2014. február 26., szerda

A sugárzás hatásának egy lehetséges modellezése. II. Rész: A légutakban kiülepedett radioaktív izotópok tisztulása

Miután az előző bejegyzésben a belélegzett radioaktív részecskék légzőrendszeri kiülepedését mutattam be, jelen posztot a tisztulásnak, mint védekező mechanizmusnak a részecskemennyiségre (összefüggésben áll a kapott dózissal) és eloszlásra gyakorolt hatásának szentelem.
 
A légutak különböző régióiban kiülepedett részecskék káros hatása ellen a szervezet többek között úgy védekezik, hogy megpróbálja eliminálni azokat. Mivel a radioaktív részecskék miatti tüdőrák leggyakrabban a bronchiális régióban (hörgők) fordul elő, itt is az erre a régióra jellemző tisztulási mechanizmusokra szorítkozom. E régióban a legjelentősebb tisztulási formák a mukociliáris tisztulás (nyáktisztulás) és a lassú tisztulás.
 
A mukociliáris tisztulás a fő tisztulási mechanizmus a bronchiális légutakban a kiülepedést követő 48 órában. A légutak falán lévő csillószőrök koordinált csapkodással mozgatják a légutakat borító viszkózus nyákot, mely a garat irányába mozgatja a benne kitapadt részecskéket (onnan lenyeljük, kiköhögjük, kiköpjük). Valahogy így:
                  

Maga a nyák egy gél, amelynek nagy része víz, de többek között összegabalyodott polimerszálak is vannak benne, melyek többé-kevésbé egy rácsot alkotnak. Mikroszkópos felvételen ez valahogy így fest:


Látható, hogy az átlagos rácsméret néhány száz nanométer. Ennek az a következménye, hogy az ennél nagyobb részecskék elakadnak és együtt mozognak a nyákkal (nagyjából 1 mm/perc sebességgel), de a kisebb semleges részecskék szabadon diffundálnak a szálak között, akár a vízben.                                                                           

A tudomány jelen állása szerint azonban nem minden részecskére hat e tisztulási forma és a részecskeméret csökkenésével előtérbe kerül a lassú tisztulás. A lenti ábra szerint, míg egy 7 mikronos részecske biztosan kitisztul a nyákkal, addig egy 1 mikron alatti csak 20-30 % eséllyel tud gyorsan (percek, órák, nap) kitisztulni. A lassú tisztulás úgy 20 napot jelent és pontos mechanizmusa nem ismert.


 A nyáktisztulást, ugyanúgy mint a légzőrendszeri levegő- és részecskeáramlást, numerikus áramlástani eljárásokkal (CFD) lehet modellezni. A következő ábra a nyák sebességterét mutatja egy légúti elágazásban. A kék a kisebb, míg a piros szín a lokálisan nagyobb sebességet jelőli.
 
 
Látható, hogy amint a nyák felfele kúszik, az elágazás csúcsában lelassul. Ha visszaemlékszünk, ez volt az a hely, ahol a radioaktív részecskék a legnagyobb számban ülepedtek ki. Ha nemcsak a nyák, hanem a részecskék mozgását is modellezzük a kiülepedés után, akkor a lentiekhez hasonló pályákat kapunk:
 
 
Az ábrán láthatjuk, hogy minél kisebb egy részecske, annál többet bolyong, ami a nyák fent említett rácsos struktúrájával van összefüggésben. Mindez konkrét radonszármazékokra igy néz ki:
 

Azok a pályák, amelyek végigmennek az Y elágazáson, olyan részecskéknek felelnek meg, melyek a légutak mélyebb régióiból jönnek tisztulás által és átutaznak az elágazáson, míg azok amelyek végpontja az elágazásban kezdődik az oda kiülepedett részecskékhez rendelhetők. Ahol a vonalak színe megváltozik, ott bomlás történik. A bomlás helyét és a neki megfelelő energiát lejegyezzük, mert a biológiai hatás modellezésekor ebből indulunk ki. Mindezt a következő bejegyzésben fogom bemutatni.
 
Mindent egybevetve, a szimulációk azt mutatják, hogy a tisztulás nagymértékben csökkenti a kapott dózist és kisebb mértékben a dóziseloszlás inhomogenitását.
 
Hogy ezt hogyan köthetjük össze a konkrét biológiai hatással, azt a soron következő alkalommal vázolom.
 

  

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése