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DE19718924A1 - Apparatus to recover component fractions from exhaled air - Google Patents

Apparatus to recover component fractions from exhaled air

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DE19718924A1
DE19718924A1 DE1997118924 DE19718924A DE19718924A1 DE 19718924 A1 DE19718924 A1 DE 19718924A1 DE 1997118924 DE1997118924 DE 1997118924 DE 19718924 A DE19718924 A DE 19718924A DE 19718924 A1 DE19718924 A1 DE 19718924A1
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Abstract

The appts. to recover component fractions from exhaled air has a mouthpiece (2) with an inhaling (3) and exhaling (4) valve in front of the filter holder unit (5) with a fibre nonwoven (6). The matter is deposited on the nonwoven or porous material as an aerosol. The components of the exhaled air are condensed on the cool surface together or are separated by centrifugal action, vacuum, gas pressure or decanting. They are analysed by ELISA, RIA or high performance liquid chromatography (HPLC) techniques.

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.The invention relates to a device for the extraction of Inhaled air ingredients according to the generic term of the main claim and a method for isolating this content substances and their use for diagnosis and therapy disease monitoring.

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.Previous procedures assume that the lung substances in the exhaled air only through condensation a cooling surface with high effectiveness isolated and ange can be enriched.

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.WO 91/05 255 A1 describes a method for diagnosing the Health status as well as for therapy monitoring and for Monitoring the course of diseases, especially the lungs and Respiratory system, known after which non-volatile - if necessary together with endogenous and exogenous substances in humans exhaled air through condensation and freezing on one surface cooled with liquid nitrogen.

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.The disadvantage of this method lies in the large apparatus Effort, the extraction of small amounts of sample material and handling liquid nitrogen, special safety precautions required.

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. It is also a method of obtaining breath condensate known (Am. Rev. Repir. Dis., Vol. 148, 1993, 955-960), at through a mouthpiece through a tube cooled with ice PVC is exhaled. The breath condensate drips into one iced bottle. The disadvantage of this method is that only substances can be separated from the air we breathe Condense approx. 0 ° C. This is the application of the procedure significantly restricted.  

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.Another method (DE 195 05 504 A1) and an ent speaking device (DE G 94 21 065.0) for the extraction of Breath condensate uses a double-walled cooled sample collecting tube, which at the ends with an inlet and outlet valve is provided. The sample collection tube is cooled with a cooling thermostat, the coolant in counterflow principle is guided through the cooling jacket. The Cooled inner wall of the cooling pipe to -10 to -25 ° C. At exhaling into the sample collection tube becomes the breath condensate on the inner surface of the one lined with a PTFE tube Frozen cooler.

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.The disadvantage of this method is the large equipment wall, the long time until the operating state is reached and the deposition of small amounts of breath condensate on one relatively large area. This will take the sample cumbersome and lossy. At the same time, the high limits Time required to reach the operating state of the Device for use in clinical and medical Practice one.

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.A device for obtaining the is also known Inhaled air ingredients from WO 97/04310 A1 and further designed by DE 197 03 708.9, in which on a thin Foil applied by vacuum or self-adhesive on the upper surface of the cold side of a Peltier element is fixed Breath condensate condenses in frozen form.

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.Generally, all procedures are based solely on the deposition of ingredients in the exhaled air on cooled surfaces ren, the disadvantage that depending on the device and the Temperatures have different amounts of lung content substances are separated, but the separation efficiency is very low.

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.This is due to the fact that fewer lung aerosol droplets be separated in relation to water vapor, so that it too a strong thinning of the pulmonary constituents in the breath con densat comes and the application of the breath condensate obtained in this way sates in connection with the analysis of certain lungs substances for diagnosis and therapy control of sick units, especially of lung diseases.

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.The invention is based on the problem of an apparatus fold and efficient device for obtaining content to create substances of the exhaled air and at the same time the To allow isolation by a simple process as well the use of the isolated ingredients for diagnosis and Extend therapy monitoring.

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.According to the invention the problem with the features of Characteristic part of the main claim solved. The characteristics of the Subclaims advantageously design the invention out. The process features allow the isolation of the as Aerosol present ingredients. The use of the won The ingredients as an aerosol enable expansion diagnosis and therapy monitoring of diseases.

Die Vorteile der Erfindung sind darin begründet, daß der Auf­ wand für die Apparatur sehr gering ist und diese unmittelbar ohne Vorbereitungen einsatzfähig ist.The advantages of the invention are that the on wall for the equipment is very low and this directly is operational without preparations.

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.In contrast to the prior art, with reduced opening wall for the equipment and without cooling about 4 times higher separation rate of ingredients in exhaled air enough.

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.Of particular importance is the fact that the Lung contents as aerosol in the fiber fleece in high con concentration without dilution by condensed water vapor be deposited.

