يمتد الجهاز التنفسي من منطقة التنفس خارج الأنف والفم مباشرة عبر الممرات الهوائية الموصلة في الرأس والصدر إلى الحويصلات الهوائية ، حيث يتم تبادل الغازات التنفسية بين الحويصلات الهوائية والشعيرات الدموية المتدفقة حولها. وظيفتها الأساسية هي توصيل الأكسجين (O2) إلى منطقة تبادل الغازات في الرئة ، حيث يمكن أن تنتشر إلى جدران الحويصلات الهوائية وعبرها لتزويد الدم بالأكسجين الذي يمر عبر الشعيرات الدموية السنخية حسب الحاجة على نطاق واسع من مستويات العمل أو النشاط. بالإضافة إلى ذلك ، يجب على النظام أيضًا: (1) إزالة كمية متساوية من ثاني أكسيد الكربون التي تدخل الرئتين من الشعيرات الدموية السنخية ؛ (2) الحفاظ على درجة حرارة الجسم وتشبع بخار الماء داخل المجاري الهوائية الرئوية (من أجل الحفاظ على الحيوية والقدرات الوظيفية للسوائل والخلايا السطحية) ؛ (3) الحفاظ على العقم (لمنع العدوى وعواقبها الضارة) ؛ و (4) التخلص من السوائل والحطام السطحي الزائدة ، مثل الجسيمات المستنشقة والخلايا البلعمية والخلايا الظهارية الشائخة. يجب أن ينجز كل هذه المهام الصعبة بشكل مستمر طوال العمر ، وأن يقوم بذلك بكفاءة عالية من حيث الأداء واستخدام الطاقة. يمكن إساءة استخدام النظام وإغراقه بالإهانات الشديدة مثل التركيزات العالية لدخان السجائر والغبار الصناعي ، أو بسبب التركيزات المنخفضة من مسببات الأمراض المحددة التي تهاجم أو تدمر آليات دفاعه ، أو تتسبب في تعطلها. إن قدرتها على التغلب على مثل هذه الإهانات أو التعويض عنها بكفاءة كما تفعل عادة هي شهادة على مزيجها الأنيق من الهيكل والوظيفة.
نقل الكتلة
تم تلخيص الهيكل المعقد والوظائف العديدة للجهاز التنفسي البشري بإيجاز من قبل فريق عمل تابع للجنة الدولية للحماية من الإشعاع (ICRP 1994) ، كما هو مبين في الشكل 1. حوالي 0.2 لتر. يقومون بتكييف الهواء المستنشق وتوزيعه ، عن طريق التدفق الحراري (السائب) ، إلى ما يقرب من 65,000 من حب الشباب التنفسي الذي يؤدي إلى القصيبات الطرفية. مع زيادة حجم المد والجزر ، يهيمن تدفق الحمل الحراري على تبادل الغازات بشكل أعمق في القصيبات التنفسية. على أي حال ، داخل القناة التنفسية ، تكون المسافة من جبهة المد والجزر إلى الأسطح السنخية قصيرة بدرجة كافية بحيث يكون ثاني أكسيد الكربون الفعال2-O2 يحدث التبادل عن طريق الانتشار الجزيئي. على النقيض من ذلك ، فإن الجسيمات المحمولة جواً ، مع معاملات الانتشار أصغر بأوامر من حيث الحجم من تلك الخاصة بالغازات ، تميل إلى البقاء معلقة في هواء المد والجزر ، ويمكن زفيرها دون ترسب.
الشكل 1. قياس الشكل وعلم الخلايا وعلم الأنسجة ووظيفة وبنية الجهاز التنفسي والمناطق المستخدمة في نموذج قياس الجرعات في برنامج ICRP لعام 1994.
جزء كبير من الجزيئات المستنشقة تترسب داخل الجهاز التنفسي. يلخص الشكل 2 الآليات التي تمثل ترسب الجسيمات في الممرات الهوائية للرئة أثناء مرحلة الشهيق لنفَس المد والجزر. الجسيمات التي يزيد قطرها الديناميكي الهوائي عن 2 مم (قطر كرة كثافة الوحدة لها نفس سرعة الاستقرار الطرفي (ستوكس)) يمكن أن يكون لها زخم كبير وترسب عن طريق التأثير عند السرعات العالية نسبيًا الموجودة في المسالك الهوائية الأكبر. يمكن للجسيمات التي يزيد حجمها عن 1 مم أن تترسب عن طريق الترسيب في المجاري الهوائية الموصلة الأصغر ، حيث تكون سرعات التدفق منخفضة جدًا. أخيرًا ، يمكن الاحتفاظ بالجسيمات التي يتراوح أقطارها بين 0.1 و 1 مم ، والتي لديها احتمالية منخفضة جدًا للترسيب خلال نفس المد والجزر ، داخل ما يقرب من 15 ٪ من هواء المد والجزر المستوحى الذي يتم تبادله مع هواء الرئة المتبقي خلال كل دورة مد والجزر. يحدث هذا التبادل الحجمي بسبب الثوابت الزمنية المتغيرة لتدفق الهواء في الأجزاء المختلفة من الرئتين. نظرًا لأوقات الإقامة الأطول بكثير للهواء المتبقي في الرئتين ، فإن عمليات إزاحة الجسيمات الذاتية المنخفضة التي تبلغ 0.1 إلى 1 مم داخل هذه الأحجام المحاصرة من هواء المد والجزر المستنشق تصبح كافية لإحداث ترسب عن طريق الترسيب و / أو الانتشار على مدار فترة أنفاس متتالية.
الشكل 2. آليات ترسب الجسيمات في الشعب الهوائية الرئوية
يميل هواء الرئة المتبقي الخالي من الجسيمات والذي يمثل حوالي 15٪ من تدفق المد والجزر الزفيري إلى العمل كغلاف من الهواء النظيف حول المركز المحوري لهواء المد والجزر المتحرك بعيدًا ، بحيث يتركز ترسب الجسيمات في القناة التنفسية في الداخل الأسطح مثل تشعبات مجرى الهواء ، في حين أن جدران مجرى الهواء بين الفروع لها القليل من الترسب.
عدد الجسيمات المودعة وتوزيعها على طول أسطح الجهاز التنفسي هي ، إلى جانب الخصائص السامة للمادة المترسبة ، المحددات الحاسمة لإمكانية الإصابة بالأمراض. يمكن للجسيمات المترسبة أن تلحق الضرر بالخلايا الظهارية و / أو الخلايا البلعمية المتنقلة في موقع الترسيب أو بالقرب منه ، أو يمكن أن تحفز إفراز السوائل والوسطاء المشتق من الخلايا التي لها تأثيرات ثانوية على النظام. يمكن أن تنتشر المواد القابلة للذوبان التي تترسب على شكل جزيئات أو فوقها أو داخلها في السوائل والخلايا السطحية ومن خلالها ، ويتم نقلها بسرعة عن طريق مجرى الدم في جميع أنحاء الجسم.
الذوبان المائي للمواد السائبة هو دليل ضعيف للذوبان في الجسيمات في الجهاز التنفسي. تتعزز قابلية الذوبان بشكل كبير من خلال نسبة السطح إلى الحجم الكبيرة جدًا للجسيمات الصغيرة بما يكفي لدخول الرئتين. علاوة على ذلك ، فإن المحتويات الأيونية والدهنية للسوائل السطحية داخل الممرات الهوائية معقدة ومتغيرة للغاية ، ويمكن أن تؤدي إما إلى زيادة الذوبان أو الترسيب السريع للمواد المذابة المائية. علاوة على ذلك ، تختلف مسارات الخلوص وأوقات بقاء الجسيمات على أسطح مجرى الهواء اختلافًا كبيرًا في الأجزاء الوظيفية المختلفة من الجهاز التنفسي.
يحدد نموذج التطهير المنقح لمجموعة مهام برنامج ICRP مسارات التطهير الرئيسية داخل الجهاز التنفسي والتي تعتبر مهمة في تحديد الاحتفاظ بالمواد المشعة المختلفة ، وبالتالي جرعات الإشعاع التي تتلقاها أنسجة الجهاز التنفسي والأعضاء الأخرى بعد الانتقال. يتم استخدام نموذج الترسيب ICRP لتقدير كمية المواد المستنشقة التي تدخل كل مسار تخليص. يتم تمثيل هذه المسارات المنفصلة بنموذج الحجرة الموضح في الشكل 3. وهي تتوافق مع الأجزاء التشريحية الموضحة في الشكل 1 ، ويتم تلخيصها في الجدول 1 ، جنبًا إلى جنب مع تلك الخاصة بالمجموعات الأخرى التي تقدم إرشادات حول قياس جرعات الجسيمات المستنشقة.
