Inhalationssysteme bei Erkältung

Aus pharmazeutisch-technologischem Blickwinkel werden bei der Inhalationstherapie Gase, Dämpfe oder Aerosole eingeatmet. Die Inhalation von Gasen als Dampfinhalation ist technologisch und biopharmazeutisch am wenigsten problematisch [1]. Sie setzt leicht verdampfbare (flüssige) Wirkstoffe voraus, wie die Flurane, die zur Inhalationsanästhesie verwendet werden. Diese „volatilen“ Wirkstoffe werden in Verdampfern (Vaporizer) mithilfe von Wärmeenergie verdampft und vom Patienten eingeatmet. Ein triviales Beispiel ist die Inhalation von heißem Wasserdampf als Träger für ätherische Öle. Sind die zu applizierenden Wirkstoffe weder gasförmig noch verdampfbar, müssen sie durch Druck oder Schwingungen zerstäubt und als Spray oder Aerosol verabreicht werden. Die Wirkstoffe können hierbei in verschiedenen Arzneiformen vorliegen, als Lösung, Suspension oder Emulsion oder auch als Feststoff; aus diesen entsteht erst nach dem Verlassen der Düse des Zerstäubers die Darreichungsform: das Aerosol. Der Begriff Aerosol umschreibt im engeren Sinne kolloidal dispergierte Flüssigkeiten in Gas, z. B. Nebel, oder Feststoffe in Gas, z. B. Rauch. In der pharmazeutischen Praxis werden so feine Dispergierungen nicht immer erreicht, man definiert Aerosole realistischer­weise als feste oder flüssige schwebende Partikel in Gasen [1].

Anders als bei einer oralen Therapie kann die Wirksubstanz bei der Inhalation direkt in die Zielorgane Bronchien und Lunge gelangen (s. Abb. 1). Welche Abschnitte der Atemwege inhalierte Teilchen erreichen, lässt sich durch zwei Faktoren steuern: durch den Atemfluss und den medianen aerodynamischen Massendurchmesser (MMAD) der Aerosolteilchen.

• Teilchen größer als 10 µm, wie sie in einem Spray vorliegen, werden bei normalem Atemfluss zu über 90 % schon bei der ersten Richtungsänderung im Oropharynx abgeschieden.
• Lediglich Partikel von 1 bis 5 µm MMAD können in die weit verzweigten und engen Lungenalveolen gelangen.

Die Abscheidung dispergierter Teilchen in der Lunge erfolgt durch Impaktation (Trägheitsaufprall) und durch Sedimentation. Eine niedrige Atemstromstärke erhöht die Sedimentation und damit die Abscheidung in den tieferen Lungenabschnitten. „Eine gute Deposition vor allem in der Lungenperipherie lässt sich z. B. mit kleinen Teilchen von 2 µm bei langsamer Inhalation von circa 12 Litern pro Minute erreichen“, erklärt Prof. Wolfgang Kamin, Chefarzt der Kinderklinik im evangelischen Krankenhaus Hamm [2]. Würde man extrem langsam atmen, z. B. mit 3 Liter pro Minute, könnten auch große Teilchen von 10 µm vor allem in den Bronchien deponieren. Aber eine so minimale Inspiration ist unrealistisch, sodass man Systeme für die pulmonale Inhalation so konstruiert, dass sie Partikel unterhalb 5 µm erzeugen. Und dennoch: „Alles in allem erreicht man mit aktiv Aerosol-freisetzenden Inhalationsgeräten nicht mehr als 20 bis 30 % Deposition in die Bronchien“, sagt Kamin. Alles andere gehe durch Impaktation verloren.

Die Inhalationsbehandlung der oberen Atemwege ist in der einfachsten Form als „Kopfdampfbad“ mittels Wassertopf und Handtuch möglich. Bei den apothekenüblichen doppelwandigen Inhalatortöpfen aus Polypropylen wird heißes Wasser in einen Innentopf gefüllt und der Außentopf mit dem Aufsatz und der Mund/Nasenmaske verschraubt, was die Handhabung (Verbrühungsgefahr!) erleichtert und das Inhalat gezielter zuführt. Dennoch werden bei der Dampfinhalation weniger reiner Wasserdampf, sondern primär die durch Kondensation des aufsteigenden Dampfes entstehenden Wassertröpfchen eingeatmet. Deren Durchmesser liegt bei über 30 µm, weshalb sie lediglich den Nasen-Rachenraum erreichen, nicht die tiefen Bronchien [3]. Dem heißen (nicht kochenden) Wasser können flüchtige, thermostabile Wirkstoffe wie ätherische Öle zugesetzt werden. Ihnen werden antiinflammatorische, antiobstruktive, mukolytische, antivirale und antibakterielle Effekte zugeschrieben. Die Vielstoffgemische sind in zahlreichen Fertigarzneimitteln enthalten (Kamillen- und Salbei-Extrakte, Erkältungsbalsame mit z. B. Cineol, Menthol, Campher, Pfefferminzöl, Eucalyptusöl, Kiefernnadelöl). Kinder und feinmotorisch behinderte Personen bedürfen bei der Dampfinhalation wegen der Verbrühungsgefahr einer Assistenzperson. Für Kleinkinder kommen Ätherisch-Öl-Inhalationen wegen der Gefahr einer reflektorischen Atemwegsobstruktion nicht infrage. Und: Eine Dampfinhalation mit Salz­lösungen ist ineffektiv – das Salz bleibt überwiegend im Topf.

