DE69108559T2

DE69108559T2 - Aerosolerzeuger zum liefern einer erhöhten atembaren fraktion.

Info

Publication number: DE69108559T2
Application number: DE69108559T
Authority: DE
Inventors: Constantinos Sioutas
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1995-08-03
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: AU8442091A; US5533498A; US5669376A; DE69108559D1; CA2090495A1; EP0546009B1; EP0546009A1; WO1992004070A1; NZ239539A; AU646885B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft Inhalationsvorrichtungen zur Verwendung mit Dosier-Aerosolbehältern in der Inhalationstherapie. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung Inhalationsvorrichtungen, die den Medikamentenanteil erhöhen, der aus einem Aerosolbehälter in respirabler Form abgegeben werden kann. In einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung Inhalationsvorrichtungen, die nichteinatembare Teilchen zurückhalten. Beschreibung der verwandten Technik Oft ist es wünschenswert, den Medikamentenanteil in einer Aerosolformulierung zu erhöhen, der aus einem Aerosolbehälter ineinateinbare Form abgegeben werden kann. Verschiedene Zerstäubungseinheiten sind bekannt und dem Vernehmen nach nützlich für einen solchen Zweck. Außerdem wurde die Geometrie abgewandelt, um die Leistung von Aerosolbetätigern zur Verwendung in der Inhalationstherapie zu erhöhen. Beispielsweise beschreibt dieUS-A-2 865 370(Gattone) einen Feinverteilungsadapter zur Verwendung mit Einweg-Aerosoleinheiten, bei dem die Abgabe aus dem Behälter gegen eine gekrümmte Fläche erfolgt. Ebenso beschreibt dieUS-A-4 940 051(Lankinen) eine Inhalationsvorrichtung mit einer gekrümmten Prallplatte, die das abgegebene Aerosol in eine Inhalationskammer ablenkt. Allgemein haben kugelförmige Kammern und gekrümmte Flächen Eingang in weitere Aerosolanwendungen gefunden. So beschreibt z. B. dieUS-A-2 585 429(Boe) eine Sprühdüse zur Verwendung mit Flüssiggasen. Die Düse bewirkt eine Tertiärexpansion des Gases aus einem Speicherbehälter und erzeugt dem Vernehmen nach auch dann befriedigende Feinsprühnebel, wenn das Flüssiggas im Speicherbehälter unter Drücken aufbewahrt wird, die nur 20 psig betragen. Eine Primärexpansion vollzieht sich in einer Kammer, die allgemein kugelförmig sein kann und in der Wirbelströmungen dazu neigen, Flüssigkeitströpfchen auf zubrechen. Eine Sekundärexpansion erfolgt in einer Kammer, die in einem Winkel von 30 bis 60º zur Längsachse der Primärexpansionskammer ausgebildet sein kann. Eine Tertiärexpansion findet in die Atmosphäre statt.
Die Erfindung sieht einen Aerosolbetätiger vor, der aufweist:
ein Gehäuse, das zur Aufnahme eines Aerosolbehälters mit einem hohlen Ventilstift geeignet ist;
einen Düsenblock mit mindestens ein Entnahmeloch bildenden Wänden und mit eine Ventilstiftaufnahme mit einem Sockel zum Aufnehmen des hohlen Ventilstifts des Aerosolbehälters bildenden Wänden, wobei der Sockel eine Öffnung bildende Wände aufweist;
Wände, die eine mit der Öffnung offen in Verbindung stehende und mindestens eine teilweise gekrümmte, im wesentlichen gegenüber der Öffnung befindliche Fläche und einen Bodenpunkt aufweisende Zerstäubungskammer bilden,
Wände, die eine offen mit der Zerstäubungskammer verbundene und eine Längsachse aufweisende Ausgangskammer bilden,
wobei die die Ausgangskammer bildenden Wände die gebogene Fläche derart schneiden, daß in der Achsebene der Ausgangskammer und der Öffnung ein Abschnitt der gebogenen Fläche zwischen dem Bodenpunkt der gebogenen Fläche und den Wänden der Ausgangskammer vorliegt, und
der Schnittbereich der Ausgangskammer in der normal zu seiner Achse befindlichen Ebene kleiner als der größte Schnittbereich der Zerstäubungskammer in der zu der Öffnung normalen Ebene ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel und die Öffnung eine gemeinsame Längsachse durch den Düsenblock aufweisen.
Außerdem sieht die Erfindung einen Betätiger gemäß der vorstehenden Beschreibung in Kombination mit einem Aerosolbehälter vor, der eine pharmazeutische Formulierung aufweist.
Der Betätiger der Erfindung dient besonders zur Verbesserung des einatembaren Medikamentenanteils in einer Aerosolformulierung, besonders in Aerosolformulierungen mit Treibmitteln, Medikamenten, Adjudvantien oder Exzipientien, die keine optimalen Suspensionen zur Aerosolabgabe ergeben. Außerdem hält die Vorrichtung nichteinatembare Teilchen zurück und verringert damit die Medikamentenmenge, die ungewollt oral verabreicht wird. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 ist eine isometrische Ansicht eines Betätigers der Erfindung in Kombination mit einem Aerosolbehälter.
Fig. 2 ist eine Querschnittansicht der Ausführungsform von Fig. 1 entlang der Linie 2-2, wobei der Aerosolbehälter betätigt ist.
Fig. 3 ist eine Querschnittansicht der Ausführungsform von Fig. 1 in aufgelösten Einzelheiten.
Fig. 4 ist eine Vorderansicht des oberen Bereichs der Ausführungsform von Fig. 1.
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf den oberen Bereich der Ausführungsform von Fig. 4.
Fig. 6 ist eine isometrische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Betätigers der Erfindung.
Fig. 7 ist eine Querschnittansicht der Ausführungsform von Fig. 6 entlang der Linie 7-7.
Fig. 8 ist eine Untersicht des mittleren Bereichs, der dem oberen Bereich der Ausführungsform von Fig. 6 entspricht

