inhalacje logo 2b
Felix, qui potuit rerum cognoscere causas

AEROZOLOTERAPIA.PL

DLA LEKARZA

Geometria dróg oddechowych

inhalacje a geometria dróg oddechowych

inhalacje a geometria dróg oddechowych
Więcej na temat możliwości doboru nebulizatora znajdziesz na przykład tutaj

aerozoloterapia a geometria dróg oddechowych

Inhalacja osoby dorosłej, dziecka czy może niemowlęcia?

Leczysz inhalacyjnie zespół krupu? Inhalujesz oddychając przez nos albo leczysz zatoki? Obawiasz się o objawy uboczne inhalacji? Poznaj przyczyny, dla których aerozol może zachowywać się odmiennie w zależności od obszaru dróg oddechowych.

Geometria, a ściślej ujmując: średnica oskrzeli ma decydujący wpływ na decyzje co do typu aerozolu, który planujemy zastosować w leczeniu inhalacyjnym. Zobacz, dlaczego penetracja aerozolu zależy od posobu oddychania.
inhalacje geometria

Geometria nosa w przekrojach czołowych

Wprowadzenie do struktury przestrzennej jam nosa ma na celu uwypuklenie jego roli jako układu filtrującego. Aerozoloterapia dolnych dróg oddechowych prowadzona przez tor nosowy jest dalece dyskusyjna. Poznaj szczegóły budowy jam nosa - wiedzę tę zastosuj do krytyczniej oceny nie tylko nebulizacji ale również dystrybucji aerozolu z atomizerów. Przeanalizuj rozmiar i kształt strumienia aerozolu z atomizera i dokonaj próby oceny jego stosunku do cech anatomicznych jam nosa.

Nos i zatoki, w przeciwieństwie do  tchawicy i oskrzeli, tworzą skomplikowaną strukturę, której liczne elementy są trudne do uwidocznienia. Jedną z technik obrazowania nosa i zatok jest tomografia komputerowa wykonywana w płaszczyźnie zbliżonej do płaszczyzny czołowej, jak na rycinie poniżej.

1

Dzięki niej można nie tylko prześledzić konfigurację jam nosa lecz również dokonywać ich pomiarów. Dysponując serią skanów nie ma przeszkód, by odtworzyć uproszczony trójwymiarowy obraz przestrzeni istotnych w terapii inhalacyjnej.

2


Na kolejnych rycinach schematyczny model po stronie lewej ma na celu ułatwienie orientacji w stosunkach przestrzennych, na środku ryciny prezentowany jest badany skan, natomiast po stronie prawej ryciny miejsce rzutowania płaszczyzny.

3


Dwa pierwsze skany nie zawierają elementów istotnych dla terapii nosa i zatok.

4


Na kolejnych przekrojach dostrzegamy przestrzeń zatok czołowych oraz struktury przegrody nosa.


Przekroje 5-7 pozwalają na prześledzenie układu komórek sitowych zlokalizowanych po wewnętrznej stronie oczodołów. Skan 7 przebiega w okolicy siekaczy stycznie do przedniej ściany zatok szczękowych. Na tej głębokości dostrzec można elementy przednich końców małżowin nosowych.

6


Skany 8 i 9 uwidaczniają przednią część zatok szczękowych zlokalizowaną przed tzw. kompleksem ujściowo – przewodowym, lub prościej – przed wejściem do zatok. Można zauważyć, że przyśrodkowa ściana zatoki szczękowej tworzy rusztowanie kostne  dla małżowin nosowych dolnej i środkowej.

7


Powyższe skany pozwalają prześledzić lokalizację wejścia do zatok szczękowych. Jak widać leży ono mniej więcej w połowie drogi między nozdrzami przednimi a tylnymi. Struktura małżowin nosowych dolnych jest nadal silnie rozwinięta.

7



Skan 12 i 13 obrazuje stosunki przestrzenne w okolicy zatoki klinowej. Na przekrojach można zaobserwować zagęszczenie struktur z jednoczesnym zmniejszeniem przestrzeni, w jakiej się one znajdują. Zwraca uwagę fakt, że od skanu 7 do skanu 11 wymiar jam nosa liczony od podniebienia do stropu jest największy. Linia skanu 12 przebiega na krawędzi załamania geometrii jamy nosa, za nią wymiary ulegają zmniejszeniu aż do nozdrzy tylnych.

9


Na przekroju 14 widać, że okolica nozdrzy tylnych z jednej strony nie zawiera dodatkowych struktur takich jak małżowiny nosowe, z drugiej jednak stanowi punkt istotnego przewężenia dróg oddechowych. Nie ma przeszkód, by podobnie przeanalizować geometrię nosa w płaszczyźnie poziomej. Na rycinie poniżej zaznaczono przebieg płaszczyzn skanowania.

10


Pierwszy skan ukazuje konfigurację przewodów nosowych nieco poniżej wejścia do zatok.

12


Kolorem niebieskim zaznaczono chrząstkę przegrody nosa natomiast kolorem żółtym struktury kostne. Tkanki miękkie, w tym błonę śluzową nosa zaznaczono kolorem różowym. Kolorem pistacjowym wypełniono obszar nieistotny dla analizy przestrzeni jam nosa a kolor biały odpowiada przestrzeni wypełnionej powietrzem.

11


Drugi skan uwidacznia stosunki przestrzenne powyżej zatok szczękowych w okolicy komórek sitowych. Kolory ryciny opisano wyżej. Dysponując zebranym materiałem można podjąć dyskusję na temat roli, jaką pełni geometria nosa w odniesieniu do terapii inhalacyjnej. Zagadnieniu temu poświęcono kolejną sekcję tego działu.

Wszystkie ryciny na tej stronie  zostały wykonane przez autora metodą ręcznego wektorowego odwzorowania rzeczywistej serii zdjęć tomografii komputerowej 24 letniej pacjentki. Wykorzystywanie grafiki możliwe wyłącznie w celach niekomercyjnych za pisemną zgodą autora.

więcej

Geometria nosa i ujśc zatok szczękowych

Przeanalizuj schemat stosunków przestrzennych i orientacyjnych wymiarów jam nosa w trzech płaszczyznach odniesienia. Zwróć uwagę na kształt, rozmiary jam nosa oraz odległość ujść zatok od przedsionka nosa. Wyobraź sobie drogę aerozolu w układzie kanałów jam nosa.

Utrwal na tej podstawie słuszne przekonanie, że terapię dolnych dróg oddechowych prowadzić należy z wyłączeniem toru nosowego, czyli inhalując się przez ustnik.

Stosunki przestrzenne jam nosa mają znaczenie w przypadku prowadzenia  leczenia z wykorzystaniem aerozoli.

Przepływ powietrza lub aerozolu będzie ułatwiony w obszarach o większym polu powierzchni przekroju, natomiast w obszarach o większym oporze może napotykać problemy.

1

Ryc. 1. Schemat drogi przepływu powietrza z uwzględnieniem małżowiny dolnej.

W związku z występowaniem małżowin nosowych strumień powietrza rozdziela się na nurt płynący między ścianą zatoki szczękowej a małżowiną (A) oraz między małżowiną a przegrodą nosa (B). Na rycinie powyżej widać, że droga A jest nie umożliwia dotarcia w okolicę wejścia do zatok szczękowych.

7

Ryc. 2. Orientacyjne wymiary jam nosa poniżej wejścia do zatoki szczękowej.

Na skanie poziomym (rycina wyżej) rzutowanym poniżej  wejścia do zatok szczękowych widać, że drogi A i B łączą się dopiero po osiągnięciu tylnego końca małżowiny dolnej.  W okrągłych polach podano wymiary szczeliny w milimetrach.

2

Ryc. 3.  Orientacyjne wymiary jam nosa powyżej wejścia do zatoki szczękowej.

Podobne są również rozmiary szczelin, przez które musi płynąć powietrze lub aerozol  na poziomie powyżej zatok.

3

Ryc. 4.  Orientacyjne wymiary przekroju czołowego jam nosa w płaszczyźnie rzutowanej na ujście zatoki szczękowej.

Reasumując, rozmiary jam nosa zarówno na przekrojach poziomych jak i poprzecznych (czołowych) oscylują około 2mm. Jak przedstawia się geometria jam nosa na przekrojach podłużnych (strzałkowych)?

4

Ryc. 5. Orientacyjna głębokość jam nosa mierzona od typowego punktu aerolizacji leków.

Po pierwsze stwierdzić można, że droga wgłąb, jaką musi pokonać powietrze lub aerozol sięga 6-7 cm.  Na rycinie poniżej podano w milimetrach pomiary jam nosa wykonane w kilku kolejnych punktach.

5

Ryc. 6. Orientacyjne wymiary jam nosa od podniebienia do stropu.

Pamiętając z wyżej podanych przykładów, że wymiar poprzeczny jam nosa jest bardzo podobny na całej ich długości można wysnuć pewne wnioski analizując konfigurację jam nosa w układzie “nisko-wysoko-nisko”. Załóżmy, że objętościowy przepływ powietrza mierzony w okolicy progu nosa o wymiarach 20mm x 2 mm wynosi  N L/min. Zgodnie z prawami fizyki przepływ objętościowy musi być identyczny w całym układzie. Co zatem dzieje się w obszarze o wymiarach 40mm x 2mm ? Okazuje się, że wyjaśnienie problemu tkwi w fakcie, że w obszarze tym powietrze ma mniejszą prędkość liniową przepływu. Wymiary nozdrzy tylnych pozwalają na utrzymanie niższych prędkości liniowych przepływu z uwagi na przekrój pozbawiony elementów anatomicznych. Wszystkie ryciny na tej stronie  zostały wykonane przez autora metodą ręcznego wektorowego odwzorowania rzeczywistej serii zdjęć tomografii komputerowej 24 letniej pacjentki. Wykorzystywanie grafiki możliwe wyłącznie w celach niekomercyjnych za pisemną zgodą autora.

więcej

Geometria gardła

Przekonaj się, że konfiguracja anatomiczna wymuszająca najdalej idącą zmianę kierunku ruchu powietrza i/lub aerozolu ma miejsce w gardle. Taka radykalna zmiana kierunku strumienia zachodzi w gardle na skalę niespotykaną w innych obszarach dróg oddechowych.

Przeanalizuj skutki tego zjawiska zarówno pod względem inercyjnych strat dawki, jak i bezpośrednio z nimi powiązanymi efektami niepożądanym w kontekście powolnych wdechów z KI lub podczas nebulizacji, dynamiki chmury aerozolu z dozownika pMDI oraz szybkiego wdechu z dozownika DPI.

Gardło stanowi wspólny obszar dla drogi pokarmowej i oddechowej. 

W wieku dziecięcym w części nosowej dominującym elementem może być migdałek gardłowy (migdałek III), który może być przyczyną zaburzeń drożności nosa. W takiej sytuacji dominuje tendencja do oddychania przez usta, co w przypadku wdychania powietrza nieoczyszczonego, nienawilżonego i nieogrzanego może rodzić skutki natury fizykalnej (zasychanie błony śluzowej jamy ustnej, gardła, krtani i dolnych dróg oddechowych).

1

Ryc. 1. Tor powietrza przy oddychaniu ustami.

W aspekcie aerozoloterapii nie ma to istotnego znaczenia, ponieważ preferowaną drogą podawania aerozolu jest tor wiodący przez jamę ustną.  Pewne różnice, które w niektórych przypadkach maja kluczowe znaczenie, związane są z typem wykorzystywanej techniki podawania leków.

Zarówno w części nosowej jak i w części ustnej droga powietrza załamuje się pod kątem zbliżonym do prostego, co wzmaga depozycję w mechanizmie inercji. Z tej perspektywy wszystkie techniki inhalacyjne pozwalające na wykorzystanie niskich (powolnych) przepływów będą zjawisko to ograniczały bez względu na tor oddechowy.

Nos pełni funkcję filtracyjną, zatem tor oddechowy omijający nos pozwala na znacznie mniejszą ingerencję w MMAD aerozolu. Po przejściu przez gardło spektrum cząstek będzie zbliżone do wyjściowego, po przejściu przez nos część cząstek o większych średnicach będzie odfiltrowana, co oznacza niższa dawkę leku docierająca wgłąb dróg oddechowych. Nie mamy zatem do czynienia ze “wzbogaceniem” aerozolu w cząstki drobne ale ze zubożeniem o cząstki o większych średnicach.

Nos pełni funkcję związaną z ogrzewaniem i nawilżaniem powietrza. Wszelkie techniki oparte na “suchym lub suchym i zimnym” aerozolu wykorzystujące tor ustno-gardłowy będą mniej optymalne niż nebulizacja, która w swej istocie nawilża drogi oddechowe. Pozostając w tym obszarze zagadnień można dyskutować na temat stopnia przyrostu średnicy cząstek aerozolu w środowisku dróg oddechowych. Tor nosowy będzie ponownie niefortunnym wyborem: po zubożeniu dawki o frakcję cząstek o większych średnicach w technikach opartych na “suchym lub suchym i zimnym”aerozolu następować będzie na powierzchni “przetrwałych” cząstek kondensacja pary wodnej, co w efekcie podnosi MMAD aerozolu z wszelkimi konsekwencjami dla dalszych jego losów w obrębie dolnych dróg oddechowych. Nebulizacja oparta na “aerozolu o 100% wilgotności” jest pozbawiona tego typu wad.

więcej

Geometria krtani

Przypomnij sobie odmienności anatomicznej budowy krtani małego dziecka i osoby dorosłej. Skojarz te różnice z częstością wskazań do terapii ostrej duszności wdechowej u dzieci.