Die Erfindung soll nachstehend durch Ausführungsbeispiele mit entsprechender Isolierung der Inhaltsstoffe und dem Therapie­ monitoring näher erläutert werden.The invention is intended to be described in the following by means of exemplary embodiments appropriate isolation of the ingredients and the therapy monitoring are explained in more detail.

In der zugehörigen Zeichnung ist die Vorrichtung vereinfacht dargestellt.The device is simplified in the accompanying drawing shown.

Beispiel 1example 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.Before a filter holding member 5 with non-woven fabric 6, a mouthpiece 2 is arranged with an inhalation valve 3 and exhaust valve. 4 The nonwoven fabric 6 can be made of natural, synthetic or glass fibers. It is also possible to replace this nonwoven fabric 6 with porous materials. It is important to note that the pore size is <0.1 µm and the breathing resistance is <4.0 cm water column.

Beispiel 2Example 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.After 5 to 15 minutes of breathing, in which the exhaled air 1 is passed through the device according to the invention and leaves as exhaust air 7 , the nonwoven fabric 6 is removed with tweezers and folded into the upper part of a centrifuge tube, and 200 to 400 μl of elution solution (e.g. B. ELISA buffer, salt solutions, organic solvents) on the upper end of the nonwoven 6 . This is followed by a short centrifugation at 500 to 3000 g. The eluate obtained in this way contains the pulmonary substances. The determination of the concentration or total amount of the pulmonary constituents is then carried out using known analytical methods (e.g. ELISA, RIA, HPLC or spectroscopic methods).

Beispiel 3Example 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.As an indicator of the anti-inflammatory effectiveness of the therapy regimen in patients with bronchial asthma leukotriene B4 is used. In the isolated lung aerosol the concentration or amount of leukotriene B4 with a commercial ELISA or RIA. The concentration of Leukotriene B4 in the pulmonary aerosol is in patients with asthma bronchial depending on the asthma stage up to about 10 times higher than in healthy subjects.

Zur Bestimmung des Leukotrien B4 werden 50 µl des unverdünn­ ten oder bei höheren Konzentrationen des verdünnten Materials eingesetzt.To determine the leukotriene B4, 50 µl of the undiluted or at higher concentrations of the diluted material used.

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. The determined leukotriene B4 values are compared with those compared healthy subjects. The therapy regime for the Patients with bronchial asthma will do so based on this data optimizes that the leukotriene B4 values are more healthy than those Subjects are approximated.  

BezugszeichenlisteReference list

11

Ausatemluft
Exhaled air

22nd

Mundstück
Mouthpiece

33rd

Einatemventil
Inhalation valve

44th

Auslaßventil
Exhaust valve

55

Filterhalterung
Filter holder

66

Faservlies
Nonwoven

77

Abluft
Exhaust air

Claims (9)

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.1. A device for isolating ingredients of the exhalation air, characterized in that a mouthpiece (2) is arranged with inhalation valve (3) and exhalation valve (4) in front of a screw-filter holding part (5) with a nonwoven fabric (6). 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.2. Device according to claim 1, characterized in that the nonwoven fabric ( 6 ) made of natural fibers (e.g. cellulose, natural silk), synthetic fibers (e.g. polyester, polyamide, polyacrylic, polypropylene, polyethylene, PTFE, polycarbonate) or inorganic microfibers (e.g. glass, borosilicate). 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies (6) durch poröse Materialien ersetzt ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the nonwoven fabric ( 6 ) is replaced by porous materials. 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.4. Apparatus according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the pore size of the nonwoven fabric ( 6 ) or the porous materials is <0.1 microns and the breathing resistance <4.0 cm water column. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Faservlies (6) oder die porösen Materialien elektrostatisch geladen sind.5. Apparatus according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the nonwoven fabric ( 6 ) or the porous materials are electrostatically charged. 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.6. Process for isolating ingredients in exhaled air from a fiber fleece loaded with the exhaled air or a porous material, characterized in that the aerosol deposited on the nonwoven or the porous materials Ingredients by centrifugation, vacuum, compressed gas or Elution obtained and analyzed by ELISA, RIA or HPLC will. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu­ sätzlich Lösungen oder RIA- oder ELISA- Puffer eingesetzt wer­ den.7. The method according to claim 6, characterized in that to solutions or RIA or ELISA buffers are also used the. 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.8. Use of ingredients from the exhaled air for the slide  gnostics and therapy monitoring of diseases, in particular the lungs, by analyzing the ingredients like inflammation mediators, proteins and phospholipids. 9. Verwendung nach Anspruch 8 zur Diagnostik und Therapie­ überwachung des Asthma bronchiale in Verbindung mit Leukotrien-Bestimmungen.9. Use according to claim 8 for diagnosis and therapy monitoring of bronchial asthma associated with Leukotriene determinations.
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