-
Apparatur zur Messung einer Hypersen-
-
sitivität der Luftwege Die Erfindung betrifft allgemein die Messung
von Lungenfunktionen und näherin eine Apparatur zur Messung der Hypersensitivität
der Atemwege, Man sagt, daß der Ursprung chronischer Lungenkrankheiten, insbesondere
von Bronchialasthma, in einer durch eine Hypersensitivität der Luft- bzw. Atemwege
verursachten Verengung des Atemwegs bzw. der Luftröhre besteht. Daher kommt der
Untersuchung der Atemweg-Hypersensitivität eine große Bedeutng für die Diagnose
und die therapeutische Behandlung von Lungenerkrankungen zu.
-
Bisher wurden verschiedene Verfahren zur Messung der Luftweg-Hypersensitivität
entwickelt.
-
Eines dieser Verfahren besteht darin, daß die Versuchs- /.
-
person bzw. der Proband zur Untersuchung der Symptome bzw. des Ansprechverhaltens
Antigen in Aerosolform inhaliert.
-
Ein anderes Verfahren besteht darin, daß man jeweils periodisch eine
forcierte Ausatmung vornimmt, nachdem die Versuchsperson bzw. der Proband ein luftröhrenverengendes
oder Bronchoko#jstriktor-Medikament-Aerosol inhaliert hat, ausgehend von niedrigen
Konzentrationen, um auf diese Weise die Ansprechschwelle, beispielsweise eine 15%ige
oder 20%ige Abnahme des forcierten Ausatmungsvolumens (in l/s) zu ermitteln.
-
Das ersterwähnte bekannte Verfahren ist zwar bequem durchzuführen,
hat jedoch den entscheidenden Nachteil, daß es keine quantitative Analyse ermöglicht;
das zweite Verfahren, welches den unmittelbaren Ausgangastand der Technik für die
vorliegende Erfindung bildet, weist mehrere, nachstehend aufgeführte Nachteile auf:
(1) Die Messung erfordert wegen ihrer komplizierten und diskontinuierlichen einzelnen
Verfahrensschritte und Vorgangsweisen einen hohen Zeitaufwand.
-
(2) Für die forcierte, erzwungene Ausatmung ist eine erhebliche Kraft
aufwendung bzw. Anstrengung der Versuchsperson erforderlich, was eine Ituftröhrenverengung
auslöst und das Ausmaß der Luftröhrenverengung nach (und aufgrund) der Inhalation
beeinfluBt.
-
(3) Der Luftweg neigt zu einer Reaktion auf den Reiz beln Inhalieren
des Aerosols und beim Messen des
forcierten Ausatmungsvolumens.
-
(lot) Das Verfahren eignet sich nicht für Sichtungs-bzw. Klassifizierungstests,
bzw. Übersichtsuntersuchungen.
-
Durch die Erfindung soll daher die Möglichkeit geschaffen werden,
mit einer einfach zu bedienenden Apparatur eine rasche und zuverlässige, auch für
Reihen- und Klassifizierungsuntersuchungen geeignete Bestimmung und Untersuchung
einer Hypersensitivität der Luftwege durchzuführen.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist crfindungsgemäß eine Apparatur zur Messung
der Hypersensitivität der Atmungswege vorgesehen, welche eine Vorrichtung zur Erzeugung
von Medikament-Aerosolen verschiedener Konzentration, eine Vorrichtung zur Erzeugung
einer Sinus-Druckwelle sowie Vorrichtungen zur kontinuierlichen Messung des Mund-Drucks
und des Strömungsdurchsatzes und zur kontinuierlichen Berechnung des Atmungswiderstandes
aus diesen Meßgrößen aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind den einzelnen
Aerosol-Generatoren jeweils elektromagnetische Ventil zugeordnet, die sequentiell,
d.h. schrittweise aufeinanderfolgend betätigt werden, und die einzelnen Aeros<#l-Generatoren
münden jeweils in gleicher Entfernung von eine t Strömungsweg- bzw. -kanal. Gemäß
einer weiteren Ausgestalt ng weist die Vorrichtung zur Erzeugung von Medikament-Ae
osolen Vorrichtungen für luftröhrenverengende oder Bronci okonstriktor- und luftröhrenerweiternde
oder Bronchodilator-Medikamente auf.