Zapamiętaj, że do terapii tej okolicy dróg oddechowych konieczne jest wykorzystanie innego aerozolu, niż w przypadku terapii oskrzeli, to jest o wysokim MMAD.

Myśl konsekwentnie: przy terapii dolnych dróg oddechowych aerozol o wysokim MMAD nasili w okolicy krtani efekty uboczne terapii inhalacyjnej.

Budowa krtani.

 

1

krtań – stanowi wrota do dolnych dróg oddechowych. Nagłośnia jest strukturą chroniącą wejście do krtani w czasie przełykania pokarmów. Struny głosowe są istotnym przewężeniem na drodze powietrza, co znajduje odzwierciedlenie w depozycji. Okolica ta może być chroniona poprzez właściwy dobór rozmiarów cząstek aerozolu. W celu ochrony krtani Mogę Mój Aerozol Dopasować wybierając możliwie najniższą średnicę cząstek, na przykład odpowiednio konfigurując nebulizator.

 

2


okolica podgłośniowa krtani – cechuje się odmiennością budowy w zależności od wieku. U osoby dorosłej miejscem największego przewężenia światła dróg oddechowych w tej okolicy są struny głosowe. U dzieci różnica między przekrojem krtani na poziomie strun głosowych i okolicy podgłośniowej jest nieznaczna. Przy obrzęku okolica podgłośniowa staje się miejscem największego przewężenia dróg oddechowych. W takim przypadku zachodzi konieczność odwrócenia działań i dobranie aerozolu w taki sposób, by w miejsce ochrony zapewnił on maksymalną depozycję. Do leczenia krtani Mogę Mój Aerozol Dopasować wybierając maksymalnie dużą średnicę cząsteczki.

więcej

Geometria oskrzeli

Tchawica i każda kolejna generacja oskrzeli ma swoją średnicę, objętość i pole powierzchni. Przełam nawyk uproszczonego, "jednowymiarowego" postrzegania oskrzeli i płuc! Analizuj sytuację kliniczną nie tylko w aspekcie dynamiki przepływu aerozolu i zjawisk inercyjnych lecz wzbogać swoje myślenie o aspekt głębokości penetracji aerozolu w funkcji jego objętości.

Uświadom sobie konsekwencje wykorzystywania ultra-drobnego aerozolu zależne od wykorzystywanej objętości oddechowej (niskiej TV, TV bliskiej VC). Dokonaj próby skojarzenia wiedzy o MMAD aerozolu i głębokości jego dystrybucji z wiedzą o rozmieszczeniu typów receptorów. Otwórz się na koncepcję dawki przypadającej na jednostkę powierzchni nabłonka oddechowego i inne niewyeksploatowane aspekty terapii inhalacyjnej.

Tchawica i oskrzela.

Maarten Nieber, Berend Stoel w doniesieniu „Bronchial Tree Analysis. Software Development for the Detection and Assessment of Small Airways Disease in COPD With Multi Slice Computed Tomography”. Netherlands Asthma Foundation EBO 2001, podali wyniki pomiarów elementów anatomicznych drzewa oskrzelowego.

anatomia_031
 

Przyjmując, że tchawica jest zerową generacją podziałów drzewa oskrzelowego można określić liczbę elementów n-tej generacji według wzoru 2n . Na przykład 7 generacja elementów drzewa oskrzelowego będzie liczyć 27=128 elementów. Dzięki dostępnym badaniom naukowym można oszacować objętość pojedynczego elementu składowego danej generacji oraz globalnie objętość i pole powierzchni, jakie dna generacja wnosi do całości układu oddechowego. Pośród 23 generacji drzewa oskrzelowego wyróżnić można pewne szczególne strefy. Od 11 generacji oskrzeliki nie mają elementów chrzęstnych (pasywnych, usztywniających) a w strukturze ściany przewagę mają elementy aktywne (mięśnie ze zdolnością do skurczu) istotne w powstawaniu obturacji. Do 16 generacji w oskrzela są jedynie strefą przewodzenia i dla wymiany gazowej stanowią przestrzeń martwą. Od generacji 17-19, czyli oskrzelików oddechowych – I, II, III rzędu zaczyna się niewielka wymiana gazowa co pozwala na wyodrębnienie strefy pośredniej. Strefę wymiany gazowej tworzą generacje 20-22, czyli przewody pęcherzykowe I,II, III rzędu  oraz generacja 23, czyli woreczki pęcherzykowe.

