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Die Erfindung betrifft eine neue Vorrichtung zur Zerstäubung von
therapeutischen Substanzen, die zur Behandlung der respiratorischen
Infektionen und/oder Störungen bestimmt ist.
Technologischer Hintergrund
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Die Zuchttiere, insbesondere die Rinder, leiden an zahlreichen
respiratorischen Erkrankungen, die durch eine ganze Reihe von infektiösen
Stoffen hervorgerufen werden.
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Bei den Rinderbeständen rufen diese Erkrankungen sehr große
wirtschaftliche Verluste hervor. So betragen in Großbritannien die durch diese
Erkrankungen verursachten jährlichen Verluste uber 50 Millionen £, und sie
sind eine der ersten Sterblichkeitsursachen dieser Tiere. Die Rinder, vor
allem diejenigen vom Fleischtyp, sind auf dem Gebiet ihrer Lungenfunktionen
in der Tat benachteiligt, und die jungen Rinder, sowie die Tiere mit dickem
Hinterteil sind wegen der funktionalen Unreife ihres Atmungssystems durch
eine besonders anfällige Lungenfunktion gekennzeichnet.
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Bei der Behandlung der reversiblen Obstrukticnen der unteren Atemwege
ergibt die Inhalation von aerosolisierten Substanzen gute therapeutische
Ergebnisse.
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Die Aerosoltherapie ermöglicht in der Tat, im Bereich der unteren
Atemwege rasch eine maximale Konzentration von therapeutischen Substanzen zu
erhalten, während zugleich die systemischen wirkungen dieser Substanz
vermieden werden.
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Um optimale therapeutische Ergebnisse zu erhalten, muß jedoch die
Fähigkeit der Partikel, die unteren Atemwege zu erreichen, berücksichtigt
werden.
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Die meisten im Bereich des Oropharynx abgelagerten Substanzen werden in
der Tat hinuntergeschluckt. Außerdem werden diese Substanzen oft inaktiviert,
da sie bei ihrem Durchgang durch die Darmwamd und die Leber umgesetzt werden.
Im übrigen sind, wenn die besten Bedingungen fereinigt sind, 10% der
inhalierten Partikel wirksam, um eine klinische Reaktion sicherzustellen.
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Das Aerosol kann definiert werden als ein Zweiphasensystem, das aus
einer kontinuierlichen gasförmigen Phase (gewöhnlich Luft) und einer
diskontinuierlichen Phase (gewöhnlich Flüssigkeit) aus einzelnen Partikeln
besteht.
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Die meisten Aerosole sind heterodisperse oder polydisperse Aerosole,
bei denen die Größe der erzeugten Partikel im allgemeinen nicht gleichmäßig
ist.
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Die Größe der durch dieses System erzeugten Partikel bedingt die
Eindringung und die Ablagerung dieser Partikel in dem Atmungssystem. In
Abhängigkeit von ihrer Größe können die Partikel verschiedene Stellen in dem
Atmungssystem erreichen.
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In der nachstehenden Tabelle sind die verschiedenen Ablagerungsstellen
wiedergegeben, die in Abhängigkeit von der Größe der inhalierten Partikel
erreicht werden.
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Diese Tabelle zeigt, daß die Stelle, bei der die Partikel sich
ablagern, um so tiefer gelegen ist, je geringer die Größe dieser Partikel
ist. Im übrigen ist die durch die Nasenhöhlen ausgeübte Filtrationsfunktion
so ausgeprägt, daß sie bei allen Partikeln mit einem Durchmesser über 10 µm
wirksam ist. Daher ist bei einem Tier bei Maulatmung diese Funktion teilweise
unwirksam.
Stand der Technik
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Seit der Einführung der Aerosoltherapie bei den menschlichen
respiratorischen Erkrankungen sind zwar mehrere Jahrtausende vergangen, aber
erst in neuerer Zeit bringt die Veterinärmedizin dieser Technik Interesse
entgegen.