Nähere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 bis 5 zeigen eine Ausführungsform des Betätigers der Erfindung, der mit der Bezugszahl 10 bezeichnet ist. Fig. 1 zeigt den Betätiger 10 der Erfindung, der ein Gehäuse aufweist, das zur Aufnahme eines Aerosolbehälters 12 geeignet ist.
Der Aerosolbehälter 12 kann jeder Aerosolbehälter sein, der eine pharmazeutische Formulierung zur Verwendung in der Inhalationstherapie enthält. Solche Behälter weisen ein Ventil zum Abgeben des Aerosols auf, wobei das Ventil einen hohlen Ventilstift hat, der gegenüber dem Behälter zwischen einer ausgefahrenen Schließposition und einer heruntergedrückten Öffnungsposition zum Abgeben des Aerosols beweglich ist. Im allgemeinen steht die Formulierung in einem solchen Behälter unter einem Druck, der größer als etwa 40 psig ist, bei einigen Treibmitteln möglicherweise auch größer als etwa 80 psig. Folglich sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung für eine Verwendung mit einer Formulierung unter einem Druck im Bereich von etwa 40 bis etwa 80 psig besonders geeignet.
Wie nachstehend näher beschrieben und in Fig. 2 bis 5 veranschaulicht ist, bildet oder weist das Gehäuse ferner auf: einen Düsenblock und eine Leitungskammer bildende Wände, eine Zerstäubungskammer und eine Ausgangskammer, durch die ein Patient eine Formulierung inhalieren kann, die in den Betätiger aus dem Aerosolbehälter abgegeben wird.
Der Betätiger 10 der Erfindung weist einen Düsenblock auf. Gemäß Fig. 5 weist der Düsenblock 14 eine Ventilstiftaufnahme 16 bildende Wände und Entnahmelöcher 18 bildende Wände auf, damit Luft den Düsenblock 14 passieren kann, wenn der Betätiger in der Inhalationstherapie verwendet wird. Die Anzahl und Abmessung der Entnahmelöcher ist für die Funktion des Betätigers nicht übermäßig kritisch, solange mindestens ein Entnahmeloch vorhanden ist und den Luftdurchgang bei Verwendung des Betätigers in der Inhalationstherapie ermöglicht.
Gemäß Fig. 2 und 3 weist die Ventilstiftaufnahme 16 ferner einen Sockel 20 zum Aufnehmen eines hohlen Ventilstifts 22 des Dosier-Aerosolbehälters 12 auf. Der Sockel 20 hat Wände, die eine Öffnung 24 bilden, die die Abgabe aus dem Aerosolbehälter passiert. Vorzugsweise hat die Öffnung 24 einen kleineren Durchmesser als die Bohrung des hohlen Ventilstifts, um die Geschwindigkeit der Aerosolströmung beim Passieren der Öffnung zu erhöhen. Bevorzugte Durchmesser liegen im Bereich von etwa 0,20 mm bis etwa 0,36 mm, wobei etwa 0,25 mm bis etwa 0,30 mm am stärksten bevorzugt sind.
Eine Querschnittansicht der Ausführungsform von Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt. Diese Ausführungsform ist als Querschnitt in aufgelösten Einzelheiten in Fig. 3 gezeigt.
Die Öffnung 24, wahlweis mit einem konisch erweiterten Bereich 26, steht offen mit einer Leitungskammer 28 in Verbindung. Der konisch erweiterte Bereich 26 ist bevorzugt, um es einer Aerosolströmung mit hoher Geschwindigkeit weiter zu erleichtern, die Kammer zu passieren. Die Leitungskammer 28 ist so dimensioniert, daß sie nicht als Expansionskammer wirkt, d. h., nicht wesentlich die Geschwindigkeit verringert oder den Durchfluß einer passierenden Aerosolströmung unterbricht.