الشكل 3. نموذج مقصورة لتمثيل نقل الجسيمات المعتمد على الوقت من كل منطقة في نموذج 1994 ICRP
الجدول 1. مناطق الجهاز التنفسي على النحو المحدد في نماذج ترسب الجسيمات
| وشملت الهياكل التشريحية | منطقة ACGIH | مناطق ISO و CEN | 1966 منطقة مجموعة مهام ICRP | 1994 منطقة مجموعة مهام ICRP |
| الأنف والبلعوم الأنفي الفم ، البلعوم ، البلعوم الحنجري |
الممرات الهوائية الرئيسية (HAR) | خارج الصدر (E) | البلعوم الأنفي (NP) | الممرات الأنفية الأمامية (ET1 ) جميع أنواع خارج الصدر الأخرى (ET2 ) |
| القصبة الهوائية والشعب الهوائية | القصبة الهوائية (TBR) | القصبة الهوائية (م) | القصبة الهوائية (TB) | القصبة الهوائية والشعب الهوائية الكبيرة (BB) |
| القصيبات (إلى القصيبات الطرفية) | القصيبات (ب ب) | |||
| القصيبات التنفسية ، القنوات السنخية ، الأكياس السنخية ، الحويصلات الهوائية |
تبادل الغازات (GER) | سنخي (أ) | الرئوي (P) | بينية السنخية (AI) |
المسالك الهوائية خارج الصدر
كما هو مبين في الشكل 1 ، تم تقسيم الممرات الهوائية خارج الصدر بواسطة ICRP (1994) إلى منطقتين منفصلتين للتخليص والجرعات: الممرات الأنفية الأمامية (ET1) وجميع الممرات الهوائية الأخرى خارج الصدر (ET2) - أي الممرات الأنفية الخلفية والبلعوم الأنفي والبلعوم والحنجرة. ترسبت الجسيمات على سطح الجلد المبطّن للممرات الأنفية الأمامية (ET1) يُفترض أنها قابلة للإزالة فقط بوسائل خارجية (نفخ الأنف ومسحها وما إلى ذلك). يتم إيداع الجزء الأكبر من المواد في البلعوم الأنفي أو الحنجرة (ET2) للتخليص السريع في طبقة السوائل التي تغطي هذه الممرات الهوائية. يدرك النموذج الجديد أن الترسب المنتشر للجسيمات متناهية الصغر في المجاري الهوائية خارج الصدر يمكن أن يكون كبيرًا ، في حين أن النماذج السابقة لم تفعل ذلك.
الشعب الهوائية الصدرية
تنقسم المواد المشعة المودعة في القفص الصدري عمومًا بين منطقة القصبة الهوائية (TB) ، حيث تخضع الجسيمات المترسبة لتصفية مخاطية مخاطية سريعة نسبيًا ، ومنطقة الخلالية السنخية (AI) ، حيث تكون إزالة الجسيمات أبطأ بكثير.
لأغراض قياس الجرعات ، قسم برنامج ICRP (1994) ترسب المواد المستنشقة في منطقة السل بين القصبة الهوائية والشعب الهوائية (BB) ، والشعيبات الهوائية الصغيرة البعيدة (bb). ومع ذلك ، فإن الكفاءة اللاحقة التي تكون بها الأهداب في أي نوع من الممرات الهوائية قادرة على إزالة الجسيمات المترسبة مثيرة للجدل. من أجل التأكد من عدم الاستهانة بجرعات الظهارة القصبية والقصبية ، افترض فريق العمل أن ما يصل إلى نصف عدد الجسيمات المودعة في هذه الممرات الهوائية يخضع لتصفية مخاطية "بطيئة" نسبيًا. يبدو أن احتمال إزالة الجسيم ببطء نسبيًا بواسطة النظام المخاطي الهدبي يعتمد على حجمه المادي.
تنقسم المواد المودعة في منطقة الذكاء الاصطناعي إلى ثلاثة أقسام (AI1، منظمة العفو الدولية2 والذكاء الاصطناعي3) التي يتم إزالتها بشكل أبطأ من ترسبات السل ، مع تطهير المناطق الفرعية بمعدلات مميزة مختلفة.
الشكل 4. الترسيب الجزئي في كل منطقة من مناطق الجهاز التنفسي للعامل الضوئي المرجعي (التنفس الطبيعي للأنف) في 1994 نموذج ICRP.
يصور الشكل 4 تنبؤات نموذج ICRP (1994) من حيث الترسيب الجزئي في كل منطقة كدالة لحجم الجسيمات المستنشقة. إنه يعكس الحد الأدنى من ترسب الرئة بين 0.1 و 1 مم ، حيث يتم تحديد الترسب إلى حد كبير عن طريق التبادل ، في الرئة العميقة ، بين المد والجزر وهواء الرئة المتبقي. يزيد الترسيب إلى أقل من 0.1 مم حيث يصبح الانتشار أكثر كفاءة مع تقليل حجم الجسيمات. يزداد الترسيب مع زيادة حجم الجسيمات فوق 1 مم مع زيادة فعالية الترسيب والانحشار.
تم اعتماد نماذج أقل تعقيدًا للترسب الانتقائي للحجم من قبل المتخصصين في الصحة المهنية ووكالات تلوث الهواء في المجتمع ، وقد تم استخدام هذه النماذج لتطوير حدود التعرض للاستنشاق ضمن نطاقات أحجام الجسيمات المحددة. يتم التمييز بين:
- تلك الجسيمات التي لا يتم شفطها في الأنف أو الفم وبالتالي لا تمثل أي خطر عن طريق الاستنشاق
- المستنشق (المعروف أيضًا باسم ملهم) كتلة الجسيمات (IPM) - تلك التي يتم استنشاقها وتكون خطرة عند ترسبها في أي مكان داخل الجهاز التنفسي
- كتلة الجسيمات الصدرية (TPM) - تلك التي تخترق الحنجرة وتكون خطرة عندما تترسب في أي مكان داخل القفص الصدري و
- الكتلة الجسيمية القابلة للتنفس (RPM) - تلك الجسيمات التي تخترق القصيبات الطرفية وتكون خطرة عند ترسيبها داخل منطقة تبادل الغازات في الرئتين.
في أوائل التسعينيات ، كان هناك تنسيق دولي للتعريفات الكمية للمكافحة المتكاملة للآفات ، تدابير الحماية المتكاملة ، والآليات الحادة في الدقيقة. تم تعداد مواصفات المدخل الانتقائي لحجم أجهزة أخذ عينات الهواء التي تفي بمعايير المؤتمر الأمريكي لخبراء الصحة الصناعية الحكوميين (ACGIH 1990) والمنظمة الدولية للتوحيد القياسي (ISO 1993) ولجنة التقييس الأوروبية (CEN 1991) في الجدول 1991. تختلف عن كسور الترسيب الخاصة بـ ICRP (2) ، خاصة بالنسبة للجسيمات الأكبر حجمًا ، لأنها تتخذ موقفًا متحفظًا يتمثل في ضرورة توفير الحماية لأولئك المنخرطين في الاستنشاق عن طريق الفم ، وبالتالي تجاوز كفاءة الترشيح الأكثر كفاءة للممرات الأنفية.
الجدول 2. معايير الغبار القابلة للاستنشاق والصدري والتنفس لـ ACGIH و ISO و CEN و PM10 معايير وكالة حماية البيئة الأمريكية
| مستنشق | الصدر | قابل للتنفس | PM10 | ||||
| الجسيمات الهوائية- القطر الديناميكي (مم) |
مستنشق دق كتلة (IPM) (٪) |
الجسيمات الهوائية- القطر الديناميكي (مم) |
الصدر دق الكتلة (TPM) (٪) |
الجسيمات الهوائية- القطر الديناميكي (مم) |
قابل للتنفس دق الكتلة (دورة في الدقيقة) (٪) |
الجسيمات الهوائية- القطر الديناميكي (مم) |
الصدر دق الكتلة (TPM) (٪) |
| 0 | 100 | 0 | 100 | 0 | 100 | 0 | 100 |
| 1 | 97 | 2 | 94 | 1 | 97 | 2 | 94 |
| 2 | 94 | 4 | 89 | 2 | 91 | 4 | 89 |
| 5 | 87 | 6 | 80.5 | 3 | 74 | 6 | 81.2 |
| 10 | 77 | 8 | 67 | 4 | 50 | 8 | 69.7 |
| 20 | 65 | 10 | 50 | 5 | 30 | 10 | 55.1 |
| 30 | 58 | 12 | 35 | 6 | 17 | 12 | 37.1 |
| 40 | 54.5 | 14 | 23 | 7 | 9 | 14 | 15.9 |
| 50 | 52.5 | 16 | 15 | 8 | 5 | 16 | 0 |
| 100 | 50 | 18 | 9.5 | 10 | 1 | ||
| 20 | 6 | ||||||
| 25 | 2 | ||||||
يُعرف معيار وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA 1987) لتركيز جزيئات الهواء المحيط باسم PM10، أي الجسيمات التي يقل قطرها الديناميكي الهوائي عن 10 مم. يحتوي على معيار مدخل أخذ العينات مشابه (مكافئ وظيفيًا) لـ TPM ولكن ، كما هو موضح في الجدول 2 ، مواصفات عددية مختلفة إلى حد ما.
