專利名稱：感染性疾病的氣體療法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種氣體介導(dǎo)的殺菌方法，用來治療感染性疾病，更具體地，本發(fā)明提供了一種全新的肺結(jié)核治療方法。
聯(lián)邦政府所資助的研究的聲明:
本發(fā)明由美國國立衛(wèi)生研究院基金(基金號(hào):NIH DP2-0D007423及R01A1073491)資助完成，因此美國政府對(duì)本發(fā)明有一定權(quán)益。
發(fā)明技術(shù)背景:
分枝桿菌(Mycobacterium)是一個(gè)細(xì)菌屬，包含了結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis,簡(jiǎn)稱結(jié)核桿菌或結(jié)核菌)和牛分枝桿菌(Mycobacterium bovis)。分枝桿菌能夠定植其宿主而不使宿主顯示任何癥狀，全世界已有幾十億人被結(jié)核桿菌無癥狀感染；它還能廣泛感染其它物種，包括非人靈長類動(dòng)物、大象及其他外來有蹄類動(dòng)物、食肉動(dòng)物、海洋哺乳動(dòng)物及鸚鵡類鳥類等(Montali RJ, 200IRev Sci Tech20 (I): 291-303)。分枝桿菌感染極難治療，這類菌群的細(xì)胞壁既不是革蘭氏陰性也不是革蘭氏陽性、非常堅(jiān)固，并對(duì)青霉素之類干擾細(xì)胞壁合成的系列抗菌素具有天然抗性。這種獨(dú)特的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)使結(jié)核桿菌能存活于長時(shí)間暴露在酸、堿、去污劑、氧化爆發(fā)、補(bǔ)體溶解、多種抗生素等條件。大多數(shù)分枝桿菌對(duì)利福平等抗生素敏感，但這些抗生素的耐藥菌群已經(jīng)出現(xiàn)。與其它病原菌相似，結(jié)核桿菌的表面及分泌蛋白對(duì)其致病性起關(guān)鍵作用。
結(jié)核桿菌是造成結(jié)核病的致病菌，已經(jīng)感染了全世界三分之一的人口，每年造成170萬人死亡。由于免疫功能損傷能夠激活潛伏的結(jié)核感染，艾滋病(毒)的傳播、免疫抑制劑在器官移植及自身免疫疾病中的大量使用、腫瘤病人的放療化療等正在使全球結(jié)核病問題進(jìn)一步惡化。有效的結(jié)核病療法雖然存在，但需要同時(shí)使用多種藥物、且治療周期很長。常常會(huì)遇到病人不遵醫(yī)囑服藥、藥物持續(xù)供應(yīng)困難等問題，從而導(dǎo)致間歇治療。特別是結(jié)核化療需要極長時(shí)間，藥物物流問題及治療引起的不良反應(yīng)都會(huì)使病人很難遵醫(yī)囑按時(shí)服藥。結(jié)核病往往是以非住院方式來治，療程6 - 9個(gè)月，甚至有些病例由于病人不遵醫(yī)囑用藥，療程會(huì)持續(xù)幾年。結(jié)核病需要長療程的另一原因可能是一部分感染的病菌進(jìn)入休眠(潛伏)期，這些病菌對(duì)抗菌藥物的敏感性被認(rèn)為會(huì)消失。病人不遵醫(yī)囑服藥還會(huì)造成耐藥突變菌群的選擇性擴(kuò)增，導(dǎo)致多重耐藥結(jié)核桿菌的產(chǎn)生。
上述因素再加上肺結(jié)核的高感染菌量，致使多重耐藥(MDR)結(jié)核病的發(fā)病率越來越高，目前已占全球結(jié)核病例的5%。廣泛耐藥(XDR)結(jié)核也已在很多國家有所報(bào)道，在有些地區(qū)甚至占到全部病例的20%以上。更為嚴(yán)重的是，許多國家已經(jīng)開始出現(xiàn)對(duì)所有現(xiàn)有藥物全部耐受(完全耐藥，CDR)的結(jié)核桿菌。成功防控乃至最終根除結(jié)核病需要以下幾個(gè)先決條件:縮短治療時(shí)間、防止新耐藥的產(chǎn)生、克服已經(jīng)產(chǎn)生的耐藥、以及既要有效殺滅生長菌也要有效殺滅休眠(生長停滯) 菌。
結(jié)核桿菌生理上高度依賴氧氣，其生長需要高濃度的氧氣。作為哺乳動(dòng)物呼吸系統(tǒng)的初始病原體，結(jié)核桿菌主要造成肺部感染；其不尋常的富含脂類(例如分枝菌酸)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)是重要的致病因子，并可能是其耐藥的一個(gè)原因。結(jié)核桿菌與氧氣具有復(fù)雜的關(guān)系:將菌液移入?yún)捬豕?、去除氧氣，?huì)導(dǎo)致細(xì)菌死亡，其死亡半衰期為10小時(shí)(Wayne L&LinK, 1982Infect Immun37:1042-1049);但當(dāng)氧氣緩慢去除時(shí)(如超過兩個(gè)星期)，結(jié)核桿菌進(jìn)入一種既不死亡也不復(fù)制生長的休眠狀態(tài)，這種休眠態(tài)使細(xì)菌對(duì)厭氧環(huán)境及多種抗結(jié)核藥產(chǎn)生耐受性(Wayne LG&Hayes LG, 1996Infect.1mmun64:2062-2069)。這些體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果有助于解釋抗結(jié)核化療出現(xiàn)前所使用的結(jié)核病萎陷療法的療效，萎陷療法是通過人工氣胸、人工氣腹、或安裝栓塞的辦法把空氣從所感染的肺部驅(qū)除出來。萎陷療法驅(qū)除氧氣具有被動(dòng)性和逐漸性的特點(diǎn)，可能只是把結(jié)核桿菌從主動(dòng)生長狀態(tài)轉(zhuǎn)變成非繁殖、潛伏(休眠)態(tài)，因此該療法只能抑菌而非殺菌。