Die Leitungskammer 28 ist im wesentlichen gleichachsig mit der Achse der Öffnung 24 und hat vorzugsweise die Form eines aufrechten Kreiszylinders mit einem Durchmesser von etwa 19 mm bis etwa 24 mm, wobei etwa 21 mm bevorzugt ist. Uin einen optimalen einatembaren Anteil zu erreichen, hat die Leitungskammer 28 vorzugsweise eine Länge von etwa 6 mm bis etwa 25 mm von der Öffnung 24 bis zu einer Region 30, an der eine Zerstäubungskammer 32 beginnt.
Die Zerstäubungskammer 32 steht offen mit der Leitungskammer 28 in Verbindung und wird durch Wände mit einer gekrümmten Fläche 34 gebildet. Die gekrümmte Fläche kann jede allgemein gekrümmte Fläche sein, z. B. ein kugelförmiger, elliptischer oder parabolischer Schnitt, und ist vorzugsweise im wesentlichen kugelförmig. Vorzugsweise hat die Zerstäubungskammer eine größte Querschnittfläche in der senkrecht zur Achse der Öffnung 24 liegenden Ebene, die vorzugsweise etwa 530 mm² bis etwa 1130 mm² beträgt, wobei etwa 800 mm² noch stärker bevorzugt sind. Vorzugsweise hat eine im wesentlichen kugelförmige Zerstäubungskammer einen Krümmungsradius, der größer als der Radius der Leitungskammer ist. Entsprechend den vorstehend genannten bevorzugten Querschnittflächen liegen bevorzugte Radien im Bereich von etwa 13 mm bis etwa 19 mm, wobei 16 mm noch stärker bevorzugt sind. Ferner ist die Zerstäubungskammer vorzugsweise im wesentlichen symmetrisch um die Achse der Öffnung 24 angeordnet. In einer solchen bevorzugten Ausführungsform ist eine kolbenartige Kombination der Zerstäubungskammer mit der Leitungskammer ausgebildet. Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die Symmetrie der Zerstäubungskammer durch die Schnittstelle zwischen der Zerstäubungskammer und einer Ausgangskammer 38 durchbrochen.
Die gekrümmte Fläche hat einen Bodenpunkt 36, d. h., einen solchen Punkt, daß eine senkrecht zur Achse der Öffnung 24 durch den Punkt verlaufende Linie weiter von der Öffnung entfernt ist als ähnliche Linien, die anderen Punkten der gekrümmten Fläche als dem Bodenpunkt entsprechen. Vorzugsweise liegt der Bodenpunkt 36 auf der Achse der Öffnung 24.
Die Zerstäubungskammer 32 steht offen mit der Ausgangskammer 38 in Verbindung. Die die Ausgangskammer bildenden Wände schneiden vorzugsweise die gekrümmte Fläche 34 so, daß in der Ebene der Achsen der Öffnung 24 und der Ausgangskammer 38 ein Abschnitt 40 der gekrümmten Fläche zwischen dem Bodenpunkt 36 und den Wänden der Ausgangskammer vorhanden ist. Anders ausgedrückt ist die Ausgangskammer ein Fortsatz von der Zerstäubungskammer, setzt sich jedoch nicht vom Boden der Zerstäubungskammer fort; vorhanden ist dagegen ein Anstieg zwischen dem Bodenpunkt 36 der gekrümmten Fläche und der untersten Wand der Ausgangskammer. Dieser Anstieg, in Fig. 2 als Maß 42 bezeichnet, beträgt vorzugsweise etwa 3 mm bis etwa 5 mm.
Zur leichteren Verwendung des Betätigers ist die Achse der Ausgangskammer 38 vorzugsweise in einem Winkel von etwa 90º bis etwa 105º zur Achse der Öffnung 24 angeordnet (d. h., die Ausgangskammer steht in einem rechten Winkel oder einem leicht stumpfen Winkel zum Abschnitt des Betätigers, der den Aerosolbehälter aufnimmt). Vorzugsweise hat die Ausgangskammer 38 die Form eines Kreis- oder elliptischen Zylinders, und die Querschnittfläche der Ausgangskammer in der senkrecht zu ihrer Achse liegenden Ebene ist kleiner als die größte Querschnittfläche der Zerstäubungskammer in der senkrecht zur Achse der Öffnung 24 liegenden Ebene. Die Querschnittfläche einer zylindrischen Ausgangskammer 38 beträgt vorzugsweise etwa 120 mm² bis etwa 500 mm², wobei etwa 370 mm² noch stärker bevorzugt sind. Vorzugsweise hat die Ausgangskainmer eine Länge von etwa 230 mm bis etwa 500 mm, wobei etwa 350 mm noch stärker bevorzugt sind.