ملوثات الهواء
يمكن أن تنتشر الملوثات في الهواء عند درجات الحرارة المحيطة العادية والضغوط في أشكال غازية وسائلة وصلبة. الأخيران يمثلان معلقات الجسيمات في الهواء وتم إعطاؤهما المصطلح العام الهباء الجوي بواسطة Gibbs (1924) على أساس القياس على المصطلح محلول مائي ، تستخدم لوصف الأنظمة المشتتة في الماء. تشكل الغازات والأبخرة ، الموجودة كجزيئات منفصلة ، حلولًا حقيقية في الهواء. تميل الجسيمات التي تتكون من مواد ذات ضغط بخار متوسط إلى مرتفع إلى التبخر بسرعة ، لأن الجسيمات الصغيرة بما يكفي لتظل معلقة في الهواء لأكثر من بضع دقائق (أي تلك الأصغر من حوالي 10 مم) لها نسب سطح إلى حجم كبيرة. يمكن أن تحتوي بعض المواد ذات ضغط بخار منخفض نسبيًا على كسور ملحوظة في كل من شكلي البخار والهباء الجوي في وقت واحد.
الغازات والأبخرة
بمجرد أن تتشتت في الهواء ، تشكل الغازات والأبخرة الملوثة عمومًا مخاليط مخففة بحيث لا يمكن تمييز خصائصها الفيزيائية (مثل الكثافة واللزوجة والمحتوى الحراري وما إلى ذلك) عن خصائص الهواء النظيف. يمكن اعتبار هذه المخاليط على أنها تتبع علاقات قانون الغاز المثالي. لا يوجد فرق عملي بين الغاز والبخار فيما عدا أن الأخير يعتبر بشكل عام الطور الغازي لمادة يمكن أن توجد كمادة صلبة أو سائلة في درجة حرارة الغرفة. أثناء انتشاره في الهواء ، تكون جميع جزيئات مركب معين مكافئة أساسًا في حجمها واحتمالات الالتقاط بواسطة الأسطح المحيطة وأسطح الجهاز التنفسي ومجمعات الملوثات أو أجهزة أخذ العينات.
الهباء الجوي
الأيروسولات ، كونها مشتتات للجسيمات الصلبة أو السائلة في الهواء ، لها متغير إضافي مهم للغاية لحجم الجسيمات. يؤثر الحجم على حركة الجسيمات ، وبالتالي ، احتمالات الظواهر الفيزيائية مثل التخثر ، والتشتت ، والترسب ، والانحشار على الأسطح ، والظواهر البينية ، وخصائص تشتت الضوء. لا يمكن وصف جسيم معين بمعامل حجم واحد. على سبيل المثال ، تعتمد الخصائص الديناميكية الهوائية للجسيم على الكثافة والشكل وكذلك الأبعاد الخطية ، ويعتمد الحجم الفعال لتشتت الضوء على معامل الانكسار والشكل.
في بعض الحالات الخاصة ، تكون جميع الجسيمات متماثلة في الحجم. تعتبر هذه الهباء الجوي أحادي التشتت. ومن الأمثلة على ذلك حبوب اللقاح الطبيعية وبعض الهباء الجوي الناتج عن المختبر. بشكل أكثر شيوعًا ، تتكون الهباء الجوي من جزيئات ذات أحجام مختلفة ، ومن ثم يطلق عليها اسم متباين أو متعدد التشتت. الأيروسولات المختلفة لها درجات مختلفة من تشتت الحجم. لذلك ، من الضروري تحديد معلمتين على الأقل في توصيف حجم الهباء الجوي: مقياس الاتجاه المركزي ، مثل المتوسط أو الوسيط ، وقياس التشتت ، مثل الانحراف المعياري الحسابي أو الهندسي.
عادة ما يكون للجسيمات المتولدة من مصدر أو عملية واحدة أقطار تتبع التوزيع اللوغاريتمي العادي ؛ أي أن لوغاريتمات أقطارها الفردية لها توزيع غاوسي. في هذه الحالة ، يكون مقياس التشتت هو الانحراف المعياري الهندسي ، وهو نسبة الحجم المئوي 84.1 إلى الحجم المئوي الخمسين. عندما يكون هناك أكثر من مصدر واحد للجسيمات ، فإن الهباء المختلط الناتج لن يتبع عادةً توزيعًا لوغاريتميًا عاديًا واحدًا ، وقد يكون من الضروري وصفه بمجموع التوزيعات المتعددة.
خصائص الجسيمات
هناك العديد من الخصائص للجزيئات بخلاف حجمها الخطي التي يمكن أن تؤثر بشكل كبير على سلوكها الجوي وتأثيراتها على البيئة والصحة. وتشمل هذه:
السطح. بالنسبة للجسيمات الكروية ، يختلف السطح حسب مربع القطر. ومع ذلك ، بالنسبة للهباء الجوي بتركيز كتلة معين ، يزداد إجمالي سطح الهباء مع تناقص حجم الجسيمات. بالنسبة للجسيمات غير الكروية أو المجمعة ، وللجسيمات ذات الشقوق أو المسام الداخلية ، يمكن أن تكون نسبة السطح إلى الحجم أكبر بكثير من النسبة في الكرات.
