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Verteilung von Feinstaub in der Lunge
Gerhard Scheuch
© G. Scheuch / P.Brand, Inamed GmbH
Einstein Jahr 2005
© G. Scheuch / P.Brand, Inamed GmbH
Physikalische Grundlagen
© G. Scheuch / P.Brand, Inamed GmbH
Themen
Warum deponiert der Feinstaub in den Atemwegen?
Wohin gelangt der Feinstaub im Atemtrakt? (Regionaldeposition )
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Teilchen – Deposition in der Lunge hängt von vielen Parametern ab:
AerosoleigenschaftenPartikelgrößeFormHygroskopizität
Physiologie und AnatomieAnatomie der AtemwegePathologische VeränderungenMund/NasenatmungInhalationsvolumenFlussAtempause
Parameter
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Partikeldurchmesser (µm)0.001 0.01 0.1 1 10 100
Aerosolgrößen
Gas-moleküle
Ruß
Tabakrauch
Viren
Bakterien
Pollen
Nebel
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Partikeldurchmesser (µm)0.001 0.01 0.1 1 10 100
Aerosolgrößen
PM10
PM2.5
Nano PartikelUltrafeine Partikel
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Wo werden Stäube abgeschieden?
W. Weber
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Depositionsmechanismen
Wodurch kommt eine Ablagerung von Aerosolteilchen in der Lunge zu Stande und warum interessiert uns diese?
...... Aerosolteilchen, die kleiner als etwa 1 µm sind werden in der Lunge nicht abge-schieden...... Diese Teilchen verhalten sich wie Gase und werden wieder exhaliert.
Deposition im gesamten Atemtrakt =Nase/Mund, Oropharynx, Bronchiale Region, Lungen Peripherie
als Funktion der Partikel Größe
0,001 0,01 0,1 1 10 100Durchmesser, µm
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
D e
p o
s i
t i o
n
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Mechanismen
Diffusion Sedimentation ImpactionBrownian Motion Gravitation Inertia
L ~ (t / d)0.5 L ~ (t . dae2) L ~ (Q . dae
2)
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Mechanismen der Partikelabscheidung
1. Kleine Teilchen ( d < 100 nm )(Nanopartikel)
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Diffusion
Die Wahrscheinlichkeit für Diffusionsabscheidung ist:
• umso größer, je kleiner das Teilchen ist.
• umso größer, je länger sich das Teilchen in den Atemwegen befindet.
• umso größer, je kleiner die Atemwege sind.
Einstein, A. (1905) : Über die von der molekular-kinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen. Ann. Physik, 17: 549-560
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Deposition Atemtrakt
Deposition im gesamten Atemtrakt =Nase/Mund, Oropharynx, Bronchiale Region, Lungen Peripherie
als Funktion der Partikel Größe
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Durchmesser, µm
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
D e
p o
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t i o
n
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Deposition Atemtrakt
Deposition in the entire Respiratory Tract =Nose/Mouth, Oropharynx, Bronchial Region, Lung Periphery
as Function of Particle Size
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Durchmesser, µm
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
D e
p o
s i
t i o
n
© G. Scheuch / P.Brand, Inamed GmbH
0,001 0,01 0,1 1 10 100
Teilchendurchmesser, µm
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
D e
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t i o
n
ExtrathorakaleDeposition
DepositedExhaliert
Intrathorakale Deposition
Deposition
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Regionale Deposition
Q = 250ml/s V = 1000 ml
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Particle Size (µm)
Dep
ositi
on (%
)
DE TotalDE EXDE TBDE A
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Regionale Deposition
Q = 1500ml/s V = 1000 ml
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Particle Size (µm)
Dep
ositi
on (%
)
DE TotalDE EXDE TBDE A
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Regionale Deposition
Q = 1500ml/s V = 1000 ml
0
10
20
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0,01 0,1 1 10 100
Particle Size (µm)
Dep
ositi
on (%
)
DE TotalDE EXDE TBDE A
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Wo deponieren die verschiedenen Partikelfraktionen?
0
10
20
30
40
50
60
70
Rel
ativ
e V
erte
ilung
%
Grober Staub Feiner Staub Ultrafeiner Staub
Mund/RachenTracheobronchialAlveolar
Grober Staub = 2.5 µm - 10 µmFeiner Staub = 0.1 µm - 2.5 µm Ultrafeiner Staub = 0,01 – 0,1 µm
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Regionale Deposition
Alveolare Deposition
0
10
20
30
40
50
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80
90
100
0,01 0,1 1 10 100
Particle Size (µm)
Dep
ositi
on (%
)
250 / 10001500 / 10001500 / 300
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Regionale Abscheidung
Teilchen größer als 10µm : extrathorakale Atemwege (Mund/Nase/Rachen)
Teilchen größer als 2.5µm: Atemwege (Mund/Nase/Rachen/Bronchien und zum Teil Bronchioli)
Teilchen zwischen etwa 0.05 µm und 2.5 µm: kleine Atemwege und Alveolen
Teilchen unterhalb von etwa 0.05 µm: Atemwege und Alveolen
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Wo deponiert der Feinstaub?
PM10 – PM2.5 hauptsächlich Extrathorakal und Bronchiale Abscheidung
PM2.5 tief in der Lunge
PM0.1 : Ebenfalls tief in der Lunge
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Ende
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