Ученые показали, как температура тела меняет распределение аэрозоля в легких

Сотрудники Томского политехнического университета совместно с коллегами разработали пространственную модель, предсказывающую распределение лекарственного аэрозоля в дыхательных путях человека. Модель учитывает анатомию пациента и температуру его тела.

Ученые выяснили, что при повышенной температуре тела размер аэрозольных частиц нужно увеличивать на 5%

Источник: Минобрнауки России

Исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) совместно с коллегами из Сеченовского университета и Института теплофизики СО РАН проанализировали динамику аэрозоля в проксимальных отделах дыхательных путей — от рта до бронхов третьего порядка. Об этом Науке Mail сообщили в пресс-службе Минобрнауки России.

Ученые учли температуру воздуха и аэрозоля, скорость ингаляции и индивидуальную анатомию пациента. Они выяснили: при низкой влажности и повышенной температуре тела испарение аэрозоля доминирует над конденсацией. Это уменьшает размер частиц и смещает зону их оседания в легких, снижая эффективность терапии. Для пациентов с температурой 37 °C и выше размер частиц аэрозоля должен быть увеличен на 5%, чтобы компенсировать потерю.

Наш численный анализ фокусируется на случаях, когда влажность воздуха в дыхательных путях относительно низкая, а испарение аэрозоля доминирует над конденсацией. В ряде медицинских случаев это очень важные аспекты. Например, при гипервентиляции из-за бронхоконстрикции, при физической нагрузке, вдыхании пациентом сухого окружающего воздуха, а также при обезвоживании и респираторных заболеваниях —  бронхиальной астме, хронической обструктивной болезни легких.

Дмитрий Антонов

доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ

«Для врача это означает, что один и тот же препарат в одинаковой дозе может давать разный эффект у пациента в состоянии лихорадки и в период стабильного самочувствия. Особенно чувствительна к этим изменениям ингаляционная терапия при бронхиальной астме и ХОБЛ. Учет температуры тела и гидратации пациента — важный шаг к персонализированной терапии», — пояснила соавтор исследования, врач-методист Сеченовского университета Ольга Нагаткина.

Ингаляторы мягкого тумана доставляют лекарство в легкие эффективнее других устройств

Источник: Минобрнауки России

Ученые также сравнили три типа ингаляторов: дозированный под давлением, струйный небулайзер и ингалятор мягкого тумана. Последний оказался наиболее эффективным — 80% частиц имеют оптимальный размер для глубокого проникновения в легкие. На основе данных исследователи разработали мультикритериальный подход к оценке эффективности ингаляторов, который можно адаптировать под конкретного пациента.

«В перспективе мы планируем превратить полученные данные в практический инструмент — например, мобильное приложение или понятную инструкцию. Введя возраст, температуру и тип ингалятора, врач или пациент сможет получить рекомендацию по оптимальному режиму вдоха и выбору препарата», — специально для Наука Mail прокомментировал Дмитрий Антонов.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда (№24-45-00012) и опубликована в журнале Journal of Aerosol Science в двух статьях:

• Heat and mass transfer processes in drug aerosol flows in a human proximal respiratory tract

• Hydrodynamic elements of aerosol flows for targeted drug delivery into the respiratory tract

Ранее Наука Mail писала о «попкорновой болезни» у вейперов.