حجم. يختلف حجم الجسيمات حسب مكعب القطر ؛ لذلك ، تميل الجسيمات القليلة الأكبر في الهباء الجوي إلى السيطرة على تركيز حجمه (أو كتلته).
شكل. يؤثر شكل الجسيم على السحب الديناميكي الهوائي وكذلك مساحة سطحه وبالتالي احتمالات حركته وترسبه.
كثافة. سرعة الجسيم استجابة لقوى الجاذبية أو القصور الذاتي تزداد بزيادة الجذر التربيعي لكثافته.
القطر الأيروديناميكي. قطر كرة وحدة الكثافة التي لها نفس سرعة الاستقرار النهائية مثل الجسيم قيد الدراسة تساوي قطرها الديناميكي الهوائي. سرعة الاستقرار النهائية هي سرعة التوازن للجسيم الذي يقع تحت تأثير الجاذبية ومقاومة السوائل. يتم تحديد القطر الديناميكي الهوائي من خلال حجم الجسيمات الفعلي ، وكثافة الجسيمات وعامل الشكل الديناميكي الهوائي.
أنواع الهباء الجوي
يتم تصنيف الهباء بشكل عام من حيث عمليات تكوينها. على الرغم من أن التصنيف التالي ليس دقيقًا ولا شاملًا ، إلا أنه شائع الاستخدام والمقبول في مجالات الصحة الصناعية وتلوث الهواء.
غبار. الهباء الجوي يتكون من التقسيم الميكانيكي للمواد السائبة إلى غرامات محمولة جواً لها نفس التركيب الكيميائي. تكون جزيئات الغبار بشكل عام صلبة وغير منتظمة الشكل وأقطارها أكبر من 1 مم.
دخان. هباء من الجسيمات الصلبة يتكون من تكثيف الأبخرة المتكونة من الاحتراق أو التسامي في درجات حرارة مرتفعة. تكون الجسيمات الأولية صغيرة جدًا بشكل عام (أقل من 0.1 مم) ولها أشكال بلورية كروية أو مميزة. قد تكون متطابقة كيميائيًا مع المادة الأم ، أو قد تتكون من منتج أكسدة مثل أكسيد الفلز. نظرًا لأنها قد تتشكل بتركيزات عالية العدد ، فإنها غالبًا ما تتخثر بسرعة ، وتشكل مجموعات مجمعة ذات كثافة إجمالية منخفضة.
دخان. الهباء الجوي يتكون من تكثيف منتجات الاحتراق ، بشكل عام من المواد العضوية. تكون الجسيمات بشكل عام عبارة عن قطرات سائلة بأقطار أقل من 0.5 مم.
ضباب. رذاذ قطري يتكون عن طريق القص الميكانيكي لسائل سائب ، على سبيل المثال ، عن طريق الانحلال ، أو البخاخات ، أو الفقاعات ، أو الرش. يمكن أن يغطي حجم القطرة نطاقًا كبيرًا جدًا ، عادةً من حوالي 2 مم إلى أكبر من 50 مم.
الضباب. هباء مائي يتكون من تكثيف بخار الماء على نوى الغلاف الجوي عند رطوبة نسبية عالية. أحجام القطرات أكبر بشكل عام من 1 مم.
الضباب الدخاني مصطلح شائع لوصف الهباء الجوي الملوث المشتق من مزيج من الدخان والضباب. يستخدم الآن بشكل شائع لأي خليط تلوث جوي.
الضباب. رذاذ من جزيئات استرطابية بحجم ميكرومتر صغير يمتص بخار الماء في رطوبة نسبية منخفضة نسبيًا.
أيتكين أو نوى التكثيف (CN). جسيمات صغيرة جدًا في الغلاف الجوي (غالبًا أصغر من 0.1 مم) تتكون من عمليات الاحتراق والتحويل الكيميائي من السلائف الغازية.
وضع التراكم. مصطلح يطلق على الجسيمات في الغلاف الجوي المحيط يتراوح قطرها من 0.1 إلى حوالي 1.0 مم. تكون هذه الجسيمات بشكل عام كروية (لها أسطح سائلة) ، وتتشكل عن طريق التخثر والتكثيف لجزيئات أصغر تنبع من السلائف الغازية. نظرًا لكونها كبيرة جدًا بالنسبة للتخثر السريع وصغيرة جدًا بالنسبة للترسيب الفعال ، فإنها تميل إلى التراكم في الهواء المحيط.