近期報(bào)道發(fā)現(xiàn)，一氧化氮生成劑乙烯三胺/ 一氧化氮聚合物(DETA-NO)可誘導(dǎo)牛分枝桿菌卡介苗(結(jié)核桿菌近源菌)在體外進(jìn)入生長停滯的休眠狀態(tài)(Hussain S，etal, 2009Antimicrob Agents Chemotherl57_161)。DETA-NO 處理一次即可使該菌生長停滯持續(xù)72小時(shí)，但重新暴露于空氣會(huì)使其恢復(fù)生長。該報(bào)道還顯示突發(fā)厭氧可導(dǎo)致細(xì)菌死亡，該死亡不能被DETA-NO誘導(dǎo)的生長停滯所阻斷。
申請(qǐng)人認(rèn)識(shí)到在現(xiàn)有的結(jié)核病療法中(包括正在研發(fā)的新藥)沒有任何一種能滿足上述可成功防控、乃至最終根除結(jié)核病所需要的幾個(gè)先決條件。因此，尋找能快速有效治療結(jié)核病的替代療法是公共健康領(lǐng)域的一個(gè)重點(diǎn)。本發(fā)明正是要探討、解決這些需求
發(fā)明內(nèi)容
簡(jiǎn)述:
本發(fā)明提供了一種用來治療分枝桿菌感染的含氫氣的氣體混合物。在某些實(shí)施方式中，氣體混合物含有分壓約0.17 - 0.30的氧氣，從而使氣體混合物含氧，可直接用于正常呼吸。在另外一些實(shí)施方式中，氣體混合物可包含厭氧氣體，優(yōu)選的厭氧氣體成分選自下組:氮?dú)?、氦氣、氬氣、二氧化碳?xì)?、及其組合。在某些實(shí)施方式中，氣體混合物在約一個(gè)大氣壓下含有氫氣的量范圍約是0.1% - 85%(體積比`)，優(yōu)選范圍約1.0% - 83%(體積比)，最優(yōu)選范圍約2.5% - 80% (體積比)。在某些實(shí)施方式中，氣體混合物在大約一個(gè)大氣壓下含有不在爆炸極限內(nèi)的氫氣(這一點(diǎn)在具備與發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域中一般專業(yè)技能的人來講顯而易見)，優(yōu)選氫氣的含量范圍約2.5% - 3.5%(體積比)或78% - 80% (體積比)。
本發(fā)明還提供了一種治療分枝桿菌呼吸道感染患者的方法，該方法包括在一個(gè)大氣壓下讓患者直接把氫氣-氧氣混合物吸入呼吸道。在某些實(shí)施方式中，分枝桿菌感染是由結(jié)核桿菌或牛分枝桿菌引起的呼吸道感染。在某些實(shí)施方式中，氣體混合物還包含惰性氣體，所述惰性氣體成分優(yōu)選地選自下組:氮?dú)?、氦氣、氬氣、及其組合。在另外一些實(shí)施方式中，把氣體混合物注入到病患呼吸道的步驟在約一個(gè)大氣壓下完成，并且氣體混合物中含有氫氣的量范圍約是0.1% - 4%(體積比)或75% - 85%(體積比)，優(yōu)選范圍約1.0% - 3.8% (體積比)或約76% - 83% (體積比)，更優(yōu)選范圍約2.5% - 3.5% (體積比)或約78% - 80%(體積比)。在另外一些實(shí)施方式中，氣體混合物含有約15% - 50%體積比的氧氣，優(yōu)選含有17% - 40%體積比的氧氣，更優(yōu)選含有20% - 25%體積比的氧氣。
本發(fā)明還涉及另一種分枝桿菌呼吸道感染患者的治療方法，該方法包括:(a)給病人安裝雙腔氣管插管，(b)給有分枝桿菌感染的一側(cè)肺通入?yún)捬鯕怏w混合物進(jìn)行治療，和(c)給另外一側(cè)肺通空氣或氧氣。在某些實(shí)施方式中，厭氧氣體含有氫氣；在另一些實(shí)施方式中，厭氧氣體成分選自下組:氮?dú)?、氦氣、IS氣、二氧化碳?xì)?、及其組合。在其它一些實(shí)施方式中，當(dāng)通氣時(shí)間足夠殺死一側(cè)肺中的絕大部分細(xì)菌后，把連接到雙腔氣管插管兩個(gè)不同腔的氣體進(jìn)行互換，從而使另一側(cè)未治療的肺吸入治療氣體混合物，已治療的一側(cè)肺通入空氣或氧氣。這種操作可以使兩側(cè)肺都得以治療。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，氣體混合物在約一個(gè)大氣壓下含有10%體積的氫氣、85%體積的氮?dú)?、?%體積的二氧化碳?xì)?。在有些?shí)施方式中，氣體混合物在約一個(gè)大氣壓下含有40%體積的氮?dú)狻?0%體積的氬氣、及20%體積的氦氣。