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Um mit dieser Technik in der Veterinärmedizin bei der Behandlung der
Erkrankungen eine maximale Wirksamkeit zu erreichen, müssen bei dem
verwendeten Aerosolisatoren gewisse technische Anforderungen erfüllt sein.
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Außerdem können manche Faktoren, die die Mitarbeit des Patienten
erfordern, nur in der Humanmedizin angewandt werden.
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Die Einatmung über den Mund, die endotracheale Intubation und die
Tracheotcmie sind Techniken, die in der Humanmedizin ermöglichen, den durch
die Nasenhöhlen erfolgenden Filtrationsprozeß zu vermeiden, aber die in der
Veterinärmedizin nicht leicht angewandt werden können (Brain et al., Aerosols
in Medecine, chapter 5, Moren F., Newhouse M.T., Dolovich M.B., Elsevier,
1985, 336).
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In der Literatur sind drei Arten von Aercsolisatoren bekannt: die
Dosier-Aerosolisatoren, die Trockenpulver-Inhalatoren, und die Zerstäuber.
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Die ersten zwei Arten von Aerosolisatoren sind in der Humanmedizin
bekannt, aber in der ländlichen Veterinärmedizin nicht verwendbar. Bei den
Zerstäubern wird zwischen den Ultraschallzerstäubern und den pneumatischen
Zerstäubern unterschieden.
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Der Ultraschallzerstäuber umfaßt einen piezcelektrischen Transducer,
der infolge der Wirkung eines durch einen elektronischen Oszillator erzeugten
elektrischen Wechselfeldes mit hoher Frequenz schwingt. Diese Schwingungen
werden durch aufeinanderfolgende Kontiguität auf te Lösung übertragen, die
zerstäubt werden soll. Wenn die Stärke der Schwingungen groß genug ist,
bildet sich eine Flüssigkeitssäule, von der eine Wolke aus Partikeln
ausgesandt wird.
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Die Größe der von diesen Zerstäubern erzeucten Partikel, sowie die
Erzeugungsrate dieser Partikel können jedoch großen Schwankungen unterliegen
(Boguslavsky et al., Physical Mechanism of the acoustic atomization of a
liquid, Acoustic J. (USSR) , 1969, 15, 17-24).
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Im übrigen sind die Ultraschallzerstäuber wegen ihrer Kosten und ihrer
Zerbrechlichkeit meistens den Krankenhäusern vorbehalten.
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Die pneumatischen Zerstäuber (wie der Zerstäuber vom Typ Hudson )
beruhen alle auf demselben Prinzip: ein Kapillarrohr taucht in eine
Flüssigkeit ein, und der an dem Ende der Kapillare perlende Tropfen wird
durch einen Luft- oder Sauerstoffstrahl, der sich mit hoher Strömungsrate
entspannt, zerstäubt (Venturi-wirkung). Der Durchmesser der von dem
pneumatischen Zerstäuber erzeugten Partikel ist umgekehrt proportional zu der
Gasströmungsrate Bei den meisten pneumatischen Zerstäubern ist eine minimale
Strömungsrate von 6 l.min&supmin;¹ erforderlich, um ein hohes
Qualitäts/Behandlungsdauer-Verhältnis sicherzustellen. Die Strömungsrate sowie die Partikelgröße
können ezenfalls von der Geschwindigkeit abhängen, mit der der Patient
inhaliert
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Bei der manuellen Verwendung dieser Zerstäuber für die therapeutische
Behandlung der Tiere gibt es jedoch noch Schwierickeiten. Diese Zerstäuber
werden in der Tat einzeln unmittelbar an eine Druck uftquelle angeschlossen,
und ermögichen die Inhalation des Behandlungsprodukts gleichzeitig nur bei
einem Nasenloch des Tieres.
