden Konzentration nach vorheriger Feststellung der für die Atemmechanik des Probanden kennzeichnenden physikalischen Größen beigemischt wird und dann diese physikalischen Größen erneut oder deren Veränderungen gemessen werden.

Bei einem aus DE-AS 24 19 743 bekannten Verfahren dieser Art wird dem Probanden ein mit Allergen versetztes Atemgas anschließend an tiefes Einatmen des Probanden in dessen Nase eingeführt Da der Proband seine Lunge bereits durch tiefes Einatmen mit Luft gefüllt hat, kann das mit Allergen versetzte Atemgas nur in den Nasen-Rachenraum gelangen. Dementsprechend ist es mit diesem bekannten Verfahren nur beabsichtigt und auch nur möglich, Allergen-Provokationen im Nasen-Rachen-Raum von Mensch oder Tier hervorzurufen. Die Beimischung von Allergenen oder anderen Substanzen, die Reizungen in den Atemwegen hervorrufen, konnte für die Provokation an tiefer als der Nasen-Rachen-Raum liegenden Teilen der Atemwege bisher nicht zu diagnostischen Zwecken herangezogen werden, weil hierbei erhebliche gesundheitliche Risiken eintreten könnten. Andererseits hat es sich jedoch herausgestellt, daß in vielen Fällen auf die bronciiogene Allergiebestimmung nicht verzichtet werden kann, da sich allein durch diese Applikationsform bestimmte Sensibilitäts-Reaktionen im Atemtrakt nachweisen lassen.

ίο Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Prüfsubstanz einem gezielten Bereich des Atemtraktes eines Probanden zuzuführen und die anderen Bereiche des Atemtraktes möglichst von der Prüfsubstanz freizuhalten.
Diese Aufgabe wird eriindungsgemäß dadurch gelöst, ^-aß man die Prüfsubstanz in Aerosolform dem Atemgas beim Einatmen mit einer solchen zeitlichen Verzögerung gegenüber dem Einatmungsbeginn des Probanden beigibt, wie sie aus der Lage des zu provozierenden Bereiches im Atemtrakt und der festgestellten Atemmechanik des Probanden zu errechnen ist

Durch die Zugabe der Prüfsubstanz in Aerosolform zu dem einzuatmenden Gas wird einerseits erreicht daß nur ein genau definierbarer Teil des einzuatmenden Gases mit Prüfsubstanz versetzt ist Andererseits wird erreicht daß die Prüfsubstanz sicher mit demjenigen Teil des mit ihr versetzten, eingeatmeten Gases im Atemtrakt mitgeführt whr-i, bis dieser Teil des eingeatmeten Gases im Atemtrakt praktisch zur Ruhe kommt Dann erfolgt die Abgabe der Prüfsubstanz aus dem eingeatmeten Gas an die Wände und Schleimhäute des zu provozierenden Teiles des Atemtraktes. Dabei ermöglicht der durch die Beigabe der Prüfsubstanz in Aerosolform genau definierbare Beigabe-Zeitpunkt der Prüfsubstanz beim Einatmen mit dem Gas jede gewünschte zeitliche Verzögerung gegenüber dem Einatmungsbeginn, so daß eine direkte, reproduzierbare und damit aufgrund der vorher festgestellten Atemmechanik des Probanden berechenbare Lagebestimmung, in weichen Teilen des Atemtraktes das mit Prüfsubptanz versetzte, eingeatme-

<to te Gas bei Ende des Einatmungsvorganges gelangen wird und wo dann diejenigen Verhältnisse in der Strömung des eingeatmeten Gases (nahezu Stillstand) eingetreten sind, unter denen die Abgabe der in Aerosolform beigegebenen Prüfsubstanz eintritt

