Concentrazioni delle polveri ultrafini nei diversi microambienti

La dispersione delle particelle nella rete delle vie respiratorie è simile ma molto più complessa di quella in tubo. Quando la massa di aerosol viene inspirata, la sua parte anteriore si scinde ad ogni biforcazione e la sua forma diventa progressivamente più sottile. Alla fine dell’inalazione la massa d’aria si espande e diventa uno strato enorme ma molto sottile con moltissime creste.

La parte anteriore, a forma di dito, avanza molto di più della sua parte finale. Durante l’esalazione, le creste dello strato sottile di aerosol si ritirano indietro e successivamente si fondono a vicenda. Tuttavia la massa d’aria non ritorna alla sua forma e larghezza iniziale perché i profili di velocità del flusso d’aria durante l’esalazione non sono uguali a quelli dell’inalazione. La differenza tra i profili di velocità nelle due fasi di respirazione determina l’espandersi della massa d’aria.

Inoltre, il mescolamento tra la massa di aerosol e l’aria circostante avviene nelle vie respiratorie extratoraciche, e nelle prime ramificazioni della regione tracheobronchiale, dove il flusso è generalmente turbolento durante l’inalazione. Anche il movimento intrinseco delle particelle offre un piccolo contributo alla dispersione.

Generalmente, la dispersione di aerosol rappresenta il mescolamento tra l’aria corrente e
l’aria di riserva. I due termini aria corrente e aria di riserva ( paragrafo 2.5.1) si riferiscono alle due porzioni di aria separate da un confine immaginario formato da un flusso d’aria in ingresso.

Non fanno riferimento alle molecole d’aria, infatti, c’è un gran numero di molecole d’aria che attraversano il confine immaginario per diffusione. Il punto in cui l’aria corrente e l’aria di riserva si mescolano per convezione durante un ciclo di respirazione, è stato studiato con esperimenti utilizzando massa di aerosol contenenti particelle di 1 μm.

Le particelle di questa dimensione hanno movimento intrinseco trascurabile e pertanto le loro traiettorie sono quasi identiche alle linee di flusso. Le particelle in questione rappresentano utili indicatori per studiare il flusso d’aria nelle vie respiratorie. Durante un esperimento, una persona inala un piccolo volume di aerosol preceduto e seguito da aria priva particelle.

Ci sono due parametri che possono essere usati per caratterizzare una massa di aerosol: la moda e la mezza ampiezza volumetrica. La moda rappresenta il volume al quale corrisponde il valore massimo di concentrazione delle particelle. La mezza ampiezza volumetrica è l’ampiezza del profilo di concentrazione delle particelle, misurato ai due punti in cui la concentrazione è metà del massimo. La differenza nella metà ampiezza volumetrica tra la massa di aerosol inalato ed esalato è una misura della dispersione di aerosol in un ciclo di respirazione.