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Außerdem erhöhen die Bewegungen, die das Tier während der Behandlung
macht, die Risiken einer Verunreinigung der Umgebung, und sie vermindern die
Optimierung der erwünschten therapeutischen Wirkungen.
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In der Patentanmeldung GB-A-211 838 wird eine für Pferde bestimmte
Vorrichtung zur Inhalation von therapeutischen Substanzen beschrieben.
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Diese Vorrichtung weist eine vollkommen hermetische Maske auf, die auf
den Nüstern des Tieres angeordnet wird und das Tier daran hindert, durch das
Maul zu atmen.
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Ein auf der Maske angeordneter Ultraschailzerstäuber sprüht die
therapeutische Substanz entsprechend dem Rhythmus der Atmung in die Nüstern
des Tieres.
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Eine solche Vorrichtung, die das Tier daran hindert, durch das Maul zu
atmen, weist den Nachteil auf, daß sie den Komfort des Tieres stark
vermindert, ind die Verabreichung von therapeutischen Substanzen schwieriger
macht.
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Außerdem ermöglicht diese Vorrichtung nicht, gewisse Parameter (Größe
der Partikel, Inhalationsgeschwindigkeit, usw.) einzustellen, die an die
verschiedenen, zu behandelnden Arten von Infektionen oder Atmungsstörungen
angepaßt sind. Eine solche Vorrichtung ist daher ungeeignet, um an schweren
Störungen, wie Atemnot, leidende Tiere zu behandeln, wozu die Zerstäubung von
Partikeln mit einer Größe unter 1 µm in die Nasenlöcher des Tieres
erforderlich ist; oder um die Behandlung der oberen Atemwege über das Maul
durchzuführen Partikel mit einer Größe über 10 µm).
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In dem Patent US-2 843 119 wird eine Vorrichtung beschrieben, die dazu
bestimmt st, Sauerstoff an ein Tier zu verabreichen über eine um das Maul
und die Masenlöcher des Tieres hermetisch angeordnete Maske. Diese
Vorrichtung weist ein Zerstäubungssystem auf, das zur postoperativen
Verabreichung von therapeutischen Substanzen bestimmt ist, und über einen
Schlauch mit der Maske verbunden ist.
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Dieses über einen Schlauch von großer Länge mit der Maske verbundene
Zerstäubungssystem ermöglicht jedoch nicht die Verabreichung der
therapeutischen Substanzen in die unteren Atemwege.
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Es ist ebenfalls bekannt, daß ein Raum für die zu behandelnden Tiere
verwirklicht werden kann, in dem eine therapeutische Substanz in Form von
aerosolisierten Partikeln in Suspension gebracht wird. Diese teure Technik
ist jedoch vor allem für die Behandlung der respiratorischen Erkrankungen der
Vögel oder für die Desinfektion der Räume bestimmt.
Ziele der Erfindung
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Die Erfindung zielt darauf ab, eine einfache, rasch anzubringende, und
preiswerte Vorrichtung zu verwirklichen, die eine eptimale Zerstäubung einer
therapeutischen Substanz (von therapeutischen Substanzen) unmittelbar in die
Nasenlöcher und/oder in das Maul eines zu behandelnden Tieres ermöglicht,
während zugleich der Komfort dieses Tieres erhalten bleibt.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat zum Ziel, eine oder mehrere
therapeutische Substanzen in Form von Partikeln, deren mittlerer
aerodynamischer Massendurchmesser zwischen 100 und 0,01 µm liegt, im Bereich des
Mauls und/oder der Nasenlöcher eines Tieres optimal zu zerstäuben.
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Die Erfindung hat zum Ziel, eine Vorrichtung zu verwirklichen, die bei
der Behandlung die Atmung des Tieres durch das Maul und/oder die Nasenlöcher
nicht behindert.
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Die Erfindung hat außerdem zum Ziel, eine Vorrichtung zu verwirklichen,
die ermöglicht, mehrere Zerstäuber zu verwenden, die zusammen an eine einzige
Druckluft-Versorgungsquelle angeschlossen sind.