本發(fā)明還提供了一種治療分枝桿菌呼吸道感染病人的方法，該方法包括:(a)將病人安放到高壓倉，(b)往高壓倉通入氫氣-氧氣混合氣體，至壓力達(dá)到約3.5 - 50個(gè)大氣壓，艙內(nèi)氧氣分壓維持在約0.17-0.30，和(c)通過病人直接吸入方式將治療氣體導(dǎo)入呼吸道。在某些實(shí)施方式中，氣體混合物還可含有惰性氣體、用以充當(dāng)氫氣和氧氣以外的成分，所述的惰性氣體選自下組:氮?dú)?、氦氣、氬氣、及其組合。在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，高壓倉內(nèi)的壓力范圍約4 - 10個(gè)大氣壓。
本發(fā)明還提供了一種用含有氫氣的氣體混合物對(duì)分枝桿菌污染表面進(jìn)行消毒的方法。在某些實(shí)施方式中，污染表面是患有分枝桿菌感染的病患皮膚或肢體。在另一些實(shí)施例里，污染表面可以是醫(yī)療和實(shí)驗(yàn)研究所用儀器的表面。
附圖簡(jiǎn)述


圖1描述不同氣體與氣體混合物對(duì)結(jié)核桿菌存活的影響。對(duì)數(shù)生長期結(jié)核桿菌H37Rv用下述不同氣體或氣體混合物處理:(A)壓縮空氣(▲ )，二氧化碳(Λ )，氮?dú)?.)，生物混合氣(Bioblend, O ) ； (B)氦氣(.)，氦氣修飾得生物混合氣(氮?dú)?氦氣:二氧化碳?xì)獗壤秊?5:10:5%, ■)，気氣(Λ )，氮-氬-氦混合氣(氮-M:氦比例為40:40:20%,▲)，氫氣(□)。
圖2描述Bioblend氣體休克處理對(duì)不同藥物敏感性和不同生理狀態(tài)的結(jié)核桿菌的存活影響。(A)Bioblend對(duì)具有不同藥物敏感性的臨床分離菌株的殺滅作用。菌株ΤΝ10775 (藥物全敏感臨床分離株，斜線柱)，菌株ΤΝ10536 (異煙肼耐藥株，空白柱)，菌株ΤΝ1626 (多耐藥分離株，橫線柱)，菌株KD505 (超耐藥株，實(shí)心柱)；(B)Bioblend對(duì)菌株ΗΝ878感染的兔子肺勻漿液中結(jié)核桿菌的殺滅作用。斜線柱:右肺感染后4周(結(jié)核桿菌處于指數(shù)生長期)；空白柱:左肺感染后8周(結(jié)核桿菌處于生長停滯/休眠期)；實(shí)心柱:右肺感染后8周(結(jié)核桿菌處于生長停滯/休眠期)；(C) Bioblend對(duì)生長與休眠結(jié)核桿菌殺滅作用的對(duì)比。有氧生長(斜線柱)與逐漸乏氧(在封閉的管子里生長20天，橫線柱)結(jié)核桿菌H37Rv按圖2Α方法用Bioblend處理不同時(shí)間。*表示已達(dá)到檢測(cè)極限。
圖3描述厭氧休克對(duì)人源巨噬細(xì)胞樣細(xì)胞內(nèi)結(jié)核桿菌的存活影響。(A)Bioblend對(duì)結(jié)核桿菌的殺滅作用。Bioblend(斜線柱)，気氣(橫線柱)；(B)Bioblend對(duì)未感染的THP-1類巨噬細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用。THP-1細(xì)胞分別用BioblencK斜線柱)、氬氣(橫線柱)或壓縮空氣(實(shí)心柱)處理如圖所示時(shí)間。
圖4描述不同氫-氧混合氣體對(duì)結(jié)核桿菌存活的影響。結(jié)核桿菌H37Rv按方法中所述分別用氫氣-空氣 (3.2%氫氣混入空氣，□)或氧氣-氫氣(1.5%氧氣-98.5%氫氣，O )處理不同時(shí)間。
圖5描述不同氣體對(duì)瓊脂平板上生長的牛分枝桿菌BCG存活的影響。生長中的牛分枝桿菌BCG梯度稀釋、涂布平板、平板至于厭氧缸中，分別用氦氣(Λ ) >Bioblend( □)、或氫氣(〇)通氣沖洗厭氧罐不同時(shí)間，然后再把平板從厭氧缸取出，使細(xì)菌恢復(fù)生長。
發(fā)明的具體描述
此項(xiàng)發(fā)明涉及用于治療感染性疾病的氣體組分和方法，特別是感染源存在于呼吸道的疾病。在某些實(shí)施方式中，病情由分枝桿菌屬細(xì)菌感染引起，特別是由結(jié)核桿菌感染引起。從實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果來看，分枝桿菌嚴(yán)格意義上并不屬于革蘭氏陽性細(xì)菌(例如它們的結(jié)晶紫染色并不牢固)，但是由于它們沒有細(xì)菌外膜，所以仍被歸屬為耐酸性革蘭氏陽性細(xì)菌。所有分枝桿菌都擁有一種比其它許多細(xì)菌都要厚實(shí)的特殊細(xì)胞壁，具有疏水性、蠟質(zhì)性、并含有豐富的分枝菌酸/分枝菌酸酯。因此，任何熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人將可以理解在這里描述的此項(xiàng)發(fā)明和治療方法適用于治療由分枝桿菌種屬(其中包括但不局限于結(jié)核桿菌，牛結(jié)核桿菌，麻風(fēng)桿菌)導(dǎo)致的感染。
此項(xiàng)發(fā)明也為患者體內(nèi)的分枝桿菌感染提供了一種治療方法。此處“患者”代指動(dòng)物；包括但不局限于哺乳動(dòng)物，包括人類、其它靈長類生物和大象。特別要強(qiáng)調(diào)的是，此項(xiàng)發(fā)明證明了有效針對(duì)結(jié)核桿菌(人類結(jié)核病致病菌)的殺滅效果。持續(xù)有效的結(jié)核病防控乃至最終消除結(jié)核病的關(guān)鍵因素在于縮短治療時(shí)間、防止新抗藥性的產(chǎn)生、克服已經(jīng)產(chǎn)生的抗藥性，及同時(shí)殺滅生長期和休眠期的結(jié)核菌。應(yīng)用厭氧氣體、特別是氫氣或含氫氣體混合物對(duì)感染肺部進(jìn)行治療的方法滿足了以上幾點(diǎn)關(guān)鍵因素。
氣體治療方法可以廣泛應(yīng)用于各種形式的肺部結(jié)核治療。如果治療性氣體能夠到達(dá)感染肺部的各個(gè)病灶，氣體治療就可能快速消除結(jié)核桿菌導(dǎo)致的感染。即使治療性氣體不能滲透到遠(yuǎn)離氣道的肉芽腫(這種情況對(duì)于高壓下的氣體小分子來說很罕見)，氣體治療依然能夠在幾分鐘或者幾小時(shí)內(nèi)將患者從開放性/傳染性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉莻魅拘誀顟B(tài)；而運(yùn)用多種抗生素聯(lián)用的傳統(tǒng)治療方案達(dá)到同樣目的則需要數(shù)月時(shí)間。
傳統(tǒng)化學(xué)藥物治療對(duì)于多重耐藥性(MDR)、廣泛耐藥性(XDR)和完全耐藥性(OTR)結(jié)核病的治療效果極其有限，因此氣體治療手段對(duì)于這些結(jié)核病的治療則具有特殊優(yōu)勢(shì)。針對(duì)一些不適于手術(shù)介入治療的結(jié)核病例(例如雙側(cè)、多病灶、或者重度浸潤損傷)，厭氧/含氫氣氣體治療仍然有效。
氣體治療方 案理論上能滿足結(jié)核病控制的四個(gè)關(guān)鍵要求:預(yù)期療程很短，很難產(chǎn)生新抗藥性，能克服已有的抗藥性，以及對(duì)活動(dòng)期和休眠期的細(xì)菌都能有效殺滅。至今為止，抗性突變株未被檢測(cè)到(殺滅非常快速完全，預(yù)計(jì)抗性菌株沒有機(jī)會(huì)產(chǎn)生)。由于抗性的產(chǎn)生取決于細(xì)菌的數(shù)量規(guī)模大小，而氣體治療能夠快速并且顯著性地減少細(xì)菌的存活量，因此氣體治療后后續(xù)抗感染治療產(chǎn)生耐藥性的可能性也會(huì)被抑制。因此，此項(xiàng)工作可能為結(jié)核病乃至其它傳染性疾病的氣體治療開辟一個(gè)新思路。
雖然此項(xiàng)發(fā)明的具體實(shí)施內(nèi)容在下文將會(huì)用單一或混合氣體治療結(jié)核的一個(gè)例子詳細(xì)舉例描述，但是此發(fā)明原理應(yīng)該可以讓專業(yè)人士將其擴(kuò)展、并應(yīng)用到其它疾病的治療中。因此，如上所述，此發(fā)明的應(yīng)用前景不只限于結(jié)核病治療。
除了運(yùn)用高壓氧幫助治療厭氧感染外，單一或混合氣體以前從未被單獨(dú)應(yīng)用于感染性疾病的治療中。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)多種氣體或氣體混合物可以用于殺滅分枝桿菌。在結(jié)核桿菌培養(yǎng)液中通入?yún)捬鯕怏w(厭氧休克)會(huì)造成細(xì)菌快速死亡。雖然我們不想受任何理論束縛，我們認(rèn)為:(1)氫氣是造成結(jié)核桿菌快速完全死亡的關(guān)鍵氣體組分，(2)不包含氫氣的厭氧氣體也能夠完全殺滅結(jié)核桿菌，但是其殺滅速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于含氫氣氣體，(3)含氫氣體能夠殺滅通過逐級(jí)耗氧而形成的結(jié)核桿菌休眠菌群，(4)氫-氧氣體混合物能夠殺死結(jié)核桿菌，但是其殺滅速率和效率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于含氫厭氧氣體混合物。因此，氫氣和含氫氣體混合物能夠以一種超越通常想象中的氧氣耗盡殺菌模式來實(shí)現(xiàn)快速、超強(qiáng)殺菌。氣體介導(dǎo)的分枝桿菌殺滅作用具有如下特點(diǎn):⑴快速完全(例如:在2 - 5分鐘內(nèi)造成超過7個(gè)數(shù)量級(jí)的細(xì)菌減少)，(2)對(duì)于多種生理狀態(tài)下的結(jié)核桿菌都有效(例如:在培養(yǎng)基中，在感染兔的肺部勻漿物中，在人源類巨噬細(xì)胞中)，(3)對(duì)于多重耐藥性和廣泛耐藥性菌株都有效，(4)對(duì)人體巨噬細(xì)胞無害。綜上所述，申請(qǐng)人的基于氣體的治療手段為結(jié)核病提供了一個(gè)全新的治療方法。
如下例中討論，氣體介導(dǎo)細(xì)菌細(xì)胞死亡的幾個(gè)特征與氣體治療擾亂結(jié)核桿菌胞內(nèi)正在進(jìn)行的生理過程、進(jìn)而導(dǎo)致其自我凋亡相吻合:(I)氣體介導(dǎo)的細(xì)菌培養(yǎng)液濁度下降(用來替代顯示細(xì)胞死亡)，只在用活細(xì)胞時(shí)才能觀察到，(2)對(duì)于冰上冷卻的細(xì)菌，氣體介導(dǎo)的細(xì)胞死亡不會(huì)發(fā)生，(3)氣體介導(dǎo)的細(xì)胞死亡對(duì)于蛋白合成抑制劑不敏感，并且(4)氣體介導(dǎo)的細(xì)菌死亡只會(huì)特異性地對(duì)結(jié)核桿菌和牛結(jié)核桿菌有效。綜上所述，申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)了氫氣是快速、完全殺滅結(jié)核桿菌的一種活性化學(xué)成分。氧氣消耗清除可以幫助殺菌，但不是氫氣介導(dǎo)殺滅作用的前提條件。據(jù)此，產(chǎn)生了直接應(yīng)用氣體治療結(jié)核的三種潛在臨床應(yīng)用方式:最簡(jiǎn)單易行的應(yīng)用方式是將低濃度的氫氣(例如小于4%)與空氣或其它含有足夠氧氣、能夠用于患者常規(guī)呼吸的混合氣體進(jìn)行混合。第二種，也是一種更有效的應(yīng)用形式，是在高壓條件下運(yùn)用含氧氫氣(例如小于5%的氧氣與純氫氣或與含氫氣惰性氣體混合)在高壓條件下治療患者。在高壓條件下，常壓下不能用來直接呼吸的極低濃度的氧氣變得可以用于直接呼吸。由于高壓、高濃度的氫氣能夠更好地滲透患者組織，高壓治療氣體的有效性也應(yīng)該隨之增強(qiáng)。最有效清除結(jié)核桿菌的方法是運(yùn)用雙腔氣管插管每次將氫氣或含氫氣厭氧混合氣體導(dǎo)入一側(cè)肺部。如下文討論的，在這種治療方法中，一個(gè)管腔將連接到左肺部而另一個(gè)連接到右肺部，治療氣體可以泵入泵出左肺部進(jìn)行治療，而氧氣或空氣輸入到右肺部以維持正常呼吸；在短暫(如3 0分鐘)治療后可以把通入左、右側(cè)肺的氣體進(jìn)行互換，從而使得兩側(cè)肺部都得到治療。
混合氣體組分和直接吸入療法
如下所示，本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案是運(yùn)用一種安全的、含氫氣體混合物來治療分枝桿菌呼吸道感染患者的方法，這種氣體可以直接被患者吸入。由上所述，本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施涉及可用于分枝桿菌感染治療、含氫氣的氣體混合物。在某些實(shí)施例中，氣體混合物含有足夠量氫氣以有效治療目標(biāo)感染?；旌蠚怏w還可含有足夠量氧氣，以便患者能直接呼吸。
在一個(gè)大氣壓的條件下，混合氣體中氧氣含量必須達(dá)到通常呼吸所需、但不會(huì)產(chǎn)生高氧毒性。因此，在某些實(shí)施例中，混合氣體的含氧量(體積比)為15% - 50%，較優(yōu)范圍是17% - 40%,更優(yōu)范圍是20% - 25%。在某些實(shí)施例中，混合氣體除了氫氣和氧氣、還包括惰性氣體或厭氧氣體。在某些實(shí)施例中，惰性氣體或厭氧氣體可能選自氮?dú)?、氦氣、氬氣、二氧化碳以及和它們相關(guān)的氣體混合物。
在某些實(shí)施例中，在一個(gè)大氣壓下，混合氣體由不會(huì)爆炸的氫氣濃度與足夠支持正常呼吸的氧氣濃度混合，這種濃度對(duì)于熟悉本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)的人來講顯而易見。因此，在某些實(shí)施例中，混合氣體中含氫量(體積比)的范圍約是0.1% - 4%，較優(yōu)范圍約1.0% -3.8%，更優(yōu)范圍約2.5% - 3.5%。在其它實(shí)施例中，混合氣體的含氫量(體積比)范圍約是75% - 85%,較優(yōu)范圍約76% - 81%,更優(yōu)范圍約78% - 80%。
在某些優(yōu)選實(shí)施方式中，在約I個(gè)大氣壓下該氣體混合物由約占總體積3% - 4%的氫氣和約占總體積21% - 30%的氧氣組成。
能直接用于呼吸的氣體混合物，可通過面罩供氣，面罩連接至預(yù)先充滿這種可呼吸氣體的包裝袋、壓縮氣體鋼瓶或密閉系統(tǒng)(如可充氣膨脹的倉體)；密閉系統(tǒng)先充以能直接用于呼吸的氣體混合物，病人呼吸產(chǎn)生的二氧化碳通過二氧化碳過濾器進(jìn)行清除，病人消耗的氧氣通過其它氧氣供給源泵入補(bǔ)充。氫氣不會(huì)被病人消耗，僅需在因故障泄漏而低于特定醫(yī)療濃度界限時(shí)再重新補(bǔ)充。
