deposition and clearance of inhaled particles

7/18/2019 Deposition and Clearance of Inhaled Particles

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E n v i r o n m e n t a l H e a l t h

P e r s p e c t i v e s

V o l .

5 5 ,

p p . 3 6 9 - 3 9 0 ,

1 9 8 4

D e p o s i t i o n

a n d

C l e a r a n c e

o f

I n h a l e d

P a r t i c l e s

b y B r u c e 0 . S t u a r t *

T h e o r e t i c a l

m o d e l s

o f

r e s p i r a t o r y t r a c t

d e p o s i t i o n o f i nh a l ed

p a r t i c l e s

a r e

c o m p a r e d t o e x p e r i m e n t a l

s t u d i e s

o f

d e p o s i t i o n p a t t e r n s

i n

h u m a n s a n d

a n i m a l s ,

a s

g o v e r n e d

p r i n c i p a l l y b y p a r t i c l e

s i z e ,

d e n s i t y ,

r e s p i r a t o r y r a t e

a n d f l o w

p a r am e t e rs . V a ri o us

m o d e l s

o f i nh al ed p a r t i c l e

d e p o s i t i o n

make

u s e

o f

a p p r o x i m a t i o n s

o f

t h e

r e s p i r a t o r y

t r a c t

t o

p r e d i c t

f r a c t i o n a l d e p o s i t i o n c a u s e d b y

f u n d a m e n t a l

p h y s i c a l

p r o c e s s e s o f p a r t i c l e i m p a c t i o n , s e d i m e n ta t i o n,

a n d

d i f f u s i o n .

T h e s e

m o d e l s f o r b o t h t o t a l d e p o s i t i o n

a n d

r e g i o n a l ( n a s o p h a r y n g e a l , t r a c h e o b r o n c h i a l , a n d p u l m o n a r y ) d e p o s i t i o n

a r e

c o m p a r e d

w i t h

e a r l y a n d

r e c e n t e x p e r i m e n t a l

s t u d i e s .

R e a s o n a b l e

c o r r e l a t i o n h a s b e e n

o b t a i n e d

b e t w e e n

t h e o r e t i c a l

a n d

e x p e r i m e n -

t a l

s t u d i e s , b u t

t h e

b e h a v i o r

i n t h e

r e s p i r a t o r y t r a c t o f

v e r y f i n e

( <

0 . 1

, u m ) p a r t i c l e s

r e q u i r e s

f u r t h e r

i n v e s t i g a t i o n . P r o p e r t i e s

o f

p a r t i c l e

s h a p e , c h a r g e

a n d h y g r o s c o p i c i t y a s w e l l

a s t h e

d e g r e e

o f


t r a c t

p a t h o l o g y

a l s o

i n f l u e n c e d e p o s i t i o n

p a t t e r n s ;

d e f i n i t i v e

e x p e r i m e n t a l

w o r k

i s n e e d e d

i n

t h e s e

a r e a s .

T h e i n f l u e n c e

u p o n

d e p o s it i on p a t te r ns o f

d y n a m i c

a l t e r a t i o n s

i n

i n s p i r a t o r y

f l o w

p r o f i l e s

c a u s e d

b y a

v a r i e t y

o f b r ea t hi n g p a t t e r n s a l s o

r e q u i r e s

f u r t h e r s t u d y ,

a n d t h e

u s e

o f

d i f f e r i n g

v e n t i l a t i o n t e c h n i q u e s

w i t h

s e l e c t e d

i n h a l e d p a r t i c l e s i z e s h o l d s p r o m i s e i n d ia g no s i s o f r e s p i r a t o r y t r a c t d i s e a s e s . M e c h a n i s m s o f

c o n d u c t i n g a i r w a y a n d a l v e o l a r c l e a r a n c e p r o c e s s e s i n v o l v i n g t h e

p u l m o n a r y

m a c r o p h a g e , m u c o c i l i a r y

c l e a r a n c e , d i s s o l u t i o n , t r a n s p o r t

t o

s y s t e m i c

c i r c u l a t i o n ,

a n d

t r a n s l o c a t i o n

v i a r e g i o n a l l y m p h a t i c v e s s e l s

a r e d i s c u s s e d .

I n t r o d u c t i o n

Human

p o p u l a t i o n s

h a v e o f t e n e n c o u n t e r e d i n h a l a -

t i o n

exposures

t o

c l o u d s o f

a i r b o r n e

p a r t i c l e s

c a u s e d

b y

n a t u r a l

p h e n o m e n a ,

i n c l u d i n g

f o r e s t

f i r e s

a n d

v o l c a n i c

e r u p t i o n s .

T h e s e

exposures may

b e

h a z a r d o u s

or

f a t a l ,

d e p e n d i n g

on

a i r

c o n c e n t r a t i o n ,

p a r t i c l e

s i z e ,

a n d

c o m p o s i t i o n

o f

s u s p e n d e d m a t e r i a l s ,

as

r e p o r t e d

i n

t h e

r e c e n t M t . S t .

H e l e n ' s

e r u p t i o n ( 1 ) . H o w e v e r ,

f o r

t h o u s a n d s

o f

years

man

h a s

a l s o b e e n

c r e a t i n g

h i s own

h a z a r d o u s

a e r o s o l s

w h i l e

m i n i n g

or

r o a s t i n g

m e t a l

ores

t o

m a k e t o o l s

a n d

weapons,

a s w e l l a s

i n

t h e e x t r a c t i o n

a n d use o f f o s s i l

f u e l s .

I n s i x t ee nt h

c e n t u r y

E u r o p e ,

a

c o r r o s i v e

c a d m i a

( a r s e n i c a l c o b a l t )

was d e s c r i b e d t h a t

d e s t r o y e d

m i n e r s '

l u n g s

( 2 ) .

D r i n k e r a n d H a t c h

( 3 )

h a v e

s h o w n t h a t t h e occurrence

o f

c h r o n i c


d i s -

e ases i n c r e a s e d

g r e a t l y

a s a

consequence

o f

t h e c o n t i n u -

i n g

s e a r c h

f o r

m e t a l

o r e s , p a r t i c u l a r l y d u r i n g

t h e l a s t

3 0 0

y e a r s . L u d w i g

a n d

L o r e n s e r

( 4 )

h a v e

d e s c r i b e d a

h i g h

i n c i d e n c e

o f l e t h a l

B e r g k r a n kh e i t

t ha t e x i s te d

f o r

c e n t u r i e s

among

miners o f

S a x o n y

a n d

J o a c h i m s t h a l ,

c a u s e d

p r i n c i p a l l y b y

i n h a l e d m e t a l or e

d u s t s a n d

a i r b o r n e

r a d i o a c t i v i t y

a t t a c h e d t o

d u s t

p a r t i c l e s .

I n

1 9 1 6 ,

W a t k i n s - P i t c h f o r d

a n d M o i r

( 5 )

r e c o g n i z e d

t h e

i m p o r t a n c e

o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s i z e , f i n d i n g

80

o f

t h e

p a r t i c l e s

i n

s i l i c o t i c

human

l u n g s

t o

b e

<

2

, u m

i n

d i a m e t e r .

H a t c h

a n d

G r o s s ( 6 ) r e p o r t

t h a t

i n h a l a t i o n

exposure

t o a e r o s ol s o f f i n e

( <

0 . 6

, u m )

z i n c o x i d e

* I b x i c

H a z a r d s

D i v i s i o n ,

A i r

F o r c e

A e r o s p a c e

M e d i c a l R e s e a r c h

L a b o r a t o r y ,

A r e a

B , W r i g h t

P a t t e r s o n

A i r

F o r c e

B a s e

OH

4 5 4 3 3

p a r t i c l e s c a n

c a u s e

m e t a l - f u m e f e v e r ,

b u t

e x p o s u r e

t o

s i m i l a r

a i r

c o n c e n t r a t i o n s

o f

z i n c

o x i d e

d e r i v e d f r o m

c o a r s e b u l k

m a t e r i a l

i s

n o t t o x i c .

M e a s u r e m e n t

o f

t h e

c o n c e n t r a t i o n o f a i r b o r n e c o n t a m i n a n t p a r t i c l e s

a n d t h e

t o t a l

i n h a l e d

a i r

v o l u m e

w a s f o u n d

t o

b e i n s u f f i c i e n t t o

p r e d i c t

t h e

p a t h o l o g i c a l

e f f e c t s

o f i n h a l a t i o n

e x p o s u r e ,

o r

t o

e v a l u a t e

t h e

r e l a t i v e

h a z a r d

o f e x p o s u r e t o a

p a r t i c u l a r

a e r o s o l ,

w h e t h e r d u s t

o r

m i s t . T h e

s i z e

d i s t r i b u t i o n

a n d

d e n s i t y o f a e r o s o l p a r t i c l e s d e t e r m i n e s

t h e i r

d e p t h

o f

p e n e t r a t i o n a s w e l l

a s t h e i r f r a c t i o n a l

d e p o s i t i o n

w i t h i n

t h e


t r a c t , l o c a t i n g

t h e i r

c r i t i c a l

s i t e s o f a c t i o n a n d

t h e i r r e l a t e d c l e a r a n c e o r

t r a n s l o c a t i o n m e c h a n i s m s . T h e

p h y s i o l o g i c a l

p a r a m e t e r s

t h a t a f f e c t

d e p o s i t i o n

o f a e r o s o l s

n e e d f u r t h e r d e f i n i t i o n .

T h e s e

s h o u l d

i n c l u d e

f u r t h e r s t u d i e s

o f

e f f e c t s u p o n

d y n a m i c


f l o w

p r o f i l e s ,

a i r m o v e m e n t

a n d

a i r w a y c o n s t r i c t i o n

c a u s e d b y

e x p o s u r e t o r e a c t i v e

a g e n t s ( 7 ) ,

a n d c h a n g e s c a u s e d

b y i m p a i r m en t

o f

v e n t i l a t i o n

r e s u l t i n g

f r o m

c h r o n i c r e s p i r a t o r y d i s e a s e

( 8 , 9 ) .

H e r e

t h e

t e r m ,

a e r o s o l ,

r e f e r s t o

a

s y s t e m

o f

s o l i d

o r

l i q u i d p a r t i c l e s

o f

s u f f i c i e n t l y

s m a l l d i a m e t e r t o

m a i n t a i n

s t a b i l i t y

a s a s u s p e ns i on

i n

a i r ,

a s d e f i n e d

b y

G r e e n a n d L a n e

( 1 0 ) .

I n

o r d e r t o d e s c r i b e t h e r i s k f r o m i n h a l e d h a z a r d o u s

a e r o s o l s ,

o n e m u s t

k n o w h o w m u c h i s

d e p o s i t e d

i n a

s p e c i f i e d r e g i o n

o f

t h e r e s p i r a t o r y

t r a c t a n d h o w much

r e m a i n s

a f t e r

p h y s i o l o g i c a l

c l e a r a n c e

f r o m t h a t r e g i o n .

T h e

r e m a i n i n g

m a t e r i a l

( i . e . , t h e r e t a i n e d

m a t e r i a l ) i s

t h e

e f f e c t i v e

d o s e o f

a i r c o n t a m i n a n t

t h a t c a n p r o d u c e

a c u t e o r

c h r o n i c

p u l m o n a r y d i s e a s e .

P r e d i c t i v e m o d e l s

a n d


e v a l u a t i o n

o f

t h e

d e p o s i t i o n

o f m a t e -



B .

0 . STUART

w i t h i n

t h e e n t i r e


t r a c t

( t o t a l

d e p o s i t i o n )

r e n e c e s s a r y

i n

t h e

c a s e o f s o l u b l e a e r o s o l s ,

b e c a u s e

c o nt a m i n a n t s c a n r ea c h

t h e b l o o d s t r e a m o r

l y m -

c h a n n e l s

f r o m s e v e r a l r e g i o n s

o f t h e r e s p i r a t o r y

P r e d i c t i v e

m o d e l s

a n d e x p e r i m e n t a l

m e a s u r e -

o f

t h e

r e g i o n a l d e p o s i t i o n

o f

i n s o l u b l e

a e r o s o l s

r e

i m p o r t a n t ,

p a r t i c u l a r l y

f o r

t h o s e

f r a c t i o n s o f a e r o -

t h a t a r e d e p o s i t e d

i n t h e d i s t a l

r e g i o n s

o f

t h e

t r a c t

l o c a t e d

b e y o n d

t h e c i l i a t e d e p i t h e l i u m ,

t h e s e

m a t e r i a l s w i l l

c l e a r

o n l y g r a d u a l l y .

T h e s e

may r e m a i n

a s

p e r s i s t e n t

r e s e r v o i r s o f

i n c o r p o -

c o n t a m i n a n t s ,

a b l e t o c a u s e

c h r o n i c p u l m o n a r y

o r

d i s e a s e .

D e p o s i t i o n

i s t h e

c r u c i a l

f i r s t s t e p

i n

d e t e r m i n i n g

c l e a r a n c e

p r o c e s s e s .

A s

d i s c u s s e d

b y

t h e

G r o u p o n

L u n g

D y n a m i c s

( 1 1 ) ,


c a n b e d e s c r i b e d

i n

t e r m s

o f

t h r e e

c o m p a r t m e n t s

u p o n

t h e c l e a r a n c e

m e c h a n i s m s

a s s o c i a t e d

w i t h

r e g i o n .

I n h a l e d p a r t i c l e s d e p o s i t e d

i n t h e

p o s t e r i o r

w i l l

b e c au g h t u p

i n

m u c u s

a n d c o n v e y e d b y

a c t i o n

t h r o u g h

t h e

n a s o p h a r y n x , a n d

i n t o

h e

g a s t r o i n t e s t i n a l

t r a c t ( 1 2 ) .

A i r b o r n e

p a r t i c l e s

r e a c h -

n g t h e

l a r y n x a n d p a s s i n g t h r o u g h

s u c c e s s i v e g e n e r a -

o f c o n du c ti n g a ir w ay s

t o t h e t e r m i n a l

b r o n c h i o l e s

a l s o

b e d e p o s i t e d u p o n m u c u s

t h a t i s

p r o p e l l e d

b y u n d e r l y i n g

c i l i a f o r

c l e a r a n c e

t o

t h e

g a s t r o -

t r a c t . I n h a l e d

i n s o l u b l e p a r t i c l e s

t h a t

a r e

b e l o w t h e c i l i a t e d

e p i t h e l i u m ,

i . e . ,

o n t h e

o f


b r o n c h i o l e s , a l v e o l a r d u c t s ,

l v e o l a r

s a c s a n d

a l v e o l i ,

w i l l

b e

c l e a r e d

m o r e

s l o w l y

t o

h e


t r a c t ,

o r

w i l l

r e m a i n

w i t h

o n l y

r a d u a l d i s s o l u t i o n

o r r e m o v a l f o l l o w i n g

p h a g o c y t o s i s

y

p u l m o n a r y m a c r o p h a g e s .

h e R e s p i r a t o r y

T r a c t

I n h a l e d

a e r o s o l s may f i r s t e n c o u n t e r

c o a r s e

h a i r s

w i t h i n

t h e

a n t e r i o r

n a r e s

t h a t

w i l l

i m p e d e

o r

i n t e r c e p t

t h e

l a r g e r p a r t i c l e s ,

a n d

w i l l

p r o m o t e

t h e i r

i m p a c t i o n

u p o n

t h e

w a l l s o f t h e a i r w a y s

s h o w n

i n

F i g u r e

1 . T h e

a e r o s o l i s

t h e n

d r a w n

t h r o u g h

t h e

p o s t e r i o r n a r e s ,

b e c o m i n g

w a r m e d a n d

h u m i f i e d

a s i t

p a s s e s

o v e r

f l a t t e n e d

p r o j e c t i o n s

( c o n c h a e ) .

T h e

a e r o s o l

p a r t i c l e s

n e x t

e n t e r t h e n a s o p h a r y n g e a l r e g i o n ,

c h a r a c t e r i z e d

b y

s t r a t i f i e d

s q u a m o u s e p i t h e l i u m ,

w h i c h

e x t e n d s f r o m

t h e

o r a l

p h a r y n x

t o t h e

l a r y n x .

A e r o s o l

f l o w

p a s s e s

t h r o u g h

t h e t r a c h e a

a n d d i v i d e s

i n t o

t h e

r i g h t

a n d

l e f t

b r o n c h i ;

t h e s e

s e p a r a t e

i n t o

s e c o n d a r y

l o b a r

b r a n c h e s a n d

s u b s e g m e n t a l

b r a n c h e s ,

f i n a l l y

d i v i d i n g

i n t o s m a l l e r q u a t e r n a r y b r a n c h e s

n u m -

b e r i n g

m o r e

t h a n

8 0 0 ( 1 3 ) .

T h i s

b r a n c h i n g

e x t e n d s i n t o

s m a l l e r

c o n d u c t i n g a i r w a y s

w h e r e

m u c u s - p r o d u c i n g

g o b l e t

c e l l s

a n d

s e c r e t o r y

g l a n d s

g r a d u a l l y

d i s a p p e a r ,

a n d t h e

e p i t h e l i a l

l i n i n g

b e c o m e s n o n c i l i a t e d

a t t h e l e v e l

o f

t h e t e r m i n a l b r o n c h i o l e s .

T e r m i n a l b r o n c h i o l e s

s e p a -

r a t e i n t o r e s p i r a t o r y b r o n c h i o l e s

t h a t

a r e

n o n c i l i a t e d

a n d n u m b e r

n e a r l y 1 5 0 , 0 0 0

( 1 4 ) .

R e s p i r a t o r y

b r o n c h i -

o l e s d i v i d e i n t o

a l v e o l a r d u c t s t h a t

a r e a l m o s t

e n t i r e l y

l i n e d w i t h

a l v e o l i ;

t h e r e a r e a b o u t

2 6

m i l l i o n o f

t h e s e

O L F A C T O R Y

AREA

WNASOPHARYNX

CONCHAE

p O R A L

PHARYNX

VESTIBULE 'EPIGLOTTIS

LARYNX

TRACHEA,

20mm

.v

L U N G

L O B U L E

F I G U R E 1 .

A n a t o m y o f t h e r e s p i r a t o r y

t r a c t .

C o u r t e s y o f t h e

N a t i o n a l A c a d e m y

o f S c i e n c e s ,

NAS-NRC

P u b l i c a t i o n 8 4 8 .

d u c t s

( 1 5 ) ,

g i v i n g

r i s e

t o 5 0

t o

1 0 0

m i l l i o n a l v e o l a r s a c s

( 1 6 ) . T h e s e s a c s p r o v i d e

3 0 t o

1 0 0 m 2

o f g a s e x c h a n g e

s u r f a c e

i n

a d u l t

h u m a n l u n g s ,

d e p e nd in g u p o n

i n d i -

v i d u a l

b o d y s i z e

a n d

e x e r c i s e

l e v e l ( 8 ) .

A l v e o l a r

w a l l s

a r e

c o m p o s e d

o f

r e t i c u l a r

a n d

e l a s t i c

f i b e r s

f o r m i n g

a n e t w o r k

t h a t

s u p p o r t s

f i n e

p u l m o n a r y

c a p i l l a r i e s . L y m p h a t i c c h a n n e l s

a r e

p r e s e n t

t h r o u g h o u t

t h e

p l e u r a

a n d s e p t a , d r a i n i n g i n t o

r e g i o n a l l y m p h

n o d e s . T h e s e c h a n n e l s may c o n s t i t u t e

a n i mp o r ta nt

a v e n u e o f

p u l m o n a r y

c l e a r a n c e o f i n s o l u b l e d e p o s i t e d

p a r t i c l e s ( 1 7 ) .

H i l a r

l y m p h

n o d e s may b e c o m e

s e c o n d -

a r y

r e s e r v o i r s o f

d e p o s i t e d

m a t e r i a l , c a u s i n g

p r o l o n g e d

r e l e a s e o f

h a z a r d o u s

i n h a l e d

m a t e r i a l s t o t h e s y s t e m i c

c i r c u l a t i o n

( 1 8 ) .

I n

t h e c o u r s e o f n o r m a l

r e s p i r a t i o n ,

r a t e s o f

a i r f l o w

e n t e r i n g

t h e


t r a c t

may

r a n g e f r o m z e r o

t o

a

maximum

o f 6 0

t o

1 2 0

L / m i n , d e p e n d i n g u p o n

t h e

a m o u n t o f w o r k

b e i n g p e r f o r m e d

( 8 , 1 9 ) .

D u r i n g

b o t h

i n s p i r a t i o n

a n d

e x p i r a t i o n ,

d e p o s i t i o n

p r o c e s s e s

t h a t

f o l l o w p h y s i c a l

l a w s w i l l t a k e

p l a c e .

T h e t h r e e p r i n c i p a l

m e c h a n i s m s o f

d e p o s i t i o n

a r e

i n e r t i a l

i m p a c t i o n ,

s e d -

i m e n t a t i o n , a n d d i f f u s i o n . P a r t i c l e

d e p o s i t i o n a s a

f u n c t i o n

o f

e l e c t r i c a l

c h a rg e ( i ma g e d i f f u s i o n )

i s b e l i e v e d

t o b e o f

s e c o n d a r y

i m p o r t a n c e e x c e p t

w h e r e v e r y h i g h l y

c h a r g e d

p a r t i c l e s

a r e

g e n e r a t e d ( 1 1 ) .

D e p o s i t i o n

m e c h a -

n i s m s a r e

g r e a t l y

i n f l u e n c e d b y c h a n g e s

i n

a i r

f l o w

a n d

b y

t h e d i f f e r e n c e s

i n

r e s i d e n c e

t i m e s a t e a c h l e v e l

o f t h e


t r a c t

t h a t

o c c u r d u r i n g

e a c h c y c l e

o f

c o m -

p l e t e

r e s p i r a t i o n ( 2 0 ) .

A t

a v e n t i l a t i o n

r a t e o f

2 0 0

7 0



DEPOSITION AND C L E A R A N C E

OF I N H A L E D

PARTICLES

m L / s e c ,

l i n e a r

a i r f l o w r a t e s

w i l l

range

f r o m

1 8 0

c m / s e c

i n

t h e m a i n b r o n c h i

t o

o n l y 0 . 0 2 5 cm/sec

i n

a l v e o l a r

d u c t s

( 1 9 ) .

Mechanisms

o f

D e p o s i t i o n

I n e r t i a l

i m p a c t i o n

o f i n h a l e d p a r t i c l e s i s t h e

p r i n c i p a l

m e c h a n i s m

o f

l a r g e p a r t i c l e d e p o s i t i o n i n

t h e u p p e r

r e g i o n s o f t h e r e s p i r a t o r y t r a c t , a c t i n g on p a r t i c l e s

r a n g i n g

f r o m 2 t o 3

, u m t o

g r e a t e r t h a n

2 0 , u m

i n

d i a m e t e r . T h e i n e r t i a

o f

a

l a r g e

a i r b o r n e

p a r t i c l e

w i l l

t e n d t o m a i n t a i n

i t s

i n i t i a l

p a t h w h e n t h e

s u p p o r t i n g

a i r s t r e a m

i s

s u d d e n l y d e f l e c t e d b y n a s a l

t u r b i n a t e s

or

b r a n c h i n g

o f

a i r w a y s .

T h e

p r o b a b i l i t y

I

o f i n e r t i a l

d e p o s i t i o n

i s

p r o p o r t i o n a l

t o t h e t e rm i na l s e t t l i n g

v e l o c -

i t y V t o f t h e e n tr a in e d p a r t i c l e ,

t i m e s

t h e

v e l o c i t y o f

t h e

a i r s t r e a m V a a n d i n v e r s e l y p r o p o r t i o n a l t o t h e

r a d i u s

R

o f

t h e a i r w a y :

I

X

( V t V a

s i n

O ) I g R

w h e r e g

i s

t h e g r a v i t a t i o n a l c o n s t a n t . T h e

l a r g e r

t h e

p a r t i c l e ,

t h e g r e a t e r

t h e

s e t t l i n g

v e l o c i t y . A t

i n c r e a s i n g

a i r

v e l o c i t y , g r e a t e r b e n d

a n g l e s

0

a n d

s m a l l e r a i r w a y

r a d i i , t h e r e

w i l l

b e

g r e a t e r

p r o b a b i l i t y o f d e p o s i t i o n

b y

i n e r t i a l

i m p a c t i o n ( 2 1 ) .

S e d i m e n t a t i o n ,

or

s e t t l i n g

u n d e r

t h e

f o r c e o f

g r a v i t y ,

i s

a l s o

a n

i m p o r t a n t m e c h a n i s m

f o r

p a r t i c l e d e p o s i t i o n

i n


t r a c t .

A p a r t i c l e f a l l i n g i n a i r a c c e l e r -

a t e s t o a t e r m i n a l s e t t l i n g

v e l o c i t y

V t

a t w h i c h t h e f o r c e

o f

g r a v i t y

i s

b a l a n c e d

b y t h e

r e s i s t a n c e o f t h e

a i r :

V t

=

( p

-

u r ) g d 2 I 1 8 y

w h e r e

- y i s t h e

v i s c o s i t y o f a i r , a n d p a n d

a

are

t h e

d e n s i t i e s o f t h e

p a r t i c l e

a n d o f

a i r ,

r e s p e c t i v e l y .

As t h e

p a r t i c l e

d i a m e t e r

d

b e c o m e s

very

s m a l l , i . e . ,

o f t h e

same

o r d e r

as

t h e

mean f r e e

p a t h

o f

a i r

m o l e c u l e s

( A ) ,

a i r r e s i s t a n c e

d e c r e a s e s ,

a n d a

c o r r e c t i o n

f a c t o r

( 2 2 )

m u s t

b e

a p p l i e d :

V t ( a c t u a l )

=

V t ( c a l c u l a t e d ) [ 1

( 2 A X I d ) ]

w h e r e

A

=

1 . 2 6

0 . 4 - 1 . l d / 2 X . T h i s t er mi na l

s e t t l i n

v e l o c i t y may

b e

a p p r o x i m a t e d a s 2 . 9

x i0 5

x

( p d )

c m / s e c

( 2 3 ) .

T h e

f o r e g o i n g d i s c u s s i o n i l l u s t r a t e s t h e

g o v e r n i n g

p a r a m e t e r s

o f

p a r t i c l e

d e n s i t y

a n d

s i z e i n

t h e

p r i n c i p a l

m e c h a n i s m s

o f

d e p o s i t i o n .

D e p o s i t i o n

m o d e l s

are

f r e -

q u e n t l y

b a s e d

upon

a

t e c h n i q u e

o f

n o r ma l i zi n g u s i n g

t h e

a e r o d y n a m i c e q u i v a l e n t d i a m e t e r ,

d e f i n e d

as

t h e

d i a m -

e t e r o f a u n i t

d e n s i t y

s p h e r e

t h a t h a s t h e same t e r m i n a l

s e t t l i n g v e l o c i t y

( V t )

a s

t h e

g i v e n

p a r t i c l e .

I n

t h e

l u n g ,

i n h a l e d

p a r t i c l e s

w i t h i n a n

a i r w a y

w i l l

f a l l a d i s t a n c e

V t t ,

w h e r e

t

i s t h e t i m e

o f t r a v e l .

I f

t h e

a i r w a y

c o n t a i n i n g

t h e

p a r t i c l e

i s a t

a

g i v e n a n g l e 4 +

w i t h t h e

h o r i z o n t a l ,

t h e n t h e

r a t i o o f

t h e

d i s t a n c e

o f

f a l l t o

maximum d i s t a n c e f o r

d e p o s i t i o n b e c o m e s

V t t

co s

+ I 2 R ,

w h e r e R i s a i r w a y

r a d i u s .

L a n d a h l ( 2 1 ) s t a t e d t h e

p r o b a b i l i t y

o f

S d e p o s i t i o n

b y

s e d i m e n t a t i o n a s :

S = 1 - e x p

{ ( - 0 . 8 V t

t c o s

R I

S e d i m e n t a t i o n i s o n e

o f

t h e p r i m a r y m e c h a n i s m s

o f

d e p o s i t i o n o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

h a v i n g

d i a m e t e r s r a n g i n g

f r o m

0 . 1

, u m

t o 5 0

, u m

( 2 4 ) .

D e p o s i t i o n b y d i f f u s i o n o r B r o w n i a n m o t i o n

i n

t h e

r e s p i r a t o r y t r a c t p r e d o m i n a t e s f o r v e r y s m a l l

p a r t i c l e

s i z e s ,

i . e . ,

<

0 . 2 , u m .

T h e s e p a r t i c l e s

a r e

d i s p l a c e d

b y

t h e r a n d o m

t h e r m al m o t io n

o f

t h e g a s m o l e c u l e s

o f a i r .

T h i s d i s p l a c e m e n t A i s i n v e r s e l y

p r o p o r t i o n a l

t o t h e

v i s c o s i t y o f

t h e

a i r

y

a n d

t o t h e d i a m e t e r

o f

t h e

p a r t i c l e

d , a n d

i s d i r e c t l y

p r o p o r t i o n a l t o t h e

r e s i d e n c e

t i m e

t

o f

t h e

p a r t i c l e

i n

a

g i v e n

a i r

s p a c e :

A

=

R R T I N )

( C t I 3 i r y d ) ] 1 1 2

w h e r e

R ,

T

a n d N a r e t h e i d e a l

g a s

c o n s t a n t ,

t h e

a b s o l u t e

t e m p e r a t u r e ,

a n d

A v o g a d r o ' s

n u m b e r ,

r e s p e c -

t i v e l y ,

a n d

C

i s

C u n n i n g h a m ' s

c o r r e c t i o n

( 2 2 ) .

T h u s

t h e

p r o b a b i l i t y o f d e p o s i t i o n b y d i f f u s i o n

D w i l l

i n c r e a s e

a s

t h e

d i s p l a c e m e n t

m o t i o n

i s i n c r e a s e d

r e l a t i v e t o t h e s i z e

o f t h e

c o n f i n i n g s p a c e ( 2 1 ) :

D

=

1 - e x p

{ - 0 . 5 8 A / R }

T h i s

m e c h a n i s m o f d e p o s i t i o n i n c r e a s e s

w i t h

d e c r e a s i n g

p a r t i c l e

s i z e ,

w h e r e a s

d e p o s i t i o n b y

s e d i m e n t a t i o n

d e -

c r e a s e s w i t h

d e c r e a s i n g p a r t i c l e s i z e ,

a n d a s

a

r e s u l t

t h e r e

o c c u r s a m i n i m u m

d e p o s i t i o n

a t w h i c h t h e

d i s -

p l a c e m e n t

v e l o c i t y d u e t o t e r m i n a l s e t t l i n g

i s

l o w a n d

t h e

d i s p l a c e m e n t v e l o c i t y

d u e t o

d i f f u s i o n i s a l s o

l o w .

T h i s

o c c u r s

w i t h

a e r o d y n a m i c

p a r t i c l e

d i a m e t e r s

o f

r o u g h l y

0 . 2

t o

0 . 5 , u m ( 6 ) , a s i l l u s t r a t e d

i n

T a b l e

1 .

T h e s e p h y s i c a l

m e c h a n i s m s

d e s c r i b e

t h e

d e p o s i t i o n

o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s ,

b u t d e p o s i t i o n f r a c t i o n s a r e a l s o

h i g h l y d e p e n d e n t u p o n t h e i n d i v i d u a l d i m e n s i o n s

o f a i r

p a s s a g e s ,

t h e

r a t e o f a i r

f l o w i n t o e a c h

a i r w a y

g e n e r a -

T a b l e 1 .

R o o t - m e a n - s q u a r e

B r o w n i a n


p e r s e c o n d

a n d t e r m i n a l

v e l o c i t y

i n

a i r . a

B r o w n i a n

d i s p l a c e m e n t ,

T e r m i n a l

v e l o c i t y

D i a m e t e r ,

± m b

A ,

cm

V t

c m / s e c

T e r m i n a l

v e l o c i t y

4 0

1 . 4

x

1 0 4 4 . 8

2 0

1 . 4

x

1 0 4

1 . 2

1 0

2 . 0

x 1 0 7 4 2 . 9

x

1 0 1

4

3 . 5

x

1 0 4

5 . 0

x

l2

2

5 . 0

x

1 0 - 4 1 . 3 x 1 0 7 2

1

7 . 4

x

1 0 7

3 . 5

x 1 0 l

0 . 6

1 . 0

x 1 0 3 1 . 4

x 1 0 7

0 . 4 1 . 3

x

1 0 3 6 . 8

x

1 0 4

0 . 2

2 . 1 x

1 0

2 . 3

x

1 0 4

0 . 1

3 . 6

x

1 0 3

8 . 6 x 1 0 5

0 . 0 6

5 . 7 x 1 0 7

4 . 7

x 1 0 l

0 . 0 4

8 . 1

x 1 0

2 . 9

x 1 l 5

a

F r o m

H a t c h

a n d G r o s s

( 6 )

b

U n i t

d e n s i t y s p h e r e s ,

7 6 0 mm

Hg

a n d

2 0 ° C .

3 7 1



B . O .

STUART

a n d

t h e

r e s i d e n c e t i m e

o f t h e p a r t i c l e

i n

e a c h

I n

1 9 8 0

H e y d e r , e t a l . ( 2 5 ) d e m o n s t r a t e d

t h a t

a n d

i m p a c t i o n

a r e

c o m p e t i n g

m e c h a -

i n


t r a c t , w i t h s e d i m e n t a t i o n

a

f u n c t i o n o f

m e a n r e s i d e n c e t i m e

o f

i n h a l e d

a n d

w i t h

i m p a c t i o n d e p e nd in g u p o n t h e i r

f l o w r a t e

w i t h i n a n

a i r w a y .

S e d i m e n t a t i o n

w a s

a s t h e

m a j o r

m e c h a n i s m

o f

d e p o s i t i o n

f o r

>

1

, u m

a t

i n c r e a s e d r e s i d e n c e t i m e s

a n d

d e -

f l o w r a t e s

( w h i c h a l s o

p r o m o t e s d e p o s i t i o n b y

o f

v e r y

s m a l l

p a r t i c l e s ) ,

w h i l e

i m p a c t i o n

w a s

m e c h a n i s m o f

d e p o s i t i o n

a t

d e c r e a s e d

p a r t i c l e

t i m e s

a n d i n c r e a s e d

f l o w

r a t e s . A t

f i x e d

f r e q u e n c y a n d f l o w r a t e , i m p a c t i o n

a f f e c t s

h e l a r g e s t p a r t i c l e s

a n d

o c c u r s

i n

u p p e r

r e g i o n s

o f t h e

t r a c t w h e r e

a i r f l o w s

a r e

h i g h .

D e p o s i t i o n b y

w i l l

p r e d o m i n a t e

a t s m a l l g e n e r a t i o n s

o f

o r

b r o n c h i o l e s ,

a n d

i n

t h e

p a r e n c h y m a l

l u n g ,

v i n g a

m a j o r

i n f l u e n c e

o n d e p o s i t i o n o f

p a r t i c l e s d o w n

o

s i z e s

o f

0 . 5 t o 1 , u m

( a e r o d y n a m i c d i a m e t e r ) .

D i f f u -

i s

i n d e p e n d e n t

o f

d e n s i t y

a n d

a f f e c t s

t h e

s m a l l e s t

i . e . , 0 . 5

, u m t o

<

0 . 0 0 2 , u m ( 2 4 ) .

T h i s o c c u r s

i n

t h e

s m a l l

a i r w a y

a n d

g a s

e x c h a n g e r e g i o n s

f t h e l u n g ,

b u t

e x t r e m e l y s m a l l

p a r t i c l e s

s u c h a s

n u c l e i may d e p o s i t

i n

t h e

n a s o p h a r y n x

s h o r t l y a f t e r

e n t r a n c e i n t o t h e


t r a c t , a s

r e s u l t o f t h e i r h i g h

B r o w n i a n


( 1 0 ) .

I n c r e a s e d

d e p o s i t i o n

i n

s u c c e s s i v e l y d i s t a l

r e g i o n s i n

h e r e s p i r a t o r y

t r a c t may

a l s o o c c u r u p o n

t h e r a p i d

n c r e a s e

i n

d i a m e t e r o f h y g r o s c o p i c p a r t i c l e s

d u r i n g

p a s s a g e

t h r o u g h

t h e h i g h h u m i d i t y o f t h e


r a c t

( 1 1 ) .

W i l s o n a n d

LaMer

( 2 6 )

f o u n d t h a t

p u l m o n a r y

d e p o s i t i o n

o f

g l y c e r o l

p a r t i c l e s

l a b e l e d

w i t h

r a d i o a c t i v e

' N a

a g r e e d w i th

p r e d i c t e d

d e p o s i t i o n

v a l u e s

w h e n

t h e

p a r t i c l e

d i a m e t e r s w e r e

c o r r e c t e d

f o r

g r o w t h

i n

t h e

9 9 . 5

r e l a t i v e

h u m i d i t y o f t h e


t r a c t .

D a u t r e b a n d e

a n d W a l k e n h o r s t

( 2 7 ) f o u n d

r e a s o n a b l e

a g r e e m e n t

w i t h

p r e d i c t e d

d e p o s i t i o n f r a c t i o n s

o f i n -

h a l e d s o d i u m c h l o r i d e

p a r t i c l e s

w h e n c o r r e c t i o n

w a s

m a d e

p a r t i c l e s i z e

i n c r e a s e

i n

h i g h h u m i d i t y . G e n e r a l l y ,

t h e e f f e c t

o f

h y g r o s c o p i c i t y

o n

d e p o s i t i o n

w i l l

b e

l e s s f o r

p a r t i c l e s c o m p o s e d

o f m a t e r i a l s

h a v i n g

l a r g e r

d e n s i t i e s

a n d

h i g h e r

m o l e c u l a r

w e i g h t .

A s

d i s c u s s e d b y

R a a b e

( 2 8 ) , p a r t i c l e s

o f a m m o n i a

s u l f a t e o r s u l f i t e , a s w e l l a s

h y g r o s c o p i c

H 2 S O 4 ,

w i l l g r o w

i n

t h e


w h e n

i n h a l e d , c a u s i n g

i n c r e a s e d l o s s b y i m p a c t i o n

i n

u p p e r a i r w a y s ;

a

1

, u m p a r t i c l e

may g r o w b y

w a t e r

a b s o r p t i o n

t o 3

p u m

i n

t h e

n a s o p h a r y n x ,

c a u s i n g

a 2 - f o l d

i n c r e a s e

i n

n a s a l

a n d

t r a c h e o b r o n c h i a l


S i n -

c l a i r

( 2 9 )

h a s s h o w n

t h a t

h y g r o s c o p i c

g r o w t h

o f

a t m o -

s p h e r i c p a r t i c l e s

<

2

, u m may s i g n i f i c a n t l y

i n c r e a s e t h e i r


A

n o n s p h e r i c a l s h a p e ( f i b e r s

o r

e l l i p s o i d s )

may

g r e a t l y

a f f e c t


A b n o r m a l i t i e s a r i s e

i n

t h e

c a s e

o f

f i b r o u s

m a t e r i a l s

s u c h a s

a s b e s t o s ; i . e . ,

f i b e r s

g r e a t e r

t h a n

5 0

, u m

i n

l e n g t h

h a v e

b e e n

f o u n d w i t h i n

t h e a l v e o l i

o f


a n i m a l s

( 3 0 ) .

B e e c k m a n s

( 3 1 )

h a s

c o n c l u d e d

t h a t

a l t h o u g h

t h e r e

may

b e

l i t t l e

c h a n g e

i n

t h e

p r o p o r t i o n

o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s d e p o s i t e d

i n t h e

l o w e r


a s

a f u n c t i o n

o f s h a p e , t h e m a s s

o f t h e i n d i v i d u a l p a r t i c l e s

i n

t h e maximum

d e p o s i t i o n

r a n g e

t e n d s

t o i n c r e a s e a s p a r t i c l e s

b e c o m e m o r e

e l o n g a t e d . F ib er s w i t h l en g t h -t o- di am e te r

r a t i o

o f

g r e a t e r

t h a n

1 0

h a v e b e e n s h o w n

b y

T i m b r e l l

a n d

S k i d m o r e

( 3 0 )

t o h a v e a n a e r o d y n a m i c

d i a m e t e r

r o u g h l y

3 - f o l d

g r e a t e r

t h a n t h e

f i b e r

d i a m e t e r .

L i p p m a n n

( 3 2 )

s u g g e s t s

t h a t f i b e r s

>

1 0 0 , u m

i n l e n g t h

w i t h

a f i b e r

d i a m e t e r o f 1 , u m w o u l d h a v e

l o w

p r o b a b i l i t y o f

d e p o s i -

t i o n

b y

i m p a c t i o n , b u t m u c h h i g h e r p r o b a b i l i t y

o f

i n t e r c e p t i o n ,

e s p e c i a l l y f o r

c u r v e d f i b e r s , e . g . , c h r y s o -

l i t e a s b e s t o s .

E l e c t r i c a l

c h a r g e s

o n

p a r t i c l e s

i n a g e d a e r o s o l s

w i l l

a p p r o a c h

B o l t z m a n e q u i l i b r i u m

a n d w i l l

n o t

g r e a t l y

i n f l u e n c e d e p o s i t i o n f r a c t i o n s o f

s u c h a e r o s o l s .

H o w e v e r ,

M e r c e r

( 3 3 ) i n d i c a t e s t h a t f r e s h l y

g e n e r a t e d p a r t i c l e s

m a y b e

h i g h l y c h a r g e d ,

a n d M e l a n d r i

e t

a l . ( 3 4 ) h a v e

f o u n d

t h a t r e s p i r a t o r y t r a c t

d e p o s i t i o n c a n

i n c r e a s e

b y

30 f o r

h i g h l y c h a r g e d p a r t i c l e s ,

p r o b a b l y

d u e t o i m a g e

c h a r g i n g

a t t h e

w a l l s o f c o n d u c t i n g

a i r w a y s . P a r t i c l e s

g e n e r a t e d b y

g r i n d i n g

o r

c o m b u s t i o n

a r e

e l e c t r i c a l l y

c h a r g e d ,

b u t

t h e

n e t c h a r g e o f t h e s e

a e r o s o l s ,

i f

a g e d , i s

u s u a l l y

n e g l i g i b l e

( 1 1 ) .

A l t h o u g h

t h e r e may b e i n -

c r e a s e d

a g g r e g a t i o n o f s m a l l

i n d i v i d u a l l y c h a r g e d

p a r t i c l e s ,

t h e r e

i s

p r o b a b l y

s m a l l

e f f e c t u p o n t o t a l

d e p o s i t i o n

i n

t h e


t r a c t .

H o w ev e r , v e r y

s m a l l

c h a r g e d p a r t i c l e s

h a v e h i g h e r m o b i l i t i e s

a n d may s h o w

g r e a t e r

d e p o s i t i o n i n

t h e

n a s o p h a r y n x t h a n d o n o n -

c h a r g e d

p a r t i c l e s .

V i n c e n t

e t

a l . ( 3 5 ) r e c e n t l y

f o u n d

t h a t

s t a t i c e l e c t r i f i c a t i o n o f a m o s i t e

a s b e s t o s ( 2 6 0

e l e c t r o n s / f i b e r )

i n c r e a s e d a l v e o l a r

d e p o s i t i o n ( s l o w e s t

c l e a r i n g r e g i o n )

b y

4 0 i n

r a t l u n g s .

I n h a l e d

P a r t i c l e

D e p o s i t i o n

i n

t h e


T r a c t : P r e d i c t i v e M o d e l s

a n d E x p e r i m e n t a l

S t u d i e s

D e p o s i t i o n

i n

t h e

T o t a l Lung

T h e

f i r s t c o m p r e h e n s i v e t h e o r e t i c a l

t r e a t m e n t o f

t o t a l


d e p o s i t i o n w a s d e v e l o p e d b y

F i n d e i s e n

( 3 6 )

i n

1 9 3 5 ,

b a s e d o n a m o d e l c o n s i s t i n g

o f t h e

t r a c h e a ,

f o u r

g e n e r a t i o n s

o f

b r o n c h i ,

t w o


o f b r o n -

c h i o l e s ,

a l v e o l a r

d u c t s

a n d a l v e o l a r

s a c s ;

t h e r e s u l t s

a r e

s h o w n

i n

F i g u r e

2 .

L a n d a h l

( 2 1 , 3 7 )

i n

1 9 5 0

d e s c r i b e d

a

m o d e l

i n c l u d i n g m o u t h

a n d

p h a r y n x

w i t h

t w o

o r d e r s o f

a l v e o l a r

d u c t s ;

u s i n g

3 / 8

o f

t h e


c y c l e

f o r


a n d 3 / 8 f o r

e x p i r a t i o n ( c u r v e s

2 , 3 , 4

o f

F i g .

2 ) .

I n 1 9 4 9

S i n c l a i r

a n d L a M e r

( 3 8 )

d e v e l o p e d

a

g e n e r a -

t o r

t h a t

p r o d u c e d

m o n o d i s p e r s e d a e r o s o l s , i . e . ,

a e r o s o l s

o f

a

s i n g l e

p a r t i c l e

s i z e . T h e s e

w e r e u s e d

i n

t e s t s

b y

L a n d a h l

e t a l . ( 3 7 )

i n w h i c h

f r a c t i o n s

o f e x h a l e d

a i r w e r e

c o l l e c t e d

a n d

a n a l y z e d

( c u r v e 7 ) .

A l t s c h u l e r

e t

a l . ( 3 9 )

e x a m i n e d

d e p o s i t i o n

o f

m o n o d i s p e r s e d

a e r o s o l s o f d e n -

s i t y

1 . 3

g / c m ' ,

f i n d i n g

a

d e p o s i t i o n

minimum a t 0 . 4

, u m ,

a s

p r e d i c t e d b y

t h e i r

m o d e l ,

a n d

t h a t

s l o w , d e e p

b r e a t h i n g

i n c r e a s e d


I n

1 9 6 5

B e e c k m a n

( 4 0 )

e x a m i n e d L a n d a h l ' s m o d e l

u s i n g

c o m p u t e r

s i m u l a t i o n s

7 2



DEPOSITION

AND

C L E A R A N C E OF

I N H A L E D

PARTICLES

t o

d e t e r m i n e

t h e

e f f e c t

o f

r e c y c l e d

n o n d e p o s i t e d

aero-

s o l s

a n d

i n t e r p u l m o n a r y

ga s

m i x i n g

( c u r v e

5 ) ;

t h i s

m o d e l a l s o p r e d i c t e d

d e c r e a s e d

t o t a l d e p o s i t i o n

as

t i d a l

v o l u m e

was

d e c r e a s e d .

