DE19951204C2 - Verfahren zur Analyse der Inhaltsstoffe der Ausatemluft - Google Patents

Description

Die Erfindung dient zur Diagnostik von Krankheiten und physiologischen Prozessen der Atemwege und der Lunge sowie von über die Ausatemluft ausgeschiedenen Stoffwech­ sel- oder Abbauprodukten anderer Organe oder Gewebe und Zellen auf der Basis der Analyse des Atemkondensates bzw. ausgeatmeter Partikel.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt. So wird in der EP 0759 169 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat beschrieben, bei dem die Ausatemluft ein Probensammelrohr durchströmt und in diesem auf eine Temperatur unter 0°C abgekühlt wird, wobei schwerer flüchtige Bestandteile kondensieren und an der, eine niedrigere Temperatur als das Atemkondensat aufweisen­ den Innenwand des Probensammelrohres haften. Diese werden dann nach einer tiefge­ kühlten Zwischenlagerung einer Analyse unterzogen.

Aus der DE 197 18 925 A1 ist eine Vorrichtung zur fraktionierten Gewinnung von In­ haltsstoffen der Ausatemluft sowie ein Verfahren zur Isolierung der Inhaltsstoffe und deren Verwendung zur Diagnostik und Therapieüberwachung bekannt. Bei dieser Lö­ sung kondensieren schwerflüchtige Bestandteile der Ausatemluft auf einer Kühlfläche, die eine Temperatur bis -196°C aufweist. Der Kühlfläche ist ein Faservlies nach geord­ net, an dem in der Ausatemluft enthaltene Aerosole sich als zweite Fraktion abscheiden. Das so gewonnene Kondensat wird durch Zentrifugation, Vakuum, Druckgas oder Elu­ tion isoliert. Anschließend erfolgt die Analyse der Inhaltsstoffe mittels ELISA, RIA oder HPLC.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Erfindungen mit Kühlflächen besteht darin, dass in Ab­ hängigkeit von der Vorrichtung und den Temperaturen zwar unterschiedliche Mengen kondensieren, jedoch die Abscheidungseffizienz sehr gering ist.

Aus der DE 197 18 924 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Gewinnung von Inhalts­ stoffen der Ausatemluft sowie ein Verfahren zur Isolierung der Inhaltsstoffe bekannt, das ohne Kühlung arbeitet. Die Inhaltsstoffe aus Atemluft scheiden sich hier an einem Faser­ vlies direkt ab und werden durch Zentrifugation, Vakuum, Druckgas oder Elution isoliert. Anschließend erfolgt ebenfalls die Analyse der Inhaltsstoffe.

Auch diese Lösung zeichnet sich noch durch einen zu großen apparativen Aufwand aus.

Die Verfahren und Vorrichtungen nach DE 197 18 924 A1 und DE 197 18 925 A1 wer­ den durch die DE 197 42 331 A1 bzw. 197 42 332 A1 dahingehend verbessert, dass das Faservlies als Fläche oder als Säule ausgebildet ist und für biologisch aktive Substanzen Fang-Antikörper enthält. Der Nachweis der schwer flüchtigen Bestandteile der Ausa­ temluft erfolgt ohne Isolierung mit Peroxidase, Phosphatase, Acetylcholinesterase oder Biotin markierten Sekundär-Antikörpern und farbgebenden Substanzen oder Farbstoffen. Die hier vorgeschlagenen photometrischen Analysemethoden verlangen eine mehrfache Umsetzung der angezeigten Farbreaktionen, um zu einem verwertbaren Messergebnis zu kommen. Das ist ein wesentlicher Nachteil dieser Lösungen.

Aus der nicht vorveröffentlichten WO 99/66304 A1 sowie aus der EP 0 634 488 A2 ist das Messen von gesammelten und konzentrierten Bestandteilen aus der Ausatemluft mittels elektronischer oder Biosensoren bekannt.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist es, dass sie nur unter Laborbedingungen einsetzbar sind, denn nur hier ist durch entsprechende Kontrolle und Dosierung der Probenmenge auf die Sensoren gewährleistet, dass die angezeigten Messergebnisse auch den Istwerten entsprechen.

In der US 5,861,053 wird ein Feststoffsammler mit Detektor beschrieben, bei dem organische Bestandteile aus der Luft durch ein Absorbens gebunden werden. Durchdrin­ gen die organischen Bestandteile das Absorbens wird dies durch einen Gassensor signali­ siert. Danach wird die Absorbens dem Feststoffsammler entnommen und es kann eine Quantifizierung der im Absorbens gebundenen Stoffe z. B. mittels Gaschromatografie erfolgen und deren Dichte bestimmt werden.

Die hier eingesetzten Gassensoren dienen nicht der Analyse der Inhaltsstoffe der Luft, sondern signalisieren eine Sättigung der Absorbens.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, um den Nachweis der Inhalts­ stoffe der Ausatemluft zur Diagnostik von Krankheiten und physiologischen Prozessen der Atemwege und der Lunge sowie von über die Ausatemluft ausgeschiedenen Stoffwechsel- oder Abbauprodukten anderer Organe oder Gewebe und Zellen zu effektivie­ ren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei der Mengenbestimmung durch Diffundieren durch einen Filter oder eine Speicher­ schicht sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die durch den Filter bzw. die Speicherschicht diffundierte Menge des Atemkondensates unmittelbar auf den elektro­ chemischen Sensor gelangt. Ferner erfolgt eine Kühlung der Ausatemluft bis zur Kon­ densation der aerosol- und dampfförmigen Bestandteile.

Die Kalibrierung der Sensoren erfolgt werksseitig mittels Vorgabe chargenspezifischer Kalibrierfaktoren für den Messverstärker oder erfindungsgemäß vor Ort durch spezielle Kalibrierzusätze (Kapseln) oder die Mitführung einer Referenzelektrode.

Eine zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung besteht aus einem kühl­ baren Sammler für Atemkondensat mit einem Filter oder einer Speicherschicht zum Fan­ gen des Atemkondensates, wobei dem Filter bzw. der Speicherschicht ein oder mehrere elektrochemische Sensoren zur Bestimmung der Inhaltsstoffe des Atemkondensates nachgeordnet sind, und einer Anzeige, über die die Messergebnisse der elektrochemi­ schen Sensoren sichtbar gemacht werden.

Dabei beinhalten die Sensoren eine Schicht, die für spezielle Parameter des Atemkonden­ sates als spezifisches Substrat für eine chemische Reaktion dienen oder bestimmte Sub­ stanzen des Atemkondensates über immunologische oder chemische Mechanismen bin­ den.

Die Sensoren sind bevorzugt als Kapillare, röhrenförmig oder als flache Schicht plan- oder muldenförmig oder konvex ausgeführt.

In der Zeichnung ist das Prinzip der Bestimmung von Parametern des ausgeatmeten Atemkondensates mittels elektrochemischer Sensoren dargestellt. Im Filter oder in der Speicherschicht 1 wird das Atemkondensat, das durch Kühlung der Ausatemluft bis zur Kondensation der aerosol- und dampfförmigen Bestandteile gewonnen wird, gesammelt. Nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge 2 erfolgt eine direkte Bestim­ mung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Summenpara­ metern mittels elektrochemischer Sensoren 3. Dabei wird die Temperatur mittels der Thermostatiereinrichtung 5 konstant gehalten oder definiert verändert, um zu verhindern, dass die Messergebnisse durch eine Zersetzung der Probe verfälscht werden.

Der Einmalsensor oder der für mehrmalige Messungen ausgelegte elektrochemische Sen­ sor 3 wird durch eine speziell zugefügte Kalibrierkapsel 4 kalibriert, indem ein festge­ legter Kalibrierimpuls auf dem Sensor erzeugt wird. Möglich ist es auch, dass die Kalib­ rierung der Sensoren 3 werksseitig mittels Vorgabe chargenspezifischer Kalibrierfaktoren für den Messverstärker erfolgt.

Das Messergebnis wird direkt einer Auswerteeinheit 6 zugeführt, die das Ergebnis in bekannter Weise auf einem Display anzeigt und/oder ausdruckt. So liegt bereits kurz nach dem Erreichen einer vorgegebenen Analysemenge ein auswertbares Ergebnis vor.

Claims (3)

1. Verfahren zur Analyse der Inhaltsstoffe der Ausatemluft, bei dem aus der Ausatem­ luft gewonnenes Atemkondensat einer Analyse unterzogen und das Ergebnis ange­ zeigt wird,
wobei die Menge des aus der Ausatemluft gewonnenen Atemkondensates gemessen wird und nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge eine direkte Be­ stimmung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Sum­ menparametern mittels eines oder mehreren elektrochemischen Sensoren erfolgt,
wobei eine Kühlung der Ausatemluft bis zur Kondensation der aerosol- und dampf­ förmigen Bestandteile erfolgt,
wobei die Menge der Teil ist, der in einem Filter oder einer Speicherschicht gefangen ist und eine vollständige Füllung oder Sättigung des Filters oder der Speicherschicht bewirkt und
wobei der oder die Sensoren dem Filter oder der Speicherschicht so nachgeordnet sind, dass durch den Filter oder die Speicherschicht diffundiertes Atemkondensat unmittelbar auf den oder die Sensoren gelangt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Einmalsensor oder ein für mehrmalige Messungen ausgelegter elektrochemischer Sensor durch eine speziell zugefügte Kalibrierkapsel kalibriert wird, indem ein fest­ gelegter Kalibrierimpuls auf dem Sensor erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Sensor verwendet wird, der eine Schicht beinhaltet, die für spezielle Parameter des Atemkondensates als spezifisches Substrat für eine chemische Reaktion dient oder bestimmte Substanzen des Atemkondensates über immunologische oder chemi­ sche Mechanismen bindet.