وضع الجسيمات الخشنة. جسيمات الهواء المحيط التي يزيد قطرها الديناميكي الهوائي عن 2.5 مم وتتشكل بشكل عام عن طريق العمليات الميكانيكية وإعادة تعليق الغبار السطحي.
الاستجابات البيولوجية للجهاز التنفسي لملوثات الهواء
تتراوح الاستجابات لملوثات الهواء من الإزعاج إلى نخر الأنسجة والموت ، ومن التأثيرات الجهازية المعممة إلى الهجمات النوعية للغاية على الأنسجة المفردة. تعمل العوامل المضيفة والبيئية على تعديل تأثيرات المواد الكيميائية المستنشقة ، والاستجابة النهائية هي نتيجة تفاعلها. عوامل المضيف الرئيسية هي:
- العمر - على سبيل المثال ، كبار السن ، وخاصة أولئك الذين يعانون من قصور مزمن في وظائف القلب والأوعية الدموية والجهاز التنفسي ، والذين قد لا يكونون قادرين على التعامل مع ضغوط رئوية إضافية
- الحالة الصحية - على سبيل المثال ، مرض متزامن أو خلل وظيفي
- الحالة التغذوية
- الحالة المناعية
- الجنس والعوامل الوراثية الأخرى - على سبيل المثال ، الاختلافات المرتبطة بالإنزيم في آليات التحول الأحيائي ، مثل مسارات التمثيل الغذائي الناقصة ، وعدم القدرة على تصنيع بعض إنزيمات إزالة السموم
- الحالة النفسية - على سبيل المثال ، التوتر والقلق و
- العوامل الثقافية - على سبيل المثال ، تدخين السجائر ، والتي قد تؤثر على الدفاعات الطبيعية ، أو قد تزيد من تأثير المواد الكيميائية الأخرى.
تشمل العوامل البيئية التركيز والثبات والخصائص الفيزيائية والكيميائية للعامل في بيئة التعرض ومدة وتكرار وطريقة التعرض. قد يؤدي التعرض الحاد والمزمن لمادة كيميائية إلى مظاهر مرضية مختلفة.
يمكن لأي عضو أن يستجيب بعدد محدود فقط من الطرق ، وهناك العديد من العلامات التشخيصية للأمراض الناتجة. تناقش الأقسام التالية الأنواع الواسعة من استجابات الجهاز التنفسي التي قد تحدث بعد التعرض للملوثات البيئية.
استجابة مزعجة
تنتج المهيجات نمطًا من التهاب الأنسجة المعمم وغير النوعي ، وقد ينتج عن التدمير في منطقة ملامسة الملوثات. لا تنتج بعض المهيجات أي تأثير جهازي لأن الاستجابة المهيجة أكبر بكثير من أي تأثير جهازي ، في حين أن البعض الآخر له أيضًا تأثيرات جهازية كبيرة بعد الامتصاص - على سبيل المثال ، كبريتيد الهيدروجين الذي يتم امتصاصه عبر الرئتين.
في حالة التركيزات العالية ، قد تسبب المهيجات إحساسًا بالحرقان في الأنف والحلق (وعادة أيضًا في العينين) ، وألمًا في الصدر وسعالًا ينتج عنه التهاب الغشاء المخاطي (التهاب القصبات والتهاب الشعب الهوائية). ومن أمثلة المهيجات الغازات مثل الكلور والفلور وثاني أكسيد الكبريت والفوسجين وأكاسيد النيتروجين ؛ ضباب من الأحماض أو القلويات ؛ أبخرة الكادميوم. غبار كلوريد الزنك وخامس أكسيد الفاناديوم. قد تخترق أيضًا التركيزات العالية من المهيجات الكيميائية عمق الرئتين وتسبب وذمة الرئة (تمتلئ الحويصلات بالسائل) أو التهاب (التهاب رئوي كيميائي).
يمكن أن تؤدي التركيزات المرتفعة من الغبار التي لا تحتوي على خصائص تهيج كيميائية إلى تهيج القصبات بشكل ميكانيكي ، وقد تساهم أيضًا في الإصابة بسرطان المعدة والقولون بعد دخولها الجهاز الهضمي.
قد يؤدي التعرض للمهيجات إلى الوفاة إذا تعرضت الأعضاء الحرجة لأضرار بالغة. من ناحية أخرى ، قد يكون الضرر قابلاً للعكس ، أو قد يؤدي إلى فقدان دائم لدرجة معينة من الوظيفة ، مثل ضعف قدرة تبادل الغاز.