-
Zur Messung einer Hypersensitivität der Atemluftwege unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Apparatur wird dabei in der Weise vorgegangen, daß man die
Versuchsperson aufeinanderfolgend
Medikament-Aerosole unterschiedlicher
Konzentration mit jeweils stufenweise zunehmender Konzentration, ausgehend von niedrigen
Konzentrationen, inhalieren läßt, daß man kontinuierlich den Atmungswiderstand nach
der Oszillationsmethode bestimmt und berechnet, und daß man, sobald der Atmungswiderstand
das Zweifache des Anfangswertes erreicht und die Versuchsperson Anzeichen von Atemnot
zeigt, ein luftröhrenerweiterndes oder Bronchodilator-Medikament einführt, zur Messung
der Erholungsgeschwindigkeit des Atmungswiderstandes.
-
Der Erfindung liegt, ausgehend von den erwähnten bekannten Verfahren,
die Erkenntnis zugrunde, daß die forcierte, erzwungene Ausatmung als solche unerwünscht
ist. Zur Messung von Lungenfunktionen werden der Luftweg-Widerstand, der Lungenwiderstand
und der Atmungswiderstand untersucht, und es ist zweckmäßig, zur Messung einer Hypersensitivität
der Luftwege nur die Änderung des Luftweg-Widerstandes zu messen.
-
Aus klinischen gründen ist jedoch die Messung des Atmungswiderstandes
einfacher als die des Luftweg-Widerstandes.
-
Außerdem bildet der Atmungswiderstand eine Annäherung an den Luftweg-Widerstand
und für die Messung ist keinerlei Gewalt-oder Kraft aufwendung der Versuchsperson
erforderlich.
-
Indem nach dem Grundgedanken der Erfindung zur Messung einer Luftweg-Hypersensitivität
der Atmungswiderstand herangezogen wird, ermöglicht die erfindungsgemäße Apparatur
eine Messung
des Atmungswiderstandes bei ruhigem Atmen ohne eine
Gewalt- oder Kraft aufwendung der Versuchsperson bzw. des Probanden. Das erfJndungsgel-näße
Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung lassen des weiteren sofort eine
Änderung des Atmungswiderstandes erkennen. Die erfindungsgemäße Messung erfolgt
dabei unter Bedingungen, welche nicht zur Auslösung von krampfartigem Bronchialasthma
führen, und sie gewährleistet eine stabile Meßkurve.
-
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen Fig. 1 in schematischer Darstellung eine
Apparatur zur Messung einer lIuftwege-Hypersensitivität gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung, Fig. 2 speziell die Ausbildung einer Vorrichtung zur Erzeugung von
Medikament-Aerosolen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 3 ein Fließschema
zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Apparatur, Fig. 4 eine mit
einer erfindungsgemäßen Apparatur erhaltene Meßkurve für den Atmungswiderstand,
Figg. 5 und 6 graphische Darstellungen zur Veranschaulichung von erfindungsgemäß
erhaltenen klinischen Ergebnissen.
-
Nach dem Grundgedanken der Erfindung inhaliert die Versuchsperson
bzw. der Proband Medikamente in Aerosolform in verschiedenen Konzentrationen in
jeweils stufenweiser Erhöhung der Konzentration von den niedrigen Konzentrationen
ausgehend, und gleichzeitig wird kontinuierlich der Atmungswiderstand nach dem Oszillationsverfahren
berechnet; sobald der Widerstand den doppelten Betrag des Anfangswertes erreicht
und der Proband Anzeichen von Atemnot zeigt, wird ein Bronchodilator, d. h. ein
die Luftröhre erweiterndes Mittel, eingeführt, um die Erholungs- oder Regenerationsgeschwindigkeit
des Atmungswiderstandes zu messen.
-
Die in Fig. 1 gezeigte erfindungsgemäße Apparatur zur Messung der
Hypersensitivität bzw. Überempfindlichkeit weist eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung
von Medikament-Aerosolen verschiedener Konzentration, eine Vorrichtung 12 zur Erzeugung
eines sinusförmigen Drucks mittels eines Lautsprechersystems, sowie eine Vorrichtung
14 zur laufenden Bere,chnung des Atmungswiderstandes 14 vermittels Messung des Mund-Drucks
und der Strömungsgeschwindigkeit auf.
-
Die Vorrichtung 10 zur Erzeugung der Medikament-Aerosole weist, wie
in Fig. 2 mit näheren Einzelheiten gezeigt, Aerosolgeneratoren 16 zur Erzeugung
von Aerosolen eines luftröhrenverer genden Mittels bzw. Bronchokonstriktor-Medikaments
mit werschiedenen Konzentrationen auf sowie einen weiteren Aerosolgenerator 18 für
ein luftröhrenerweiterndes oder Bronchodilator-Medikament. Den einzelnen Aerosolgeneratoren
16, 18 sind jeweils elektromagnetische Ventile 20 zugeordnet, die jeweils mittels
einer nicht
dargestellten Schaltung aufeinanderfolgend, ausgehend
von den niedrigen Konzentrationen zugeordneten Ventilen, betätigt werden. Die einzelnen
Generatoren 16, 18 münden dabei jeweils in gleicher Abstandsentfernung von einem
Strömungsweg bzw. -kanal 24, welcher die Sinus-Druckwellengeneratorvorrichtung 12
mit einem Mundstück 22 verbindet, derart, daß die Aerosol-Medikamente jeweils nach
gleicher Zeit in den Mund gelangen.