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Ein zusätzliches Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu
verwirklichen, die an den Kopf eines beliebigen zu behandelnden Tieres
anpaßbar ist.
Kennzeichnende Elemente der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerstäubung einer
therapeutischen Substanz (von therapeutischen Substanzen), die eine Gesichtsmaske
umfaßt, die über eine pneumatische Leitung mit einer Druckluftquelle, wie zum
Beispiel einem transportierbaren Trockenluft-Kompressor verbunden ist, und
eine in der Maske angeordnete Zerstäubungskammer umfaßt, die mindestens einen
mit der pneumatischen Leitung verbundenen Zerstäuber enthält; wobei die
Verbindung zwischen der pneumatischen Leitung und dem Zerstäuber oder den
Zerstäubern aus einem Deckel besteht, der die Zerstäubungskammer verschließt
und mindestens ein Ansatzstück umfaßt, das über eine Dichtung mit den
Zerstäubern so verbunden ist, daß beim Schließen des Deckels oder der
Zerstäubungskammer jeder Zerstäuber mit einem Ansatzstück verbunden wird.
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Vorzugsweise umfaßt die Zerstäubungskammer mindestens zwei Zerstäuber.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht
die Dichtung aus einer Gummimembran, die zwischen der Zerstäubungskammer und
ihrem Gehäuse angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht
die Dichtung aus einer Kunststoff- oder Gummitülle, die auf dem Ende des
Ansatzstücks vorzugsweise durch Aufschrauben befestigt ist.
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Vorzugsweise wird die Dichtung auf dem Ansatzstück und/oder auf dem
unteren Ende des Zerstäubers durch eine O-Ring-Dichtung festgehalten.
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Um den Komfort des Tieres sicherzustellen, umfaßt die Gesichtsmaske
eine Formänderung für den Sitz einer an den Kopf des Tieres angepaßten,
auswechselbaren Dichtungsmanschette, und Befestigungsgurte.
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In vorteilhafter Weise umfaßt die pneumatische Leitung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung einen zwischen der Gesichtsmaske und der Druckluftquelle
angeordneten Strömungsratenregler. Diese Gesichtsmaske umfaßt außerdem eine
oder mehrere Öffnungen für die Atmung durch die Nasenlöcher und/oder das
Maul, und/oder für den Abfluß des Speichels des Tieres.
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In vorteilhafter Weise werden die therapeutischen Substanzen durch die
erfindungsgemäße Vorrichtung in Form von Partikeln zerstäubt, deren mittlerer
aerodynamischer Massendurchmesser zwischen 100 und 0,01 µm liegt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden aufgrund der
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ersichtlich
werden, bei der auf die im Anhang beigefügten Figuren Bezug genommen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- Die Figur 1 gibt eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung
der Erfindung wieder.
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- Die Figur 2 gibt eine weitere partielle Schnittansicht der
Vorrichtung der Erfindung wieder.
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- Die Figur 3 gibt eine partielle Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung wieder.
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- Die Figur 4 gibt eine Schnittansicht einer zwischen dem Zerstäuber
und dem Ansatzstück angeordneten Dichtung bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung wieder
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- Die Ficuren 5 bis 8 geben die Verteilung der Größe (µm) und der
Geschwindigkeit (m/s) von durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung zerstäubten Partikeln aus physiologischem
Wasser als Funktion des Drucks (bar) wieder.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
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Die in der Figur 1 wiedergegebene, erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt
eine Gesichtsmaske 1, die über eine pneumatische Leitung 2 mit einem
Luftkompressor 3 verbunden ist.
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Unter Gesichtsmaske wird eine Maske verstanden, die das Maul und die
Nasenlöcher des zu behandelnden Tieres vollständig bedeckt.