D e n n i s ( 4 1 )

u s e d s t e a r i c

a c i d

p a r t i c l e s

t o

s t u d y

t o t a l


t r a c t

d e p o s i t i o n ;

f r a c t i o n s

i n c r e a s e d

a s

r e s p i r a t i o n

r a t e s

w e r e

l o w e r e d

b e l o w

1 5

c y c l e s / m i n

( c u r v e

1 0 ) .

C u r v e

1 1

p r e s e n t s

s t u d i e s

o f c o a l d u s t

d e p o s i t i o n

m a d e

b y

W a l k e n h o r s t

a n d D a u t r e b a n d e ( 4 2 ) .

D a v i e s

( 4 3 )

d e r i v e d

f o r m u l a e

b a s e d

on

c o n t i n u i t y

b e t w e e n

s u s p e n d e d

a n d

d e p o s i t e d

a e r o s o l

f r a c t i o n s

f o r

p r e d i c t i o n

o f d e p o s i t i o n

f r a c t i o n s

( c u r v e

1 2 ) .

I n

1 9 5 9 t h e

I n t e r n a t i o n a l

C o m m i s s i o n

on

R a d i o l o g i c a l

P r o t e c t i o n ( I C R P )

d e v e l o p e d

a

w o r k i n g m o d e l t o d e -

s c r i b e

r o u g h l y

t h e d e p o s i t i o n

o f i n h a l e d

d u s t

( 4 4 ) .

T h e y

a s s u m e d

75

o f t h e mass

o f

a l l

i n h a l e d

d u s t

was

d e p o s i t e d ,

w i t h

25

e x h a l e d .

T w o - t h i r d s was

d e p o s i t e d

i n

t h e

u p p e r


t r a c t ( i . e . ,

f r o m t h e e x t e r i o r

nares t o

t h e

l a r y n x ) ,

a n d o n e - t h i r d

i n t h e l o w e r

r e s p i r a t o r y t r a c t ,

w i t h

d i f f e r i n g

c l e a r a n c e p a t t e r n s ,

f o r

s o l u b l e

or

i n s o l u b l e

d u s t s .

T h i s

e x t r e m e l y

s i m p l e

m o d e l

p r o v i d e d

t h e

i n i t i a l d e s i g n

o f

s a f e t y p r o c e d u r e s

i n v o l v i n g

a i r b o r n e

r a d i o a c t i v e p a r t i c l e s ,

b u t

i g n o r e d

t h e

e f f e c t s

o f

p a r t i c l e

s i z e a n d

d e n s i t y

on

d e p o s i t i o n

f r a c t i o n s ,

a n d d i d

n o t d e s c r i b e

d e p o s i t i o n

s i t e s t h a t

c o u l d

b e c o r r e l a t e d

w i t h s u b s e q u e n t

c l e a r a n c e

p a t t e r n s .

T h e

T a s k

G r o u p

on L u n g D y n a m i c s

was e s t a b l i s h e d

i n

1 9 6 6

b y t h e


C o m m i t t e e

on

R a d i o l o g i c a l

P r o t e c t i o n

t o d e v e l o p

a

d e p o s i t i o n

m o d e l

f o r

i n h a l e d

p a r t i c l e s

u s i n g

d a t a

b a s e d on

a

t h r e e - c o m p a r t m e n t

m o d e l o f t h e r e s p i r a t o r y

t r a c t ( 1 1 ) . T h e


1 . 0

TOTAL D E P O S I T I O N

_ X

z

0 . 8

0

1

7

U~~~~~~~~

0.6

4

0.

w

0.01 2

0.05

0.1 0.2 0.5 1.0

2

5

10

PARTICLE

DI A M ET ER

( j u m )

F I G U R E 2 .

P r e d i c t i v e

m o d e l s

a n d


v a l u e s

f o r t o t a l

d e p o s i t i o n

o f i n h a l e d

p a r t i c l e s : ( 1 )

p r e d i c t i v e ,

F i n d e i s e n

( 3 6 ) ,

2 0 0

m L / s e c ,

1 4

r e s p i r a t i o n s / m i n ;

( 2 )


L a n d a h l

( 2 1 ) ,

3 0 0

m L / s e c , 5

r e s p i r a t i o n s / m i n ,

t i d a l

v o l u m e

4 5 0

m L ;

( 3 )


L a n d a h l

( 2 1 ) ,

3 0 0

mL/sec,

7 . 5


t i d a l

v o l u m e

9 0 0

m L ; ( 4 ) p r e d i c t i v e ,

L a n d a h l ( 2 1 ) ,

1 0 0 0

m L / s e c ,

1 5


t i d a l

v o l u m e 1 5 0 0 m L ;

( 5 )

t h e o r e t i c a l ,

B e e c k m a n s

( 4 0 ) ,

5

r e s p i r a -

t i o n s / m i n ,

t i d a l

v o l u m e 1 3 5 0

m L ;

( 6 )

e x p e r i m e n t a l ,

W i l s o n a n d

LaMer

( 2 6 ) ,

5 . 5

r e s p i r a t i o n s / m i n ;

( 7 )


L a n d a h l e t a l .

( 3 7 ) ,

7 . 5


t i d a l v o l u m e

9 0 0 m L ; ( 8 )


G e s s n e r

e t a l .

( 9 3 ) ,

1 5


t i d a l

v o l u m e

7 0 0

m L ;

( 9 )


V a n

W i j k

a n d

P a t t e r s o n

( 4 6 ) ,

1 9

r e s p i r a t i o n s /

m i n ,

t i d a l

v o l u m e

7 0 0

m L ; ( 1 0 ) e x p e r i m e n t a l ,

D e n n i s

( 4 1 ) ,

1 3 . 3


t i d a l

v o l u m e

7 2 0

m L ;

( 1 1 )



a n d

W a l k e n h o r s t ( 2 7 ) ,

1 0


t i d a l

v o l u m e

9 9 0

m L ; ( 1 2 ) e x p e r i m e n t a l ,

D a v i e s

( 4 3 ) ,

1 5

r e s p i r a t i o n s /

m i n ,

t i d a l v o l u m e

6 0 0

mL.

c o n s i s t e d o f t h e

a n t e r i o r

a n d

p o s t e r i o r n a r e s ,

p l u s t h e

o r a l p h a r y n x ; t h e


r e g i o n e x t e n d e d

f r o m t h e l a r y n x

t o

t h e

t e r m i n a l


c o m p o s e d

o f a i r w a y s

h a v i n g

c i l i a t e d e p i t h e l i u m ;

t h e

p u l m o n a r y

r e g i o n

i n c l u d e d r e s p i r a t o r y


a l v e o l a r

d u c t s ,

a l v e o l a r s a c s

a n d

a l v e o l i ; i . e . ,

t h e g a s

e x c h a n g e

r e g i o n o f

t h e

l u n g .

I t

w a s

b a s e d o n

t h e

r e a l

w o r l d

c o n d i t i o n s t h a t

a i r c o n t a m i n a n t s

a r e u s u a l l y

i n h a l e d a s

d i s p e r s e d

a e r o -

s o l s

t h a t c a n b e

f r e q u e n t l y

d e s c r i b e d

b y l o g

n o r m a l

d i s t r i b u t i o n s

o f p a r t i c l e

d i a m e t e r s .

D e p o s i t i o n f r a c t i o n s

w e r e d e s c r i b e d

i n t e r m s o f

t h e a e r o s o l p a r t i c l e

s i z e

d i s t r i b u t i o n ,

i . e . ,

t h e

m a s s

m e d i a n a e r o d y n a m i c

d i a m e -

t e r

( M M A D ) .

V a l u e s f o r

d e p o s i t i o n

b y

d i f f u s i o n

w e r e

o b t a i n e d b y t h e

u s e

o f t h e

G o r m l e y - K e n n e d y

e q u a t i o n s

f o r l a m i n a r

f l o w

i n t u b e s

( 4 5 ) . R e a s o n a b l e

a g r e e m e n t

w a s o b t a i n e d b e t w e e n

p r e d i c t i v e

d e p o s i t i o n c u r v e s

f o r

m o n o d i s p e r s e d p a r t i c l e s

a n d t h e

e x p e r i m e n t a l r e s u l t s

o f V a n Wyck

a n d P a t t e r s o n

( 4 6 ) ,


a n d

W a l k e n h o r s t

( 2 7 )

a n d

D e n n i s

( 4 1 ) .

L i t t l e v a r i a t i o n

w a s

f o u n d

f o r

a e r o s o l s o f

w i d e l y

d i f f e r e n t

d e g r e e s o f

d i s p e r s i t y o f

p a r t i c l e

s i z e s

w i t h i n

a n

a e r o s o l ;

i . e . ,

d i f f e r e n t

g e o m e t r i c

s t a n d a r d d e v i a t i o n s .

S i m i l a r

c u r v e s

w e r e f o u n d

f o r

t i d a l

v o l u m e s

o f 7 5 0 ,

1 4 5 0 a n d

2 1 5 0

m L ,

s u g g e s t i n g

t h a t a l t h o u g h

a n i n d i v i d u a l ' s

m i n u t e

v o l u m e

( t i d a l

v o l u m e

t i m e s

r e s p i r a t i o n r a t e ) c o n t r o l s

t h e t o t a l

a m o u n t o f

d u s t

i n h a l e d a n d

d e p o s i t e d , i t h a s

r e l a t i v e l y

l i t t l e a f f e c t

o n d e p o s i t i o n

f r a c t i o n s .

F o l lo wi ng t he s e e a r l i e r

s t u d i e s , s e v e r a l

c a r e f u l l y

e x e c u t e d

s t u d i e s

w e r e

c o n d u c t e d

t o m e a s u r e

t h e

d e p o s i -

t i o n

i n h u m a n s

o f


i n s o l u b l e

a e r o s o l s ,

a s s e s s e d a s

a

f u n c t i o n

o f d i f f e r e n t

b r e a t h i n g

p a r a m e t e r s .

T h e s e e x p e r i m e n t s

w e r e p e r f o r m e d

u n d e r s t r i c t l y

c o n -

t r o l l e d

c o n d i t i o n s o f

u n i f o r m

p a r t i c l e

s i z e

g e n e r a t i o n

a n d

c h a r a c t e r i z a t i o n ,

a n d

i n v o l v e d t r a i n e d

h u m a n

v o l u n t e e r s .

T h e y

i n c l u d e

t h e

w o r k

o f

L i p p m a n n

a n d

A l b e r t

( 4 7 ) , G i a c o m e l l i - M a l t o n i

e t a l . ( 4 8 ) , F o o r d

e t

a l .

( 4 9 ) ,

S w i f t

e t a l .

( 5 0 ) ,

C h a n

a n d

L i p p m a n n ( 5 1 ) ,

a n d

H e y d e r

e t

a l .

( 2 5 , 5 2 ) . G e o r g e

a n d

B r e s l i n ( 5 3 )

a n d

H o l l e m a n

e t a l .

( 5 4 ) h a v e

p r o v i d e d d a t a

o n

t h e m e a s u r e d

d e p o s i t i o n

o f i n h a l e d

a t t a c h e d

r a d o n

d a u g h t e r s .

Hounam

( 5 5 ) ,

Hounam e t

a l .

( 5 6 ) a n d

F r y a n d

B l a c k

( 5 7 )

h a v e

p r o v i d e d

f u r t h e r i n f o r m a t i o n

o n

n a s o p h a r y n g e a l

d e p o s i -

t i o n .

F i g u r e s

3 a n d

4

s h o w

t h e r e s u l t s

o f t h e s e

m o r e

r e c e n t

s t u d i e s u n d e r c a r e f u l l y

c o n t r o l l e d

c o n d i t i o n s

i n

c o m p a r i s o n

w i t h t h e d e r i v e d c u r v e s

o f t h e

T a s k

G r o u p

o n L u n g D y n a m i c s

( h e r e a f t e r

r e f e r r e d

t o

a s t h e TGLD)

f o r

t o t a l

d e p o s i t i o n

i n

t h e


f o l l o w i n g

n a s a l b r e a t h i n g a n d

m o u t h b r e a t h i n g ,

r e s p e c t i v e l y

( 1 1 ) .

S i n c e

p a r t i c l e

b e h a v i o r

i s

e s s e n t i a l l y

i n d e p e n d e n t

o f

d e n s i t y

b e l o w 0 . 5 , u m ,

t h e a c t u a l p h y s i c a l

o r l i n e a r

d i a m e t e r i s

i n d i c a t e d .

F i g u r e 3

s h o w s

t h e e x p e r i m e n t a l

d a t a

o b t a i n e d

b y

G i o c o m e l l i - M a l t o n i

e t a l .

( 4 8 )

u s i n g


a e r o s o l s

o f c a r n u b a

wax

g e n e r a t e d

b y

c o n d e n s a t i o n

o f

t h e

v a p o r

t o f o r m

s o l i d

h y d r o p h o b i c

p a r t i c l e s .

T h e s e

s t u d i e s

e m p l o y e d

h e a l t h y

a d u l t s ,

u s i n g l i g h t

s c a t t e r i n g

t e c h n i q u e s

f o r

m e a s u r e m e n t

o f

p a r t i c l e


i n t h e

i n h a l e d

a n d

e x h a l e d

a i r .

H e y d e r

e t a l .

( 5 8 )

c o n d u c t e d

e x p e r i m e n t s

i n v o l v i n g

f i v e

n o r m a l

s u b j e c t s ,

3 7 3



B .

0 . STUART

1 . 0 2

A e r o d y n a m i c

D i a m e t e r

( j , m )

F I G U R E

3 . T I t a l

r e s p i r a t o r y t r a c t d e p o s i t i o n o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

d u r i n g

n a s a l

b r e a t h i n g : ( - )

G i a c o m e l l i - M a l t o n e

e t a l .

( 4 8 ) ,

t i d a l

v o l u m e

( T V ) ,

1 5 0 0

m L ,

1 2

r e s p i r a t i o n s

per m i n u t e

( R P M ) ,

( 0 )

G e o r g e

a n d

B r e s l i n

( 5 3 ) ,

T V 5 5 0 - 7 6 0

m L ,

1 4

RPM;

( @ )

H e y d e r

e t

a l .

( 5 8 )

T V 1 0 0 0

m L ,

1 5

RPM,

( x )

H o l l e m a n

e t

a l .

( 5 4 ) ,

TV 1 2 0 0 m L ,

1 5

RPM; -) T a s k

G r o u p

on

L u n g

D y n a m i c s

( 1 1 ) ,

TV

1 4 5 0 m L ,

1 5 RPM, ( - - )

T V 7 5 0

m L ,

1 5

RPM,

( V )

S w i f t

e t

a l .

( 5 0 ) , TV

1 1 5 0

m L ,

1 8

RPM.

I . o

TOTAL D E P O S I T I O N

z

08

MOUTH

BREATHING

0 I 6 -

IL

z

+

0 ~ ~ ~ ~ ~

W

0 O . 2

0 . 0 5

0 . 1

Mass

M e d i o n

D i a m e t e r

( j i m )

A e r d y n a m i c

D i a m e t e r

( j i m )

F I G U R E 4 . T o t a l


t r a c t

d e p o s i t i o n

o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s

d u r i n g

m o u t h

b r e a t h i n g :

( n )

G i a c o m e l l i - M a l t o n i

e t a l .

( 4 8 ) ,

T V

1 0 0 0

m L ,

1 2

RPM;

( o )

H e y d e r

e t a l .

( 5 8 ) ,

T V

1 0 0 0

m L ,

1 5

RPM;

( A ) C h a n a n d

L i p p m a n n ( 5 1 ) , TV

1 0 0 0

mL,

1 4 RPM;

( 0 )

H e y d e r

e t a l .

( 2 5 ) ,

T V 1 0 0 0

m L ,

1 5

RPM; ( A )

L i p p m a n n

a n d

A l b e r t

( 4 7 ) ,

T V

1 4 0 0

m L ,

1 4

RPM; (V )

F o o r d

e t a l .

( 4 9 ) ,

T V

1 0 0 0

m L ,

1 5

RPM;

( + )

H u r s h

a n d

M e r c e r

( 1 5 7 ) ,

T V 1 5 0 0

m L ,

1 5

RPM;

( V ) S w i f t e t

a l .

( 5 0 ) ,

TV

5 0 0

m L ,

. 1 5 RPM;

-)

T a s k

G r o u p

on

L u n g

D y n a m i c s

( 1 1 ) ,

T V

1 4 5 0

m L ,

1 5

R P M ; ( - - )

T V

7 5 0

m L ,

1 5

RPM; ( x )

Yu

e t a l .

( 6 2 ) ,

TV 1 0 0 0

m L ,

1 5

RPM;

b a r s

r e p r e s e n t

t h r e e

t i m e s

t h e

s t a n d a r d d e v i a t i o n

( 3 S D ) .

s t u d y i n g

t o t a l

d e p o s i t i o n

d u r i n g

nose

a n d

m o u t h

b r e a t h -

i n g

u s i n g m o n o d i s p e r s e d

d i - 2 - e t h y l

h e x y l s e b a c a t e

d r o p -

l e t s

w i t h

d i a m e t e r s

o f

0 . 1

t o

3 . 2

, u m .

B o t h

p r e d i c t i v e

curves a n d


d a t a

i n d i c a t e 1 0 0

d e p o s i t i o n

a b o v e 5

, u m .

T h e

s i z e f o r minimum

d e p o s i t i o n o c c u r r e d

b e t w e e n 0 . 1

a n d

0 . 8

, u m .

A l t h o u g h

m o s t

r e c e n t

s t u d i e s

h a v e c e n t e r e d

upon

p a r t i c l e s

r a n g i n g f r o m

0 . 1

t o 1 0

, i m ,

i t i s

p o s s i b l e

t h a t

very

s m a l l

p a r t i c l e s

( < 0 . 0 1

t o 0 . 1

, u m )

h a v i n g

very

h i g h

d i f f u s i o n

r a t e s

may

d e l i v e r

e x t r e m e l y

h i g h r a d i o l o g i c a l

d o s e s

t o

l o c a l i z e d

r e g i o n s

o f

t h e


t r a c t ,

i f

t h e y

a r e

h i g h

i n

s p e c i f i c r a d i o a c t i v i t y . T h e

s h o r t - l i v e d

a l p h a - e m i t t i n g d a u g h t e r s o f r a d o n a r e

a

c a s e

i n

p o i n t

( 5 9 , 6 0 ) . D e p e n d i n g

u p o n

w h e t h e r

t h e s e


a t o m s

a r e

f r e e ( u n a t t a c h e d )

o r

a r e a t t a c h e d

t o a t m o -

s p h e r i c d u s t

p a r t i c l e s , a d i f f e r e n c e i n

d e l i v e r e d d o s e o f

g r e a t e r t h a n 1 0 - f o l d

i s

p o s s i b l e ( 5 9 ) . F i g u r e

3

i n c l u d e s

d a t a

o b t a i n e d

i n

h u m a n

v o l u n t e e r s b y

H o l l e m a n e t

a l .

( 5 4 ) ,

w h o

s t u d i e d

t h e

d e p o s i t i o n

o f

r a d o n d a u g h t e r s i n

t h e u r a n i u m

m i n e s

o f t h e

C o l o r a d o p l a t e a u

u s i n g

d i f f u s i o n t u b e

m e a s u r e m e n t s t o c h a r a c t e r i z e

p a r t i c l e

s i z e ; i n t h i s

c a s e t h e

d i a m e t e r s a r e

a c t i v i t y m e d i a n

d i a m e t e r s .

G e o r g e a n d B r e s l i n

( 5 3 ) c o n d u c t e d

l a b o r a -

t o r y a n d u r a n i u m

m i n e e x p e r i m e n t s

u s i n g

a

d i f f u s i o n

b a t t e r y

f o r

p a r t i c l e

s i z e m e a s u r e m e n t s

a n d f o u n d

t h a t

t o t a l

d e p o s i t i o n

i n h u m a n s

o f

i n h a l e d r a d o n

d a u g h t e r s

r a n g e d

f r o m 2 3

t o

4 5 .

D e p o s i t i o n

i n c r e a s e d

w i t h

d e c r e a s i n g p a r t i c l e s i z e a n d

w i t h

i n c r e a s i n g

t i d a l

v o l u m e , b o t h

c h a r a c t e r i s t i c o f v e r y

f i n e

p a r t i c l e s

d e p o s i t -

i n g b y d i f f u s i o n i n

t h e r e s p i r a t o r y t r a c t .

P a r t i c l e s i z e

f o r

a t t a c h e d

r a d o n

d a u g h t e r s

w a s

f o u n d

t o

v a r y

g r e a t l yw i t h

l o c a t i o n

i n

t h e

m i n e ,

a

f i n d i n g s u b s t a n t i a t e d

b y

P a l m e r ,

e t

a l .

( 6 1 )

i n

u r a n i u m

m i n e s o n

t h e C o l o r a d o

P l a t e a u . T h e c r i t i c a l

i n t e r a c t i o n

b e t w e e n

a t t a c h m e n t

o f

t h e s e r a d i o n u c l i d e s

a n d

s u b s e q u e n t d e p o s i t i o n

w a s

s h o w n b y G e o r g e

a n d B r e s l i n

( 5 3 ) ; t o t a l

d e p o s i t i o n s

d u r i n g n a s a l

b r e a t h i n g w e r e

2

a n d

6 2 ,

r e s p e c t i v e l y ,

f o r a t t a c h e d

a n d u n a t t a c h e d

r a d o n

d a u g h t e r s .

T h e

t w o

c o n t i n u o u s

c u r v e s p r e d i c t e d

b y

t h e T G L D

( 1 1 ) a t 1 5


p e r

m i n u t e

w i t h

t i d a l v o l u m e o f

1 4 5 0 a n d

7 5 0

m L s h o w

r e a s o n a b l e

a g r e e m e n t w i t h

t h e


d a t a o b t a i n e d

b y

G i a c o m e l l i - M a l t o n i e t a l .

( 4 8 ) a n d

H e y d e r e t a l . ( 5 8 )

f o r

p a r t i c l e s i z e s

d o w n

t o

0 . 2

, u m .

H o w e v e r , d e p o s i t i o n

f r a c t i o n s

a r e

m a r k e d l y d i f f e r -

e n t

f r o m

t h e

o b s e r v e d


r e s u l t s

f o r p a r t i c l e

s i z e s

r a n g i n g

f r o m 0 . 2

t o

0 . 0 1 , u m , w h i c h

a r e

t h e c r i t i c a l

s i z e s f o r

d e p o s i t i o n

o f

a t t a c h e d

a n d

u n a t t a c h e d r a d o n

d a u g h t e r s .

F o r t h e s e

s i z e s

t o t a l

r e s p i r a t o r y t r a c t d e p o s i -

t i o n i s

o v e r e s t i m a t e d

b y a t

l e a s t a f a c t o r o f

2 ,

w i t h

a

c o r r e s p o n d i n g e r r o r

i n a b s o r b e d

r a d i o l o g i c a l o r

c h e m i -

c a l

d o s e t o

s e n s i t i v e

e p i t h e l i a l

c e l l s .

T h e

c o n t i n u o u s

c u r v e d e v e l o p e d

b y

Y u

e t a l . ( 6 2 )

i n

1 9 7 8 w a s

b a s e d

u p o n a

t w o - c o m p a r t m e n t

t h e o r y f o r

a e r o s o l

d e p o s i t i o n , r e f l e c t i n g

r e c e n t e x p e r i m e n t a l r e -

s u l t s

( 6 3 ) .

L i p p m a n n a n d

A l b e r t

( 4 7 )

i n

1 9 6 9

r e p o r t e d

r e s u l t s f r o m

p r e c i s e

m e a s u r e m e n t s

u s i n g

h u m a n

v o l u n -

t e e r s

i n h a l i n g

i n s o l u b l e

F e 2 0 3

a e r o s o l s

l a b e l e d

w i t h

1 9 8 A u

o r

9 9 n T c , u s i n g

e x t e r n a l

m e a s u r e m e n t s o f

gamma

p h o t o n s

e m i t t e d

f r o m

d i f f e r e n t

r e g i o n s

o f

t h e

r e s p i r a -

t o r y

t r a c t ;

t h e

a m o u n t

o f

m a t e r i a l

t h a t d i s a p p e a r e d

f r o m

t h e

r e g i o n

o f

t h e

c h e s t d u r i n g

t h e f i r s t 2 4

h r

w a s

u s e d

a s a m e a s u r e m e n t

o f


d e p o s i t i o n

( 4 7 ) .

F o o r d e t

a l .

( 4 9 )

i n

1 9 7 8

s t u d i e d t o t a l

a l v e o l a r

d e p o s i t i o n

i n

1 6

s u b j e c t s u s i n g

p o l y s t y r e n e

p a r t i c l e s o f

2 . 5 t o

7 . 5

, u m d i a m e t e r

l a b e l e d w i t h m T c .

D e p o s i t i o n

f r a c t i o n s w e r e

o b t a i n e d

b y

m e a s u r i n g t h e d i f f e r e n c e

b e t w e e n

i n h a l e d

a n d

e x h a l e d

a e r o s o l

r a d i o a c t i v i t i e s ,

a n d a m o u n t s o f

d e p o s i t e d

r a d i o a c t i v i t y

t h a t

w e r e

s u b s e -

q u e n t l y

e x c r e t e d .

H e y d e r e t

a l .

( 5 8 )

i n

1 9 7 5 , H e y d e r

z

0

I -

0

U .

z

0

P

0

a

0 . 0 1

0 . 0 2 0 . 0 5 0 . 1

0 . 2 05

M a s s

M e d i a n

D i a m e t e r

( j i m )

3 7 4



DEPOSITION

AND C L E A R A N C E

OF I N H A L E D

PARTICLES

a n d

D a v i e s ( 5 2 )

a n d

H e y d e r

e t a l .

( 2 5 )

i n

1 9 8 0

u s e d

t w o

m e t h o d s o f

d e t e r m i n i n g t o t a l

d e p o s i t i o n

d a t a . T h e

f i r s t

p r o c e d u r e

( d i g i t a l

m e t h o d ) m e a s u r e d

d i r e c t l y

t h e q u a n -

t i t y

o f

i n s p i r e d

a n d

e x p i r e d

p a r t i c l e s

o f

F e 2 0 3 l a b e l e d

w i t h

1 9 8 A u b y e x t e r n a l

m o n i t o r i n g . T h e

s e c o n d

m e t h o d

i n v o l v e d

c o n t i n u o u s

m o n i t o r i n g

o f

t h e p a r t i c l e

n u m b e r

c o n c e n t r a t i o n

a n d

v o l u m e

f l o w

r a t e

( a n a l o g

m e t h o d ) .

I n

1 9 7 5

H e y d e r e t a l . ( 5 8 )

r e p o r t e d


d a t a

f r o m f i v e

s u b j e c t s

f o r n o s e a n d

m o u t h

b r e a t h i n g u s i n g


a e r o s o l s

o f

d i - 2 - e t h y l h e x y l

s e b a c a t e

d r o p l e t s

w i t h

d i a m e t e r s

r a n g i n g f r o m

0 . 1

t o

3 . 2

p u m ,

u n d e r

w e l l - d e f i n e d

b r e a t h i n g

p a t t e r n s .

T h e


f o r

m i n i m u m

d e p o s i t i o n

w a s

f o u n d t o

b e

a

f u n c t i o n

o f

t i d a l

v o l u m e

a n d


r a t e .

An

8 - f o l d i n c r e a s e

i n

t i d a l

v o l u m e

( 2 5 0 - 2 0 0 0

m L )

d e c r e a s e d t h i s s i z e

f r o m

0 . 6 6 t o

0 . 4 6

p u m ( m i n u t e

v o l u m e

o f 1 5

L ) .

C h a n g i n g


r a t e s

a l s o s h o w e d m a r k e d

e f f e c t s ; c h a n g i n g

f r o m

3 . 7 5 t o 3 0

b r e a t h s / m i n a t

1 0 0 0

m L t i d a l

v o l u m e

i n c r e a s e d

m i n i m u m

d e p o s i t i o n s i z e f r o m

0 . 4 6 t o 0 . 5 8

p u m , a n d

d e p o s i t i o n o f

1 . 0 , u m

p a r t i c l e s i n c r e a s e d f r o m

8 t o 4 0 .

T h e

p a r a m e t e r

t h a t

a p p e a r e d

t o

g o v e r n

d e p o s i t i o n

f r a c t i o n s

i n

t h e 0 . 1 t o 3 . 2

, u m

s i z e

r a n g e

w a s

t h e

a v e r a g e r e s i d e n c e t i m e

o f

a e r o s o l s i n

t h e


t r a c t ,

i n v o l v i n g

d i f f u s i o n a n d

s e d i m e n t a t i o n .

I t w a s

p o s t u l a t e d t h a t

f o r

p a r t i c l e s

w i t h

d i a m e t e r s b e t w e e n

0 . 4 a n d

2 . 9

, u m ,

t h e r i s e i n

t o t a l

d e p o s i t i o n

w o u l d

p r i m a r i l y

r e f l e c t t h e

i n c r e a s e d

p u l m o n a r y d e p o s i t i o n

( 5 8 ) .

A t

l a r g e r

p a r t i c l e s i z e s ,

i . e . , u p

t o

8

, u m ,

i n c r e a s i n g

f l o w r a t e s

c a u s e d

i n c r e a s e d

t o t a l

d e p o s i t i o n ,

i n d i c a t i n g

d e p o s i t i o n

p r i m a r i l y b y

i m p a c t i o n ;

a

t r a n s i t i o n

t o

d e p o s i -

t i o n


s e d i m e n t a t i o n a n d

d i f f u s i o n

o c c u r r e d

a t

a p p r o x i m a t e l y

4

, u m ( 2 5 ) .

I n

1 9 8 0 ,

S t a h l h o f f e n , G e b h a r t

a n d

H e y d e r

( 6 4 )

s t u d -

i e d

t o t a l

d e p o s i t i o n

i n

h u m a n

v o l u n t e e r s

u s i n g

F e 2 0 3

p a r t i c l e s

w i t h

9 8 A u

t r a c e r ;

t h e

n u m b e r s o f

i n s p i r e d

a n d

e x p i r e d

p a r t i c l e s

w e r e

r e c o r d e d

a u t o m a t i c a l l y

f o r

e a c h

b r e a t h . T h e i r

r e s u l t s

s u g g e s t e d

t h a t

f o r

p a r t i c l e s

u p

t o

2 . 5

, u m ,

d e p o s i t i o n

o c c u r s

o n l y

i n

t h e

p u l m o n a r y

l u n g

u n d e r n o r m a l

b r e a t h i n g

c o n d i t i o n s .

T h e y c o n c l u d e d

t h a t t o t a l

d e p o s i t i o n

f o r

p a r t i c l e s

l e s s t h a n 2 . 4

, u m

i s

d u e

t o


r a t h e r

t h a n

i m p a c t i o n ,

u n l e s s

v o l u m e t -

r i c f l o w

r a t e s

a r e

g r e a t l y

i n c r e a s e d ;

a t

p a r t i c l e

d i a m e -

t e r s

a b o v e

4 . 5

, i m ,

a l v e o l a r

d e p o s i t i o n

d e c r e a s e s

v e r y

r a p i d l y

a n d t h e

p o s i t i o n o f t h e maximum

a l v e o l a r

d e p o s i t i o n

i s


3

t o

4

, u m .


c u r v e s

s h o w n

i n

F i g u r e

4

i n d i c a t e

t h a t

t h o s e o f

t h e

TG LD

f o r t i d a l

v o l u m e s o f

1 4 5 0

a n d

7 5 0 m L

a r e

r e a s o n a b l y

c o n s i s t e n t

w i t h

r e c e n t


r e s u l t s o f a

v a r i e t y

o f

a u t h o r s , i . e . ,

maximum

d e p o s i -

t i o n

o f

n e a r l y

1 0 0

f o r

p a r t i c l e

s i z e

d i a m e t e r s

o f 8 t o

1 0

, i m ,

a n d

a m i n i m u m

d e p o s i t i o n

o f

2 0

a t

0 . 2

t o 0 . 5

, u m .

H o w e v e r ,

t h e

t h e o r e t i c a l c u r v e o f

Y u

e t a l .

( 6 2 )

p r o v i d e s

a

c l o s e r f i t t o t h e


p o i n t s

o b t a i n e d

b y

C h a n

a n d

L i p p m a n n

( 5 1 ) , H e y d e r

e t a l .

( 5 8 ) , L i p p m a n n

a n d

A l b e r t

( 4 7 )

a n d F o o r d

( 4 9 ) .

A t

p a r t i c l e

d i a m e t e r s b e l o w

0 . 2

, i m ,

t h e

T GLD c u r v e s r i s e

v e r y

r a p i d l y

a n d

d e p a r t

r a d i c a l l y

f r o m

t h e

a v a i l a b l e


d a t a .

A l l

o f

t h e s e c u r v e s

s h o w

c o n s i d e r a b l y

h i g h e r p r e d i c t e d

d e p o s i -

t i o n f r a c t i o n

t h a n

t h e

a c t u a l d a t a

o b t a i n e d

b y S w i f t

e t

a l .

( 5 0 ) ,

s u g g e s t i n g

a n

o v e r e s t i m a t e o f d e p o s i t i o n

a n d

a

c o r r e s p o n d i n g

i n c r e a s e

o f c h e m i c a l

o r

r a d i o l o g i c a l

d o s e

b y

f a c t o r s o f 2 - t o

4 - f o l d .

N a s o p h a r y n g e a l

D e p o s i t i o n

T h e

b i o l o g i c a l

c o n s e q u e n c e s

o f

i n h a l e d m a t e r i a l s

t h a t

a r e

d e p o s i t e d

i n t h e


d u r i n g n o r m a l

b r e a t h -

i n g

c a n

r a n g e f r o m i n t e r m i t t e n t

i r r i t a t i o n

a n d

a l l e r g i e s

t o

n a s a l

c a r c i n o m a .

I n c r e a s e d

n a s a l

c a n c e r

h a s

a p p e a r d

i n

s e v e r a l

w o r k i n g

p o p u l a t i o n s t h a t

h a v e

p e r s i s t e n t l y

i n h a l e d

r e a c t i v e

a i r b o r n e

p a r t i c l e s o r m a t e r i a l s

t h a t

may a d h e r e t o

p a r t i c l e s ,

i n c l u d i n g

l e a t h e r w o r k e r s

( 6 5 ) ,

f u r n i t u r e

m a k e r s ( 6 6 ) ,

a s b e s t o s w o r k e r s

( 6 7 ) a n d

women

e m p l o y e d

a s r a d i u m

d i a l

p a i n t e r s

( 6 8 ) .

S t u d i e s

t h a t

d e s c r i b e

t h e

p a t t e r n s

a n d

e x t e n t

o f i n h a l e d

p a r t i c l e

d e p o s i t i o n

a t

v a r i o u s s i t e s

w i t h i n

t h e


r e g i o n

a r e

e s s e n t i a l

f o r

d e t e r m i n a t i o n

o f t h e

p o t e n t i a l

t o x i c i t y

o f

i n h a l e d

m a t e r i a l s .

T h e

f i r s t


m o d e l

o f

t h e

d e p o s i t i o n

o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s

o f

t h e n a s o p h a r y n g e a l

r e g i o n

w a s

d e v e l o p e d

i n

1 9 4 9

b y

L a n d a h l

a n d T r a c e w e l l

( 6 9 )

a n d

p r e d i c t e d t h a t

d e p o s i t i o n

b y

i m p a c t i o n

w o u l d

p r e d o m i -

n a t e

e x c e p t f o r

t h e l o w e s t

f l o w

r a t e s .

R e a s o n a b l e

a g r e e m e n t

w i t h

e x p e r i m e n t a l d a t a

w a s

o b t a i n e d

b y

p a s s i v e l y

a s p i r a t i n g t h r o u g h

t h e n o s e

a n d

m o u t h

o f


s u b j e c t

a e r o s o l s

o f s o d i u m

p o t a s s i u m

b i c a r b o n a t e ,

c o r n o i l ,

g l y c e r o l ,

t y r o s i n e ,

b i s m u t h s u b -

c a r b o n a t e a n d

m e t h y l e n e b l u e

( 6 9 , 7 0 ) .

P a t t l e

( 7 1 ) i n

1 9 6 1

s t u d i e d

n a s a l

d e p o s i t i o n

o f

m o n o d i s p e r e d

m e t h y -

l e n e b l u e

p a r t i c l e s p r o d u c e d

b y a s p i n n i n g

d i s k

g e n -

e r a t o r . T h e

f r a c t i o n a l

n a s a l

p e n e t r a t i o n

o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

was

e x p r e s s e d

b y

t h e

e m p i r i c a l r e l a t i o n s h i p :

P =

0 . 9 5 [ 1

-

0 . 5 1

l o g ( D 2 F / 2 0 . 2 ) ]

H e r e

D i s t h e p a r t i c l e

d i a m e t e r

( j i m )

a n d F i s

t h e

f l o w

r a t e i n l i t e r s / m i n u t e . N a s a l

d e p o s i t i o n

N f o r

p a r t i c l e s

o f

a p a r t i c u l a r

a e r o d y n a m i c d i a m e t e r

( D a )

w a s

e x p r e s s e d

a s :

N

= - 0 . 6 2

+

0 . 4 7 5

l o g

D a 2 F

T h i s

r e l a t i o n s h i p

w a s u s e d b y

t h e T G L D t o

d e t e r m i n e

d e p o s i t i o n

i n t h e

n a s o p h a r y n g e a l r e g i o n

( 1 1 ) .

P a r t i c l e s

o f t h e

l a r g e s t i n h a l a b l e

s i z e ( <

1 0 0 , u m )

d o w n

t o a b o u t

2 0

j i m

w e r e

c a l c u l a t e d

t o d e p o s i t

q u a n t i t a t i v e l y i n

t h e


r e g i o n .

I n 1 9 7 1

Hounam

e t

a l .

( 5 6 )

d e v e l o p e d e q u a t i o n s

f o r n a s a l

d e p o s i t i o n

o f

i n h a l e d

i n s o l u b l e p a r t i c l e s

a n d

m e a s u r e d d e p o s i t i o n i n

t h e


N

o f p r e s s u r e

d i f f e r e n t i a l

P n ,

b e t w e e n

n o s e a n d

m o u t h :

N

=

- 0 . 9 7 5

+

0 . 6 6

l o g D a

P n r n

T h e s e

d a t a s h o w e d

m u c h

l e s s

s c a t t e r

r a t h e r t h a n

t h o s e

o b t a i n e d

b y

P a t t l e

( 7 1 )

a s a

f u n c t i o n

o f

i n s p i r a t o r y a i r

f l o w .

3 7 5



B .

0 .

STUART

I n

1 9 7 0 L i p p m a n n ( 7 2 )

m e a s u r e d n a s a l d e p o s i t i o n

a s

a

f u n c t i o n o f

p a r t i c l e

a e r o d y n a m i c d i a m e t e r

D a

a n d


f l o w

F i n v o l u n t e e r s

wh o i n h a l e d t h r o u g h

t h e

n o s e a n d e x h a l e d

t h r o u g h

a m o u t h p i e c e ,

u s i n g

n o r m a l

b r e a t h i n g

t h r o u g h o u t ;

t h e s e

d a t a a r e

s h o w n i n

F i g u r e

5 .

I n

1 9 7 4 R u d o l p h a n d

H e y d e r ( 7 3 )

s t u d i e d t h e

n a s a l d e p o s i t i o n o f


a e r o s o l

p a r t i c l e s ,

u s i n g

f o u r

s u b j e c t s

w i t h

s e v e r a l t i d a l

v o l u m e s ,

r e s p i r a -

t o r y

r a t e s

a n d

p a t t e r n s

o f

e x p o s u r e .

U n d e r

t h e

c o n d i -

t i o n s o f

i n h a l a t i o n

a n d e x h a l a t i o n

i n

b o t h

d i r e c t i o n s

t h r o u g h t h e

n o s e

a n d

t h e

m o u t h .

M o n o d i s p e r s e p a r t i -

c l e s

( d r o p l e t s )

o f

d i - 2 - e t h y l - h e x y l

s e b a c a t e

w e r e u s e d

t o

d e t e r m i n e

n a s a l

d e p o s i t i o n a s :

N

=

- 0 . 6 3

+

0 . 5 1 l o g D a 2 F

T h i s

e x p r e s s i o n d e s c r i b e s

a c u r v e h a v i n g

n e a r l y t h e

s a m e

s l o p e

a s t h a t o f

P a t t l e ' s

e m p i r i c a l


( 7 1 ) ,

t h e l a t t e r

s h o w n b y a

s t r a i g h t

l i n e i n

F i g u r e

5 .

I n d i v i d u a l

v a r i a t i o n s

i n

d e p o s i t i o n

a n d c l e a r a n c e

may

b e

e x t r e m e

i n

t h i s

r e g i o n .

I n

1 9 7 3 ,

F r y

a n d

B l a c k

( 5 7 )

d e t e r m i n e d

t h e

r e g i o n a l

d e p o s i t i o n


o f

p a r t i c l e s

i n

t h e h u m a n

n o s e ,

f i n d i n g

u p

t o

83

o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s

o f

d i a m e t e r

5 ,

7 o r 1 0

, u m

d e p o s i t e d

i n

r e g i o n s

o f

t h e


t h a t

w e r e c h a r a c t e r i z e d

b y b i o l o g i -

c a l

c l e a r a n c e t i m e s o f m o r e

t h a n 1 2

h r . I t t h u s

may

b e

n e c e s s a r y

t o

e x a m i n e c l e a r a n c e

p a t t e r n s

f o r a s

m u c h

a s

2 4 h r i n

s o m e i n d i v i d u a l s

i n

o r d e r

t o

a d e q u a t e l y

c h a r a c t e r i z e t h e m o v e m e n t

a n d

q u a n t i t y

o f

d e p o s i t e d

p a r t i c u l a t e

m a t e r i a l .

F e w


s t u d i e s

o f t h e

h e a d

d e p o s i t i o n

o f

p a r t i c l e s ,

i n h a l e d

t h r o u g h

t h e

m o u t h ,

h a v e

b e e n

c a r r i e d

o u t w i t h t h e

p r o p e r

e q u i p m e n t

a n d

w i t h

c a r e f u l l y

r e g u l a t e d

b r e a t h i n g

p a t t e r n s n e c e s s a r y

t o f u r n i s h

r e l i -

a b l e

d a t a .

E x c e p t i o n s

a r e

t h e

c l a s s i c a l

s t u d i e s

o f

L i p p m a n n

( 7 2 ) ,

C h a n a n d

L i p p m a n n

( 5 1 )

a n d

S t a h l h o f e n

N A S O P H A R Y N G E A L

D E P O S I T I O N

z

NASAL

I N S P I R A T I O N /

2

0 . 8

~ 0 . 6

TI

0

p

H E A D

0 . 2

11~

D E P O S I T I O N

M U T H

BREATHING

0 ,

2 0 5 0

1 0 2

2 0 0

5 0 0

I C 0 3

2 0 0 0

500

1 0 4

D A 2

F

AERODYNAMIC

D I A M E T E R 2

( j i m ) 2 x

FLOW

( I p m )

F I G U R E

5 .

D e p o s i t i o n

o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s

i n

t h e

n a s o p h a r y n x d u r i n g

n o s e

b r e a t h i n g a n d

i n

t h e

h e a d

d u r i n g

m o u t h

b r e a t h i n g :

( O )

Hounam e t a l .

( 5 5 ) ;

( X )

L i p p m a n n

( 4 7 ) ,

TV

1 0 0 0

m L ,

1 4

R P M ; ( 0 )

R u d o l f

a n d

H e y d e r ( 7 3 ) ; ( 0 )

M a r t e n s a n d

J a c o b i

( 8 6 ) ,

TV 1 0 0 0

m L ,

1 4

RPM.

T h e s o l i d

s t r a i g h t

l i n e i s

t h e

e m p i r i c a l e x p r e s s i o n

d e r i v e d

b y

P a t t l e

( 7 1 )

f o r

d e p o s i t i o n

i n

t h e

n a s o p h a r y n x . D e p o s i -

t i o n i n

t h e h e a d

d u r i n g m o u t h

b r e a t h i n g

i s

e x p r e s s e d

a s

t h e

d a s h e d

c u r v e

w i t h

c o n f i d e n c e

l i m i t s

( s o l i d

b o u n d a r y

c u r v e s ) ;

i t

r e p r e s e n t s t h e c o m b i n e d

d a t a

o f

C h a n a n d

L i p p m a n n

( 5 1 ) ,

TV

1 0 0 0

m L ,

1 4

R P M ,

a n d

S t a h l h o f e n

e t a l .

( 6 4 ) ,

TV

1 5 0 0

m L ,

1 5

RPM.

e t

a l .

( 6 4 ) . L i p p m a n n

( 7 2 )

d e v e l o p e d

a n

e x t e r n a l c o u n t -

i n g a r r a y

o f

c r y s t a l s

s u r r o u n d i n g

t h e

h e a d s o f

v o l u n -

t e e r s w h o i n h a l e d

r a d i o n u c l i d e - l a b e l e d

a e r o s o l s . D a t a

o b t a i n e d f r o m

t h e s e

s t u d i e s ,

a s

w e l l a s

t h e r e c e n t w o r k

o f C h a n a n d

L i p p m a n n

( 5 1 )

o n 2 6

h e a l t h y

n o n s m o k e r s

a n d t h e

r e s u l t s

o f

S t a h l h o f e n e t a l . ( 6 4 )

f o r

m o u t h

b r e a t h i n g

i n

t h r e e

s u b j e c t s , a r e

c o m b i n e d

a n d

s h o w n

a s

a

s i n g l e

r e g r e s s i o n l i n e i n

F i g u r e

5 ,

w i t h

c o n f i d e n c e

l i m i t s a s p r e s e n t e d i n

t h e

r e c e n t

s t u d y

o f

C h a n

a n d

L i p p m a n n

( 5 1 ) .

C o m p a r i s o n

o f t h i s c o m p o s i t e

c u r v e

f o r

h e a d d e p o s i t i o n


b r e a t h i n g w i t h

t h e i n d i -

v i d u a l

d a t a f o r d e p o s i t i o n d u r i n g

n o s e b r e at h in g

s h o w s

t h a t m u c h

g r e a t e r d e p o s i t i o n

i s p r e d i c t e d

i n

t h e n a s o -

p h a r y n x d u r i n g

n o s e b r e a t h i n g

t h a n d u r in g m o u t h

b r e a t h i n g .

C o n v e r s e l y ,

b r e a t h i n g b y

m o u t h

i s

l i k e l y t o

c a u s e

h i g h e r

d e p o s i t i o n

f r a c t i o n

i n t h e


r e g i o n

f o r

a w i d e

r a n g e o f p a r t i c l e

s i z e s .

H e y d e r

e t

a l .

( 2 5 ) p e r f o r m e d

a

s e r i e s

o f


f o r b o t h

n o s e a n d

m o u t h b r e a t h i n g

u s i n g

d i f f e r e n t


f l o w r a t e s , t i d a l

v o l u m e s ,

a n d


f r e q u e n c i e s

w i t h

a

s y s t e m

t h a t

a v o i d e d


p a u s e s . N a s a l

d e p o s i t i o n v a l u e s

s h o w e d m u c h

g r e a t e r

v a r i a b i l i t y

b e t w e e n s u b j e c t s t h a n

d i d m o u t h

b r e a t h i n g


a n d t h a t i n e r t i a l

i m p a c t i o n i s l i k e l y

t o b e

m u c h

m o r e

e f f i c i e n t ,

p a r t i c u l a r l y a t

h i g h

f l o w r a t e s .

A t

l o w

f l o w r a t e s , t i d a l

v o l u m e s

b e c a m e v e r y i m p o r t a n t ;

a t

2 5 0

m L / s e c ,

t h e p a r t i c l e

s i z e o f m i n i m u m

d e p o s i t i o n

d r o p p e d f r o m 0 . 4 8

t o

0 . 3 8

p L m w h e n t h e t i d a l

v o l u m e

w a s

c h an g e d f r o m

2 5 0 , t o

2 0 0 0 m L .

T h e

a u t h o r s c o n -

c l u d e d

t h a t

t h e n o s e

c a n b e c o n s i d e r e d

a n e f f e c t i v e

f i l t e r t h a t

p r o t e c t s

t h e r e s t o f t h e r e s p i r a t o r y

t r a c t .

A

s t a t i s t i c a l

d e s c r i p t i o n o f a e r o s o l


i n

t h e n o s e a n d m o u t h f o r

i n s p i r a t i o n a n d

e x p i r a t i o n h a s

r e c e n t l y b e e n d e v e l o p e d i n

1 9 8 1 b y

Y u

e t a l .

( 7 4 ) . T h e s e

a u t h o r s h a v e

s h o w n

t h a t

t h e

a v a i l a b l e

d a t a

f o r

n a s a l


a n d

e x p i r a t i o n , a s d i s c u s s e d a b o v e , f i t

w e l l

i n t o t w o

l i n e a r r e l a t i o n s h i p s i n

t e r m s o f

l o g

p D 2 Q ( w h e r e

p i s

p a r t i c l e m a s s d e n s i t y , D

i s p a r t i c l e d i a m e t e r a n d

Q

i s f l o w

r a t e ) , o n e f o r

l a r g e r v a l u e s o f

p D 2 Q , a n d

t h e

o t h e r

f o r s m a l l

v a l u e s ,

i . e . ,

<

2 5 0

( g / , u m 3 / s e c ) ,

t h a t

c o r r e s p o n d

t o s u b m i c r o n

p a r t i c l e s w h e r e d i f f u s i o n

d e p o -

s i t i o n

b e c o m e s i m p o r t a n t .

I n

e x a m i n i n g

d e p o s i t i o n

d u r i n g


b y

m o u t h ,

a l l

d e p o s i t i o n

v a l u e s

f o r

D 2 Q

<

1 0 0 0 w e r e

e s s e n t i a l l y z e r o ,

i n d i c a t i n g a s i n g l e


w a s s u f f i c i e n t .

I n

a d d i t i o n

t o t h e

h i g h d e p o s i t i o n

p r o b a b i l i t i e s f o r

l a r g e

p a r t i c l e s

i n

t h e

n a s o p h a r y n x d u r i n g n a s a l

b r e a t h -

i n g ,

t h i s

c a n

b e

a v e r y i m p o r t a n t

r e g i o n

f o r

d i f f u s i o n

d e p o s i t i o n

o f

f i n e

p a r t i c l e s

a s

t h e y

f i r s t

e n t e r

t h e

r e s p i r a t o r y t r a c t ( 7 2 ) . I n f o r m a t i o n

o n

t h e

e x t e n t

o f

d e p o s i t i o n

f o r

v e r y

s m a l l

p a r t i c l e s ( <

0 . 0 1

, u m )

w i t h i n

t h e


i s

v e r y l i m i t e d . Hounam

( 5 5 ) f o u n d

a g r e e m e n t b e t w e e n

h i s


r e s u l t s

a n d

t h e o -

r e t i c a l

p r e d i c t i o n s

( 6 9 , 7 0 ) ,

i f h e

a s s u m e d t h a t a t m o -

s p h e r i c


n u c l e i b e h a v e d a s

a

u n i f o r m a e r o -

s o l

o f a b o u t

0 . 0 1

, u m

m e d i a n

d i a m e t e r ;

r e a s o n a b l e

c o r r e l a t i o n w a s

f o u n d

b e t w e e n t h e o r e t i c a l m o d e l s

a n d

m e a s u r e d i o d i n e

v a p o r

d e p o s i t i o n

i n

n o s e a n d

m o u t h ,

3 7 6




OF I N H A L E D PARTICLES

w i t h

7 5 t o

1 0 0 o f

t h e i o d i n e

v a p o r

d e p o s i t i n g

i n

t h e

n o s e a n d

m o u t h .

I f v e r y s m a l l , r a p i d l y d i f f u s i n g

p a r t i c l e s

a c t a s

c a r r i e r s o f

a t t a c h e d

r a d i o n u c l i d e s ,

t h e i r

d e p o s i t i o n

c a n

l e a d

t o

s e v e r e p a t h o l o g y

i n t h i s

r e g i o n .

F r e s h l y

g e n e r -

a t e d 1 R u

t e t r o x i d e

a t t a c h e s

r a p i d l y

t o a v a i l a b l e d u s t

n u c l e i t h a t d e p o s i t p r i n c i p a l l y

i n

t h e


o f

l a r g e


a n i m a l s

( b e a g l e

d o g s ) , c a u s i n g h i g h l y

l o c a l i z e d i r r a d i a t i o n o f

n a s a l

e p i t h e l i u m ( 7 5 ) . D a i l y

e x p o s u r e s

o f

4 0 b e a g l e d o g s t o

a l p h a - e m i t t i n g

r a d o n

d a u g h t e r s

a t t a c h e d

t o u r a n i u m o r e d u s t

p a r t i c l e s

( 0 . 6 - 0 . 8

, u m

a c t i v i t y

m e d i a n a e r o d y n a m i c d i a m e t e r )

c a u s e d

a

25 i n c i d e n c e o f


t r a c t

c a r c i n o m a ,

w i t h

t h r e e c a s e s o f n a s a l

c a r c i n o m a

( 7 6 ) . S p r a g u e -

D a w l e y

r a t s

e x p o s e d

t o a n

a t m o s p h e r e c o n t a i n i n g

1 6 t o

2 0 o f u n a t t a c h e d r a d o n d a u g h t e r s ( v e r y r a p i d l y

d i f f u s -

i n g

s i n g l e i o n s )

p r o d u c e d

a h i g h i n c i d e n c e

o f

s q u a m o u s

m e t a p h a s i a

a n d

s q u a m o u s

c a r c i n o m a i n t h e

n a s o p h a r -

y n x ( 7 6 ) . R a t s e x p o s e d t o r a d o n d au g ht e rs

a t t a c h e d

t o

m o r e

s l o w l y d i f f u s i n g d u s t

p a r t i c l e s

t h a t

d e p o s i t e d

a t

m o r e

d i s t a l s i t e s

i n

t h e


t r a c t

s h o w e d

n o

n a s a l c a r c i n o m a , b u t

60

i n c i d e n c e o f

s q u a m o u s

c a r c i -

n o m a

a n d

a d e n o c a r c i n o m a

i n

t h e b r o n c h i o l o a l v e o l a r

l u n g ( 6 0 ) . G e o r g e e t a l . ( 7 7 )

f o u n d t h a t b o t h t h e s i z e o f

t h e

c a r r i e r

u r a n i u m

m i n e d u s t ( o r d i e s e l e x h a u s t )

p a r t i c l e s

a n d t h e t i d a l v o l u m e i n f l u e n c e

n a s a l

d e p o s i t i o n

o f r a d o n

d a u g h t e r s

i n

h u m a n

s u b j e c t s ;

l a r g e r

p a r t i c l e

s i z e s

g r e a t l y

i n c r e a s e d


t o

r e g i o n s

b e y o n d

t h e

n a s o p h a r y n x .

T r a c h e o b r o n c h i a l D e p o s i t i o n

T h e t r a c h e o b r o n c h i a l

r e g i o n

o f t h e r e s p i r a t o r y t r a c t

e x t e n d s

f r o m a i r w a y

g e n e r a t i o n

z e r o

( t r a c h e a )

t o

g e n e r -

a t i o n 1 6

( t e r m i n a l

b r o n c h i o l e s ) ,

i . e . ,

t h e

c o n d u c t i n g

a i r w a y s b e y o n d

t h e

l a r y n x ,

w h e r e i n s o l u b l e

p a r t i c l e s

a r e c l e a r e d

p r i m a r i l y

v i a t h e

m u c o c i l i a r y

e s c a l a t o r .

E x p e r i m e n t a l

s t u d i e s o f


d e p o s i t i o n

p a t t e r n s

h a v e

b e e n

g e n e r a l l y

c o n d u c t e d i n h u m a n s

v i a

m o u t h

i n h a l a t i o n ,

b y p a s s i n g

m u c h o f

t h e n a s o p h a r y n -

g e a l r e g i o n .

R e c e n t s t u d i e s h a v e

e m p l o y e d s i n g l e - s i z e d


a e r o s o l s

w i t h m e d i a n d i a m e t e r s r a n g i n g

f r o m 0 . 1

t o 8 , u m .

L i p p m a n n a n d A l b e r t ( 4 7 ) h a v e

e s t a b l i s h e d t h e

t e c h n i q u e

o f

d e t e r m i n i n g t r a c h e o b r o n -

c h i a l

d e p o s i t i o n

b a s e d

o n

f i n d i n g s

t h a t


c l e a r a n c e

v i a


t r a n s p o r t a p p e a r s

t o

t h e

c o m p l e t e

w i t h i n

t h e f i r s t

2 4 h r

a f t e r

e x p o s u r e .

E x t e r i o r

m o n i t o r i n g o f

t h e t h o r a x

f o r

d e p o s i t e d


r a d i o l a b e l e d

a e r o s o l s

w a s

u s e d

t o

d e t e r m i n e

t h e

a m o u n t

t h a t

i s

c l e a r e d

d u r i n g

t h e f i r s t

2 4

h r ;

t h i s w a s

d e s i g -

n a t e d a s t h e t r a c h e o b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n

a n d i s e x -

p r e s s e d

a s

t h e

f r a c t i o n

o f

a e r o s o l e n t e r i n g t h e t r a c h e a

t h a t

d e p o s i t s

i n

t h i s

r e g i o n .

E x t e n s i v e s t u d i e s

b y

L i p p m a n n a n d A l b e r t

( 4 7 )

a n d

L i p p m a n n

e t

a l . ( 7 8 ) ( 5 4 , 7 9 )

u s i n g

m o n o d i s p e r s e d F e 2 O 3

s p h e r e s

l a b e l e d w i t h 1 9 8 A u o r

5 1 C r

o r 9 9 m T c

i n

h u m a n s

a n d

d o n k e y s

h a v e

p r o v i d e d

d a t a o n d e p o s i t i o n a n d

c l e a r a n c e

p a t t e r n s

w i t h i n

t h e t r a c h e o b r o n c h i a l r e g i o n o f


t r a c t .

L a r g e

d i f f e r e n c e s

i n

t r a c h e o b r o n -

c h i a l


w e r e f o u n d a m o n g

i n d i v i d u a l

h u m a n

s u b j e c t s . D e p o s i t i o n

i n

t h i s r e g i o n


b r e a t h i n g a p p e a r s t o b e

l a r g e l y t h e r e s u l t o f i m p a c t i o n

p r o c e s s e s ,

p a r t i c u l a r l y

f o r

p a r t i c l e s

g r e a t e r

t h a n 4

, u m


d i a m e t e r .

C a l c u l a t e d


f o r

t h e s e

s i z e s

s u g g e s t s

t h a t d e p o s i t i o n

s h o u l d

o c c u r


i m p a c t i o n

w i t h i n t h e f i r s t 1 0 t o

1 2

a i r w a y

g e n e r a t i o n s ( 7 8 ) . A

t r a n s i t i o n

i n

d e p o s i t i o n m e c h a n i s m

f r o m

i m p a c t i o n t o s e d i m e n t a t i o n

w a s i n d i c a t e d

b e y o n d

g e n e r a t i o n

1 2 .

T h e

T G L D

( 1 1 )

c a l c u l a t e d

t h a t d u r i n g n a s a l b r e a t h i n g

t h e t o t a l


d e p o s i t i o n

f r a c t i o n s e l d o m

e x c e e d e d

1 0

f o r

a e r o s o l s

h a v i n g m a s s

m e d i a n

d i a m e -

t e r s

g r e a t e r

t h a n

0 . 5 p u m . A

s i n g l e

f i g u r e o f 8

w a s

t h e r e f o r e

u s e d

a s a

d e p o s i t i o n

v a l u e

f o r a l l

p a r t i c l e

s i z e


h a v i n g m a s s

m e d i a n d i a m e t e r s

b e t w e e n

2 0

a n d 0 . 0 2

p u m .

M o r r o w ( 8 0 )

h a s

s u g g e s t e d

t h a t t h e m a s s

d e p o s i t i o n

o f

t h e a e r o s o l i s

l i k e l y

t o b e

c o n t r o l l e d

b y

l a r g e r p a r t i c l e s u n d e r g o i n g i n e r t i a l

i m p a c t i o n

i n

t h e

b r o n c h i a l

t r e e ,

a n d

t h a t

t h i s

i s

p r o b a b l y

t h e

m a j o r

e f f e c t

d u r i n g

m o u t h

b r e a t h i n g

b e c a u s e

v e r y

f e w

p a r t i c l e s

g r e a t e r

t h a n

8

, u m

a r e

a b l e t o

p e n e t r a t e

t h e n o s e . I n

1 9 7 7 L i p p m a n n e t

a l .

( 3 2 )

r e p o r t e d

t h a t

r o u g h l y

1 0 o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s

w i t h d ia me te rs

a s

l a r g e

a s 1 5 , u m

( a e r o d y n a m i c ) m i g h t

p e n e t r a t e

i n t o t h e


c h i a l r e g i o n d u r i n g

m o u t h

b r e a t h i n g . D e p o s i t i o n

o f

1

t o

5

p , m

d i a m e t e r

t e s t

p a r t i c l e s

w a s

f o u n d t o i n c r e a s e

g r e a t l y

i n

p a t i e n t s s u f f e r i n g

f r o m

a s t h m a

o r

b r o n c h i t i s ,

a n d w a s i n c r e a s e d

i n

c i g a r e t t e

s m o k e r s c o m p a r e d t o

n o n s m o k e r s ( 3 2 ) .

F i g u r e 6

p r e s e n t s

t h e r e c e n t

d a t a

o b t a i n e d b y

s e v e r a l

a u t h o r s f o r


d e p o s i t i o n

a s a f u n c t i o n o f

p a r t i c l e s i z e , s t u d i e d

i n

t r a i n e d

h u m a n

v o l u n t e e r s

u s i n g

m o u t h

b r e a t h i n g .

T w o

f i t t e d

d e p o s i t i o n

c u r v e s

d e -

L . o

T R A C H E O B R O N C H I A L DEPOSITION

0.8

MOUTH BREATHING

Z0 8

0 I 6 - o

P

0 . 6

oA

0 /.

04

a I

w

2

0 . 0 1 0 . 0 2

o 5 1 .

'-

I I -

t 0I

;o co

= 1

= 1 - o

w i{

x

0 . 0 5

0 . 1

0 . 2

0 . 5

.0

2 5

10

M a s s

M e d i o n

D i o m e t e r

( j i m )

A e r o d y n a m i c D i o m e t e r

( u r m )

F I G U R E 6 .

D e p o s i t i o n

o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

i n t h e t r a c h eo b r on c h i al

r e g i o n

o f t h e


t r a c t

d u r i n g

m o u t h

b r e a t h i n g : ( o )

L i p p m a n n

a n d A l b e r t

( 4 7 ) ,

T V

7 5 0

m L ,

1 4

RPM;

( V )

F o o r d e t a l .

( 4 9 ) ,

TV

1 0 0 0

m L ,

1 0

RPM; ( V )

F o o r d

e t

a l .

( 4 9 ) ,

T V

1 0 0 0

m L ,

1 5

RPM;

( 0 ) C h a n

a n d

L i p p m a n n ( 5 1 ) ,

TV 1 0 0 0

m L ,

1 4

R P M ;

( - - )

L i p p m a n n

( 3 2 )

f i t t e d l i n e

t o d a t a f r o m 2 6

v o l u n t e e r s ;

( x )

S t a h l h o f e n e t

a l . ( 6 4 ) , T V

1 5 0 0

mL, 1 5 RPM;

( 0 )

N e l s o n

a n d

P a r k e r

( 9 0 ) ,

TV

1 4 0 0

m L ,

1 5

RPM;

-)

T a s k

G r o u p

on

L u n g

D y n a m i c s ( 1 1 ) ,

T V 1 4 5 0

m L ,

1 5

RPM;

( - - ) ( 1 1 )

T V

7 5 0

m L ,

1 5

RPM.

0

3 7 7



B .

0 .

STUART

s c r i b e d

b y M e r c e r ( 8 1 ) a r e i n c l u d e d , b a s e d o n T G L D

c a l c u l a t i o n s

u s i n g

1 4 5 0

a n d

7 5 0

m L t i d a l

v o l u m e s

( 1 1 ) , a s w e l l a s t h e d a t a c o l l e c t e d

b y

L i p p m a n n

( 3 2 )

o n

2 6 n o n s m o k i n g h u m a n v o l u n t e e r s .

T h e d a t a o f

F o o r d

e t

a l .

( 4 9 )

w e r e

o b t a i n e d

u s i n g

t i d a l v o l u m e s o f

1 0 0 0

m L

a n d

1 0

r e s p i r a t i o n s o r 1 5


p e r m i n u t e .

T h e

d a t a

o f

C h a n

a n d

L i p p m a n n

( 5 1 )

a r e

b a s e d

u p o n

s t u d i e s

i n v o l v i n g

a n

a d d i t i o n a l

2 6 v o l u n t e e r s w h o

i n h a l e d

m o n o d i s p e r s e p a r t i c l e

s i z e s

r a n g i n g

f r o m 7 . 5 t o 0 . 1 2

, u m .

T h e r e s u l t s

o b t a i n e d

b y

S t a h l h o f e n e t

a l .

( 6 4 )

o n

t h r e e

s u b j e c t s a r e a l s o i n c l u d e d . T h e g e n e r a l l y

l o w e r

v a l u e s o b t a i n e d

i n

t h e s e s t u d i e s may

b e d u e

t o

t h e

u s e

o f a

c o n s t a n t r e s p i r a t o r y f l o w r a t e i n s t e a d

o f

t h e

v a r i a b l e f l o w

r a t e s u s e d

i n

t h e

s t u d i e s b y

C h a n a n d

L i p p m a n n

( 5 1 ) . S t a h l h o f e n

e t

a l . ( 6 4 ) b a s e d

t h e i r

m e a s u r e m e n t

o f t r a c h e o b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n u p o n

a m o u n t s

c l e a r e d d u r i n g

t h e

f i r s t

w e e k

a f t e r

i n h a l a t i o n .

T h e e a r l i e r

w o r k

o f

L i p p m a n n

a n d

A l b e r t ( 4 7 )

e s t a b -

l i s h e d t h e d e p e n d e n c e o f

t r a c h e o b r o n c h i a l d e p o s i t i o n

u p o n

a n

i m p a c t i o n

p a r a m e t e r ,

d e f i n e d a s t h e

s q u a r e

o f

t h e

p a r t i c l e

d i a m e t e r

t i m e s

t h e

f l o w

r a t e .

P a l m e s

e t

a l .

( 8 2 )

f i r s t

a t t e m p t e d

t o

c l a s s i f y

p o p u l a t i o n s

o f

h e a l t h y

i n d i v i d u a l s

i n

r e g a r d t o t r a c h e o b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n

u s i n g

a n a n a t o m i c

d e p o s i t i o n

p a r a m e t e r .

I n

1 9 8 0 ,

C h a n

a n d

L i p p m a n n

( 5 1 ) p r e s e n t e d

a new a n a t o m i c a l

d e p o s i -

t i o n

p a r a m e t e r

d e f i n e d

a s

t h e b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n

s i z e

( B D S ) a n d

d e r i v e d

a n

e x p r e s s i o n

f o r t r a c h e o b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n ( T B ) :

TB

=

8 . 1 4

x

1 0 4 [ D 2 Q / ( B D S ) 3 ]

+

0 . 0 3 7

H e r e

Q

i s d e f i n e d a s

t h e

a v e r a g e

i n s p i r a t o r y f l o w

r a t e

( l i t e r s p e r

m i n u t e ) , a n d

D

i s a e r o d y n a m i c p a r t i c l e

d i a m e t e r

( c e n t i m e t e r s ) ;

i n

t h i s

e m p i r i c a l d e p o s i t i o n

m o d e l

t h e


t r e e

c o n t a i n e d

1 6

g e n e r a -

t i o n s o f

a i r w a y s .

M e a s u r e m e n t s o f

d e p o s i t i o n

i n

2 6

n o n s m o k e r s , 4 6

c i g a r e t t e s m o k e r s ,

1 9 i n d i v i d u a l s h a v -

i n g

m i l d

b r o n c h i t i s ,

a n d

6

c a s e s

o f

s e v e r e

b r o n c h i t i s

s h o w e d

b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n

s i z e s

( B D S )

o f

1 . 2 0 ,

1 . 0 2 ,

0 . 9 0 ,

a n d 0 . 6 0 cm

f o r t h e s e

g r o u p s ,

r e s p e c t i v e l y ,

i n d i c a t -

i n g

t h e v a l u e o f t h i s

a n a l y s i s a s

a

d i a g n o s t i c

t o o l t o

d e s c r i b e

p u l m o n a r y

d i s o r d e r s t h a t a f f e c t

t h e

t r a c h e o -

b r o n c h i a l

r e g i o n

o f t h e

l u n g s .

T h e a u t h o r s d e s c r i b e

b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n

s i z e a s a

d e p o s i t i o n i n d e x ;

i t s

m a g n i t u d e

r e p r e s e n t s a

p h y s i c a l

c h a r a c t e r i z a t i o n

o f

b r o n c h i a l

c o n s t r i c t i o n

i n


a i r w a y s

b a s e d

u p o n d e p o s i t i o n m e a s u r e m e n t s ,

a n d

i s

t h e r e f o r e

a n a l o -

g o u s

t o

a i r w a y

r e s i s t a n c e

a s

m e a s u r e d

i n

p u l m o n a r y

f u n c t i o n

t e s t s .

S t a h l h o f e n

e t

a l .

( 6 4 ) ,

u s i n g

m o n o d i s p e r s e F e 2 0 3

p a r t i c l e s

l a b e l e d

w i t h

1 9 8

A u ,

s h o w e d


d e p o s i t i o n

v a l u e s t h a t w e r e l o w er t h a n t h o s e

p r e d i c t e d

b y

L i p p m a n n

( 3 2 )

w h e n

e x p r e s s e d

a s a f u n c t i o n

o f

a n

i m p a c t i o n p a r a m e t e r

D 2 Q ,

w h e r e

Q

i s t h e

a v e r a g e


f l o w r a t e .

I n 1 9 8 1

C h e n g

a n d Y e h

( 8 3 )

p r o p o s e d

a t r a c h e o b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n

m o d e l

b a s e d

u p o n

b o t h

i m p a c t i o n

a n d s e d i m e n t a t i o n

m e c h a n i s m s .

M e a n

d e p o s i t i o n

r a d i i o f

0 . 3 3

t o

0 . 4 3 cm

w e r e

o b t a i n e d

f o r t h r e e

s u b j e c t s , c o r r e l a t i n g

w i t h

p u l m o n a r y

f u n c -

t i o n a l

r e s i d u a l c a p a c i t i e s . T h e s e v a l u e s

w e r e s i m i l a r

t o

c a l c u l a t e d v a l u e s

o f

0 . 2 6 3

a n d

0 . 3 7 6 cm b a s e d

o n

e q u a t i o n s f r o m

t h e

l u n g

m o d e l

o f

W e i b e l ( 1 4 ) a n d

t h e

m o d e l o f Y e h a n d S c h u m

( 8 4 ) , r e s p e c t i v e l y . C a l c u l a t e d

c o n t r i b u t i o n s

o f s e d i m e n t a t i o n t o t r a c h e o b r o n c h i a l

d e p o -

s i t i o n w e r e 4 2 t o

7 8 a t a n


f l o w

r a t e

o f 2 5 0

m L / s e c , d e c r e a s i n g

t o

8

t o

2 9

a t

a n

i n s p i r a t i o n f l o w

r a t e

o f

7 5 0

m L / s e c ;

t h e l a t t e r c o r r e s p o n d s w e l l t o

t h e

m o d e l

o f C h a n a n d

L i p p m a n n ( 5 1 ) ,

b a s e d

o n

i m p a c t i o n

a l o n e , a t

t h e

h i g h e r

f l o w r a t e .

F i g u r e

6 s u g g e s t s t h a t t r a c h e o b r o n c h i a l

d e p o s i t i o n

( p r i n c i p a l l y b y i m p a c t i o n ) i s t h e m a j o r

m e c h a n i s m

f o r

r e m o v a l

o f

i n h a l e d

l a r g e p a r t i c l e s w i t h i n t h e r e s p i r a t o r y

t r a c t

d u r i n g

m o u t h b r e a t h i n g . H o w e v e r ,

d e p o s i t i o n

v a l u e s f a l l r a p i d l y

t o

a f e w

p e r c e n t

f o r

p a r t i c l e s l e s s

t h a n

1 , u m

M M A D . C h a n a n d L i p p m a n n ( 5 1 )

f o u n d

t r a c h e o b r o n c h i a l d e p o s i t i o n

v a l u e s r a n g i n g b e t w e e n 1

a n d

1 0

f o r

1 t o 0 . 1 , u m p a r t i c l e s


b r e a t h i n g .

T h e T G L D

( 1 1 )

c a l c u l a t e d d e p o s i t i o n

v a l u e s

o f

<

1 0 f o r p a r t i c l e

d i s t r i b u t i o n s h a v i n g m a s s m e d i a n

d i a m e t e r s r a n g i n g

f r o m

1 0

t o

0 . 1

, u m

d u r i n g

n a s a l

b r e a t h i n g .


d e p o s i t i o n

b y i m p a c t i o n

w a s e x p e c t e d

t o r e m o v e m o s t

o f

t h e

p a r t i c l e s l a r g e r

t h a n

1

, u m .

T h e f o r e g o i n g

d i s c u s s i o n

h a s d e s c ri b ed d e p o s i t i o n

p a t t e r n s o f p a r t i c l e s

o f h o m o g e n o u s

m a t e r i a l s

t h a t

may

b e

u s e d

t o

e v a l u a t e

a

p o t e n t i a l i n h a l a t i o n h a z a r d ,

p r o v i d e d

t h a t

p a r t i c l e

s i z e

f r a c t i o n s a r e k n o w n . H o w e v e r ,

t h e

h i g h

i n c i d e n c e

o f b r o n c h o g e n i c c a r c i n o m a

a m o n g

u r a n i u m

m i n e r s ( 8 5 )

h a s

f o c u s e d

a t t e n t i o n

o n

t h e

d e p o s i t i o n

o f t h e


d a u g h t e r

p r o d u c t s

o f

r a d o n

i n

s e l e c t i v e r e g i o n s

o f t h e


c o n -

d u c t i n g

a i r w a y s ,

w h e n

a t t a c h e d t o

c a r r i e r

p a r t i c l e s

o f

o r e

d u s t o r

d i e s e l e n g i n e e x h a u s t . T h e o r e t i c a l a n d


s t u d i e s

b y

H a r l e y a n d

P a s t e r n a c k

( 5 9 ) ,

J a c o b i

( 8 6 )

a n d P a r k e r

( 8 7 ) ,

h a v e

s h o w n t h a t t h e

s u b s e g m e n t a l

b r o n c h i

o f t h e t r a c h e o b r o n c h i a l a i r w a y s

a r e

l i k e l y

t o r e c e i v e

t h e

g r e a t e s t r a d i o l o g i c a l d o s e ,

d u e

t o s e l e c t i v e

d e p o s i t i o n

a n d

r a p i d r a d i o a c t i v e

d e c a y

d u r i n g

s u b s e q u e n t

b i o l o g i c a l c l e a r a n c e

o f

i n h a l e d

r a d o n

d a u g h t e r s

( 2 1

p o 0 2 1 4 P b ,

2 1 4 B i , 2 1 4 p o ) .

W h i l e

c o m p a r a -

t i v e l y

f e w

d a t a e x i s t f o r

m e a s u r e d d e p o s i t i o n

o f r a d o n

d a u g h t e r s

b a s e d

u p o n a c t i v i t y

m a s s


d i a m e t e r ,

N e l s o n a n d

S t u a r t

( 8 8 )

h a v e

d e m o n s t r a t e d

i n c r e a s e d c o n c e n t r a t i o n s

o f d e p o s i t e d

r a d o n

d a u g h t e r s

a t

t h e

b i f u r c a t i o n s

i n

t h e

l a r g e r t r a c h e o b r o n c h i a l

a i r w a y s ,

a n d

P a r k e r

( 8 7 )

h a s c a l c u l a t e d

c o m p o s i t e


i n


0

t o 1 6

o f t h e


t r a c t ,

u s i n g

H a q u e

a n d

C o l l i s o n ' s

( 8 9 )


b a s e d

u p o n

m o u t h

b r e a t h i n g

o f

a t t a c h e d

r a d o n

d au g h t er s w i t h

i n s p i r a t o r y v e l o c i t i e s

o f 3 4 7

m L / s e c .

I n c r e a s i n g d e p o s i t i o n , l a r g e l y d u e t o d i f f u s i o n

w it h i n t h e s e

a i r w a y s ,

i s i n d i c a t e d

b y

t h e

t h r e e

v a l u e s

s h o w n

i n

F i g u r e

6

f o r

p a r t i c l e s i z e s o f

0 . 0 9 ,

0 . 0 6 7 a n d

0 . 0 5 0

, u m .

T h e

i n c r e a s e d d e p o s i t i o n

o f


r a d i o n u

c l i d e s i n

t h e


r e g i o n d u r i n g

m o u t h

b r e a t h i n g ,

c a u s e d

b y

p h y s i c a l

s t r e s s o r

i m p a i r e d

n a s a l

b r e a t h i n g

d u e t o

c o n c o m i t a n t

r e s p i r a t o r y d i s e a s e , may

3 7 8



DEPOSITI ON

AND

C L E A R A N C E OF I N H A L E D PARTICLES

b e a

m a j o r

f a c t o r

i n

t h e o b s e r v e d i n c r e a s e

o f

b r o n c h o -

g e n i c c a r c i n o m a

i n

u r a n i u m

m i n e r s . U n d e r

t h e s e

c o n d i -

t i o n s i . e . ,

o b l i g a t o r y m o u t h b r e a t h i n g , a b s o r b e d

r a d i o -

l o g i c a l

d o s e s

d u e t o


r a d o n

d a u g h t e r s

a t t a c h e d

t o

c a r r i e r d u s t may

i n c r e a s e b y

f a c t o r s o f t h r e e

t o f i v e

t i m e s , c o m p a r e d

t o

b r e a t h i n g s i m i l a r

a t m o -

s p h e r e s

v i a n a s a l i n h a l a t i o n

( 9 0 ) .

P u l m o n a r y

D e p o s i t i o n

I n s o l u b l e

p a r t i c l e s

t h a t d e p o s i t

i n

t h e a l v e o l a r or

p u l m o n a r y

r e g i o n may

cause

a c c u m u l a t i n g i n j u r y t o t h e

l u n g , or may b e g r a d u a l l y

d i s s o l v e d a n d

t r a n s p o r t e d

t o

s y s t e m i c

organs

v i a

t h e b l oo d or

l y m p h a t i c

c h a n n e l s .

P r e d i c t i v e t h e o r e t i c a l

m o d e l s

h a v e

b e e n m a d e f o r p u l m o -

n a r y d e p o s i t i o n

u s i n g

t h e

same p r i n c i p l e s a s d e s c r i b e d

a b o v e f o r t o t a l


b u t


v e r i f i c a t i o n

o f

p u l m o n a r y d e p o s i t i o n

i s much more

d i f f i c u l t .

E a r l y

s t u d i e s ,

s u c h

as t h o s e

b y

W i l s o n a n d LaMer

( 2 6 ) ,

m e a s u r e d t h e

q u a n t i t i e s

o f

i n h a l e d

a n d e x h a l e d

par-

t i c l e s ,

a n d

e x t e r n a l

m o n i t o r i n g

o f

r a d i o a c t i v e l y

t a g g e d

m a t e r i a l s . M o r e r e c e n t

s t u d i e s , p i o n e e r e d b y L i p p m a n n

a n d A l b e r t

( 4 7 ) ,

h a v e u s e d r a d i o a c t i v e t r a c e r

t e c h n i q u e s

i n v o l v i n g i n h a l a t i o n

o f


p a r t i c l e s b y h u -

man


T h e a m o u n t o f m a t e r i a l

d e p o s i t e d

d i s t a l

t o t h e

r e g i o n

o f t h e

c i l i a t e d

a i r w a y s

a n d t h u s n o t

c l e a r e d

w i t h i n

t h e f i r s t

2 4 h r

r e p r e s e n t e d p u l m o n a r y

or

a l v e o l a r


T h i s was m e a s u r e d

b y

e x t e r n a l

m o n i t o r i n g

o f

t h e

t h o r a x .

T h e

p r e d i c t i v e

curves

a n d


d a t a f o r

p u l m o n a r y

d e p o s i t i o n

o f i n h a l a t i o n

o f

p a r t i c l e s

t h a t

were

d e v e l o p e d

b e t w e e n

1 9 3 5 a n d 1 9 5 0

are

s h o w n

i n

F i g u r e

7 .

F i n d e i s e n ' s ( 3 6 )


s t u d i e s are s h o w n

i n curves

1

a n d 2 . C u r v e

3

r e p r e s e n t s d e p o s i t i o n

c a l c u l a t e d

b y

H a t c h

a n d

Hemeon

( 9 1 ) ,

b a s e d

u pon

s t u d i e s

b y

V a n

W i j k

a n d P a t t e r s o n

( 4 6 )

o f

i n h a l e d d u s t s .

,.

z

I.

z

05

0.

0.

0.

0 . 0 1

0 . 0 5 0.1

0 . 5

1.0

50

1 0

PARTICLE

DIAMETER

( j u m )

F I G U R E

7 . P r e d i c t i v e m o d e l s a n d


v a l u e s f o r

p u l m o -

nary

or

a l v e o l a r

d e p o s i t i o n

o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s :

( 1 )


F i n d e i s e n

( 3 6 ) ,

1 4

RPM, d e p o s i t i o n

d i s t a l t o

t e r m i n a l

b r o n c h i o l e s ;

( 2 )


F i n d e i s e n

( 3 6 ) ,

1 4

RPM, d e p o s i t i o n s

i n

a l v e o l a r

d u c t s

a n d

a l v e o l i ; ( 3 ) p r e d i c t i v e ,

H a t c h a n d Hemeon

( 9 1 ) ;

( 4 ) p r e d i c t i v e ,

L a n d a h l

( 2 1 ) ,

3 0 0

m L / s e c ,

5

RPM,

t i d a l

v o l u m e

1 3 5 0

m L ,

d e p o s i t i o n

i n


a n d

b e l o w ;

( 5 )


L a n d a h l

( 2 1 ) ,

1 5

RPM,

t i d a l

v o l u m e 4 5 0

m L , d e p o s i t i o n

b e l o w

t e r m i n a l

b r o n c h i o l e s ; ( 6 ) e x p e r i m e n t a l ,

W i l s o n a n d

L a M e r

( 2 6 )

5 . 5

RPM;

( 7 ) e x p e r i m e n t a l ,

B r o w n

e t a l .

( 9 2 ) ,

1 5

RPM,

t i d a l

v o l u m e

7 0 0

m L ;

( 8 )


G e s s n e r

e t a l .

( 9 3 ) .

W i l s o n

a n d

L a M e r

( 2 6 ) e x a m i n e d p u l m o n a r y

d e p o s i t i o n


b r e a t h i n g

i n s u b j e c t s t h a t i n h a l e d

m o n o -

d i s p e r s e d a e r o s o l s

o f

g l y c e r o l a n d w a t e r ,

l a b e l e d w i t h

1 2 8 s o d i u m

( c u r v e 6 ) . I n 1 9 5 0 B r o w n

e t

a l .

( 9 2 ) ,

m e a s u r e d

p u l m o n a r y

d e p o s i t i o n

i n

h u m a n s d u r i n g n a s a l

b r e a t h i n g

o f

a e r o s o l s

o f

c h i n a

c l a y ( c u r v e 7 ) .

G e s s n e r e t a l .

( 9 3 )

e x a m i n e d

t h e

d e p o s i t i o n

o f

i n h a l e d

s i l i c a

d u s t

( c u r v e

8 ) .

I n

1 9 6 5 , B e e c k m a n s ( 4 0 ) d e v e l o p e d a

p r e d i c t i v e

curve

f o r

p u l m o n a r y d e p o s i t i o n b a s e d

on A l t s h u l e r ' s

( 9 4 )

c o n c e p t

o f

i n t e r p u l m o n a r y ga s

m i x i n g ,

w i t h

r e s u l t s

s i m i l a r t o curves 2 a n d

4

o f F i g u r e

7 .

I n c r e a s e s w e r e

p r e d i c t e d i n b o t h


a n d

p u l m o n a r y

d e p o s i -

t i o n f o r p a r t i c l e s

<

0 . 1 0 , u m , d u e p r i m a r i l y t o

d i f f u s i o n .

A l t s c h u l e r

e t

a l .

( 9 5 ) i n 1 9 6 7

s t u d i e d d e p o s i t i o n o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s d u r i n g m o u t h

b r e a t h i n g b y v o l u n t e e r s .

A f t e r c o r r e c t i o n f o r

m e c h a n i c a l

a e r o s o l

m i x i n g , t h e i r

r e s u l t s

i n d i c a t e d t h a t t h e p a r t i c l e

s i z e f o r maximum

a l v e o l a r d e p o s i t i o n w o u l d

b e

>

2

p u m a e r o d y n a m i c

d i a m e t e r . D a v i e s

( 9 6 )

i n

1 9 6 7 e x a m i n e d

t h e s i z e

d i s t r i b u -

t i o n

f o r d us t s r et ai ne d w i t h i n

t he l un g s

a n d

d e s c r i b e d


maximum

t o

b e

<

1 . 5

, u m .

I n

1 9 7 1 ,

H e y d e r

a n d

D a v i e s

( 5 2 ) d e s c r i b e d a

c o m p a r t m e n t a l

m o d e l

i n f l u e n c e d b y c h a n g i n g

t i d a l

r e s e rv e

v o l u m e s a n d r e s i d -

u a l

a i r

v o l um e s , u s in g

p a r t i c l e

e x c h a n g e

c o e f f i c i e n t s

t o

p r e d i c t

t h e

d e p o s i t i o n o f 0 . 5 p u m p a r t i c l e s i n

t h e l u n g s .

T h e y c o n c l u d e d t h a t a i r

m i x i n g

r e s u l t i n g f r o m i n t e r t i a l

f l o w

a n d

t u r b u l e n c e

d o e s

n o t

occur e x c e p t i n

d e a d a i r

space

( c o n d u c t i n g a i r w a y ) r e g i o n s ,

a n d

t h a t p a r t i c l e

e x c h a n g e

i s d u e t o i n t r i n s i c

m o t i o n o f t h e

p a r t i c l e s .

I n

1 9 7 2 , D a v i e s

( 4 3 )

d e s c r i b e d

t h e

f r a c t i o n s o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

t h a t

a re

d e p o s i t e d

i n

a l v e o l a r

a i r

space

a s a

f u n c t i o n

o f

p a r t i c l e

s i z e .

F i g u r e

8

d e s c r i b e s

t h e d e p o s i t i o n f r a c t i o n s f o r p a r t i -

c l e s

i n

t h e

p u l m o n a r y l u n g

a s

a

f u n c t i o n o f


or

l i n e a r

d i a m e t e r ,

f r o m

d a t a

r e c e n t l y

o b t a i n e d

d u r i n g

c a r e f u l l y

c o n t r o l l e d

s t u d i e s

o f

h u m a n v o l u n t e e r s

u s i n g

m o u t h

b r e a t h i n g . C h a n a n d L i p p m a n n ( 5 1 )

s t u d i e d

a l v e o l a r

d e p o s i t i o n d u r i n g

m o u t h

b r e a t h i n g

i n

2 6

h e a l t h y

n o n s m o k e r s ,

u s i n g a t i d a l v o l u m e o f 1 0 0 0 m L a n d

1 4

b r e a t h s / m i n u t e .

M o n o d i s p e r s e

F e 2 0 3

p a r t i c l e s

were

t a g g e d w i t h

9 9 m T c a n d 1 9

Au f o r

a s s e s s m e n t o f

d e p o s i -

t i o n

b y

e x t e r n a l

m o n i t o r i n g . F i g u r e

8 a l s o c o n t a i n s

t h r e e

p r e d i c t i v e

curves f o r

p u l m o n a r y d e p o s i t i o n .

Two

curves

a re b a s e d on


f r o m

t h e

T G L D ( 1 1 )

a t

1 5

b r e a t h s / m i n u t e ,

w i t h

t i d a l v o l u m e s

o f 1 4 5 0

m L

a n d

7 5 0 m L . T h e

t h i r d curve was

d e r i v e d b y

Y u

e t a l . ( 6 2 )

i n

1 9 7 8 , b a s e d up o n a

t w o c o m p o n e n t t h e o r y f o r p a r t i c l e

d e p o s i t i o n

( 6 3 ) .

P a r t i c l e

c o n c e n t r a t i o n s i n

t h e c o nd uc t -

i n g

a i r w a y s

a n d

i n

t h e a l v e o l a r

r e g i o n

w e r e

c o n s i d e r e d

t o

b e

d i f f e r e n t , a n d

t h i s d i f f e r e n c e i n


c a u s e d

a

n e t

m i x i n g b e t w e e n

t i d a l

a n d r e s i d u a l a e r o s o l

d u r i n g r e s p i r a t i o n .

Yu

( 6 3 )

i n c o r p o r a t e d

t h e

e f f e c t o f

p a r t i c l e

m o t i o n on

a e r o s o l m i x i n g

f o r

s t e a d y

m o u t h

b r e a t h i n g

w i t h o u t

pause.

T h e

p r e d i c t i v e d e p o s i t i o n

curves

o f

Yu

e t a l . ( 6 2 ) f i t t h e

d a t a

o f

L i p p m a n n

( 3 2 )

very c l o s e l y

f o r

l a r g e r p a r t i c l e s i z e s , w i t h

a

p u l m o n a r y

d e p o s i t i o n

o f

r o u g h l y

40

f o r 2

t o

3

, u m

p a r t i c l e s ,

a t

a

t i d a l

v o l u m e

o f 1 0 0 0

mL

a n d

1 4

r e s p i r a t i o n s / m i n u t e .

T h e T G L D

m o d e l

p r e d i c t s

h i g h e r

maximum

d e p o s i t i o n

0

PU L MONARY

D E P O S I T I O N

. 4

2~~~~~~

5

o

I

3 7 9



B . 0 . STUART

v a l u e s

o f

5 0

t o 6 0

f o r p a r t i c l e s

o f 2

t o

3

, u m ( 1 1 ) . A l l

c u r v e s d e s c r i b e a

m i n i m u m s i z e

f o r

a l v e o l a r d e p o s i t i o n

b e t w e e n 0 . 2

a n d

0 . 5 p u m , w i t h d e p o s i t i o n s

v a l u e s

o f

1 2

p r e d i c t e d b y t h e

c u r v e

o f Y u e t a l . ( 6 2 ) , a n d 2 0 b y t h e

c u r v e s

o f t h e TG LD ( 1 1 ) . M u c h

b e t t e r c o r r e s p o n d e n c e

i s e v i d e n t

b e t w e e n

t h e

d a t a o f C h a n a n d

L i p p m a n n

( 5 1 )

a n d

t h e r e c e n t


t r e a t m e n t

b y

Y u

( 6 3 ) . No

e x p e r i m e n t a l d a t a

e x i s t

f o r p u l m o n a r y d e p o s i t i o n o f

v e r y f i n e p a r t i c l e s , a s i t i s v e r y

d i f f i c u l t t o

g e n e r a t e

w e l l - d e f i n e d

n o n a g g r e g a t e d p a r t i c l e

s i z e s

<

0 . 1

, u m .

H o w e v e r , i n

t h i s r e g i o n t h e t h e o r e t i c a l c u r v e o f

Y u

e t a l .

( 6 2 ) l i e s a f a c t o r o f

2

t o 4 b e l o w t h o s e p r e d i c t e d

b y t h e

TG LD ( 1 1 ) . T h e

d e c r e a s i n g

d e p o s i t i o n b e l o w 0 . 0 2 , u m i s

c o n s i s t e n t w i t h

p r i o r

r e m o v a l o f

r a p i d l y

d i f f u s i n g

s m a l l

p a r t i c l e s

i n

p r o x i m a l

a i r w a y s .

H e y d e r

e t a l . ( 2 7 ) s u g g e s t e d

i n

1 9 8 0 t h a t v o l u m e t r i c

f l o w r a t e w a s

a m a j o r d e t e r m i n a n t

o f


b y

i m p a c t i o n ,

a n d

t h a t t h e e f f e c t

o f

r e s i d e n c e

t i m e

w i t h i n

t h e l u n g w a s a

p r i m a r y

d e t e r m i n a n t

f o r

p a r t i c l e

d e p o s i t i o n b y


a n d

d i f f u s i o n .

T h e y

c o n -

d u c t e d


u s i n g

a

m e a n

v o l u m e t r i c

f l o w

r a t e

c o n s t a n t o f

2 5 0

m L / s e c ,

a n d s t u d i e d t h e e f f e c t s o f

m e a n

r e s i d e n c e t i m e s

o f

2 , 4 o r 8

s e c . Maximum

a l v e o l a r

d e p o s i t i o n

c h a n g e d

f r o m 4 t o

3 . 2

, u m

w i t h

i n c r e a s i n g

r e s i d e n c e t i m e s .

A t 2 5 0

m L / s e c , p a r t i c l e s u p

t o

d i a m e -

t e r s o f

2 . 4 p . m w e r e

d e p o s i t e d

a l m o s t

e n t i r e l y

i n

t h e

p u l m o n a r y

r e g i o n .

A t

a m e a n f l o w

r a t e

o f

7 5 0

m L / s e c

a n d

a

r e s i d e n c e

t i m e

o f

2

s e c , p a r t i c l e s

w i t h d i am e te r s

<

1 . 5

p u m

w e r e

a p p a r e n t l y d e p o s i t e d o n l y

i n

t h e

p u l m o n a r y

r e g i o n .

A s s o c i a t e d


w e r e

c o n d u c t e d

b y

S t a h l h o f e n

e t

a l .

( 6 4 )

i n 1 9 8 0 ,

u s i n g

F e 2 0 3 m o n o d i s p e r s e d p a r t i c l e s

l a b e l e d w i t h

1 9 5 A u


t r a c e r .

A l v e o l a r d e p o s i -

t i o n w a s

d e t e r m i n e d

b y

e x t r a t h o r a c i c

s c i n t i l l a t i o n

c o u n t e r s ,

a s s u m i n g

r a p i d

a n d

q u a n t i t a t i v e

r e m o v a l

o f

p a r t i c l e s

d e p o s i t e d

i n t h e


r e g i o n .

T h e s e

i n v e s t i g a t o r s

c o n c l u d e d t h a t

d e p o s i t i o n

o f

p a r t i c l e

s i z e s

<

2 . 4

p u m

( a e r o d y n a m i c )

o c c u r s a l m o s t

e x c l u s i v e l y

i n

P U L M O N A R Y

D E P O S I T I O N

MOUTH B R E A T H I N G

z

0 . 8

0

U . )

; :

0 . 6

I L

' 0 . 2

0 0 1 0 . 0 2

0 0 5

0 . 1

0 . 2

0 . 5

1 . 0 2 5

1 0

M ae e M ed ia n

D i a m e t e r

( j w m )

A e r o d y n a m i c

D i a m e t e r

( j a m )

F I G U R E

8 .

D e p o s i t i o n

o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

i n

t h e

p u l m o n a r y

o r

a l v e o l a r

r e g i o n

o f t h e


t r a c t

d u r i n g

m o u t h

b r e a t h i n g :

( A )

L i p p m a n n

a n d A l b e r t

( 4 7 ) ,

TV 1 4 0 0

m L ,

1 4

R P M ;

( o )

A l t s h u l e r e t

a l .

( 9 5 ) ,

TV 5 0 0

m L ,

1 5

R P M ;

( A )

C h a n a n d

L i p p m a n n ( 5 1 ) ,

TV 1 0 0 0

m L ,

1 4

R P M ;

( - ) T a s k G r o up

o n

L u n g

D y n a m i c s

( 1 1 ) ,

TV

1 4 5 0

m L ,

1 5

R P M ; ( - - ) ( 1 1 ) ,

TV 7 5 0

m L ,

1 5

R P M ; ( x )

Y u e t

a l .

( 6 2 ) ,

TV

1 0 0 0

m L ,

1 5

R P M ;

b a r s

r e p r e s e n t

3 S D .

t h e p u l m o n a r y

r e g i o n , u n d e r n or m a l b r e a t h i n g c o n -

d i t i o n s .

T h i s c o n c l u s i o n

i s s u p p o r t e d b y c o m p a r i s o n o f

F i g u r e 8 w i t h t h a t

o f


f o r

m o u t h

b r e a t h i n g ( F i g . 4 ) ,

i n d i c a t i n g v i r t u a l l y i d e n t i c a l p a t -

t e r n s

o f d e p o s i t i o n

f o r

p a r t i c l e

s i z e s

u p t o 2 . 5

t o

3 . 0 , u m .

S t a h l h o f e n e t a l . ( 6 4 )

a l s o s u g g e s t e d t h a t

b e c a u s e

t h e

f l o w v e l o c i t y o f

t h e

a e r o s o l

i n

t h e

p u l m o n a r y

r e g i o n

i s

t o o l o w

t o a l l o w

d e p o s i t i o n

b y i n e r t i a l

i m p a c t i o n ,

d e p o s i -

t i o n f o r p a r t i c l e s o f d i a m e t e r s

<

2 . 4 p . m i s d u e a l m o s t

e n t i r e l y

t o

g r a v i t a t i o n a l

s e d i m e n t a t i o n . F o r

p a r t i c l e s

b e l o w

0 . 2 0 p . m


d i a m e t e r , d i f f u s i o n b e -

c o m e s t h e

p r e d o m i n a n t m e c h a n i s m o f

d e p o s i t i o n i n

t h e

p u l m o n a r y

r e g i o n

a s

w e l l a s w i t h i n

t h e t o t a l


t r a c t ; s u c h

d e p o s i t i o n w o u l d i n c r e a s e

w i t h

i n c r e a s i n g

m e a n r e s i d e n c e t i m e s . T h e

f i n d i n g o f r a p i d d e c r e a s e

i n p u l m o n a r y d e p o s i t i o n

w i t h

i n c r e a s i n g s i z e f o r p a r -

t i c l e s

a b o v e

4 . 5

p . m i s

a m p l y

s u p p o r t e d b y

t h e d a t a

o f C h a n a n d L i p p m a n n

( 5 1 ) a n d

i s

w e l l d e s c r i b e d b y

t h e

p r e d i c t i v e a l v e o l a r

d e p o s i t i o n

c u rv e d ev e l op e d

b y

Y u e t a l . ( 6 2 ) .

M e c h a n i s m s

o f R e s p i r a t o r y T r a c t

C l e a r a n c e

P a r t i c l e

C l e a r a n c e

P a t h w a y s

T h e c l e a r a n c e

o f i n h a l e d d e p o s i t e d p a r t i c l e s

f r o m

t h e


t r a c t i s a

c o n t i n u o u s p r o c e s s t h a t e n t r a i n s

p a r t i c l e s i m m e d i a t e l y u p o n

t h e i r


I t c o n s i s t s

o f a

c o m p l e x

s e t

o f

p r o c e s s e s

i n v o l v i n g

t h e t h r e e

p r i n c i p a l

r e g i o n s

o f t h e


t r a c t d e s c r i b e d

a b o v e ,

i . e . ,

t h e


t h e t r a c h e o b r o n c h i a l

o r

c o n d u c t i n g a i r w a y s ,

a n d t h e

p u l m o n a r y

o r

g a s e x c h a n g e

r e g i o n s ,

a l l

s e r v e d

t o v a ry i ng d e g r ee s b y t h r e e p r i m a r y

r o u t e s

o f c l e a r a n c e ;

i . e . ,

t o

t h e

b l o o d ,

t o

t h e

l y m p h a t i c


a n d

t o t h e g a s t r o i n t e s t i n a l t r a c t . I n s o l u b l e

m a t e r i a l s t h a t a r e

d e p o s i t e d o n i n n e r a i r w a y s u r f a c e s o f

t h e


o r

t r a c h e o b r o n c h i a l r e g i o n s

o f t h e

r e s p i r a t o r y t r a c t m a y b e c l e a r e d r a p i d l y

b y


t r a n s p o r t ,

e i t h e r a s

i n t a c t

p a r t i c l e s o r

f o l l o w i n g p h a g o -

c y t o s i s

b y p u l m o n a r y

a l v e o l a r

m a c r o p h a g e s .

I n s o l u b l e

p a r t i c l e s

t h a t a r e

d e p o s i t e d

b e l o w

t h e

c i l i a t e d

a i r w a y s ,

i . e . , b e y o n d t h e t e r m i n a l b r o n c h i o l e s m a y

b e c o m e a

r e s e r v o i r f o r

s u b s e q u e n t


t o

o t h e r t i s s u e s

v i a t h e

b l o o d s t r e a m ,

t o

l y m p h a t i c

c h a n n e l s

d r a i n i n g

i n t o

p e r i p h e r a l

o r

h i l a r

l y m p h n o d e s ,

o r v i a

g r a d u a l

p h a g o c y t o s i s a n d c o n v e y a n c e

w i t h i n

p u l m o n a r y

m a c r o -

p h a g e s t o f o r m a

s l o w

c o m p o n e n t o f

c l e a r a n c e

i n t o

t h e


t r a c t .

D e p o s i t e d

p a r t i c l e s

c o m p o s e d

o f

m a t e r i a l s t h a t

a r e

r e a d i l y

s o l u b l e

m a y

b e a b s o r b e d

i n t o

t h e

b l o o d s t r e a m

f o l l o w i n g

d i s s o l u t i o n w it h i n t he

a i r w a y

l i n i n g

f l u i d s

o r c e l l s . C l e a r a n c e o f

s o l u b l e

m a t e r i -

a l s

b y

t h i s

p a t h w a y

m a y

o c c u r

w i t h i n

a l l

r e g i o n s

o f

t h e

h i g h l y

v a s c u l a r i z e d


t r a c t .

M e c h a n i c a l

C l e a r a n c e P r o c e s s e s

M u c o c i l i a r y

C l e a r a n c e

o f A i r w a y s .

A c c o r d i n g t o

t h e

c l a s s i f i c a t i o n

o f

J e f f r e y

a n d

R e i d

( 9 7 ) , t h e r e a r e

3 8 0



DEPOSITION AND

C LEARANC E OF

I N H A L E D

PARTICLES

e i g h t

p r i n c i p a l

t y p e s

o f

c e l l s t h a t

f o r m t h e


e p i t h e l i u m .

Among t h e s i x

t y p e s

o f

s u p e r f i c i a l c e l l

( r a t h e r t h a n

b a s a l a n d

K u l c h i t s k i

c e l l s ) , f i v e ,

i n c l u d i n g

t h e

g o b l e t , s e r o u s , C l a r a ,

i n t e r m e d i a t e

a n d b r u s h

c e l l s ,

a r e n o n c i l i a t e d .

G o b l e t

c e l l s

a r e f o u n d w i t h

v a r y i n g d e n s i t y a l o n g

t h e

c o n d u c t i n g a i r w a y s

o f

t h e


t r a c t

a n d

a r e

r e s p o n s i b l e f o r t h e

p r o d u c t i o n

o f

m u c u s t h a t

s e r v e s a s

a

v e h i c l e f o r

e n t r a p m e n t a n d

c o n v e y a n c e o f

d e p o s i t e d

p a r t i c l e s , p r o p e l l e d

b y

t h e

a c t i o n o f t h e

c i l i a

( 9 8 ) .

I n

h u m a n s

t h e s e

c e l l s

p r o d u c e

s i a l o m u c i n o r

a

m i x t u r e

o f

s u l f o m u c i n a n d s i a l o m u c i n

( 9 7 ) .

T h e

s e r o u s c e l l i s f o u n d

i n

g r e a t

n u m b e r s i n

p r o x i m a l

a i r w a y s

o f

s p e c i f i c

p a t h o g e n

f r e e

r a t s ;

i t h a s

r e c e n t l y

b e e n

i d e n t i f i e d i n

f e t a l

a i r w a y s

i n m a n

( 9 7 ) .

I t i s

r e s p o n s i b l e f o r

s e r u s s e c r e t i o n s

a l o n g

t h e


a i r w a y e p i t h e l i u m

t h a t

may

f o r m a

p e r i c i l i a r y

l a y e r

b e n e a t h

t h e

p a r t i c l e - b e a r i n g

m u c u s .

C l a r a

c e l l s a r e f o u n d i n

a i r w a y s

a s

l a r g e

a s

t h e

t r a c h e a , b u t

a p p e a r

t o b e

m o s t

f r e q u e n t

i n

t h e

r e g i o n

o f

t h e t e r m i n a l b r o n c h i o l e s

( 9 9 ) .

T h e y

a p p a r e n t l y

s e c r e t e

a

n e u t r a l

g l y c o p r o t e i n a n d

h a v e s u b c e l l u l a r

s t r u c t u r e s

s i m i l a r

t o

c e l l s

t h a t a r e a b l e t o

p r o d u c e

s t e r o i d s

( 1 0 0 ) .

W h e t h e r l o c a t e d

i n

t h e


o r i n

t h e t r a c h e o -

b r o n c h i a l

a i r w a y s ,

t h e c i l i a t e d c e l l s

p r o p e l

m u c u s

t o -

w a r d t h e

o r a l p h a r y n x ,

w i t h

s u b s e q u e n t

c l e a r a n c e

t o t h e

g a s t r o i n t e s t i n a l t r a c t .

C i l i a t e d c e l l s o f t h e

u p p e r

r e s p i r a -

t o r y t r a c t

e a c h h a v e

a b o u t 2 0 0

c i l i a ,

w i t h

8 t o

1 0

p r o j e c t i n g f r o m e a c h

R m 2

o f c e l l s u r f a c e

( 1 0 1 ) .

E l e c t r o n

m i c r o s c o p i c

s t u d i e s o f t h e

c i l i u m

h a v e

s h o w n

s m a l l

c l a w l i k e

p r o j e c t i o n s a t t h e

t i p

t h a t a r e

t h o u g h t

t o

f u n c t i o n

i n

d r a w i n g

t h e

m u c u s

f o r w a r d

( 1 0 2 ) . C i l i a

i n

t h e

t r a c h e a h a v e

b e e n

r e p o r t e d

b y

D a l h a m n

( 1 0 3 )

t o

b e a t

1 3 2 0

t i m e s / m i n ,

w h e r e a s

I r a v a n i ( 1 0 4 )

h a s

f o u n d

t h e

f r e q u e n c y

o f

c i l i a r y

b e a t i n g

i n

r a t s t o

r a n g e

f r o m

4 0 0

b e a t s / m i n

i n

t h e d i s t a l

a i r w a y s

t o

a b o u t 1 0 0 0

b e a t s / m i n

i n

t h e

m a i n

l o b a r

b r o n c h i . T h i s

s y n c h r o n i z e d

c i l i a r y b e a t i n g

p r o p e l s

m u c u s

a t

t h e r a t e o f

0 . 4

m m / m i n

i n

t h e

s m a l l e s t


u p

t o

n e a r l y

1 2

m m / m i n

i n

t h e

l o b a r b r o n c h i

i n

r a t s

( 9 9 ) ,

w h i l e

r a t e s o f mucus

m o v e m e n t

i n

t h e

d o g r a n g e

f r o m 1 . 6

m m / m i n

i n

s m a l l


t o

4

m m / m i n

i n

s e g m e n t a l

b r o n c h i a n d

1 2 . 6

m m / m i n i n

t h e

t r a c h e a

( 1 0 5 ) .

M o r r o w

e t a l .

( 1 0 6 )

c a l c u l a t e s i m i l a r

r a t e s

f o r movement

o f

d e p o s i t e d p a r t i -

c l e s

i n

h u m a n

l u n g s , i . e . ,

1 0 0 t o

6 0 0

, u m l m i n

i n

t h e

t e r m i n a l

b r o n c h i o l e s .

S e r a f i n i e t

a l .

( 1 0 7 )

f o u n d

t h a t

m u c h s l o w e r

r a t e s o f m o v e m e n t

o c c u r

a t t h e

p e r i p h e r y

o f

t h e

l u n g

t h a n

i n

t h e

p r o x i m a l

a i r w a y s .

Y e a t e s

e t

a l .

( 1 0 8 )

a n d

W o o d

e t

a l .

( 1 0 9 )

d e s c r i b e f l o w r a t e s

o f m u c u s

i n

t h e

h u m a n

t r a c h e a o f 5 t o 2 0

m m / m i n .

T h e r e i s

l i t t l e

e v i d e n c e o f t h e

b u i l d u p

o f

f l u i d s

w i t h i n

t h e

p r o x i m a l

a i r w a y s

o f n o r m a l

l u n g s

d u r i n g

c l e a r a n c e ,

s u g g e s t i n g

t h a t

r e a b s o r p t i o n

o f t h e s e c r e t i o n s

f r o m

d i s t a l

a r e a s

m u s t t a k e

p l a c e .

T h i s i s

s u p p o r t e d b y

t h e

f i n d i n g s

t h a t

s e c r e t i o n s

i n

p e r i p h e r a l a i r w a y s

a r e

l e s s

v i s c o u s t h a n

t h o s e

i n

c e n t r a l

a i r w a y s ,

a s d i s c u s s e d

b y

A s m u n d s s o n

a n d K i l b u r n

( 1 0 5 ) .

C a m n e r a n d

P h i l i p s o n

( 1 1 0 ) r e p o r t

t h a t

c l e a r a n c e

b y


a c t i o n

f r o m

t h e

c i l i a t e d

a i r w a y s

i s

l i k e l y

t o b e

c o m p l e t e

w i t h i n a

m a t t e r

o f

h o u r s . T h e

q u a l i t y o f

m u c u s

v a r i e s

d e p e n d i n g

u p o n

t h e

l o c a t i o n i n


t r a c t ( 9 9 ) . I n

t h e

d i s t a l

a n d

t e r m i n a l

b r o n c h i o l e s , t h e

f l u i d

l i n i n g o f t h e

a i r w a y s c o n s i s t s

p r i m a r i l y o f

a l o w v i s c o s i t y s e r o u s

f l u i d

t h a t i s

c o n t i n u o u s

w i t h

t h e

s u r f a c t a n t

l i n i n g t h e

a l v e o l i .

T h e



a r e l i n e d w i t h

n o n c i l i a t e d ,

o r

o c c a s i o n a l

l o w

c i l i a t e d

c e l l s ,

w i t h

s e c r e t o r y

c e l l s

a n d

C l a r a c e l l s

b e c o m i n g m o r e n u m e r o u s

i n

t o w a r d

t h e

t r a c h e a . T h e

n e x t s e v e r a l

g e n e r a t i o n s o f b r o n c h i o l e s

a r e

l i n e d w i t h

c i l i a t e d e p i t h e l i u m

t h a t b e c o m e s

c o n t i n u o u s

a n d i s

a b o u t

2 0

t o 3 0 , u m i n d e p t h ,

h a v i n g

f e w

b a s a l

c e l l s .

I n

t h i s r e g i o n

t h e c i l i a t e d c e l l s

c o v e r a b o u t

5 0

o f

a i r w a y s u r f a c e . C l a r a

c e l l s

a r e s p a r s e ,

b u t g o b l e t

c e l l s

t h a t a r e

c a p a b l e

o f

s e c r e t i n g

m o r e v i s c o u s m u c u s

a r e

m o r e

p l e n t i f u l .

I n

s m a l l

a i r w a y s

t h e

l i n i n g

f l u i d

l a c k s

m u c u s ,

b u t g o b l e t c e l l s ,

f o u n d i n

g r e a t e r

d e n s i t y i n

t h e

l a r g e r

a i r w a y s , p r o d u c e

m u c u s

t h a t

b e c o m e s a

c o n t i n u -

o u s

l a y e r

i n

t h e b r o n c h i a n d

t r a c h e a ( 1 0 3 ) . T h e

s e r o u s

f l u i d

l y i n g

b e n e a t h

t h e m u c u s l a y e r

i s s u b j e c t

t o

t h e

a c t i o n

o f c i l i a

d u r i n g

b o t h p r o p u l s i o n

a n d

r e t u r n

m o v e m e n t , b u t

may

n o t

b e

p r o p e l l e d

a t

t h e

s a m e

v e l o c i t y

a s

t h e

m u c u s l a y e r

( 9 9 ) . M e c h a n i c a l

c l e a r a n c e

o f

i n s o l u b l e p a r t i c l e s ,

w h e t h e r

d e p o s i t e d

d i r e c t l y

u p o n

t h i s

m u c u s

l a y e r ,

o r w i t h i n

m a c r o p h a g e s t h a t

a r e


b y t h e m u c u s l a y e r ,

i s t h e p r i n c i p a l

m e a n s

o f

c l e a r a n c e

t o

t h e


t r a c t .

D e p o s i t i o n ,

r e t e n t i o n a n d

t r a n s p o r t

o f


l a b e l e d m o n o d i s p e r s e d

a e r o s o l s i n t h e r e s p i r a t o r y

t r a c t

h a v e b e e n

s t u d i e d

e x t e n s i v e l y

b y

A l b e r t

e t a l . ( 1 1 1 ) ,

C a m n e r

e t a l . ( 1 1 2 ) , a n d

L o u r e n c o

e t a l . ( 1 1 3 ) .

L i p p -

m a n n ( 3 2 )

h a s

d e s c r i b e d a

c o m p r e h e n s i v e

s e r i e s o f

s t u d i e s o f t h e


c l e a r a n c e

o f

i n s o l u b l e

p a r t i -

c l e s

u s i n g

l a b e l e d

F e 2 0 3

m i c r o s p h e r e s

i n h a l e d

b y h u m a n


B r o n c h i a l

c l e a r a n c e

w a s f o u n d

t o

v a r y

b e t w e e n

3

t o

2 4

h r ,

b u t

s u b s e q u e n t

c l e a r a n c e

w a s a

g r e a t

d e a l

s l o w e r

a n d

w a s t h o u g h t t o

d e p e n d u p o n

m e c h a n i s m s

o t h e r

t h a n


t r a n s p o r t . O b -

s e r v e d

b r o n c h i a l

c l e a r a n c e

t e n d e d

t o

t e r m i n a t e

r a t h e r

a b r u p t l y ,

w i t h

l i t t l e

i n d i c a t i o n o f a

f a s t

c o m p o n e n t

o f

c l e a r a n c e

f r o m

t h e

a l v e o l i . T h e

p a t t e r n

a n d m a g n i t u d e

o f

r e t e n t i o n

c u r v e s

d e p e n d e d

d i r e c t l y u p o n t h e

s i z e

d i s t r i b u t i o n o f

t h e

d e p o s i t e d

a e r o s o l , t h e

f r e q u en c y a n d

r a t e o f

i n s p i r a t i o n , a n d

t h e r e l a t i v e

d i m e n s i o n s

o f t h e

c o n d u c t i n g a i r w a y s .

