13.4. Выведение из респираторного тракта

Аэрозольные частицы, попавшие в респираторный тракт в процессе дыхания, не могут находиться в нем неограниченно долго. За счет физико-химических и физиологических процессов, протекающих в респираторном тракте человека поступившие аэрозоли могут быть выведены в окружающую среду, желудочно-кишечный тракт, лимфатические узлы, либо раствориться и перейти в жидкости организма (рис. 13.5).

При создании модели выведения из респираторного тракта были приняты следующие упрощения:

• все скорости выведения не зависят от возраста и пола;
• скорости выведения, обусловленные переносом частиц и всасыванием в жидкости организма, являются независимыми;
• скорость выведения частиц из носовой полости и скорости переноса частиц в желудочно-кишечный тракт и лимфатические узлы одинаковы для всех веществ;
• всасывание в жидкости организма зависит от физической и химической формы осажденного вещества, но проистекает с одинаковой скоростью во всем респираторном тракте, включая лимфатические узлы (за исключением отдела ЕТ₁, где всасывание отсутствует).

Рис. 13.5. Пути выведения из респираторного тракта человека

Выведение осевших в респираторном тракте аэрозольных частиц в основном осуществляется за счет действия ресничек мерцательного эпителия, выстилающего стенки дыхательных путей. Реснички мерцательного эпителия колеблются против движения вдыхаемого воздуха, удаляя в желудочно-кишечный тракт вместе со слизью осевшие на стенках респираторного тракта частицы. Схематично удаление частиц из респираторного тракта можно представить в виде схемы, изображенной на рис. 13.6. Представленная схема относится только к выведению частиц и не учитывает растворение и всасывание в респираторном тракте.

На схеме цифрами указаны постоянные времени выведения, сут^-1,частиц из одного отдела респираторного тракта в другой. При этом учитывается, что различные доли аэрозолей, поступивших в тот или иной отдел респираторного тракта (BB, bb, AI) выводятся с различными постоянными времени. Доля распределения аэрозолей между различными компартментами отделов респираторного тракта представлена в табл. 13.8.

Рис. 13.6. Схема выведения частиц из респираторного тракта

Таблица 13.8

Доля распределения аэрозолей между различными компартментами отделов респираторного тракта

Доля частиц, выводимых с малой скоростью из бронхиального и бронхиолярного отделов, зависит от аэродинамического диаметра аэрозолей

(13.2),

где — плотность аэрозольной частицы; — форм-фактор.

Кроме выведения аэрозольных частиц из респираторного тракта за счет действия мерцательного эпителия необходимо рассматривать растворение вещества, из которого состоят отложившиеся частицы, и его переход в жидкости организма. Схематично данный процесс изображен на рис. 13.7.

Рис. 13.7. Схемы растворения отложившихся в респираторном тракте аэрозольных частиц

Схема, соответствующая рис. 13.7а, учитывает, что часть поступившего в респираторный тракт вещество может находиться в быстрорастворимом состоянии, а доля будет растворяться в организме с медленной скоростью. В соответствии с альтернативной схемой (рис. 13.7б) всасывание отложившихся частиц происходит как в исходном химическом состоянии, в котором они поступили в организм, так и в измененном состоянии, обусловленном химическим взаимодействием отложившегося вещества с влагой, слизью и другими веществами, находящимися в респираторном тракте человека.

Для учета распределенного во времени поступления веществ в кровь в схемах, представленных на рис. 13.7, принято, что часть растворенного материала остается в «связанном состоянии» из которого вещество поступает в кровь со скоростью , в то время как оставшаяся доля поступает в кровь немедленно. Согласно модели, вещества в связанном состоянии не выводятся с транспортом отложившихся частиц. Вместе с тем в Публикации МКРЗ 66 отмечается, что для большинства веществ недостаточно научных данных для обоснования такой многоступенчатой модели. В связи с этим для всех стандартных типов веществ при ингаляционном поступлении принято, что = 0 и схемы, представленные на рис. 13.7 принимают более простой вид (рис. 13.8). Значения 0 1 могут быть использованы при расчетах, если имеются обоснованные данные по существованию связанного состояния для определенной химической формы того или иного радионуклида.

Рис. 13.8. Схемы растворения отложившихся в респираторном тракте аэрозольных частиц без учета образования веществ в связанном состоянии

Формально, основной моделью растворения отложившихся в респираторном тракте веществ считается модель, представленная на рис. 13.8б.

Поступившие в респираторный тракт в виде аэрозолей вещества могут находиться в различных химических формах и иметь различную растворимость. Для учета различной растворимости веществ в респираторном тракте их условно разделяют на три типа веществ при ингаляционном поступлении: быстрорастворимые вещества — тип Б; вещества с промежуточной скоростью растворения — тип П; вещества с медленной скоростью растворения — М. В англоязычной литературе этим типам веществ соответствуют обозначения F (fast), M (medium) и S (slow). Численные значения параметров моделей, приведенных на рис. 13.8, представлены в табл. 13.9.

Таблица 13.9

Численные значения параметров, описывающих растворение отложившихся веществ в респираторном тракте

В результате поведение радионуклидов в респираторном тракте человека может быть описано при помощи достаточно громоздкой системы дифференциальных уравнений первого порядка, учитывающей перераспределение радионуклидов между отделами респираторного тракта, их всасывание в жидкости организма и радиоактивный распад. Для каждого из компартментов, представленных на рис. 6.6., динамика изменения активности может быть представлена двумя дифференциальными уравнениями, описывающими изменение активности отложившегося вещества, находящегося как в исходном, так и в трансформированном состоянии.

В Публикации 66 МКРЗ отмечается, что в случае наличия цепочки радиоактивного распада скорость диссоциации отложившейся аэрозольной частицы в основном определяется ее составом и будет одинаковой как для материнского радионуклида, так и для его дочерних продуктов распада. Поэтому значения , и принимаются одинаковыми как для материнского радионуклида, так и для его продуктов распада. Исключение может представлять случай, когда продукт распада является благородным газом, таким, как радон. Вместе с тем отмечается, что для растворенного вещества вовсе не обязательно, что численные значения и для материнского и дочерних радионуклидов будут иметь одинаковые значения.

Рассмотрим для примера уравнения, описывающие изменение активности радионуклидов А в бронхиальной области (ВВ) респираторного тракта

(13.3).

Введем обозначение для частиц в исходном состоянии индекс , а для частиц в трансформированном состоянии — индекс . Тогда можно записать следующие уравнения (представим их только для отдела ВВ₁)

(13.4),

(13.5)

,

(13.6)

,

где — скорость отложения вещества в отделе BB₁, — постоянная распада радионуклида.