الاستجابة الليفية
وهناك عدد من الغبار يؤدي إلى تطور مجموعة من أمراض الرئة المزمنة يطلق عليها التهاب الرئة. يشمل هذا المصطلح العام العديد من حالات التليف في الرئة ، أي الأمراض التي تتميز بتكوين ندبة في النسيج الضام الخلالي. تنجم الغدد الرئوية عن الاستنشاق والاحتفاظ الانتقائي اللاحق ببعض الغبار في الحويصلات الهوائية ، والتي تخضع منها للحبس الخلالي.
تتميز Pneumoconioses بآفات تليفية معينة ، والتي تختلف في النوع والنمط وفقًا للغبار المتضمن. على سبيل المثال ، يتميز السُحار السيليسي ، الناجم عن ترسب السيليكا الخالية من البلورات ، بنوع عقدي من التليف ، بينما يوجد تليف منتشر في تليف الأسبست ، بسبب التعرض لألياف الأسبست. تنتج بعض أنواع الغبار ، مثل أكسيد الحديد ، أشعة متغيرة فقط (داء الحموضة) مع عدم وجود خلل وظيفي ، بينما تتراوح آثار غبار أخرى من الحد الأدنى من الإعاقة إلى الموت.
استجابة الحساسية
تتضمن ردود الفعل التحسسية الظاهرة المعروفة باسم التحسس. ينتج عن التعرض الأولي لمسببات الحساسية تحريض تكوين الأجسام المضادة ؛ ينتج عن التعرض اللاحق للفرد "الحساس" الآن استجابة مناعية - أي تفاعل الجسم المضاد - المستضد (المستضد هو المادة المسببة للحساسية بالاشتراك مع البروتين الداخلي). قد يحدث رد الفعل المناعي هذا فور التعرض لمسببات الحساسية ، أو قد يكون رد فعل متأخر.
ردود الفعل التحسسية التنفسية الأولية هي الربو القصبي ، والتفاعلات في الجهاز التنفسي العلوي والتي تنطوي على إفراز الهيستامين أو الوسطاء الشبيه بالهيستامين بعد تفاعلات المناعة في الغشاء المخاطي ، ونوع من الالتهاب الرئوي (التهاب الرئة) المعروف باسم التهاب الأسناخ التحسسي الخارجي. بالإضافة إلى هذه التفاعلات الموضعية ، قد يحدث رد فعل تحسسي جهازي (صدمة تأقية) بعد التعرض لبعض المواد الكيميائية المسببة للحساسية.
الاستجابة المعدية
يمكن أن تسبب العوامل المعدية السل ، والجمرة الخبيثة ، وداء الطيور ، وداء البروسيلات ، وداء النوسجات ، ومرض الفيالقة وما إلى ذلك.
الاستجابة المسببة للسرطان
السرطان مصطلح عام لمجموعة من الأمراض ذات الصلة التي تتميز بالنمو غير المنضبط للأنسجة. تطورها يرجع إلى عملية معقدة للتفاعل بين عوامل متعددة في المضيف والبيئة.
واحدة من الصعوبات الكبيرة في محاولة ربط التعرض لعامل معين بتطور السرطان لدى البشر هي الفترة الطويلة الكامنة ، عادة من 15 إلى 40 سنة ، بين بداية التعرض ومظاهر المرض.
من أمثلة ملوثات الهواء التي يمكن أن تسبب سرطان الرئة الزرنيخ ومركباته ، والكرومات ، والسيليكا ، والجزيئات التي تحتوي على الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات وبعض الغبار الحامل للنيكل. يمكن أن تسبب ألياف الأسبستوس سرطان الشعب الهوائية وورم الظهارة المتوسطة في غشاء الجنب والصفاق. قد تعرض الجسيمات المشعة المترسبة أنسجة الرئة لجرعات محلية عالية من الإشعاع المؤين وقد تكون سببًا للسرطان.
استجابة منهجية
تنتج العديد من المواد الكيميائية البيئية مرضًا جهازيًا عامًا بسبب تأثيرها على عدد من المواقع المستهدفة. الرئتين ليست فقط الهدف للعديد من العوامل الضارة ولكن موقع دخول المواد السامة التي تمر عبر الرئتين إلى مجرى الدم دون أي ضرر للرئتين. ومع ذلك ، عندما يتم توزيعها عن طريق الدورة الدموية على أعضاء مختلفة ، فإنها يمكن أن تتلفها أو تسبب تسممًا عامًا ولها تأثيرات جهازية. دور الرئتين في علم الأمراض المهنية ليس موضوع هذا المقال. ومع ذلك ، يجب ذكر تأثير الجسيمات المتناثرة بدقة (الأبخرة) للعديد من أكاسيد المعادن التي ترتبط غالبًا بمتلازمة جهازية حادة تعرف باسم حمى الدخان المعدني.