Na podstawie badań można podjąć próbę wyliczenia objętości i pola powierzchni brył stanowiących sumę elementów dla danej generacji drzewa oskrzelowego. Część danych ekstrapolowano z zachowaniem zasady liniowej proporcjonalności brakujących elementów ciągu wartości.

Kolejnym krokiem było rozwiązanie problemu oszacowania wartości objętości i pola powierzchni dla generacji 20-23. Wychodząc z modelu, który zaproponowali Matthias Ochs, Jens R. Nyengaard, Anja Jung, Lars Knudsen, Marion Voigt, Thorsten Wahlers, Joachim Richter, i Hans Jørgen G. Gundersen w doniesieniu „The Number of Alveoli in the Human Lung”, American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, Vol. 169, No. 1 (2004), pp. 120-124. podjęto próbę uzupełnienia danych. Autorzy określili średnią liczbę pęcherzyków płucnych w granicach 480 000 000 (274 000 000 – 790 000 000, CV 37%) a przeciętną średnicę pęcherzyka płucnego na 0,2 mm. Nie wchodząc w szczegóły, pewnym problemem było uzgodnienie liczby elementów, pola powierzchni i objętości dla generacji obejmujących przewody pęcherzykowe i pęcherzyki oddechowe. Wydaje się logiczne, że proste przeliczenie N x  4πr2 dla pola powierzchni kuli oraz  N x  4/3πr3 dla objętości kuli, gdzie N jest liczbą elementów a r promieniem pęcherzyka winno dawać spójne wyniki. Okazuje się jednak, że warunek łącznego, poprawnego wyliczenia zarówno objętości, jak też pola powierzchni spełniony jest jedynie dla wybranego układu danych. W związku z powyższym dokonano analizy możliwych wariantów wyliczeń dla liczby pęcherzyków i ich średnicy.

W tabeli zebrano macierz wyników objętości powstałych przy wykorzystaniu 12 wariantów średnic pęcherzyka płucnego oraz 28 wariantów liczby  pęcherzyków płucnych. Poszukiwano zestawienia, które w możliwie wysokim stopniu godziłoby realistycznie wszystkie istotne  dane, w szczególności uzyskaną pojemność i pole powierzchni obliczone dla generacji 0-19, całkowitą pojemność płuc TLC, objętość zalegającą RV, pojemność życiową VC, liczbę pęcherzyków płucnych, średnicę pęcherzyków płucnych i pole powierzchni dróg oddechowych.

W rezultacie przyjęto, zgodnie z danymi źródłowymi, dla omawianego modelu liczbę 480×106 pęcherzyków płucnych przy zmodyfikowanej średnicy 0,25 mm, uzyskując dla tego układu wartości objętość około 3,93 litra. Zarzutu o dokonanie arbitralnego wyboru nie sposób w pełni odeprzeć, jednak z uwagi na powiązanie pola powierzchni oraz objętości z  kwadratową i sześcienną funkcją długości  promienia kierowano się wyborem dającym szansę na minimalizację marginesu błędu.

więcej

UWAGA

Opuszczasz serwis aerozoloterapia.pl

Treści na kolejnych stronach są administrowane przez niezależnego operatora  nie powiązanego z serwisem AEROZOLOTERAPIA.PL

UWAGA

Opuszczasz serwis aerozoloterapia.pl

Treści na kolejnych stronach są administrowane przez niezależnego operatora  nie powiązanego z serwisem AEROZOLOTERAPIA.PL

UWAGA

Opuszczasz serwis aerozoloterapia.pl

Treści na kolejnych stronach są administrowane przez niezależnego operatora  nie powiązanego z serwisem AEROZOLOTERAPIA.PL

UWAGA

Opuszczasz serwis aerozoloterapia.pl

Treści na kolejnych stronach są administrowane przez niezależnego operatora  nie powiązanego z serwisem AEROZOLOTERAPIA.PL