Es wird somit durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, daß man praktisch selektiv jeden gewünschten Tiefenbereich der Atemwege mit der Prüfsubstanz provozieren kann. Gibt man beispielsweise das Aerosol der Prüfsubstanz mit serir geringer Verzögerung, d. h. sofort mit oder kurz nach Einatmungsbeginn und sehr dicht am Mund des Probanden in das Atemgas, dann wird das Aerosol der Prüfsubstanz praktisch mit dem ersten Einatmen von Atemgas aufgenommen und dadurch bis in den Bereich der Alveolen eingeführt. Je nach dem das Aerosol der Prüfsubstanz mit mehr und mehr Verzögerung eingeführt wird, gelangt es in weniger tiefe Bereiche der Atemwege, beispielsweise in die Bronchen oder überhaupt nur bis in die Luftröhre. In der aerodynamisch stummen Zeit zwischen Ende des Einatemvorganges und Beginn des Ausatemvorganges hat das so eingeführte Aerosol der Prüfsubstanz die Möglichkeit, auf die jeweils erreichten Bereiche der Atemwege einzuwirken und dort die beabsichtigte Provokation hervorzurufen. Durch die nur geringe Konzentration des Aerosols wird jegliches gesundheitliches Risiko vermieden.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung läßt man den Probanden aus einer seitlich ringsum abgeschlossenen Atemgassäule einatmen und wieder in diese

Atemgassäule ausatmen, und man führt die Prüfsubstanz in der aerodynamisch stummen Zeit zwischen Ausatmung und Einatmung des Probanden in einem solchen Abstand vom Probanden in diese Atemgassäule ein, aus dem sich die einzustellende zeitliche Verzögerung zwischen Einatmungsbeginn und Einatmen der Prüfsubstanz im Hinblick auf die Einatmungszeit des Probanden und das Verhältnis zwischen dem Atemgasvolumen des Probanden und dem Volumen der Atemgassäule ergibt Diese Ausführungsform des Verfahrens to bietet den Vorteil, daß eine selbsttätige Nachreglung der lichtigen Verzögerungszeit eintritt, selbst wenn der Proband während der Untersuchung sein Atemverhalten etwas ändert (vielleicht etwas schneller oder langsamer atmet). Die zeitliche Verzögerung der Zugabe der Prüfsubstanz beim Einatmen gegenüber dem Atmungsbeginn des Probanden ergibt sich bei dieser Ausführungsform des Verfahrens durch die funktioneilen Zusammenhänge zwischen dem Atemgasvolumen (d. h. dem vom Probanden während des gesamten Einatnrüngsvorganges aufgenommenen Gasvolumen), dem Volumen der ringsum seitlich abgeschlos:^nen Atemgassäule und der Einführungsstelle der Prüfsubstanz in die Atemgassäule in Vergleich mit der Einatmungszeit des Probanden. Es kommt in dieser Ausführungsform des Verfahrens noch der Vorteil hinzu, daß das Aerosol von Prüfsubtanz in die ruhende Gassäule eingeführt wird. Dadurch wird erreicht, daß tatsächlich nur ein eng begrenzter, genau definierter Bereich der Atemgassäule mit Prüfsubstanz versetzt wird Dies wiederum schafft besonders gute Voraussetzungen für die hinsichtlich Anfang und Ende genau definierte, gegenüber dem Einatmungsbeginn zeitlich verzögerte Aufnahme der Prüfsubstanz durch den Probanden während des Einatmens.

Obwohl es grundsätzlich möglich ist, den Probanden während des Verfahrensablaufes durch die Nase oder durch Mund und Nase ein- und ausatmen zu lassen, hat es sich jedoch bei gewünschter Provokation im Bereich der Luftröhre, im Bereich der Bronchien und im Alveolen-Bereich der Luge als besonders vorteilhaft erwiesen, das Verfahren unter reiner Mundatmung durchzuführen.

Zwei mögliche Verfahrensvarianten werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Schema für eine erste Ausführungsmöglichkeit ües erfindungsgemäßen Verfahrens mit direkt zeitlicher Verzögerungseinstellung und

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsmöglichkeit des Verfahrens mit Erzeugung der zeitlichen Verzögerung durch Abstandswahl an einer Atemgassäule.

