Partikelkomposition im Atemtrakt

Das Verständnis um die Mechanismen und den Abscheidungsort inhalierter Partikel im Atemtrakt ist nicht nur für die bronchiale Provokation wichtig, sondern hilft auch die inhalative Therapie von Atemwegserkrankungen effektiv zu gestalten. Diffusiver Transport ist für Partikel bis 0,1µm Durchmesser und damit für Nanopartikel der entscheidende Mechanismus, während Sedimentation und Impaktion aufgrund der Massenträgkeit ab einer Größe von 1µm zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zwischen 0,1µm und 1µm weisen Partikel die geringste „Beweglichkeit“ auf, so dass in diesem Bereich die Gesamtdeposition im Atemtrakt bei ruhiger Mundatmung ein Minimum von 10–20% aufweist und mit ab- bzw. zunehmender Partikelgröße ansteigt. Für 10nm bzw. 10µm Partikel werden Werte bis zu 90% erreicht. Dabei werden Nanopartikel vor allem im alveolären Bereich, µm-Partikel im extrathorakalen und tracheobronchialen Bereich abgeschieden. Studien zeigen, dass die interindivdiuelle Variabilität des Atemzugmanövers bei der Inhalation einen deutlichen Einfluss auf die Deposition hat, so dass diese für 3µm Partikel zwischen 20 und 90% liegen kann (Brand et al., Pharm Sci 89, 2000). Tiefe Atemzüge fördern die Abscheidung in der Lungenperipherie während vor allem die Flussrate bei der Inhalation die Abscheidung im tracheobronchialen Bereich bestimmt. Dementsprechend sollte die bronchiale Provokation bei ruhiger Mundatmung mit 4 bis 6µm großen Partikeln bei moderater Flussrate von 500 bis 750ml/s durchgeführt werden (Atemzugvolumen ca. 750ml). Die Depositionsrate im tracheobronchialen Bereich liegt dann bei ca. 30%. Höhere Flussraten fördern die Abscheidung im oropharygealen Bereich, tiefere Atemzüge die Abscheidung in der Lungenperipherie. Sollen Partikel in der Lungenperipherie abgeschieden werden, sollten kleinere Partikel von ca. 2–4µm eingesetzt werden. Weiterhin empfiehlt sich eine langsame (150–250ml/s) und tiefe Inhalation durch den Mund mit Atemzugvolumina von bis zu 2 L und anschließender Atempause bis zu 10s. So können Depositionsraten bis 70% erreicht werden. Es muss kritisch angemerkt werden, dass die Angaben zur Deposition Richtwerte darstellen und sicherlich bei Patienten abweichen können, jedoch bieten die Angaben eine gute Basis für die effektive Durchführung einer bronchialen Provokation oder Inhalationstherapie.