Пояснення: частота дихання та ризик зараження вірусом

Дослідники виявили, що менша частота дихання — і затримка дихання — збільшують ризик потрапляння крапель, наповнених вірусом, у глибокі легені.

Лікар дивиться на КТ легенів пацієнта. (The New York Times: Юе Ву, Файл)

Повільне дихання може принести різні переваги для здоров’я, але не настільки, що стосується передачі хвороб повітряно-крапельним шляхом. У новому дослідженні, опублікованому в Physics of Fluids, журналі Американського інституту фізики, дослідники IIT Madras виявили, що менша частота дихання — і затримка дихання — збільшує ризик потрапляння крапель, наповнених вірусом, у глибокі легені.

Складні легені

Завдяки складній геометрії позагрудного відділу та легенів наше тіло бореться з більшою частиною аерозолів, які ми вдихаємо, перш ніж вони встигають відкластися у внутрішній частині легенів. Частина аерозолів вимивається у вигляді слизу, а тим, що перетинають носовий хід, все одно доведеться орієнтуватися в складній розгалуженій структурі, що визначає легені.

Дослідження розглядало динаміку крапель мікрометрового розміру через такі мікроканали, що імітують легеневе середовище. Транспортування матеріалу — частинок чи газів — у глибокі легені (якщо ми наближаємося до ацинуса чи гематобар’єру) є суто дифузійним. Ця дифузійна природа гарантує, що гази здатні дифундувати набагато швидше, ніж частинки. Це частина власного захисту організму від попадання частинок аерозолю в кров, сказав Махеш Панчагнула, професор прикладної механіки ІІТ Мадраса.

Оскільки різні люди, ймовірно, мають різну морфометрію легенів (розміри, пов’язані з бронхіолами), їхній притаманний захист, ймовірно, буде різним, сказав він. цей веб-сайт . Професор Панчагнула та його колеги провели попередню роботу, підкресливши мінливість поглинання аерозолю від людини до людини — можливу причину того, чому деякі люди більш сприйнятливі до захворювань, що передаються повітряно-крапельним шляхом, ніж інші.

Як осадження аерозолю змінюється з часом для різних частот дихання та часу затримки дихання. Вісь ординат відображає частку вдихуваних аерозолів, що осідають у легенях. (Джерело: Mallik, Mukherjee & Panchagnula, Physics of Fluids)

Моделювання течії

Дослідники використовували мікрокапіляри діаметром від 0,3 до 2 мм як проксі для дихальних шляхів у легенях, які називаються бронхіолами. Шприцевий насос імітував дихання в цих мікрокапілярах. Утворені з води, змішаної з флуоресцентними частинками, аерозолі можна було відстежити, коли вони рухалися та осідали в капілярах. Вимірявши осадження аерозолів, дослідники охарактеризували кількість аерозолю, яка відкладатиметься в бронхіолі, як функцію її розмірів.

Висновки

Експерименти показали, що низька частота дихання — кількість вдихів за хвилину — збільшує час перебування вірусу всередині, а отже, збільшує шанси відкладення та, як наслідок, інфекції.

Дослідження виявило кореляцію між відкладенням і співвідношенням сторін капілярів, що свідчить про те, що краплі, ймовірно, відкладаються в довших бронхіолах.

Вимірювання показали, що потік руху аерозолю стабільний, частинки осідають шляхом дифузії; коли потік турбулентний, частинки осідають через удар.

Дифузія та удар — два з трьох механізмів, за допомогою яких аерозолі відкладаються в різних областях легенів, третій — осідання (під дією сили тяжіння). Удар відбувається, коли краплі рухаються так швидко, що не вірно слідують за повітрям, а замість цього вдаряються об стінки бронхів. Дифузія — це ефект, коли крихітні крапельки транспортуються до стінок бронхіол шляхом «випадкового блукання». Цьому сприяють коливання повітря, через які краплі рухаються до стінок бронхіол, сказав професор Панчагнула.

Турбулентність, яку дослідження пов’язують з осадженням шляхом удару, є основним способом осадження у верхніх бронхах, де швидкість повітря висока. Але як тільки повітря досягає глибоких легенів, воно значно сповільнюється, що призводить до транспорту газу, в першу чергу, завдяки дифузії, сказав професор Панчагнула.

Поділіться Зі Своїми Друзями: