Déri Miksa program
A sztochasztikus aeroszol depozíciós tüdőmodell
A sztochasztikus tüdőmodell ellentétben a többi aeroszol depozíciós modellel nem a tüdő bonyolult geometriáját jellemző erősen egyszerűsített átlagértékekkel számol, hanem a létező legpontosabb és legrészletesebb tüdőmorfológiai kísérleti adatbázis (Lovelace data) statisztikus analízise révén nyert eloszlásokból Monte Carlo technikával sorsol geometriai értékeket. A belélegzett részecskék útvonalát úgy követi, hogy ha a részecske egy légúti elágazáshoz ér, akkor előre meghatározott empirikus függvényekből szelektálja a következő leányágak hossz, átmérő, elágazási- és gravitációs szög értékeit, az acináris részben, pedig az alveolusba belépés valószínűségét is és az acinaris generációk számát is. A felső légutakban, irodalmi kísérleti adatokra épülő empirikus formulák alapján határozza meg a kiülepedés valószínűségét. A modell mind a három, a légzőrendszerben alapvetően uralkodó kiülepedési mechanizmust figyelembe veszi. Ezek a gravitációs ülepedés, az impakció és a Brown diffúzió. A kiülepedett részecskék tüdőből történő tisztulását (clearance) is szimulálja. Ezenkívül különböző skálázási technikák révén tetszőleges korú gyermek, nő, vagy férfi tüdejére is képes számolni. Az újabb fejlesztéseknek köszönhetően a program depozíció-sűrűséget, azaz az egységnyi felületre kiülepedett részecske mennyiséget is képes meghatározni. A szoftver a teljes, a regionális és a légúti generációszám szerinti kiülepedés és tisztulás jellemzésére alkalmas.
 
 
1. ábra: A sztochasztikus tüdőmodell szerkezeti felépítése

Az utóbbi évek fejlesztéseinek köszönhetően számos további egyedi specifikuma van e modellnek:
- asztmás, bronchitiszes, emphysémás, COPD-s betegségekben szenvedők légúti aeroszol depozíciójának leírása,
- a részecskeméret időbeli változásának figyelembe vétele higroszkopikus és párolgó részecskék légúti viselkedésének jellemzésére,
- szál alakú részecskék esetén az elfogás (interception) és az ekvivalens átmérők modellezése révén mód van ilyen tulajdonságú légúti szennyezők légúti kiülepedésének modellezésére is.
A modell néhány fontosabb bemeneti értéke a következő:
1. A személyre vonatkozó adatok:
   • FRC, funkcionális maradék kapacitás: normál kilégzés után a légzőrendszerben rekedt levegő térfogata,
   • Légzési térfogat: egy légzéssel belélegzett levegő mennyisége,
   • a be- és kilégzés, valamint a köztük lévő esetleges légzési szünetek időtartamai,
   • orr-, száj vagy vegyes légzés,
   • skálázási faktorok: ha a légzőrendszer mérete az átlagostól eltér, pl. gyermekek esetén,
   • légzőrendszeri betegségeknél a betegség adott paraméterei.
2. A belélegzett aeroszolra vonatkozó adatok:
   • részecskeméret vagy annak eloszlása mono- illetve polidiszperz aeroszol esetén,
   • a belélegzett aeroszol sűrűsége,
   • szál alakú részecskéknél a szál hossza és átmérője,
   • méretváltozás esetén a higroszkopicitás vagy párolgás néhány jellemzője,
   • belélegzett részecskeszám.
Magyarországon egyéb tüdőmodellről nincs tudomásunk. A világon meglévő hasonló célú modellek legtöbbje jóval egyszerűbb és nem képesek a légutak aszimmetriáját figyelembe venni. (pl. ICRP, NCRP tüdőmodellek, ICRP = International Commission on Radiological Protection, NCRP = National Radiation Protection Board). Ezek erősen egyszerűsített légúti geometrián dolgoznak, ún. rekesz (compartment) modellek, és a légutak egy-egy karakterisztikus régiójára csak egy-egy átlagértéket képesek megadni. Tíz éve jelent meg Amerikában a „Több Útvonalú Részecske-depozíciós Tüdőmodell” (= Multiple Path Particle Deposition Lung Model), majd ennek továbbfejlesztett változata a „Korfüggő Több Útvonalú Részecske-depozíciós Tüdőmodell” (= Age-Related Multiple Path Particle Deposition Lung Model). Tudomásunk szerint ez a mi modellünk egyetlen versenytársa. Számos elemet átvett a mi modellünkből, főként a tracheobronchialis részt illetően, de még mindig jóval egyszerűbb, mint a mi leírásmódunk, pl. nem képes a tisztulást, a depozíció sűrűséget, a változó részecskeméretet, vagy a beteg tüdőt jellemezni.Légúti betegségeket is modellező egész légzőrendszeri aeroszol depozíciós tüdőmodell, az itt kifejlesztetten kívül, tudomásunk szerint nincs, sem az akadémiai szférában, sem a piacon.
A létrehozott egész légzőrendszeri numerikus modell felhasználásával egyedülálló módon elemezhető a káros aeroszolok légzőrendszeri kiülepedésének és tisztulásának mértéke és légzőrendszeri eloszlása, valamint optimalizálható a különböző formában alkalmazható aeroszol gyógyszerek bevételi módja, mind egészséges emberen, mind asztmás, bronchitiszes, COPD-s és emphysémás betegen, akár felnőtt, akár különböző korú gyermekek eseteiben.
A sztochasztikus aeroszol depozíciós tüdőmodellt több mint 300, zömében nemzetközi publikáció fémjelzi.
 
Példaként néhány számítási eredmény:

2. ábra: Teljeslégzőrendszeri, felsőlégúti, bronchiális és acináris depozíciós frakció értékek a részecskeméret függvényében az egész inhalábilis részecskeméret-tartományban orrlégzés mellett ülő pozíciónak megfelelő légzési módnál egészséges felnőtt nő esetében.
 
3. ábra: Teljeslégzőrendszeri, felsőlégúti, bronchiális és acináris depozíciós frakció értékek a részecskeméret függvényében az egész inhalábilis részecskeméret-tartományban szájlégzés mellett egyébként ülő pozíciónak megfelelő légzési módnál egészséges felnőtt nő esetében.
 
 
4. ábra: A légúti generációszám szerinti bronchiális és acináris depozíció eloszlás 10 nm éd 1 μm aerodinamikai átmérőjű részecskéknél.