Vorzugsweise ist ein Betätiger der Erfindung darstellungsgemäß als leicht trennbarer Aufbau aus zwei Stücken hergestellt. Ein oberer Bereich 44 und ein unterer Bereich 46 lassen sich reibschlüssig zusammendrücken. Gemäß Fig. 4 hat der obere Bereich 44 Wände, die einen gekrümmten Abschnitt 48 bilden, der im wesentlichen dem oberen Abschnitt des Durchlasses zwischen der Zerstäubungskammer und der Ausgangskammer entspricht. Der obere Bereich 44 läßt sich gegenüber dem unteren Bereich 46 drehen, um den gekrümmten Abschnitt 48 während der Verwendung richtig zur Ausgangskammer auszurichten.
Fig. 6 bis 8 zeigen eine alternative Ausführungsform des Betätigers der Erfindung, der allgemein mit der Bezugszahl 70 bezeichnet ist. Der Betätiger 70 weist einen unteren Bereich 72, einen mittleren Bereich 74 und eine Kappe 76 auf. Beim Herunterdrücken betätigt die Kappe 76 den Ventilstift eines Aerosolbehälters 79, wobei sich der Ventilstift in einem Düsenblock 78 befindet und mit einer Öffnung 81 in Verbindung steht. Flügel 85 dienen zur Stabilisierung der Anordnung des Behälters 79 im mittleren Bereich 74. Vorsprünge 82 sorgen für einen Abstand zwischen der Kappe 76 und dem mittleren Bereich 74, damit Luft Entnahmelöcher 84 beim Inhalieren passieren kann. Ein Ansatz 86 und ein Vorsprung 88 wirken zusammen, um ein ungewolltes Abnehmen der Kappe 76 vom mittleren Bereich 74 zu verhindern. Eine Noppe 75 des mittleren Bereichs 74 ruht in einer Ausnehmung 77 des unteren Bereichs 72, um diese beiden Bereiche richtig auszurichten. Der untere Bereich 72 ist mit einem Absatz 99 versehen, damit der Betätiger aufrecht, z. B. auf einer Tischfläche, stehen kann.
Eine im unteren Bereich 72 ausgebildete Zerstäubungskammer 90 hat eine gekrümmte Fläche 92, die sich allgemein gegenüber der Öffnung 81 befindet. Wie in der Ausführungsform von Fig. 1 bis 5 hat die gekrümmte Fläche 92 einen Bodenpunkt 94 und einen Abschnitt 96 der gekrümmten Fläche 92 zwischen dem Bodenpunkt 94 und den Wänden einer Ausgangskammer 98.
In der Ausführungsform von Fig. 6 bis 8 hat die Öffnung 81 vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,17 bis 0,58 mm, wobei 0,22 mm am stärksten bevorzugt sind, und der Abstand zwischen der Öffnung 81 und dem Bodenpunkt 94 beträgt vorzugsweise 31,75 mm. Vorzugsweise hat die Zerstäubungskammer 90 eine größte Querschnittfläche in der senkrecht zur Achse der Öffnung 81 liegenden Ebene von etwa 410 bis 1451 mm², wobei 791 mm² am stärksten bevorzugt sind. Der bevorzugte, die gekrümmte Fläche 92 definierende Radius liegt im Bereich von etwa 10,1 bis 19,1 mm, wobei 15,3 mm am stärksten bevorzugt sind. Der Abstieg 96 zwischen dem Bodenpunkt 94 und der Ausgangskammer 98 beträgt vorzugsweise etwa 2,0 bis 6,0 mm, wobei etwa 4,4 mm am stärksten bevorzugt sind. Der Winkel zwischen der Achse der Ausgangskammer 98 und der Achse der Öffnung 81 beträgt vorzugsweise etwa 90º bis 135º, wobei etwa 105º am stärksten bevorzugt sind. Die Querschnittfläche der Ausgangskammer 98 beträgt vorzugsweise etwa 366 mm², und die Ausgangskammer 98 hat vorzugsweise eine Länge von etwa 10 mm bis 40 mm, wobei 24 mm am stärksten bevorzugt sind.
