Selgitatud: hingamissagedus ja viirusnakkuse oht - Juuli 2022

Teadlased on avastanud, et madalam hingamissagedus – ja hinge kinnihoidmine – suurendab riski, et viirustega koormatud tilgad jõuavad sügavale kopsu.

Arst vaatab patsiendi kopsude CT-skaneeringuid. (The New York Times: Yue Wu, fail)

Aeglane hingamine võib tuua tervisele mitmesuguseid eeliseid, kuid mitte niivõrd, kui see puudutab haiguste levikut õhu kaudu. Ameerika Füüsikainstituudi ajakirjas Physics of Fluids avaldatud uues uuringus leidsid IIT Madrase teadlased, et madalam hingamissagedus ja hinge kinnihoidmine suurendab viirusega koormatud tilkade jõudmise ohtu sügavale kopsu.



Kompleksne kops



Tänu rindkerevälise piirkonna ja kopsude keerulisele geomeetriale võitlevad meie kehad suure osa sissehingatavatest aerosoolidest enne, kui need sisemisse kopsu ladestuvad. Osa aerosoolidest loputatakse välja lima kujul, samas kui need, mis läbivad ninakäiku, peaksid siiski liikuma keerulises hargnevas struktuuris, mis määrab kopsu.



Uuringus vaadeldi mikromeetri suuruste tilkade dünaamikat selliste mikrokanalite kaudu, imiteerides kopsukeskkonda. Materjali — osakeste või gaaside — transport sügavas kopsus (kui läheneme acinusele või verebarjäärile) on puhtalt hajuv. Selline hajus olemus tagab, et gaasid suudavad difundeeruda palju kiiremini kui osakesed. See on osa keha enda kaitsest aerosooliosakeste verre jõudmise vastu, ütles IIT Madrase rakendusmehaanika professor Mahesh Panchagnula.

Kuna erinevatel isikutel on tõenäoliselt erinev kopsumorfomeetria (bronhioolidega seotud mõõtmed), on nende loomulik kaitse tõenäoliselt erinev, ütles ta.sellel veebisaidil. Prof Panchagnula ja tema kolleegid on teinud varasemat tööd, tuues esile aerosooli omastamise varieeruvuse indiviiditi – võimalik põhjus, miks mõned inimesed on õhu kaudu levivatele haigustele vastuvõtlikumad kui teised.



Kuidas aerosooli sadestumine erineb aja jooksul erinevate hingamissageduste ja hinge kinnipidamise aegade puhul. Y-teljel on kujutatud kopsudesse ladestunud sissehingatavate aerosoolide osa. (Allikas: Mallik, Mukherjee & Panchagnula, Physics of Fluids)

Voolu modelleerimine

Kopsu hingamisteede, mida nimetatakse bronhioolideks, proksiks kasutasid teadlased mikrokapillaare läbimõõduga 0,3–2 mm. Süstlapump simuleeris nendes mikrokapillaarides hingamist. Fluorestseeruvate osakestega segatud veest genereeritud aerosoole saab jälgida nende liikumisel ja kapillaaridesse sadestumisel. Pärast aerosoolide sadestumise mõõtmist iseloomustasid teadlased bronhiooli sadestunud aerosooli kogust selle mõõtmete funktsioonina.

Leiud



Katsed näitasid, et madal hingamissagedus – hingetõmmete arv minutis – pikendab viiruse sisemuses viibimise aega ning suurendab seega sadestumise ja sellest tulenevalt nakatumise tõenäosust.

Uuringus leiti korrelatsioon ladestumise ja kapillaaride kuvasuhte vahel, mis viitab sellele, et tilgad sadestuvad tõenäoliselt pikematesse bronhioolidesse.

Mõõtmised näitasid, et aerosooli liikumise vool on ühtlane, osakesed ladestuvad difusiooni teel; kui vool on turbulentne, sadestuvad osakesed kokkupõrke teel.



LIITU NÜÜD :Express Explained Telegrami kanal

Difusioon ja löök on kaks kolmest mehhanismist, mille abil aerosoolid sadestuvad kopsu erinevatesse piirkondadesse, kolmas on settimine (gravitatsiooni mõjul). Mõju tekib siis, kui tilgad liiguvad nii kiiresti, et nad ei järgi truult õhku, vaid mõjutavad bronhide seinu. Difusioon on efekt, mille käigus väikesed tilgad kanduvad 'juhusliku jalutuskäigu' teel bronhioolide seinte poole. Professor Panchagnula ütles, et sellele aitavad kaasa õhu kõikumised, mis põhjustavad tilkade liikumist bronhioolide seinte suunas.

Turbulents, mida uuringus seostati löögi teel ladestumisega, on peamine sadestumise viis ülemistes bronhides, kus õhu kiirus on suur. Kuid kui õhk jõuab sügavale kopsu, aeglustub see märkimisväärselt, mille tulemuseks on gaasi transport, mida aitab peamiselt difusioon, ütles professor Panchagnula.