Jak vnikají nebezpečná vlákna hluboko do plic?

K experimentům využívají vlastní model plic, jeden z nejdokonalejších na světě, který využívá řada vědeckých týmů z celého světa pro testování a experimenty. Tepelnou izolaci, jako je minerální nebo skelná vata, znají nejen stavbaři, ale i kutilové. Co se ale děje v plicích člověka, který s materiálem pracuje a je tak vystaven jeho vdechování? Odpověď hledají výzkumníci z brněnské strojní fakulty.



K experimentům vědci využili i simulátor lidského dýchání.

„Víme hodně o tom, jak a proč je třeba azbest škodlivý. Ale víme velmi málo o tom, jak se dostává tak hluboko do plic. Vdechovaná vlákna přitom představují mnohem větší riziko pro lidský organismus než kulové částice, protože dokáží odolat přirozeným samočistícím mechanismům plic a způsobit vážné zdravotní následky,“ vysvětlil František Lízal z Odboru termomechaniky a techniky prostředí.

Vědci zvažovali výzkum s celou řadou vláken, nakonec se rozhodli pro skelná vlákna z foukané izolace. „Výpočet chování částice kulového tvaru je snazší a přesnější. Když se jedná o výpočet chování vlákna, je to naopak velmi složité. Vlákno se může otáčet, tím se mění tlakový odpor a proto je výpočet jeho pohybu několikanásobně náročnější. My se snažíme zpřesnit předpověď, kam se vlákno dostane a kde se v plicích usadí,“ řekl Lízal.

Výpočetní modely vědci ověřují na vlastním funkčním modelu plic, který je z mechanického hlediska nejdokonalejší na světě. Veřejnosti byl představen před čtyřmi lety, od té doby ho vědci vylepšili například přidáním umělé nosní dutiny. Teď už mohou zkoumat i nádech nosem. „Že je lepší dýchat nosem, pokud se chcete chránit před škodlivinami, se obecně ví. V nose se některé z částic odloučí a nás zajímalo, kam se usadí ten zbytek, který projde až do plic, a jestli se místa dopadu vláken liší od situace, když byste dýchali ústy,“ dodal Lízal.



Pohyb vláken vědci snímali pomocí rychlokamery.

Experimenty provádí vědci s vlákny o průměru 5-6 mikrometrů, což je zhruba desetkrát méně, než má lidský vlas. Délka vláken se může v praxi různit, pro zjednodušení výpočtu ale vědci využívají zapůjčený klasifikátor délky vláken. Přístroj si vypůjčili od kolegů ze Spojených států a je jediný svého druhu, který je na světě aktuálně v provozu. Vlákna vybrané délky pak vědci vpouští při simulovaném nádechu do modelu plic a sledují, jak se chovají a kam zamíří. V analýze jim pomáhá rychlokamera i speciální software.

Výzkum inhalace vláken má potenciál k využití např. v medicíně, kdy by mohl pomoci propojit znalost o určitých onemocněních s tím, kam se částice usazují. Typickým příkladem mohou být některé druhy rakoviny plic, které vznikají typicky v horních lalocích.



František Lízal z FSI VUT v laboratoř.

„Osobně vidím velký potenciál pro využití ve farmacii. Znalost proudění a usazování částic může pomoci vybrat lepší nosič pro léčivou látku v rámci takzvané cílené dodávky léčiv. Zároveň se dnes pro vývoj inhalátorů používají data z dýchání zdravých lidí, což nedává úplně smysl. Naopak potřebujeme vědět, jak vypadá dýchání nemocných, aby byla jejich léčba účinnější. Náš model proto umí nasimulovat třeba dýchání astmatika. Pak ale pomyslný štafetový kolík přebírají lékaři a farmaceutické firmy, my můžeme poskytnout data, z nichž lze vycházet,“ uzavřel Lízal.