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Mehrere Masken können mit demselben Kompressor verbunden werden, und in
demselben Koffer bequem an den Verwendungsort gebracht werden.
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Eine Zerstäubungskammer 4, die zwei mit einer pneumatischen Leitung 2
verbundene Zerstäuber 5 umfaßt, ist in der Gesichtsmaske 1 angeordnet.
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Die Anordnung der Zerstäubungskammer 4 in der Gesichtsmaske 1
ermöglicht, die Probleme, die durch die Bewegungen des Tieres verursacht
werden, wenn die Zerstäubungskammer mit dem transportierbaren
Trockenluftkompressor (ohne Schmierung) verbunden ist, in vorteilhafter Weise zu lösen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Optimierung der
therapeuttschen Wirkungen der zerstäubten Substanz, da die Substanz
unmittelbar in die Nasenlöcher und/oder in das Maul des behandelten Tieres
gesprüht wird, und die Größe der von diesen Zerstäubern erzeugten Partikel,
sowie die Strömungsrate dieser Partikel unabhängig von den Bewegungen des
Tieres geringe Schwankungen aufweisen.
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Diese Vorrichtung ermöglicht so, wirksame und gleichbleibende Dosen an
das behandelte Tier zu verabreichen.
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Diese Zerstäuber 5 vom Typ Hudson kännen Deflektoren umfassen, durch
die in Abhängigkeit von ihrer Position der Anteil der optimalen Partikel in
den Atemwegen erhöht werden kann.
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Die Verwendung von zwei Zerstäubern ist besonders vorteilhaft, da sie
die gleichzeitige Verabreichung von verschiedenen therapeutischen Substanzen
ermöglicht.
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Aus der nachstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß die gleichzeitige
Verabreichung von Clenbuterolhydrochlorid (ein β&sub2;-Agonist) und
Ipratropiumbromid (ein cholinergischer Antagonist) an unter Atemnot leidende Kälber vom
Typ Bleu-Blanc Belge (67 Tiere getestet) wirksamer ist als die getrennte
Verabreichung von jedem der zwei Arzneimittel.
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Die zwei Zerstäuber 5 sind über einen hohlen Deckel 6, der die
Zerstäubungskammer 4 verschließt, mit der pneumatischen Leitung 2 und dem
Luftkompressor 3 verbunden.
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Der Deckel 6 umfaßt zwei Ansatzstücke 7, die über eine Dichtung 8 mit
den zwei Zerstäubern 5 so verbunden sind, daß beim Schließen des Deckels 6
oder der sich über ein Scharnier öffnenden Zerstäubungskammer 4 jeder
Zerstäuber 5 mit einem Ansatzstück 7 verbunden wird.
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Die erfindungsgemäße Dichtung besteht zum Beispiel aus einer
Gummimembran, die wie in der Figur 2 wiedergegeben zwischen der
Zerstäubungskammer 4 und ihrem Deckel 6 angeordnet ist.
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Eine in der Figur 3 wiedergegebene Ausführungsvariante der Erfindung
weist eine Kunststoff- oder Gummitülle 10 auf, die auf dem Ende des
Ansatzstücks 7 so befestigt ist, daß dann, wenn der Deckel 6 wieder auf die
Zerstäubungskammer 4 aufgesetzt wird, jeder Zerstäuber 5 mit seinem unteren
Ende 12 in den oberen Teil 13 der Tülle 10 eindringt, und so die Dichtheit
der Druckluftleitung sicherstellt.
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Die Dichtung 8 wird in vorteilhafter Weise durch einen O-Ring 11 auf
dem Ansatzstück festgehalten.
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Gemäß einer in der Figur 4 wiedergegebenen, weiteren Ausführungsform
ist die Dichtung durch Aufschrauben an dem Ansatzstück 7 befestigt, und wird
das untere Ende 12 des Zerstäubers 11 durch einen O-Ring 11 in der Dichtung
8 festgehalten.