雙腔氣管插管介導(dǎo)的治療方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施是一種關(guān)于分枝桿菌呼吸道感染的治療方法，患者通過插入雙腔氣管插(導(dǎo))管，往分枝桿菌感染的一側(cè)肺中通入含氫氣的氣體混合物，往另一側(cè)肺中通入空氣或氧氣。雙腔氣管導(dǎo)管已在許多需要單側(cè)肺通氣的醫(yī)療過程中使用過，是公知的醫(yī)療設(shè)備，可商業(yè)購買獲得(如Covidien、Smiths Medicals、Med_Worldwide等品牌)。典型來說，單腔 氣管導(dǎo)管是一種可通過插管到達(dá)病人氣管的彈性導(dǎo)管，其另一末端連接有可充氣的氣囊。一般來說，雙腔氣管導(dǎo)管與單腔氣管導(dǎo)管相似，除了有可延伸至氣管的單腔導(dǎo)管夕卜，還擁有一個(gè)更長的、能插管到患者支氣管的腔管。這種雙腔氣管導(dǎo)管或支氣管導(dǎo)管一般連接有兩個(gè)可充氣氣囊，能夠通過獨(dú)立腔體對(duì)每一側(cè)的肺組織進(jìn)行分別控制?？蓪⒉∪梭w外腔體的特定位置進(jìn)行封閉，封住一個(gè)支氣管，從而達(dá)到隔離特定一側(cè)肺的目的。
人體有左側(cè)肺和右側(cè)肺，它們可獨(dú)立通氣。在維持一側(cè)肺的正常呼吸時(shí)，可用厭氧氣體對(duì)另一側(cè)肺進(jìn)行短時(shí)處理，該過程可通過將雙腔氣管導(dǎo)管連接至雙通道呼吸機(jī)(如美國專利N0.4.686.999中所描述)得以實(shí)現(xiàn)。通過切換通入兩側(cè)肺的氣體種類，左右兩肺都能得到治療。從未感染的兔子獲得的初步數(shù)據(jù)表明，這種直接治療方法安全可行，例如，用氬氣厭氧處理右側(cè)肺15min，沒有明顯副效應(yīng)產(chǎn)生。
在某些具體實(shí)施中，氣體混合物含有對(duì)人體沒有任何毒性或毒性極小的純氫氣或混合有氫氣的厭氧混合氣體。例如，在某些實(shí)施方案中該氣體混合物含有生物混合氣體(Bioblend),它由氮?dú)?、二氧化碳、氫氣?5:5:10%體積配比而成，可從Praxair或GTS-Welco等公司購買獲得。商業(yè)上也能夠以客戶定制方式獲得其它含有氫氣和厭氧氣體的氣體混合物，包括(但不限定于)氮?dú)?、氦氣、氬氣、二氧化碳及它們的混合物。在其它?shí)施方案中，氣體混合物由體積百分比約為40:40:20的氮?dú)?、氬氣和氦氣組成。
高壓倉體介導(dǎo)的治療方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一項(xiàng)實(shí)施方式是一種關(guān)于用能夠用在高壓裝置中安全呼吸的含氫氣的氣體混合物治療病人的方法。傳統(tǒng)高壓倉體為具有堅(jiān)硬外殼的容器，其工作壓力可達(dá)到6個(gè)大氣壓。最近材料新技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)允許生產(chǎn)出了便攜式、“軟體”型的倉體，這些倉體可在約1.3 - 1.5個(gè)大氣壓下工作，已應(yīng)用于呼吸高濃度或高分壓的氧氣。本發(fā)明對(duì)這種典型的高壓倉作了改進(jìn)，使原本在約I個(gè)大氣壓下不能用于呼吸的低氧-高氫的氣體混合物可直接用于呼吸。氧氣分壓(氧氣所占全部氣體的體積比例與全部氣體總絕對(duì)壓力的乘積)決定了一種氣體是否可被人體呼吸，因此，原本在I個(gè)大氣壓下無法被呼吸的低氧體積比(如3%)的氣體混合物在7個(gè)大氣壓下變得被人體呼吸，因?yàn)樵谶@種高壓下、可使混合物中的低濃度氧氣的分壓接近于環(huán)境空氣中的氧分壓(例如I個(gè)大氣壓下空氣含約21%體積比的氧氣，其所產(chǎn)生的氧分壓(0.21)與7個(gè)大氣壓下3%氧氣濃度所產(chǎn)生的氧分壓相同)。同時(shí)，氫氣作為殺滅分枝桿菌的關(guān)鍵氣體，在高壓和高濃度下，能更好地透過病人的組織，因此，聞壓倉體有望提聞氧氣療效。
在某些實(shí)施方式中，結(jié)核感染患者的治療方法是:將病人放置在高壓倉內(nèi)，往倉內(nèi)充入約2 - 50個(gè)大氣壓、由氫氣-氧氣組成的氣體混合物，其中氧氣分壓約為0.21 (接近于環(huán)境空氣中的氧氣分壓)；該氣體混合物通過病人直接呼吸進(jìn)入呼吸道。在某些更理想的實(shí)施方式中，高壓倉內(nèi)的工作壓力范圍約3.5 - 42個(gè)大氣壓，較優(yōu)范圍約4.2 - 21個(gè)大氣壓，更優(yōu)范圍約5 - 10個(gè)大氣壓。
在某些實(shí)施方式中，氣體混合物在高壓倉內(nèi)的氧氣濃度低于5.3%(體積比)，較優(yōu)濃度為0.4% - 5%(體積比)，更優(yōu)濃度為2.5% - 4.2%(體積比)。在某些實(shí)施方式中氣體混合物僅含有氫氣和氧氣，氧氣添加到純氫氣中，使該氣體混合物的氫氣含量占總體積約94.7%以上，較優(yōu)體積范圍約95% - 99.5%,更優(yōu)體積范圍約95.8% - 97.5%。