Im Beispiel nach F i g. 1 werden zunächst nach Ansetzen einer Mundbeatmungsmaske 10 an den Probanden nur ein patientengesteuertes Beatmungsgerät 11 und ein daran angeschlossenes Auswertungsgerät 14 mit ihrer gemeinsamen Registriervorrichtung 16 betrieben. Anhand der sich dabei einstellenden Normalwerte der Atemmechanik und anhand der Lage der zu provozierenden Bereiche der Atemwege des Probanden ist dann eine entsprechende Verzögerungszeit gegenüber dem Einatmungsbeginn zu berechnen, im Hinblick darauf, daß nach Ablauf solcher Verzögerungszeit nach Einatmungsbeginn während des Einatmens von einem Aerosolspender 12,13 in die Mundbeatmungsmaske 10 zum Atemgas eingeführtes Aerosol bis zum Ende des Eina'.-mungsvorganges soeben den zu provozierenden Bereich der Atemwege t ,Teicht. Ebenso ist aufgrund der Lage des zu provozierenden Bereiches der Luftwege eine Zuführungsdauer für Aerosol festzulegen. Beide Werte sind bei 19 an einem Steuergerät 17 einzustellen. Beim weiteren Verlauf der Beatmung des Probana'en öffnet dann das Steuergerät 17 nach Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit das Ventil 18 und schließt nach Ablauf der eingestellten Zuführungszeit wiederum das Ventil 18, um innerhalb des eingestellten Zeitraumes verdünntes Aerosol vom Aerosolspender 12, 13 in die Mundbeatmungsmaske 10 einzuführen.

Bei Einstellung einer sehr kurzen Verzögerungszeit wird das Aerosol bereits in das erste Einatmungsgas eingeführt und mit diesem bis in die tiefen Bereiche der Atmungswege, also bis in die Alveolarenbereiche mitgenommen. Umgekehrt wird bei Einstellung einer großen Verzögerungszeit Aerosol erst spät nach Einatmungsbeginn in das Einatemgas eingeführt und kann dadurch nur noch in die oberen Bereiche der Atemwege gelangen. Durch gemeinsame Einstellung von Verzögerungszeit und Zuführungsdauer für Aerosol ist es dann möglich, begrenzte Bereiche der Ateir?/ege festzulegen, in denen das mit Aerosol versetzte Aterngas zwischen Einatmungsvorgang und Ausatmungsvorgang zur Ruhe kommt und dadurch dem Aerosol Möglichkeit zur Einwirkung auf die jeweiligen Teile der Atemwege gibt

Wenn der Proband auf das in Form von Aerosol beigefügte Allergen oder sonstige Substanz reagiert, wird dies durch Veränderung der angezeigten und registrierten physikalischen Größe erkennbar und auswertbar. Das Verfahren bietet die Möglichkeit, sofort nach Erhalt solcher auswertbarer Veränderung der physikalischen Größe der Atemmechanik den Aerosolspender 12, 13 zur Abgabe eines Aerosols von Desensibilisierungsmittel zu benutzen, so daß in analoger Weise wie das Test-Aerosol dann sofort ein Desensibilisierungsaerosol dem Atemgas beigegeben wird. Das im Schema gemäß F i g. 1 verdeutlichte Verfahren läßt sich auch ohne weiteres zur Durchführung von Reihenversuchen anwenden, indem man den Aerosolspender in gewünschter zeitlicher Reihenfolge auf die Abgabe von Aerosol verschiedener Testsubstaiizen benutzt.

In der Verfahrensvariante nach F i g. 2 ist ein Gerät zu benutzen, bei dem an die Mundatemmaske 10 ein vertikales, unten offenes Atemrohr 21 angeschlossen ist, aus dem der Proband einatmet, und in das hinein er ausatmet. Es wird dadurch eine Atemgassäule ausgebildet, die jedesmal zwischen dem Ausatmen und dem erneuten Einatmen eine aerodynamisch stumme Zeit hat.

Die für die Atemmechanik kennzeichnenden physikalischen Größen, wie Atemgasströmung, Atemgasmenge sowie Temperatur und Feuchtigkeit des ausgeatmeten Gases lassen sich in dem Atemrohr 21 mittels der nur schematisch angedeuteten Sonden 22 messen und an einerr angeschlossenen Auswerte- und Steuergerät 23 mit Registriervorrichtung 24 auswerten.