Ein Betätiger der Erfindung kann aus herkömmlichen Werkstoffen hergestellt werden, die für eine Verwendung mit Medikamenten allgemein als geeignet gelten. Zu geeigneten Werkstoffen gehören formbare thermoplastische Polymere, z. B. Polyethylen, Polypropylen u. ä. Vorzugsweise befindet sich in der Region nahe dem Bodenpunkt der gekrümmten Fläche z. B. eine Glasfläche, die bewirkt, daß wenige oder keine Medikamententeilchen an der Fläche haften, wenn die Teilchen in der Aerosolströmung auf die Region auftreffen. Aus Gründen der Unbedenklichkeit, der Kosten und der leichten Herstellung sind jedoch Polymerwerkstoffe, insbesondere Polyethylen, die bevorzugten Werkstoffe für den Aufbau des Betätigers insgesamt. Herkömmliche Formgebungstechniken sind zur Herstellung eines Betätigers der Erfindung geeignet.
Wie ein Betätiger der Erfindung verwendet wird, geht am besten aus Fig. 2 hervor. Ein herkömmlicher Dosier-Aerosolbehälter, der eine pharmazeutische Aerosolformulierung enthält, wird in den oberen Bereich 44 so eingesetzt, daß der Ventilstift 22 einen Eingriff mit dem Sockel 20 in der Aufnahme 16 in Ausrichtung mit der Öffnung 24 herstellt. Der Ventilstift 22 wird durch den Sockel 20 gestützt. Der untere Bereich 46 wird gedreht, damit der gekrümmte Abschnitt 48 nicht die Ausgangskammer 38 versperrt. Beim Herunterdrücken des Behälters wird das Ventil betätigt und eine Aerosolströmung, die Teilchen oder Tröpfchen eines Medikaments enthält, wird durch die Öffnung 24 abgegeben. Das Passieren des verengten Durchlasses der Öffnung 24 dient zur Beschleunigung der Aerosolströmung und außerdem zum Aufbrechen einiger der agglomerierten Teilchen oder koaleszierten Tröpfchen. Danach passiert die Strömung die Leitungskammer 28 und tritt in die Zerstäubungskammer 32 ein.
In bevorzugten Ausführungsformen bleiben einatembare Teilchen im Aerosol in der Zerstäubungskammer ausreichend lange suspendiert, damit ein Patient die Formulierung nach Abgabe aus dem Behälter inhalieren kann (z. B. mehrere Sekunden lang). Daß die Teilchen in der Zerstäubungskammer eine gewisse Zeit suspendiert bleiben, ist ein bemerkenswerter Vorteil der Erfindung, da dadurch für den Patienten die Notwendigkeit entfällt, sorgfältig die Behälterbetätigung mit der Inhalation der abgegebenen Dosis zu koordinieren. Beim Inhalieren des Patienten durch die Ausgangskammer, wobei Luft durch den Betätiger über die Luftlöcher 18 gesogen wird, werden die Teilchen aus der Zerstäubungskammer durch die Ausgangskammer 38 in den Respirationstrakt ausgetragen.
Nicht alle agglomerierten Teilchen werden durch Passieren der Öffnung 24 und Eintreten in die Zerstäubungskammer 32 einatembar. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß viele der außerhalb des einatembaren Bereichs bleibenden Teilchen in der Zerstäubungskammer eingefangen werden, wodurch die Medikamentenmenge verringert wird, die ungewollt oral verabreicht wird (d. h., über große, nichteinatembare Teilchen, die im Mund oder Rachen verbleiben). Die eingefangenen Teilchen lassen sich durch Reinigung leicht aus dem Betätiger entfernen, indem der untere Bereich 46 abgenommen und gereinigt wird.
Die Ausführungsform von Fig. 6 bis 8 arbeitet ähnlich wie die von Fig. 1 bis 5.
Der Betätiger der Erfindung kann mit jeder herkömmlichen Aerosolformulierung verwendet werden.

