Feuchtinhalation bei Kindern

Erkrankungen der Atemwege gehören zu den am häufigsten auftretenden Krankheiten im Kindesalter [12]. Für die Therapie von Atemwegserkrankungen stehen mehrere Applikationsarten zur Verfügung. Um Nebenwirkungen zu vermindern und einen schnellen Wirkeintritt zu erzielen, wird eine lokale, also inhalative Therapie bevorzugt [3].

Je nach Erkrankung, Alter, Vorlieben, Konstitution und Symptomen des Patienten wird ein geeignetes Inhalationssystem ausgewählt [16]. Mögliche Applikationssysteme sind Dosieraerosole („pressurised metered dose inhaler“ [pMDI]), „soft mist inhalers“ [SMI] wie der Respimat (Boehringer Ingelheim, Ingelheim, Deutschland) und Pulverinhalatoren („dry powder inhaler“ [DPI]) [13]. Bei diesen Systemen sind wirkstoffhaltige Formulierung und Inhalationssystem bereits herstellerseitig miteinander kombiniert. Ein weiteres Inhalationssystem sind Vernebler. Hier kann das Inhalationssystem mit verschiedenen wirkstoffhaltigen oder wirkstofffreien Präparaten verwendet werden. Die Feuchtinhalation mit Verneblern bietet mehrere Vorteile: Durch die aktive Erzeugung des Aerosols eignet sich diese Art der Inhalation auch für Säuglinge, kleine Kinder, Senioren oder schwerkranke beatmete Patienten. Dies ist möglich, da der Einatmenstrom der Ruheatmung ausreicht, um das Aerosol in die unteren Atemwege zu bringen, eine Inhalation auch über eine Mund-Nasen-Maske oder ähnliche Systeme möglich ist und das Inhalationssystem während der Ausatmung nicht abgesetzt werden muss [16]. Zudem werden die Schleimhäute durch die vernebelte Flüssigkeit zusätzlich befeuchtet. Dehydratisierte Schleimhäute begünstigen Infektionen [9], dieses Risiko kann durch die Feuchtinhalation gesenkt werden.

Gerade Atemwegserkrankungen bei Kindern bedürfen einer effektiven Therapie, um den Gesundheitszustand des Kindes rasch und nachhaltig zu verbessern und somit Entwicklungsprozesse nicht zu einzuschränken. Für eine erfolgreiche Inhalationstherapie müssen Wirkstoffe tief in die Lunge gelangen. Damit das Aerosol in die unteren Atemwege gelangen kann, muss zum einen auf die richtige Inhalationstechnik geachtet werden. Sobald es möglich ist, ist eine aufrechte Sitzhaltung zu wählen. Bei Kleinkindern unter 3 Jahren wird für die Inhalation meistens eine Mund-Nasen-Maske verwendet. Diese muss gut an die Gesichtsform angepasst sein und gut abdichten, um eine effektive Therapie zu gewährleisten. Sobald es möglich ist (ab etwa 3 Jahren), sollte direkt mit einem Mundstück inhaliert werden [2].

Zum anderen müssen die einzelnen Tröpfchen oder Partikel ausreichend klein sein, um überhaupt in die Lunge zu gelangen. Tröpfchen mit einem aerodynamischen Durchmesser kleiner 5 µm gelangen in die Lunge [13]. Dabei werden Partikel größer 3 µm durch Impaktion in den Atemwegen abgeschieden [4], kleinere Partikel (1–3 µm) können tiefer in die Lunge gelangen [4]. Für Kinder unter 5 Jahren sollte der angestrebte aerodynamische Durchmesser um ca. 30 % reduziert werden [4]. Insgesamt sollten für Kinder möglichst viele Teilchen einen aerodynamischen Durchmesser unter 3 µm haben [1], da ihre Bronchien deutlich enger als die von Erwachsenen sind.

Des Weiteren ist bei der Inhalation von Kindern zu beachten, dass sie auch bei angepasster Partikelgröße mit zunehmendem Alter prozentual mehr Wirkstoff erfolgreich inhalieren können. Das bedeutet, dass ein Kleinkind, bezogen auf sein Körpergewicht, eine höhere Dosis verordnet bekommen muss als Jugendliche und Erwachsene [17].

