Simulação de deposição pulmonar de partículas finas e ultrafinas: uma avaliação da exposição à saúde humana em diferentes ambientes

Abstract

Os poluentes atmosféricos são uma mistura complexa de gases tóxicos e material particulado (MP), quando inalados os compostos orgânicos e as espécies metálicas associadas ao MP podem causar sérios danos à saúde humana. Nesse contexto, o objetivo desta pesquisa foi simular a deposição pulmonar de partículas finas e ultrafinas oriundas de diferentes fontes de poluição atmosférica. Foram selecionados 4 diferentes sítios para avaliar a deposição pulmonar das partículas geradas nos ambientes. Em três sítios, a distribuição de tamanho e número das partículas (no intervalo de diâmetro aerodinâmico de 10 a 289 nm) foram obtidas ao ar livre durante três períodos de amostragem (9h, 13h e 17h). Em um quarto sítio, a coleta foi realizada na faixa de 10 a 420 nm de diâmetro aerodinâmico em ambiente um controlado (exaustão de motor diesel montado sobre dinamômetro de bancada). A simulação da exposição de indivíduos ao MP foi realizada através do modelo computacional Multiple-Path Particle Model que utiliza algoritmos para calcular a deposição e a eliminação de aerossóis monodispersos e polidispersos no trato respiratório de animais ou de seres humanos. Foi possível observar que o sitio com alto fluxo de veículos pesados apontou a maior concentração de partículas entre os diâmetros de 85 a 103 nm. A simulação computacional da deposição pulmonar possibilitou indicar os principais diâmetros aerodinâmicos capazes de alcançar regiões onde ocorrem a hematose pulmonar. Em seguida, o trabalho simulou a deposição pulmonar de indivíduos adultos expostos à cada diferente tipo de ambiente durante 10 anos. Os resultados da simulação mostraram uma deposição no trato respiratório humano de 20 vezes maior para o diâmetro de 85 nm e de 28 vezes maior para o diâmetro 113 nm em relação ao sítio mais poluente (ambiente confinado com alta circulação de veículos diesel) com os menos poluentes (ambientes abertos com baixa circulação de veículos). Portanto, o experimento mostra uma relevante dissimilaridade na inalação/deposição de partículas finas e ultrafinas entre indivíduos de cada sítio e aponta o porquê desses poluentes serem tão danosos à saúde humana.

ABSTRACT:

Air pollutants are a complex mixture of toxic gases and particulate matter (PM), when inhaled organic compounds and metal species associated with PM can cause serious damage to human health. In this context, the objective of this research was to simulate the pulmonary deposition of fine and ultrafine particles from different sources of air pollution. Four different sites were selected to evaluate the pulmonary deposition of the particles generated in the environments. At three sites, the particle size and number distribution (in the aerodynamic diameter range from 10 to 289 nm) were obtained outdoors during three sampling periods (9h, 13h, and 17h). In a fourth site, the collection was performed in the range of 10 to 420 nm aerodynamic diameter in a controlled environment (diesel engine exhaust mounted on bench dynamometer). The simulation of the exposure of individuals to PM was performed using the Multiple-Path Particle Model computational model that uses algorithms to calculate the deposition and elimination of monodisperse and polydisperse aerosols in the respiratory tract of animals or humans. It was possible to observe that the site with high flow of heavy vehicles indicated the highest concentration of particles between the diameters of 85 to 103 nm. The computational simulation of pulmonary deposition made it possible to indicate the main aerodynamic diameters capable of reaching regions where pulmonary hematose occurs. The study then simulated lung deposition of adult individuals exposed to each different type of environment for 10 years. The simulation results showed a 20-fold greater deposition in the human respiratory tract for the diameter of 85 nm and 28-fold greater for the diameter 113 nm in relation to the most polluting site (confined environment with high circulation of diesel vehicles) with less pollutants (open environments with low vehicle traffic). Therefore, the experiment shows a relevant dissimilarity in the inhalation / deposition of fine and ultrafine particles between individuals of each site and points out the reason why these pollutants are so harmful to human health.