在某些實(shí)施方式中，氧氣可以添加到氫氣-厭氧氣體的混合物中，其中該厭氧氣體可以為氮?dú)狻⒑狻鍤饧八鼈兊牟煌旌衔?。在這種實(shí)施方式中，該氣體混合物中氫氣的含量范圍約為1% — 99% (體積比)，較優(yōu)為4% - 96% (體積比)，更優(yōu)為10% - 90% (體積比)。
消毒滅菌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的另一項(xiàng)實(shí)施方式是關(guān)于一種消除傳染性病菌(特別是結(jié)核桿菌)的新型滅菌消毒方法。有些設(shè)備或表面不能經(jīng)受苛刻的化學(xué)試劑、輻射或高溫等極端處理，這些設(shè)備和環(huán)境表面被病菌污染后，可米用氫氣或厭氧氣體混合物(含氫氣或不含氫氣)進(jìn)行滅菌消毒。具體實(shí)施中，可用該法進(jìn)行滅菌 消毒的有受分枝桿菌感染的患者皮膚或肢體，在本實(shí)施方案中，先將被結(jié)核桿菌感染的待滅菌表面置于一個(gè)倉體內(nèi)，再把倉體進(jìn)行真空處理5-10分鐘,然后如前所述通入氫氣或含有氫氣的厭氧氣體,處理時(shí)間范圍約2-48小時(shí)，較優(yōu)時(shí)間為4-24小時(shí)，更優(yōu)為過夜處理(約16 - 18小時(shí))。具體實(shí)施例
以下具體實(shí)施例僅用于闡述、但不用于限定本發(fā)明范圍。
細(xì)菌種類和培養(yǎng)條件
分枝桿菌(如表I所列 )接種至Middlebrook7H9或Dubos液體培養(yǎng)基(添加10%ADC、0.05%Tween80和0.2%甘油)或7H10瓊脂平板(含有與7H9相同的添加物)[Jacobs WR, et al.，1991Methods Enzmol204: 537-555]，于 37。C 培養(yǎng)。液體培養(yǎng)物置于15 或 50ml 試管，用轉(zhuǎn)速為 35 - 40rpm 的水平滾輪(stovall Life Science, Greensboro,NC)搖動(dòng)培養(yǎng)。在含5%C02的條件下于7H10平板培養(yǎng)4 - 8星期，監(jiān)測(cè)菌落生長情況。大腸桿菌(Escherichia coli)、枯草芽抱桿菌(Bacillus subtilis)、弗氏志賀菌(Shigellaflexneri)、鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhimurium)和銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)在LB液體或LB平板上培養(yǎng)；金黃色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)培養(yǎng)于Mueller-Hinton液體培養(yǎng)液或其固體平板；煙曲霉菌(Aspergillus fumigatus)和新型隱球菌(Cryptococcus neoformans)培養(yǎng)于 YPD(l%yeast extract、2%peptone 和2%glucose)液體或其固體平板。新型隱球菌和潰瘍分枝桿菌(Mycobacterium ulcerans)于30° C培養(yǎng)，其它菌均在37° C培養(yǎng)。
表I本發(fā)明所用的微生物菌株
權(quán)利要求
1.一種含有氫氣的可用于治療分枝桿菌感染的氣體混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體混合物，其特征在于:所述的氣體混合物還包含分壓范圍約0.17-0.30的氧氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體混合物，其特征在于:所述的氣體混合物還包含厭氧氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體混合物，其特征在于:所述的厭氧氣體選自下組:氮?dú)?、氦氣、氬氣、二氧化碳、及其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體混合物，其特征在于:所述的氣體混合物在一個(gè)大氣壓下的氫氣體積含量約是0.1% - 85%。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體混合物，其特征在于:所述的氣體混合物在一個(gè)大氣壓下的氫氣體積含量約是1.0% - 83%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體混合物，其特征在于:所述的氣體混合物在一個(gè)大氣壓下的氫氣體積含量約是2.5% - 3.5%或約78% - 80%。