-
Es gibt verschiedene Möglichlreiten zur Erzeugung von Medikament-Aerosolen,
beispielsweise mittels Druckluft oder mittels Ultraschallwellen. In jedem Fall sollen
die Aerosolgeneratoren 16, 18 wie erwähnt in gleichem Abstand vom Strömungsweg bzw.
-kanal 24 münden. Mit 26 ist ein Nebenschlußweg bezeichnet, der zum Abblasen von
C02 durch den Probanden während der Untersuchung dient.
-
Die Sinus-Druckwellengeneratorvorrichtung 12 erzeugt eine 3-Hz-Sinuswelle,
ohne den Einfluß durch die spontane Atmung der Versuchsperson. Die Sinus-Druckwellengeneratorvorrichtung
12 umfaßt einen Lautsprecher, einen Verstärker sowie einen Druckgenerator. Diese
Vorrichtung 12 dient zur Beaufschlagung der Lunge und des Brustkastens der Versuchsperson
mit sinusförmigen Druckwellen. Die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Durchsatz wird
mittels eines Pneumotachographen oder Differenz-Meßwandlers 28 gemessen, der zwischen
der Vorrichtung 10 zur Erzeugung der Medikament-Aerosole und der Sinus-Druckwellengeneratorvorrichtung
12 angeordnet ist. Der Mund-Luftdruck des Probanden wird mittels eines im Bc?reich
des Mundstücks 22 angeordneten Druckmessers 30 gemessen.
-
Die Vorrichtung 14 zur Berechnung des Atmungswiderstandes umfaßt einen
Verstärker 32, ein Filter 34, einen Computer 36 sowie eine Anzeigevorrichtung 38.
Die Vorrichtung 14 zeichnet die dem ruhigen Atmen und der Sinus-Druckwelle zugeordneten
Wellenformen auf der Grundlage des vom Pneumotachographen 28 gemessenen Strömungsdurchsatzes
und des vom Druckmesser 30 gemessenen Mund-tuftdrucks auf.
-
Die zugehörigen Wellenformen werden sodann durch das Filter 34 voneinander
taetrennt und das Verhältnis der Amplitude der Sinuswelle zur Amplitude des Strömungsdurchsatzes,
d. h. der Atmungswiderstand, wird auf der Anzeigevorrichtung 38 angezeigt.
-
Im folgenden wird nunmehr die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen
Apparatur anhand des Fließschemas aus Fig. 3 beschrieben. Die von der Sinus-Druckwellengeneratorvorrichtung
12 erzeugte Luft strömung konstanten Drucks gelangt - nach Messung des Strömungsdurchsatzes
vermittels des in dem Strömungsweg bzw. -kanal 24 vorgesehenen Pneumotachographen
28 - in den Strömungsweg bzw. -kanal 24, in welchem die Vorrichtungen 10 zur Erzeugung
von Medikament-Aerosolen münden. Sodann wird der Luftstrom zusammen mit den das
luftröhrenverengende bzw. Bronchokonstriktor-Medikament enthaltenden Aerosolen von
der Versuchsperson inhaliert. Der Druck des Ausatmungsvolumens bei ruhigem Atmen
wird, nach Abscheidung des C02 über den Nebenschluß 26, mittels des Druckmessers
30 gemessen. Die Vorrichtung 14 berechnet den Atmungswiderstand auf der Grundlage
des Strömungsdurchsatzes und des Mund-Drucks, und der so ermittelte Atmungswiderstand
wird schließlich an der Anzeigevorrichtung 38 wiedergegeben.
-
Fig. 4 zeigt eine typische Meßkurve für den Atmungswiderstand. Die
Abszissenabschnitte bedeuten jeweils Konzentrationen der Medikament-Aerosole (Metacholin)
gemäß einer Verdünnungsreihe mit gleichem Volumen; die Ordinatenabschnitte bedeuten
jeweils den Atmungswiderstand der Versuchsperson, welche die Medikament-Aerosole
jeweils in einer Minute inhalierte. Wie ersichtlich, zeigt der Atmungswiderstand
bei Inhalation des luftröhrenverengenden oder Bronchokonstriktor-Medikments, ausgehend
von niedrigen Konzentrationen, eine Zeitlang keine Änderung.
