W wielu przypadkach niezbędne jest precyzyjne posługiwanie się sprzętem i aerozolem tak, by planowo i w pełni świadomie osiągać szczyt depozycji w pożądanym obszarze. Antybiotyk kierowany do pęcherzyków płucnych, β2 mimetyk kierowany do drobnych oskrzeli czy glikokortykosteroid kierowany w podgłośniową okolicę krtani muszą mieć inny rozmiar cząstki by spełnić swoje zadanie w określonym miejscu. W przeciwnym wypadku depozycja nastąpi poza planowanym miejscem docelowym.
Czy można świadomie modyfikować aerozol?
Przypomnijmy, że cząsteczki aerozolu możemy w pewnym zakresie kształtować zgodnie z bieżącymi potrzebami, na przykład wymieniając elementy nebulizatora odpowiedzialne za wytwarzanie chmury cząstek.
W innych konstrukcjach1) zmiana charakterystyki chmury następuje poprzez zmianę ustawienia pierścienia regulacyjnego.
Jak zmienia się charakterystyka aerozolu?
W efekcie zmieni się rozkład prawdopodobieństwa uzyskania cząstek o zadanym rozmiarze (inny kształt krzywej dzwonowej), którego graficzną prezentację można wyrazić również jako graf rozkładu skumulowanego:
Im mniejsza cząstka – tym wyższe prawdopodobieństwo docierania i depozycji aerozolu wgłąb układu oddechowego. Analogicznie – im bardziej grubokroplisty jest aerozol, tym trudniej penetruje do dolnych dróg oddechowych z preferencja do osadzania się w gardle i krtani. Jakkolwiek granica ta nie jest ścisła, ukuto jednak przydatny w praktyce aksjomat dzielący cząstki o średnicach poniżej 5µm na tzw frakcję cząstek drobnych (FPF) oraz cząstki „grube” o średnicach większych niż 5µm, czyli frakcję CPF (wyliczaną jako 100% – FPF%, czyli masę aerozolu pozostałą podjęciu od masy globalnej frakcji drobnej).
Reasumując, można dla ułatwienia zapamiętania tych istotnych wiadomości rzec, że aerozol opisują co najmniej dwa parametry: wartość MMAD oraz wartość FPF, czyli procentowy udziała masy cząstek < 5 µm w masie całego aerozolu. Jeśli przyjmiemy, że MMAD mówi nam, CZY oraz „jak chętnie” aerozol wnika poza granice krtani ku drobnym oskrzelom, to w przypadku FPF możemy szacować, ILE (jaka masa) aerozolu deponuje się w obrębie i powyżej, a ile (jaka masa) deponuje się poniżej linii krtani.
Znając jednostkę chorobową oraz znając planowany lek preferujemy niskie wartości MMAD i wysokie wartości FPF w schorzeniach oskrzeli i płuc, natomiast wysokie wartości MMAD i wysokie wartości CPF (oczywiści odpowiadają im niskie wartości FPF) w schorzeniach np. krtani i okolicy podgłośniowej.
Jak zorientować się w MMAD i FPF aerozolu?
Wielu producentów sprzętu dostrzega i rozumie rolę jakości aerozolu w odniesieniu do zmieniających się potrzeb terapeutycznych. Dane na ten temat znajdujemy co raz częściej w istrukcjach obsługi markowych inhalatorów1).
Treść instrukcji obsługi mówi nam, jakiemu ustawieniu sprzętu odpowiada konkretna charakterystyka aerozolu. Szczególnie pomocne i przydatne są dane ilustrujące rozkłady skumulowane dla poszczególnych ustawień głowicy. Posłużymy się nimi do doskonalenia umiejętności ekstrapolacji danych w nich zawartych.
Ćwiczenie 1 : odczytywanie MMAD z charakterystyki chmury aerozolu.
Oś odciętych na tej i kolejnych rycinach opisuje średnice cząstek aerozolu. Jak widać, aby na krótkiej skali zmieścić wartości różniące się między sobą 1000 razy posługujemy się skalą logarytmiczną. Oś rzędnych dla rozkładu skumulowanego opisana jest udziałem procentowym masy cząstek o poszczególnych kategoriach średnic, to znaczy – suma mas cząstek wszystkich kategorii średnic wynosi 100% i odpowiada 100% masy wyemitowanego aerozolu.
Mediana rozkładu masowego aerodynamicznych średnic cząstek aerozolu (Mass Median Aerodynamic Diameter = MMAD) przypada dokładnie w miejscu, w którym masa aerozolu podzielona jest na połowy: 50% masy wszystkich cząstek przypada na cząstki o średnicach mniejszych od MMAD i analogicznie – 50% masy aerozolu przypada na cząstki większe od MMAD. Poziomą linię podziału masy na dwie połowy wyróżniono znacznikiem „50%” na żółtym tle.
Wykreślamy linię poziomą od znacznika 50% i odnajdujemy punkt jej przecięcia z grafem rozkładu skumulowanego. Przypomnijmy: 50% masy aerozolu lezy po stronie lewej od punktu przecięcia, kolejne 50% masy aerozolu leży na prawo od punktu przecięcia. Do jakiej wartości średnic odnosi się mediana rozkładu masowego? Kreślimy linię pionową przechodząca przez punkt przecięcia znacznika 50% z grafem rozkładu skumulowanego i rzutujemy ją w dół na oś wartości średnic. Odczytujemy wartość MMAD jako 3µm.
Na kolejnym przykładzie graf rozkładu skumulowanego jest bardziej pochylony w prawo, dlatego również bardziej w prawo przesunięty jest punkt przecięcia poziomej linii znacznika 50% masy z grafem rozkładu skumulowanego. Rzutując w dół linię pionową wyprowadzoną z tego punktu odczytujemy wartość MMAD około 5,3 µm.
Zauważamy, że aerozole o dużej średnicy kropel mają rozkłady znacznie pochylone w prawo. Jaka będzie MMAD tego aerozolu? Trzeba sięgnąć daleko w prawo poziomą linią znacznika 50% masy by znaleźć punkt przecięcia z grafem rozkładu skumulowanego. Rzutując pionowo w dół linię wyprowadzoną z punktu przecięcia odczytujemy wartość MMAD ok. 11 µm.
Ćwiczenie 2: odczytywanie wartości FPF z charakterystyki chmury aerozolu.
W daleko idącym uproszczeniu można przyjąć, że, czym dla MMAD była wartość rozdzielająca 50% mas, tym dla FPF jest wartość 5 µm, rozdzielająca chmurę na masę aerozolu, który jest zdolny do penetracji poniżej linii krtani oraz masę aerozolu o znikomej szancie na wnikanie wgłąb układu oddechowego.
Znacznik wartości 5 µm jest wyróżniony na osi odciętych. W skrócie – wyznaczanie FPF wymaga prostych czynności odwrotnych niż w przypadku wyznaczania MMAD.
Odnajdujemy wartość znacznika 5 µm i prowadzimy od niego ku górze linię pionową. Odnajdujemy tym sposobem punkt przecięcia z grafem rozkładu masowego aerozolu. Na prawo od tego punktu zlokalizowana jest masa cząstek o średnicach większych niż 5 µm, co odpowiada masie frakcji CPF. Na lewo od punktu przecięcia leży masa cząstek mniejszych niż 5 µm, czyli FPF. Rzutując w lewo na oś rzędnych linię poziomą od tego punktu odczytujemy, jaki procent masy aerozolu przypada na cząsteczki o średnicach poniżej 5 µm.
W kolejnym przykładzie, w którym graf jest znacznie pochylony w prawo, znaczna część masy aerozolu przypada na cząsteczki o średnicach powyżej 5 µm. Po wyznaczeniu punktu przecięcia linii pionowej wyprowadzonej ku górze od znacznika 5 µm z grafem rozkładu wykreślamy linię poziomą, biegnącą w lewo ku osi rzędnych. Wskazuje ona na wartość około 25%. Tylko taką masę cząstek aerozolu możemy przypisać do frakcji cząstek drobnych.
Dla aerozolu z przewagą cząstek drobnych postępujemy analogicznie: po wyznaczeniu punktu przecięcia linii pionowej wyprowadzonej ku górze od znacznika 5 µm z grafem rozkładu wykreślamy linię poziomą, biegnącą w lewo ku osi rzędnych. Wskazuje ona na wartość około 72%. Taka frakcja FPF daje szanse na zdeponowanie powyżej 70% masy leku docierającego do dróg oddechowych poniżej linii krtani.
1) na podstawie : A3 Complete (NE-C300-E) Instrukcja obsługi IM-NE-C300-E-02-02/2015