Für die Inhalation nicht flüchtiger Wirkstoffe wie Salz bedarf es elektrischer Vernebler, die ohne massive Wärmeenergie ein feindisperses Flüssigkeitsaerosol generieren (s. Abb. 2). Zur Feucht-Inhalation finden verschiedene In­halationssysteme Verwendung, die durchweg in der Lage sind, lungengängige Partikel mit einem MMAD unter 5 µm zu generieren.

• Bei Druckluft-Verneblern erzeugt ein meist per Netzstrom betriebener Kompressor einen Luftstrom, der die Arzneistofflösung zum Vernebler leitet, wo sie an einer Prallplatte zum Nebel zerreißen (z. B. Pari Boy, Emser Inhalator Pro, InnoSpire). Kompressorvernebler eignen sich für praktisch alle gängigen Inhalationslösungen und Suspensionen, erzeugen aber eine mehr oder weniger starke Geräuschkulisse. Ein kleiner akkubetriebener Kompressor ist der Aponorm Inhalator Nano.
• Kompressoren, die ein pulsierendes Aerosol erzeugen, eignen sich besonders für die Behandlung von Nasen­nebenhöhlenentzündungen (z. B. Pari Sinus 2).
• Bei Mesh-Verneblern wird ein Aerosol durch eine schwingende Membran oder eine Platte mit mikrometerfeinen Löchern erzeugt. Das geschieht nahezu geräuschlos, der Wirkstoff wird auch nicht erhitzt. Mesh-Systeme finden Einsatz in mobilen, batteriebetriebenen Inhalatoren (z. B. Pari Boy free, Pari eFlow rapid, MicroAir U100, KIWI+, Heyer Cumulus).
• Ultraschallvernebler erzeugen durch piezokeramische Elemente mechanische Schwingungen, die auf einen Flüssigkeitsfilm übertragen werden. Mit steigender Anregungsfrequenz werden umso kleinere Tröpfchen gebildet (2 bis 4 µm MMAD). Sie arbeiten geräuscharm, eignen sich aber wegen leichter Wärmeentwicklung nicht für alle Medikamentengruppen (z. B. proteinhaltige Lösungen).

Die Firma Pari bietet für bestimmte Kompressoren spezielle Vernebler (Pari LC Sprint) für die Behandlung von Hals und Rachen, Nasennebenhöhlen und Lunge an, außerdem solche für Babys und Kinder verschiedener Altersstufen. Sie unterscheiden sich in der Form der Atemmaske bzw. des Nasenstücks und erzeugen durch Modifikation der Prallplatte unterschiedliche Teilchengrößen, z. B. extragroße Tröpfchen für die Behandlung von Pseudokrupp (MMAD 7,3 µm). Andere Vernebler verfügen über ein Ventilsystem, das Medikamentenverluste in der Ausatemphase minimieren soll (z. B. Pari LC plus). Hilfreich, um eine langsame Einatmung zu gewährleisten, ist eine automatische Flussbegrenzung der Inspiration im Vernebler auf etwa 30 l/min (PIF-Kontrolle, PIF = Peak Inspiratory Flow).

„Der Erfolg einer Inhalationstherapie wird durch Menge und Qualität des inhalierten Aerosols bestimmt“, hält Professor Kamin fest. Als Parameter für die Effizienz eines Inhalationsgerätes wurde die Respiratory Drug Delivery Rate (RDDR) eingeführt. Die RDDR stellt das Produkt aus dem Anteil lungengängiger Tröpfchen < 5 µm (Respirable Fraction, RF) und dem Aerosoloutput pro Minute (Aerosol Output Rate, AOR) dar. Je höher die RDDR, desto effizienter das Inhalationsgerät. Eine Übersichtsarbeit hat Atemzugs-Simulationen mit einer Reihe von Nebulizern durchgeführt und fand eine weite Spanne von RDDR-Werten (zwischen 35 und 105) [5].

Gründe für mangelnden Therapieerfolg sind indes meist Anwendungs- und Handhabungsfehler. Patienten, auch Eltern von zu behandelnden Kindern, sollten vor der ersten Anwendung sorgfältig in den Umgang mit dem jeweiligen Inhalationsgerät eingewiesen werden. Dabei sollte genug Zeit in einer ruhigen Umgebung zur Verfügung stehen. Besonders wichtig in der Schulung ist das Demonstrieren des Atemmanövers:

• Eine aufrecht sitzende oder stehende Körper­haltung unterstützt ein maximal tiefes Atemzugvolumen.
• Die Ausatmung vor der Inhalation sollte möglichst ruhig und lange sein.
• Die langsame und ruhige Einatmung erhöht die Effizienz und verringert Nebenwirkungen.
• Die Inhalationseffizienz wird durch eine end­inspiratorische Atempause (am Ende der Einatmungsphase) gesteigert.