Zum Zuführen eines Aerosols von Testjubstanz oder Desensibilisierungsmittel ist ein Aerosolspender mit Aerosolgenerator 25 und Aerosolverdünnungsvorrichtung 26 vorgesehen, wobei der Aerosolgenerator 25 fine Mehrzahl von Verneblern 31 für Testsubstanzen und Desensibiüsierungsmitte! aufweist und über einen Aerosolbehälter 32 mit der Aerosolverdünnungsvorrichtung 26 verbunden ist. Zur Einführung des Aerosols in das Atemgas ist das Atemrohr 21 mit einer Mehrzahl von Anschlußstutzen 27 versehen, die jeweils über ein Einlaßventil 28 an die Aerosolverdünnungsvorrichtung 26 angeschlossen sind

Da der Proband aus dem Atemrohr 21 einatmet und wieder in das Atemrohr 21 hinein ausatmet stellen sich

dort definierte Verhältnisse bezüglich der in die jeweiligen Bereiche der Luftwege gelangenden Atemluft in jeder aerodynamisch stummen Zeit ein. So befindet sich bei jeder aerodynamisch stummen Zeit in dem Atemrohr 21 eine Atemluftsäule, deren proximalen, also der Mundmaske 10 nahen Teile aus den tiefen Bereichen der Atemwege also den Alveolen und den alveolaren Bereichen kommt und auch wieder beim nächsten Einatmen dorthin gelangt. Dagegen wird eine Ansammlung von Atemluft im unteren Rohrteil mehr aus den großen Bronchien und der Luftröhre kommen und auch beim nächsten Einatmen wieder dorthin gelangen. Genaueren Aufschluß hierüber erhält man rechnerisch durch Vergleich des vom Probanden bei jedem Einatmen aufgenommenen Atemgasvolumen mit dem Volumen des Atemrohres 21. Es kann dann das jeweils zu öffnende Ventil 28 bzw. der jeweilige Anschlußstutzen 27 gewählt werden, um Aerosol während der aerodynamisch stummen Zeit an gewählter Stelle in die Atemluftsäule einzuführen und mit dem darauf folgenden Einatmen demjenigen Bereich der Atemwege zuzuführen, der demjenigen Einlaßstutzen 27 entspricht, durch den das Aerosol eingeführt worden ist.

Bei der oben beschriebenen Benutzung der Atemruhelage zum Einführen des Aerosols können im offenen Atmungssystem die bekannten Verfahren zur Messung des Atemwiderstandes oder des Alveolarverschlußdrukkes oder auch andere bekannte Meßverfahren angewandt werden. Die Registrierung des Ausgangszustandes kann digital angezeigt werden und wird als Basis für die Reaktionsgröße auf Allergen-Aerosole benutzt.

Es ist auch möglich, diese Reaktionsgröße als Reglergröße oder zusätzliche Reglergröße für die Steuerung der Vernebler heranzuziehen, um einen Test zu beenden, sobald eine ausreichende Reakiionsgröße festgestellt wird. Schließlich kann im Gefahrenfalle eine optische oder akustische Anzeige abgegeben werden, die von der Messung der Atemfunktion ausgelöst wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Feststellung und Bestimmung von Allergenen oder anderen Substanzen, die Reizungen in den Atemwegen von Mensch oder Tier hervorrufen, bei dem einem Probanden als Atemgas zuzuführenden Gas oder Gasgemisch die jeweilige Prüfsubstanz in einer unterhalb der Allergen-Schockschwelle des Probanden bleibenden Konzentration nach vorheriger Feststellung der für die Atemmechanik des Probanden kennzeichnenden physikalischen Größen beigemischt wird und dann diese physikalischen Größen erneut oder deren Veränderungen gemessen werden, dadurch gekennzeichnet, daß man die Prüfsubstanz in Aerosolform dem Atemgas beim Einatmen mit einer solchen zeitlichen Verzögerung gegenüber dem Einatmungsbeginn des Probanden beigibt, wie sis aus der Lage dta zu provozierenden Bereiches im Atemtrakt und äer festgestellten Atemmechanik des Probanden zu errechnen ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Probanden aus einer seitlich ringsum abgeschlossenen Atemgassäule einatmen und wieder in diese Atemgassäule ausatmen läßt und daß man die Prüfsubstanz in der aerodynamisch stummen Zeit zwischen Ausatmung und Einatmung des Probanden in einem solchen Abstand vom Probanden in diese Atemgassäule einführt, aus dem sich die einzustellende zeitliche Verzögerung zwischen Einatmungsbeginn und Einatmen der Prüfsubstanz im Hinblick auf die Euiatmutigszeit des Probanden und das Verhältnis zwischen dem Atemgasvolumen des Probanden und dem Volume.· der Atemgassäule ergibt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Probanden während des Verfahrensablaufes ausschließlich über den Mund ein- und ausatmen läßt