-
Bei einer bestimmten Konzentration jedoch steigt der Widerstand rasch
an. In diesem Zeitpunkt wird der Aerosolgenerator 18 für das luftröhrenerweiternde
oder Bronchodilator-Medikament betätigt, derart, daß die Versuchsperson nunmehr
das luftröhrenerweiternde oder Bronchodilator-Medikament inhaliert, zur wiederherstellenden
Erholung des Atmungswiderstandes.
-
Zur Auswertung der Meßkurve des Atmungswiderstandes werden die folgenden
Indexwerte verwendet: (A) Primärer Widerstandswert: Widerstandswert beim Inhalieren
von Salzlösung in Aerosolform.
-
(B) Ansprech-Schwellwert: diejenige Konzentration, bei welcher der
Atmungswiderstard zuzunehmen beginnt, oder auch die kumulative Dosis bis zum Beginn
des Anstiegs des Attnungswiderstandes.
-
(C) Anstiegsrate des Widerstands: Wert des Verhältnisses des Widerstandsanstiegs
zur Nedikamentmenge, die während zwei Minuten nach dem Zeitpunkt des Beginns des
Widerstandsanstiegs inhaliert wird.
-
(D) Erholungsgeschwindigkeit: Erholungsgeschwindigkeit des Atmungswiderstandes
bei Verabreichung des luftröhrenerweiternden oder Bronchodilator-Medikaments.
-
(E) Endwert des Widerstands: stationärer Widerstandswert, wie er
sich nach der Erholung einstellt.
-
Die Figg. 5 und 6 veranschaulichen klinische Ergebnisse der Untersuchung
von Luftrö.hren-Hypersensitivität bei verschiedenen Lungenkrankheiten, unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Apparatur. Als Versuchspersonen bzw. Probanden dienten acht
normal Gesunde, vierzehn an akuter Bronchitis Erkrankte, sechzehn Fälle chronischer
Bronchitis und sechzig Fälle vonBronchialasthma. Fig. 5 zeigt die Verteilung des
primären Widerstandswertes in Prozent. Fig. 6 zeigt die Verteilung der Anstiegsrate
des Widerstandes, ebenfalls in Prozent.
-
Bei den gesunden Versuchspersonen war bis zur Inhalation kumulativer
Dosen von 50 Einheiten überhaupt kein Anstieg des Atmungswiderstandes feststellbar.
Demgegenüber war ein Anstieg feststellbar in 50 % der Fälle mit akuter Bronchitis,
bei 63 °S der Fälle mit chronischer Bronchitis und bei 100 % der Fälle mit Bronchialasthma.
In ähnlicher Weise zeigt Fig. 6 eine Änderung der Anstiegsrate des Atmungswiderstandes
in Abhängigkeit von der Klassifikation der Lungenkrankheiten.
-
Daraus ist im einzelnen ersichtlich, daß eine deutliche Unterscheidung
anhand der Indexwerte für die Auswertung von Luftröhren4{ypersensitivität hinsichtlich
Lungenkrankheiten wie beispielsweise Bronchialasthma,
chronischer
Bronchitis und akuter Bronchitis getroffen werden kann. Die erfindungsgemäße Apparatur
ermöglicht somit eine Lösung des Mechanisnus der Luftröhren-Hypersensitivität. Ferner
gestattet sie die Messung des Widerstandes beim ruhigen Atmen, und die Testuntersuchung
läßt sich mit dieser Apparatur in kurzer Zeit abschließen.
-
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
beschrieben, das jedoch selbstverständlich in mannigfacher Weise abgewandelt werden
kann, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.
-
Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung ist eine Apparatur zur Messung
der Hypersensitivität der Luftwege, bei welcher die Versuchsperson Medikament-Aerosole
von stufenweise erhöhter Konzentration inhaliert, bei gleichzeitiger kontinuierlicher
Messung und Berechnung des Atmungswiderstandes während der Inhalation nach dem Oszillationsverfahren.
-
Die erfindungsgemäße Apparatur umiaßt eine Vorrichtung zur Erzeugung
von Medikament-Aerosolen verschiedener Konzentration, eine Vorrichtung zur Erzeugung
von Sinus-Druckwellen, sowie Vorrichtungen zur kontinuierlichen Berechnung des AtmungswiderstandBs
vermittels Messung des Mund-Luftdrucks und des Strömwlgsdurchsatzes.