Demonstriert wird die korrekte Inhalationstechnik mit verschiedenen Geräten u. a. in den Videofilmen der Deutschen Atemwegsliga (Videos auf Deutsch und fremdsprachig). Nicht zu unterschätzen bei der Feuchtinhalation sind Hygieneaspekte, betont Dr. Michael Barczok, Facharzt für Lungen- und Bronchialheilkunde aus Ulm: „Wichtig ist eine gründliche Reinigung von Vernebler und Mundstück nach jeder Anwendung.“ [6] Für nicht konservierte Salzlösungen gilt eine Aufbrauchfrist von 24 Stunden.

Ein Effekt von Dampfinhalationen kann laut der deutschen S2k-Leitlinie zur Rhinosinusitis aufgrund der Ergebnisse beim banalen Schnupfen auch bei einer akuten oder rezidivierenden Rhinosinusitis vermutet werden. In einigen kleineren Studien wurden einige Tage lang anhaltende symptomatische Linderungen nach Inhalation heißer Dämpfe von 38 bis 42 °C gezeigt [7]. Ein Konsensusdokument empfiehlt durch Ultraschall mikronisierte Inhalationen mittels nasalem Applikator zweimal täglich für zehn Minuten unter anderem bei purulenter ödematöser Rhinosinusitis, subakuter Rhinosinusitis und Exazerbation einer chronischen Rhinosinusitis. Dabei sollen für bronchopulmonale Erkrankungen zugelassene Substanzen inhaliert werden, ohne dass diese näher bezeichnet werden. In Deutschland marktübliche pulsatil arbeitende Inhalatoren (s. o.) sollen bis zu 50 % des Inhalates in der Kieferhöhle (Sinus maxillaris) deponieren können, wenn bei geschlossenem weichem Gaumen inhaliert wird. Nasale Pumpsprays hingegen deponieren Wirkstoffe in der Nase, aber wegen deren Filterfunktion praktisch nicht in den Nasennebenhöhlen und der Lunge [8].

Bei Kochsalzlösungen sieht die Leitlinie die beste Evidenz bei der chronischen Rhinosinusitis. Allerdings wird hier der Nasenspülung der Vorzug gegeben. Bei chronischem Husten zeigte die Inhalation mit Emser Salz, das durch Bikarbonat-Ionen leicht alkalisch reagiert (pH-Wert 8 bis 9), in einer älteren Studie einen stärkeren Effekt auf die mukoziliäre Clearance und die Lockerung von festsitzendem Sekret als isotonische Kochsalzlösung [9]. Fachärzte raten bei starker Verschleimung gerne zu einem Versuch mit einer höheren Salzkonzentration. „Hypertonische Lösungen lassen erfahrungsgemäß mehr Flüssigkeit aus den geschwollenen Schleimhäuten austreten und erhöhen das Volumen in den Bronchien. Das verflüssigt den Schleim“, erklärt Pneumo­loge Dr. Barczok. Praktisch alle bronchopulmonal wirksamen Arzneistoffe lassen sich auch mit hypertoner Kochsalzlösung mischen und vernebeln [10], allerdings sollten stets die entsprechenden Fachinformationen beachtet werden.

Womöglich können Salzinhalationen auch die Virusausbreitung durch infizierte Personen mindern. Eine sechsminütige Inhalation mit isotonischer Kochsalzlösung reduzierte in einer Studie die Bioaerosol-Menge in der Ausatemluft für die nächsten sechs Stunden um rund 72 %. Der postulierte Wirkmechanismus ist eine Erhöhung der Oberflächenspannung der Schleimschicht mit der Folge, dass die gebildeten Bioaerosol-Tröpfchen größer sind und nicht ausgeatmet werden [11].

Kinder unter zwei Jahren weisen ein geringes Atemzugvolumen bei spontaner Atmung auf, was die bronchiale Deposition inhalierter Wirkstoffe auf rund 5 % senkt [2]. Bei ihnen wird meist eine Gesichtsmaske zur Inhalation benutzt. „Diese sollte fest aufsitzen, sonst erreicht weniger als 1 % des Aerosols die Bronchien“, betont Professor Kamin. Auch ist wegen der Kontamination der Gesichtshaut und der Mundhöhle mit Medikamenten auf die Gesichts- und Mundpflege zu achten. Grundsätzlich empfiehlt der Kinderpneumologe, so früh wie möglich auf die Inhalation mit Mundstück umzusteigen, die zehnmal effektiver sei. „Nahezu jedes Kind ab dem vierten Lebensjahr akzeptiert das Mundstück“, so seine Erfahrung.