8.一種用于治療分枝桿菌呼吸道感染患者的方法，其特征在于:包括:患者在約I個(gè)大氣壓下直接吸入含氫氣和氧氣的氣體混合物、使其到達(dá)患者的呼吸道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的氣體混合物還包含厭氧氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于:所述的厭氧氣體選自下組:氮?dú)?、氦氣、氬氣、及其組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的分枝桿菌感染為結(jié)核桿菌感染。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的氣體混合物中氫氣的體積含量約是0.1% - 4%或約75% - 85%，并且，所述的氣體混合物包含氧氣的體積含量約是15% - 50%以體積計(jì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的氣體混合物中氫氣的體積含量約是1.0% - 3.8%或約76% - 81%，并且，所述的氣體混合物包含氧氣的體積含量約是17% -40%。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述的氣體混合物中氫氣的體積含量約是2.5% - 3.5%或約78% - 80%,并且，所述的氣體混合物包含氧氣的體積含量約是20% -25%。
15.一種治療分枝桿菌呼吸道感染患者的方法，包括: (a)給患者施用雙腔氣管導(dǎo)管； (b)將含有厭氧氣體的氣體混合物通入被分枝桿菌感染的一側(cè)肺，并且 (C)往另一側(cè)肺通入空氣或者氧氣。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于:所述的厭氧氣體選自下組:氫氣、氮?dú)狻⒑?、氬氣、二氧化碳、及其組合。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于:所述的氣體混合物的壓力約為I個(gè)大氣壓，包括: (a)氫氣體積含量約為10%； (b)氮?dú)怏w積含量約為85%;并且 (c)二氧化碳體積含量約為5%
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于:所述的厭氧氣體選自下組:氮?dú)?、氦氣、氬氣、二氧化碳、及其組合。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于:所述的氣體混合物的壓力約為I個(gè)大氣壓，包括: (a)氮?dú)怏w積含量約為40%； (b)氬氣體積含量約為40%;并且 (c)氦氣體積含量約為20%。
20.一種治療分枝桿菌呼吸道感染患者的方法，包括: (a)將患者置于某種高壓倉體內(nèi)； (b)往所述的倉體內(nèi)充入氣壓約為3.5 - 50個(gè)大氣壓、含有氫氣和氧氣的氣體混合物，其中氧氣的分壓范圍約是0.17 - 0.30，并且 (c)將所述的氣體混合物通過患者直接呼吸進(jìn)入其呼吸道。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于:所述的高壓倉體的氣壓約為4- 10個(gè)大氣壓。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于:所述的氣體混合物包含選自下組的厭氧氣體:氮?dú)?、氦氣、氬氣、及其組合。
23.—種分枝桿菌污染表面的滅菌方法,包括將所述的表面暴露于含有氫氣的氣體混合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于:所述的表面為患有分枝桿菌皮膚感染的患者的皮膚。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種治療分枝桿菌感染的氣體混合物及其應(yīng)用方法，其中氣體混合物含有氫氣。某些應(yīng)用中，氣體混合物還含有氧氣或者選擇性地含有或不含有惰性/厭氧氣體，這些惰性/厭氧氣體優(yōu)選氮?dú)?、氦氣、氬氣、二氧化碳?xì)?、或由上述氣體組成的各種混合物。治療方法包括直接讓病人吸入同時(shí)含有氫氣和氧氣的混合物，為病人安裝雙腔氣管插管從而能對(duì)一側(cè)肺進(jìn)行厭氧氣體治療，以及在高壓倉里用含有氫氣-氧氣的混合物對(duì)病人進(jìn)行治療。本發(fā)明還提供了一種用含有氫氣的氣體混合物對(duì)分枝桿菌污染表面進(jìn)行消毒的方法。
文檔編號(hào)A01N37/18GK103153054SQ201180047822
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者趙西林, K·德利卡 申請(qǐng)人:趙西林