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Eine solche Anordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise die
Verabreichung einer therapeutischen Substanz (von therapeutischen Substanzen)
bei Minimierung der Risiken einer Verunreinigung der Umgebung, insbesondere
dadurch, daß die therapeutischen Stoffe nicht in nutzloser und schädlicher
Weise auf gesunde Tiere gesprüht werden.
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Die aus verstärktem Polyester, aus PVC, oder aus einem anderen
Kunststoff verwirklichte Gesichtsmaske 1 ist so entworfen, daß sie sich an die
Form des Kopfes des zu behandelnden Tieres anschmiegt. Dazu umfaßt diese
Maske gegenüber ihrer Öffnung 14 eine Formänderung 15, die für den Sitz einer
austauschbaren und an den Kopf des Tieres angepaßten Dichtungsmanschette 20
bestimmt ist.
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Diese Dichtungsmanschette aus Schaumstoff mit geschlossenen Zellen
erhöht den Komfort des Tieres und vermeidet jegliche Verunreinigung der
äußeren Umgebung durch das zerstäubte Produkt.
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Die Gesichtsmaske 1 kann mittels eines Systems von Gurten 16, die mit
Hilfe von Karabinerhaken 17 an einer um den Hals des Tieres gelegten Kette
befestigt werden, rasch angebracht werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt außerdem weitere Elemente, die
zu dem Komfort des Tieres beitragen und/oder ermöguchen, seine Behandlung zu
erleichtern.
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Die Gesichtsmaske kann insbesondere mit Öffnungen (21, 22) für die
Atmung durch die Nasenlöcher und/oder das Maul, und/oder für den Abfluß des
Speichels des Tieres, und mit einem Fenster (nicht wiedergegeben) versehen
sein, wobei mittels des Fensters überprüft werden kann, ob die gesamte, in
dem Zerstäuber enthaltene flüssige Phase in die Nasenlöcher des Tieres
zerstäubt wurde.
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Die pneumatische Leitung 2 weist außerdem einen Strömungsratenregler
18, sowie ein Manometer 19 auf, die zwischen dem Luftkompressor 3 und der
Gesichtsmaske 1 angeordnet sind und ermöglichen, den Druck und die
Luftströmungsrate für die Gesichtsmaske zu steuern. Wenn der Einlaßdruck der
Druckluft geändert wird, ändert sich die Größe und die
Strömungsgeschwindigkeit der zerstäubten Partikel.
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Die beigefügten Figuren geben die Verteilung der Größe (µm) und der
Geschwindigkeit (m/s) der Partikel bei der Zerstäubung von physiologischem
Wasser bei einem Druck von 6 bar (12 Liter pro Minute Lfigur 5 und 6]) und
von 2 bar (4,5 Liter pro Minute [figur 7 und 8]) wieder.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht also, die Größe der
zerstäubten Partikel, sowie die Strömungsrate bei der Einatmung der
therapeutischen Substanzen durch das Tier entsprechend der Art des Tieres
und/oder der Art der zu behandelnden Infektion oder Atmungsstörungen
anzupassen.
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So ermöglicht diese Vorrichtung ebenfalls, schwere Störungen zu
behandeln, wie die Lungeninsuffizienz, bei der es erforderlich ist, angepaßte
Verabreichungs-Strömungsraten (50 l/Minute) unter den besten
Komfortbedingungen zu verwirklichen.
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Der Luftkompressor kann außerdem mit einem Heizwiderstand versehen
sein, der in vorteilhafter Weise ermöglicht, die erfindungsgemäße Vorrichtung
im Freien ind bei mäßigen Temperaturen zu verwenden.
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Die Vorrichtung der Erfindung kann bei der Behandlung gewisser
respiratorischer Erkrankungen, wie den chronischen obstruktiven bronchialen
Krankheiten des Pferdes oder dem Syndrom der akuten Atemnot der Rinder in
vorteilhafter Weise verwendet werden.