Da der Erfolg einer inhalativen Therapie davon abhängt, wie gut Aerosolpartikel mit dem Luftstrom in die Lunge gelangen und wo sie dort abgeschieden werden, ist der aerodynamische Durchmesser der Aerosolpartikel eine wichtige Kenngröße. Der aerodynamische Durchmesser entspricht dem Durchmesser einer Kugel mit einer Dichte von 1 g/cm³, die die gleiche Sedimentationsgeschwindigkeit in Luft aufweist wie das entsprechende Partikel (Äquivalenzdurchmesser) [4]. Im Gegensatz zum geometrischen Durchmesser wird der aerodynamische Durchmesser durch die Dichte und Form des Partikels beeinflusst. Beispielsweise kann ein Partikel mit poröser Struktur und daher geringer Dichte einen großen geometrischen Durchmesser besitzen, da er sich in Luft jedoch wie eine kleinere Kugel mit der Dichte 1 g/cm³ verhält, ist der aerodynamische Durchmesser kleiner als der geometrische Durchmesser. Für den Transport eines Aerosolpartikels in die Lunge ist der aerodynamische Durchmesser ausschlaggebend. Der aerodynamische Durchmesser lässt sich mithilfe von Impaktionsuntersuchungen bestimmen (s. Methoden) [6].

Da Aerosole meist aus verschieden großen Teilchen bestehen, werden aus den Ergebnissen der Impaktionsuntersuchung der massenbezogene mittlere aerodynamische Durchmesser („mass median aerodynamic diameter“ [MMAD]) und die geometrische Standardabweichung („geometric standard deviation“ [GSD]) bestimmt, um unterschiedliche Aerosole miteinander vergleichen zu können; 50 % der gemessenen Partikel sind hierbei kleiner als der MMAD-Wert, und 50 % sind größer. Die geometrische Standardabweichung sagt etwas über die Streuung der Partikelgrößen und damit über die Partikelgrößenverteilung aus. Bei einer kleinen GSD streuen die Partikelgrößen weniger weit um den MMAD als bei einer großen GSD.

Im Gegensatz zur aerodynamischen Charakterisierung berücksichtigen andere Verfahren zur Partikelgrößenbestimmung wie die Laserdiffraktometrie (LD) nicht die Dichte des Partikels oder das Verhalten des Partikels im Luftstrom. Stattdessen wird bei der LD eine volumenbasierte Partikelgrößenverteilung bestimmt [2]. Diese kann mit dem aerodynamischen Durchmesser vergleichbar sein, wenn ideal runde Partikel mit einer Dichte von 1 g/cm³ bestimmt werden. Der Wirkstoffgehalt in einzelnen Partikeln oder Tröpfchen wird bei diesem Verfahren nicht bestimmt. Bei einer inhomogenen Verteilung des Wirkstoffes in den Partikeln (beispielsweise bei Suspensionen) lässt die Bestimmung der Größe keine Aussage über eine mögliche Wirkstoffverteilung zu. Wenn eine Aussage über das Potenzial eines Partikels, die Lunge zu erreichen, getroffen werden soll, kann die LD nur für Vorversuche oder Näherungen herangezogen werden und muss mit Impaktionsmessungen korreliert werden [15].

Um die Eignung eines Verneblers, der für unterschiedliche Wirkstoffpräparate eingesetzt werden kann, beurteilen zu können, ist laut der amerikanischen Behörde (FDA [Food and Drug Administration]) die Untersuchung mit verschiedenen Wirkstoffen inklusive eines Bronchodilatators gefordert [8]. Zudem muss eine von 2 Partikelgrößenbestimmungen per Impaktion durchgeführt werden.

Die Untersuchung mit wirkstoffhaltigen Präparaten ist sinnvoll, um die inhalierbare Wirkstoffdosis abzuschätzen. Die Anwesenheit von Wirkstoff kann das aerodynamische Verhalten im Vergleich zu einer wirkstofffreien Lösung (beispielsweise einer Kochsalzlösung) unterscheiden, da Viskosität, Verdunstungsverhalten und Oberflächenaktivität verändert sein können.

Der in dieser Studie exemplarisch untersuchte Vernebler, der MicroDrop® Calimero 2 von MPV Medical, ist ein speziell für Kinder entwickelter Druckluftvernebler. Er besitzt einen Geschwindigkeitsregler mit Ventilsystem [11], mit dem die Zuluftmenge eingestellt werden kann. Bei maximaler Zuluft wird die wirkstoffhaltige Flüssigkeit mit einer höheren Geschwindigkeit vernebelt, wodurch insgesamt mehr Wirkstoff in der gleichen Zeit in die Lunge gelangen kann. Ob die Einstellung des Reglers einen Einfluss auf die Partikelgrößenverteilung hat, wird in dieser Studie untersucht.