Claims

1. Eine Aerosolvorrichtung (10) aufweisend:

ein Gehäuse, das zur Aufnahme eines Aerosolbehälters (12) mit einem hohlen Ventilstift (22) geeignet ist,

einen Düsenblock (14) mit mindestens ein Entnahmeloch (18) bildenden Wänden und mit eine Ventilstiftaufnahme mit einem Sockel (20) zum Aufnehmen des hohlen Ventilstiftes (22) des Aerosolbehälters bildenden Wänden, wobei der Sockel (20) eine Öffnung (24) bildende Wände aufweist,

Wände, die eine mit der Öffnung (24) offen in Verbindung stehende und mindestens eine teilweise gekrümmte, im wesentlichen gegenüber der Öffnung befindliche Fläche (34) und einen Bodenpunkt (36) aufweisende zerstäubungskammer (32) bilden,

Wände, die eine offen mit der Zerstäubungskammer (32) verbundene und eine Längsachse aufweisende Ausgangskammer (38) bilden,

wobei die die Ausgangskammer (38) bildenden Wände die gebogene Fläche derart schneiden, daß in der Achsebene der Ausgangskammer und der Öffnung ein Abschnitt der gebogenen Fläche (40) zwischen dem Bodenpunkt (36) der gebogenen Fläche und den Wänden der Ausgangskammer vorliegt, und

der Schnittbereich der Ausgangskammer in der normal zu seiner Achse befindlichen Ebene kleiner als der größte Schnittbereich der Zerstäubungskammer in der zu der Öffnungsachse normalen Ebene ist,

dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (20) und die Öffnung (24) eine gemeinsame Längsachse durch den Düsenblock (14) aufweisen.

2. Aerosolvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Achse der Ausgangskammer (38) in einem Winkel von 90 bis 105º zu der Achse der Öffnung (24) angeordnet ist.

3. Aerosolvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 in Verbindung mit einem Aerosolbehälter, der eine pharmazeutische Formulierung zum oralen oder nasalen Inhalieren aufweist.