Mechanizmy depozycji
Aerozol jest układem niestabilnym. Aerozol będący w ruchu jak i aerozol statyczny traci część swoich cząstek. Poznaj podstawowe mechanizmy zmieniające jakość i charakterystykę aerozolu.
KOALESCENCJA
W kontekście terapii inhalacyjnej koalescencja oznacza zjawisko zlewania się małych kropelek aerozolu w większe podczas transportu aerozolu od nebulizatora do pacjenta.
🔹 Dlaczego to ważne?
Skuteczność inhalacji zależy od wielkości cząstek:
1–5 µm → najlepiej docierają do dolnych dróg oddechowych (oskrzela, pęcherzyki płucne).
>5–10 µm → osadzają się głównie w górnych drogach oddechowych.
<1 µm → często są wydychane, zamiast się osadzić.
Jeśli drobne krople zleją się w większe (koalescencja), zmienia się depozycja leku – lek może nie dotrzeć do miejsca docelowego.
🔹 Kiedy dochodzi do koalescencji w inhalacji?
Przy dużym stężeniu aerozolu (dużo kropelek w małej objętości powietrza).
W rurkach i komorach inhalacyjnych, gdzie kropelki mają więcej czasu na kolizje.
W warunkach wysokiej wilgotności lub przy dłuższym transporcie aerozolu.
🔹 Znaczenie praktyczne
Nebulizatory i inhalatory są projektowane tak, by minimalizować koalescencję i utrzymywać stabilny rozkład wielkości cząstek.
Koalescencja może tłumaczyć różnice w efektywności różnych urządzeń inhalacyjnych, nawet przy tym samym leku.
W badaniach laboratoryjnych zjawisko to trzeba brać pod uwagę przy ocenie MMAD (średniej aerodynamicznej średnicy masowej cząstek).
INERCJA
W terapii inhalacyjnej inercja (bezwładność) odnosi się do zjawiska, w którym cząstki aerozolu nie podążają idealnie za strumieniem wdychanego powietrza, tylko ze względu na swoją masę i prędkość lecą „po linii prostej”.
🔹 Co to oznacza w praktyce?
Gdy strumień powietrza w drogach oddechowych zmienia kierunek (np. w nosie, gardle, rozdwojeniu tchawicy), małe cząstki (<5 µm) zwykle podążają za tym strumieniem.
Większe cząstki (np. >5–10 µm) mają dużą inercję, więc nie skręcają razem z powietrzem, tylko uderzają w ściany dróg oddechowych i osadzają się tam.
🔹 Znaczenie dla depozycji leku
Małe cząstki (1–5 µm) → mała inercja → mogą dotrzeć aż do dolnych dróg oddechowych i pęcherzyków.
Duże cząstki (>10 µm) → duża inercja → zatrzymują się w nosie, gardle, tchawicy.
Średnie cząstki (~5–10 µm) → często osadzają się w oskrzelach centralnych.
🔹 Przykład praktyczny
Inhalatory donosowe (np. na alergię) celowo wytwarzają większe krople → dzięki inercji osadzają się w jamie nosowej, a nie w płucach.
Nebulizatory do leczenia astmy produkują głównie cząstki 1–5 µm → mała inercja, aby mogły dotrzeć głęboko do oskrzeli.
SEDYMENTACJA
W terapii inhalacyjnej sedymentacja to proces, w którym cząstki aerozolu opadają w dół pod wpływem siły grawitacji i w ten sposób osadzają się na ścianach dróg oddechowych.
🔹 Kiedy ma znaczenie?
Dla cząstek o średniej wielkości (1–5 µm) – zbyt dużych, by długo unosić się w powietrzu, i zbyt małych, by dominowała inercja.
Najsilniej działa w małych drogach oddechowych i pęcherzykach płucnych, gdzie przepływy powietrza są wolne i powietrze zatrzymuje się na chwilę przy spokojnym oddechu.
🔹 Czynniki sprzyjające sedymentacji
Głębokie i wolne oddychanie → cząstki mają więcej czasu, by opaść i osiąść.
Faza wdechu z zatrzymaniem oddechu (np. po inhalacji z MDI zaleca się wstrzymanie oddechu na kilka sekund).
Większy czas przebywania aerozolu w płucach → większa szansa na osadzanie się.
🔹 Znaczenie praktyczne
To główny mechanizm, dzięki któremu lek dociera do oskrzeli obwodowych i pęcherzyków.
Optymalne cząstki dla sedymentacji: 1–5 µm.
Dlatego pacjentom uczy się techniki: spokojny głęboki wdech + wstrzymanie oddechu po inhalacji.
DYFUZJA
Dyfuzja w terapii inhalacyjnej to proces, w którym najmniejsze cząstki aerozolu (<0,5–1 µm) poruszają się chaotycznie wskutek ruchów Browna (zderzeń z cząsteczkami gazu) i dzięki temu mogą docierać do najgłębszych części płuc – aż do pęcherzyków płucnych.
🔹 Charakterystyka dyfuzji:
Dotyczy ultradrobnych cząstek (nanocząstki, ultrafine particles).
Ruch jest losowy i niezależny od kierunku przepływu powietrza.
Największe znaczenie ma w pęcherzykach płucnych, gdzie przepływ powietrza praktycznie zanika.
🔹 Znaczenie w terapii:
Cząstki <0,5 µm mogą bardzo głęboko penetrować płuca.
Jednak część z nich jest wydychana, bo są tak lekkie, że nie osadzają się w tkance.
Dlatego w praktyce inhalacyjnej zwykle celuje się w zakres 1–5 µm (optymalny kompromis: sedymentacja + częściowo dyfuzja).
Dyfuzja ma znaczenie także przy projektowaniu nanonośników leków w inhalacji (np. w terapiach celowanych nowotworów płuc).
Podsumowanie
| Mechanizm | Wielkość cząstek | Miejsce depozycji | Zależność od przepływu powietrza | Znaczenie praktyczne w terapii inhalacyjnej |
|---|---|---|---|---|
| Inercja | Duże (>5–10 µm) | Górne drogi oddechowe (nos, gardło, tchawica) | Wysoka – cząstki uderzają w zakręty dróg oddechowych | Celowe przy lekach donosowych, osadza się przed dotarciem do płuc |
| Sedymentacja | Średnie (1–5 µm) | Oskrzela, oskrzeliki, pęcherzyki płucne | Niska – wolny przepływ ułatwia opadanie | Optymalny mechanizm dla leków do dolnych dróg oddechowych; wstrzymanie oddechu zwiększa depozycję |
| Dyfuzja | Bardzo małe (<0,5–1 µm) | Pęcherzyki płucne | Minimalna – ruch chaotyczny (Browna) | Może penetrować najgłębsze części płuc, ale część cząstek jest wydychana; istotne w nanolekach |
| Koalescencja | Zmienia rozmiar kropli | Wpływa pośrednio na wszystkie drogi oddechowe | Nie dotyczy przepływu, zależy od gęstości i czasu kontaktu kropli | Powiększa cząstki, zmienia depozycję; ważne przy projektowaniu nebulizatorów i aerozoli |