T h e r e f o r e ,

t h e a m o u n t o f

m a t e r i a l

c l e a r i n g w i t h i n 2 4

h r ,

r e p r e s e n t i n g d e p o s i t i o n i n

t h e

t r a c h e o b r o n c h i a l r e g i o n ,

may v a r y

g r e a t l y b e t w e e n

s u b j e c t s

( 3 2 ) .

Y e a t e s

e t

a l .

( 1 0 8 )

h a v e u s e d

r a d i o l a b e l e d

m o n o -

d i s p e r s e

a e r o s o l s t o

m e a s u r e mean

m u c o c i l i a r y t r a n s -

p o r t

r a t e s

o f

4 . 7

+

3 mm/min i n

4 2

s u b j e c t s ,

a n d

5 . 9

±

3

m m / m i n

i n

1 4

s u b j e c t s . C l a r k e

a n d

P a v i a

( 1 1 4 )

h a v e

c o m p a r e d

a

v a r i e t y

o f

t e c h n i q u e s

u s e d

t o m e a s u r e

t r a c h e a l

m u c u s v e l o c i t i e s i n

t h e

l u n g s

o f

m a n ,

i n c l u d i n g

a e r o s o l s o f


c i n e b r o n c h o f i b e r s c o p y ,

r o e n t -

g e n o g r a p h y ,

a n d

i n s u f f l a t e d

r a d i o - o p a q u e t a n t a l u m .

I r a c h e a l

m u c u s v e l o c i t i e s w e r e

f o u n d t o

b e 5 . 8

±

2 . 6

m m / m i n

f o r o l d e r

s u b j e c t s ,

c o m p a r e d

t o

1 0 . 1

±

3 . 5

m m / m i n

f o r

h e a l t h y y o u n g

a d u l t

s u b j e c t s

( r o e n t g e n o -

g r a p h i c )

( 1 1 5 )

a n d

2 0 . 1

±

6 . 3

mm/min ( c i n e b r o n c h o -

3 8 1



B . 0 .

STUART

f i b e r s c o p y )

( 1 0 9 )

f o r

a n o t h e r

g r o u p

o f

y o u n g s u b j e c t s .

G o o d m a n

e t

a l .

( 1 1 5 )

h a v e f ou n d t h a t


c l e a r a n c e

a p p e a r s

t o s l o w w i t h

a g e , a l t h o u g h t h e r e

w a s

n o d i f f e r e n c e

i n

c l e a r a n c e

r a t e s b e t w e e n men a n d

w o m e n . Wong e t a l . ( 1 1 6 ) r e p o r t

t h a t

p o s t u r e

s e e m s t o

h a v e

l i t t l e

e f f e c t

o n m u c o c i l i a r y c l e a r a n c e .

B a t e m e n

e t

a l .

( 1 1 7 )

h a v e f o u n d

t h a t

d u r i n g

s l e e p

c l e a r a n c e

i s

s l o w e d ;

C l a r k e

a n d

P a v i a ( 1 1 4 ) s u g g e s t

t h a t

t h e s l o w e r

c l e a r a n c e d u r i n g s l e e p may

b e o f i m p o r t a n c e

i n

i n d i v i d u -

a l s

s u f f e r i n g

c h r o n i c

b r o n c h i t i s o r

a s t h m a .

C l e a r a n c e

b y t h e

P u l m o n a r y

A l v e o l a r M a c r o -

p h a g e .

P u l m o n a r y

m a c r o p h a g e s a r e m o b i l e c e l l s

t h a t

d e f e n d t h e

l u n g s

a g a i n s t

b a c t e r i a l

o r

v i r a l

i n f e c t i o n a n d

a r e r e s p o n s i b l e f o r

t h e

i n i t i a l c o l l e c t i o n a n d

r e m o v a l

o f

d e p o s i t e d

p a r t i c l e s , p a r t i c u l a r l y

i n


r e g i o n

o f

t h e

l u n g s . T h e y a r e

a b l e t o

p h a g o c y t i z e a n d l y s e

i n v a d i n g

o r g a n i s m s , b e i n g

r i c h

i n l y s o s o m e s

t h a t c a n

a t t a c h t o

p h a g o s o m a l

m e m b r a n e s

( 6 2 ) ,

s u r r o u n d

i n -

g e s t e d m a t e r i a l a n d a t t a c k i t w i t h

a

v a r i e t y o f

p r o -

t e o l y t i c

e n z y m e s

( 1 1 8 - 1 2 0 ) .

B r a i n

( 1 2 1 )

h a s

p o i n t e d

o u t

t h a t

p u l m o n a r y

a l v e o l a r

m a c r o p h a g e s

c a n

e f f e c t i v e l y

r e d u c e p a r t i c l e

p e n e t r a t i o n t h r o u g h e p i t h e l i a l b a r r i e r s

a n d

p r o v i d e

m o s t o f

t h e b a c t e r i c i d a l

p r o p e r t i e s

o f t h e


t r a c t . T h e s e

l a r g e

m o n o n u c l e a r

c e l l s a r e

f o u n d

u p o n


s u r f a c e , b u t

a r e n o t a

p a r t

o f

t h e c o n t i n u o u s

e p i t h e l i a l

c e l l

s u r f a c e ,

w h i c h

i s c o m -

p o s e d

o f

a t t e n u a t e d

e p i t h e l i a l

T y p e

I

p n e u m o c y t e s

a n d

l a r g e

a l v e o l a r c e l l s , i . e . ,

t h e

T y p e I I

p n e u m o c y t e s .

I n

h e a l t h y

m a m m a l s t h e

p r e c u r s o r

c e l l s o f


a l v e o l a r m a c r o p h a g e

a r e

t h o u g h t

t o b e

s u p p l i e d

b y

o r

r e s i d e

i n

t h e

p u l m o n a r y

i n t e r s t i t i u m ( 1 2 1 ) . When

i n -

h a l e d

p a r t i c l e s a r e d e p o s i t e d u p o n

t h e


e p i t h e l i u m ,

i n c r e a s e d

n u m b e r s

o f


may

b e

r e c r u i t e d

f r o m

p r e c u r s o r s

i n

t h e l u n g ,

o r

may

a p p e a r a s

a

c o n s e q u e n c e

o f

t h e i n c r e a s e d

m u l t i p l i c a t i o n

o f

f r e e

p u l m o n a r y


I t

i s

a l s o

b e l i e v e d

t h a t

t h e y

may

d e r i v e f r o m t h e b o n e m a r r o w v i a b l o o d

m o n o c y t e s .

D e p o s i t e d

p a r t i c l e s

t h a t a r e

r e m o v e d

b y e n d o c y t o s i s ,

i n c l u d i n g p h a g o c y t o s i s , may

f o l l o w

a

g r e a t v a r i e t y

o f

c l e a r a n c e p a t t e r n s

a n d / o r h a l f - t i m e s o f

r e m o v a l , d e p e n d -

i n g

o n t h e i r

i n i t i a l d e p o s i t i o n s i t e

i n t h e


t r a c t ,

t h e t o t a l a m o u n t

d e p o s i t e d ,

t h e i r

p h y s i c o c h e m i c a l

p r o p e r t i e s ,

a n d t h e

s i z e , s h a p e , a n d

s u r f a c e

r e a c t i v i t y

o f t h e

d e p o s i t e d

p a r t i c l e s .

T h e c l e a r a n c e o f i n s o l u b l e

d u s t

f r o m

t h e

p u l m o n a r y r e g i o n s

o f

t h e


t r a c t

v i a t h e


e s c a l a t o r s e e m s

t o

o c c u r

r a p i d l y

f o l l o w i n g

t h e

a p p e a r a n c e

o f d u s t

i n

t h e m a c r o -

p h a g e s ( 1 2 2 ) . T h e p u l m o n a r y a l v e o l a r

m a c r o p h a g e a p -

p e a r s

t o

t r a n s l o c a t e

t o

a i r w a y

r e g i o n s

o f

t h e

l u n g

t h a t

a r e l i n e d

w i t h c i l i a t e d

e p i t h e l i u m , a l l o w i n g

e v e n t u a l

c l e a r a n c e v i a t h e


t r a c t . T h i s

p r o c e s s

may

p l a y

a

p r e d o m i n a n t

r o l e

i n

e a r l y

c l e a r a n c e f r o m

t h e

a l v e o l a r

r e g i o n , i . e . ,

w i t h i n t h e f i r s t f e w

h o u r s

t o s e v e r a l

d a y s

( 1 2 1 ) . H o w e v e r ,

t h e

p r o c e s s

i s n o t

e n t i r e l y e f f e c t i v e ,

a n d t h e

p e r s i s t e n c e

o f

r e m a i n i n g

t o x i c d u s t

p a r t i c l e s

w i t h i n t h i s

r e g i o n ,

o r

c o n t i n u i n g

i n h a l a t i o n o f

t o x i c

d u s t s ,

may

l e a d

t o i n c r e a s e d c e l l u l a r

d a m a g e

o r

p r o l i f e r a t i o n .

T h e r e i s

d i s a g r e e m e n t

a s t o

w h i c h o f t w o

p a t h w a y s

i s

p r i m a r i l y i n v o l v e d i n r e m o v a l

o f p a r t i c l e - b e a r i n g m a c r o -

p h a g e s w i t h u l t i m a t e t r a n s p o r t

t o t h e g a s t r o i n t e s t i n a l

t r a c t . T h e f i r s t p a t h w a y

f o l l o w s a n i n t e r s t i t i a l

r o u t e ,

w h e r e a s

t h e s e c o n d may b e c o m p o s e d

o f a c o n ti n uo us l y

m o v i n g

s u r f a c e f i l m

t h a t

i n

s o m e w a y d r a w s c e l l s t o t h e

c i l i a t e d

e p i t h e l i u m a t

t e r m i n a l b r o n c h i o l e s .

B r u n d e l e t

( 1 2 3 ) , i n

s t u d i e s o f

l u n g s

f r o m

r a t s t h a t i n h a l e d

d y e

p a r t i c l e s ,

s u g g e s t e d t h a t p a r t i c l e - c o n t a i n i n g m a c r o -

p h a g e s may m i g r a t e t o c i l i a t e d

a i r w a y s

t h r o u g h l ym -

p h o i d c o l l e c t i o n s f o u n d

a t

t h e

b i f u r c a t i o n s

o f

m a j o r

b r o n c h i a n d b r o n c h i o l e s .

G r e e n ( 1 2 4 ) ,

i n

s t u d i e s o f

a l v e o l a r

a n d

b r o n c h i o l a r

t r a n s p o r t m e c h a n i s m s , o b -

s e r v e d

c o l l e c t i o n s

o f

m a c r o p h a g e s c o n t a i n i n g

c o a l d u s t

a n d

s u g g e s t e d t h a t a l v e o l a r l i n i n g f l u i d ,

a l v e o l a r

c e l l s

a n d

p a r t i c l e s f l o w e d

w i t h i n

l i q u i d v e i n s

b e t w e e n

a l v e o l i , w i t h t h e d r i v i n g f o r c e f o r s u c h f l u i d f l o w d e r i v e d

f r o m v a r i a t i o n s i n

t h e

t e n s i o n

o f

t h e

a l v e o l a r w a l l d u r i n g

t h e

m e c h a n i c s o f r e s p i r a t i o n .

M o v e m e n t o f

p a r t i c l e - b e a r i n g m a c r o p h a g e s

a l o n g

t h e

s u r f a c e

o f

t h e a i r w a y s h a s

b e e n

r e p o r t e d

b y H a t c h a n d

G r o s s

( 6 ) .

F e r i n

( 1 2 5 )

e x p o s e d

r a t s

t o

a e r o s o l s o f

t i t a n i u m

o x i d e , a v e r y i n e r t

d u s t ,

a n d s t u d i e d l o c a l i z a -

t i o n

o f

t h e s e

p a r t i c l e s

w i t h i n

t h e

l u n g s

o n d a ys 1 ,

8 a n d

2 5 o f e x p o s u r e . P a r t i c l e - b e a r i n g m a c r o p h a g e s w e r e

f o u n d t o b e

c o n c e n t r a t e d

i n

a l v e o l a r d u c t s a n d a t t h e

j u n c t i o n s o f t h e r e s p i r a t o r y a n d

t e r m i n a l b r o n c h i o l e s .

M u c h

m o r e

r a p i d t r a n s l o c a t i o n o f p a r t i c l e s

t o

t h e

l y m p h a t i c s y s t e m w a s o b s e r v e d a s

r a t s

r e c e i v e d

i n c r e a s -

i n g

l u n g b u r d e n s

o f t h i s m a t e r i a l . P u l m o n a r y c l e a r a n c e

r a t e s i n c r e a s e d t o

s e v e r a l m i c r o g r a m s p e r

d a y ,

r e a c h i n g

a

p l a t e a u

a t a

l u n g b u r d e n o f a l m o s t 4 0 m g .

T h i s

s u g g e s t e d

t h a t

t h e p h y s i c a l

m a s s

o f

d u s t

w i th i n t h e

l u n g

c o u l d a f f e c t t h e

r a t e s o f l u n g c l e a r a n c e v i a

p u l m o n a r y


T o x i c

i n s o l u b l e

d u s t s

may

s h o w

a

s i m i l a r i n h i b i t i n g

e f f e c t

u p o n m a c r o p h a g e c l e a r a n c e . LaFuma e t

a l .

( 1 2 6 , 1 2 7 ) e x p o s e d r a t s t o i n c r e a s i n g a i r c o n c e n t r a t i o n s

o f

2 3 9 P u o x i d e

p a r t i c l e s . T h e y f o u n d t h a t t h e i n i t i a l

o r

f a s t e r p h a s e o f l u n g

c l e a r a n c e c o u l d

b e

e l i m i n a t e d

e n t i r e l y a t h i g h l e v e l s o f

i n i t i a l l y d e p o s i t e d

p l u t o n i u m .

T h i s

m a y

r e p r e s e n t k i l l i n g

o r i m m o b i l i z a t i o n o f

p l u -

t o n i u m - b e a r i n g m a c r o p h a g e s , l e a v i n g

o n l y

a

v e r y p r o -

t r a c t e d

p h a s e

o f

c l e a r a n c e t h a t

may

b e

d u e t o

g r a d u a l

d i s s o l u t i o n w i t h i n

t h e

l u n g .

S t u a r t

e t

a l .

( 1 2 8 ) ,

i n

a n a l y s e s

o f

w h o l e - b o d y

a n d

p u l m o n a r y

r e t e n t i o n

p a t -

t e r n s

f o r i n h a l e d i n s o l u b l e

p l u t o n i u m - 2 3 9

o x i d e

i n

l a r g e

e x p e r i m e n t a l a n i m a l s ,

h a v e f o u n d

a s i m i l a r

d i s a p p e a r -

a n c e

o f t h e

e a r l y p h a s e s

o f

p h a g o c y t i c

c e l l - m e d i a t e d

c l e a r a n c e .

L e s s

t o x i c

p a r t i c l e s ,

o r

p a r t i c l e s

i n

c o m b i n a -

t i o n

w i t h

t o x i c g a s e o u s

p o l l u t a n t s ,

may

a l s o

h a v e

m a r k e d e f f e c t s

u p o n

r e s p i r a t o r y t r a c t c l e a r a n c e .

P h a l e n

e t a l .

( 1 2 9 )

h a v e

f o u n d t h a t o z o n e

p l u s

s u l f a t e

a e r o s o l s

o r

o z o n e

a l o n e

d r a m a t i c a l l y

i n t e r f e r e

w i t h t h e

e a r l y

p h a s e

( 0 - 5 0

h r )


t r a n s p o r t ,

b u t

c a n

s t i m u l a t e

l a t e r

c l e a r a n c e .

B r a i n

( 1 3 0 ) d e m o n s t r a t e d

t h a t

i n c r e a s e d l e v e l s o f

p a r t i c l e

d e p o s i t i o n

c o u l d

s t i m u l a t e

a n i n c r e a s e

i n

t h e

n u m b e r

o f r e c o v e r a b l e

f r e e

c e l l s w i t h i n a f e w

h o u r s ,

a t t a i n i n g

a

maximum

a t

a b o u t

1

d a y .

I n

s t u d i e s

u s i n g

3 8 2



DEPOSITION AND

C L E A R A N C E OF

I NH A L E D PARTICLES

p u l m o n a r y

l a v a g e , r a t s

e x p o s e d

t o a t r i p h e n y l p h o s -

p h a t e s u b mi c r on - s i ze d a e r o s o l a t a m a s s


o f

2 1 m g / m 3

s h o w e d

a n i n c r e a s e o f 1 2 2

i n

s u c h c e l l s .

B r a i n a n d

C o r k e r y ( 1 3 1 )

e x a m i n e d t h e

d e g r e e

o f

p a r t i -

c l e i n g e s t i o n

b y m a c r o p h a g e s

o b t a i n e d

b y

s u c c e s s i v e

p u l m o n a r y

w a s h i n g s

i n

h a m s t e r s

e x p o s e d

t o

c o l l o i d a l

9 8 A u .

T h e y

f o u n d

t h a t

p r e - e x p o s u r e

t o

F e 2 O 3

a n d

c o l l o i d a l

c a r b o n

p a r t i c l e s

r e d u c e d t h e

i n g e s t i o n

o f t h e

g o l d

c o l l o i d

b y

m a c r o p h a g e s ,

w h e n

m e a s u r e d

2

h r

a f t e r

i n h a l a t i o n e x p o s u r e .

H o w e v e r , t h i s u p t a k e w a s

w i t h i n

n o r m a l

l i m i t s

a t t h e

e n d o f 2 4 h r .

P r e - e x p o s u r e t o

c o a l

d u s t m a i n t a i n e d

a

d e p r e s s i o n

i n

g o l d

c o l l o i d

u p t a k e ,

i n d i c a t i n g

a p e r s i s t e n t d e t r i m e n t a l e f f e c t o f t h i s

m a t e -

r i a l u p o n m a c r o p h a g e f u n c t i o n . S t r e c k e r

( 1 3 2 ) e x a m i n e d

r a t l u n g s a f t e r i n h a l a t i o n o f

v a r i o u s

t y p e s

o f

d u s t ,

t o

d e t e r m i n e t h e


o f d u s t i n t o

p u l m o n a r y

l y m p h a t i c c h a n n e l s

a n d

l y m p h

n o d e s . R a t s w e r e

e x -

p o s e d

t o a e r o s o l s

o f t i t a n i u m ,

a l u m i n u m

o r f e r r i c

o x i d e

d u s t s ,

a n d f o u n d

t h a t a m e an

p u l m o n a r y

d e p o s i t i o n

o f

a b o u t 0 . 5

m g / l u n g

c a u s e d

l i t t l e

c h a n g e

i n t h e n u m b e r

o f

p u l m o n a r y

a l v e o l a r


H o w e v e r ,

a

c y t o -

t o x i c

q u a r t z

d u s t a t s i m i l a r l e v e l s

p r o d u c e d

a

v e r y

m a r k e d i n c r e a s e i n t h e

n u m b e r a n d

d i v i s i o n

r a t e s o f

t h e s e

c e l l s

( 1 3 2 ) .

S o r o k i n

a n d B r a i n

( 1 3 3 )

d e s c r i b e d

a

p r o l o n g e d

p h a s e

o f

c l e a r a n c e

o f

F e 2 O 3

t h a t

a p p e a r e d

a t 1 t o

3

w e e k s a f t e r

e x p o s u r e .

P a r t i c l e s w e r e f o u n d

w i t h i n


o f

t h e c o n n e c t i v e t i s s u e

c o m p a r t m e n t

o f t h e


t r a c t .

T h i s l o c a l i z a t i o n

o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

d e v e l o p e d

s l o w l y

o v e r

m a n y

m o n t h s .

I n i t i a l l y

a n d

f o r s e v e r a l

m o n t h s , t h e

g r e a t e s t p o r t i o n

o f i n h a l e d

F e 2 O 3 p a r t i c l e s

w e r e f o u n d

w i t h i n

a l v e o l a r


b u t

g r a d u a l l y

t h e

p r e p o n d e r a n c e

o f r e t a i n e d

m a t e r i a l w a s f o u n d

i n

c o n n e c t i v e t i s s u e


S u c h


l a d e n

w i t h

p a r t i c l e s

a r e

a p p a r e n t l y

r e l e a s e d

v e r y

s l o w l y

f r o m

i n t e r s t i t i a l

s i t e s

w i t h i n t h e

p u l m o n a r y

p a r e n c h y m a .

I n h a l e d

f i b r o g e n i c

p a r t i c l e s

may

b e r e t a i n e d f o r e v e n

l o n g e r

p e r i o d s o f t i m e .

D a v i s

e t

a l .

( 1 3 4 )

f o u n d

g r e a t e r

l e v e l s o f

q u a r t z

i n

c o a l

m i n e r s

who

h a d

d e v e l o p e d

p u l m o n a r y

m a s s i v e

f i b r o s i s

t h a n t h o s e

h a v i n g

e a r l i e r

s t a g e s

o f

s i m p l e p n e u m o c o n i o s i s .

M o r g a n

e t

a l .

( 1 3 5 ) e x p o s e d r a t s t o a e r o s o l s

o f


l a b e l e d

a s b e s t o s f i b e r s .

T h e y f o u n d t h a t


2 0 m g

o f

t h e s e

p a r t i c l e s

w e r e r e t a i n e d

w i t h i n l u n g s ,

w i t h

l i t t l e

e f f e c t

u p o n t h e n u m b e r

o f

f r e e


o r

t h e i r s i z e .

T h e

i n c o r p o r a t i o n o f

f i b e r s

b y

p u l m o n a r y

a l v e o l a r


w a s

e s s e n t i a l l y

c o m p l e t e

w i t h i n 2 4

h r .

T h u s ,

f i b e r s

t h a t

a r e

c o n s i d e r a -

b l y

l o n g e r

t h a n

t h e

d i a m e t e r

o f

t h e

p u l m o n a r y

a l v e o l a r

m a c r o p h a g e ( 1 0 - 1 2

p , m )

may

a c c u m u l a t e

i n

a l v e o l a r w a l l

a n d a r e n o t

l i k e l y

t o

b e

s u s c e p t i b l e

t o

p u l m o n a r y

l a v a g e .

B e c k

e t

a l .

( 1 3 6 )

h a v e

s u g g e s t e d

t h a t

t h e s h o r t f i b e r s

a r e n o t

a s

d a m a g i n g

b e c a u s e

t h e y

c a n b e

e n t i r e l y

e n g u l f e d b y

p u l m o n a r y


w h e r e a s t h e

l o n g e r f i b e r s c a n

p e n e t r a t e


m a c r o p h a g e

m e m b r a n e , c a u s i n g

r e l e a s e o f

p r o t e o l y t i c e n z y m e s

a s

w e l l a s l o s s o f

m o b i l i t y

o r i n a c t i v a t i o n

o f

t h e s e c e l l s .

A l l i s o n ( 1 3 7 ) h a s d e s c r i b e d

a

h i g h c o r r e l a t i o n b e t w e e n

t h e

c a p a c i t y

o f

a

v a r i e t y

o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

t o

i n d u c e

l y s o s o m a l e n z y m e s e c r e t i o n f r o m m a c r o p h a g e s w i t h i n

c u l t u r e a n d t o i n d u c e p u l m o n a r y g r a n u l o m a s

i n

v i v o .

M a c r o p h a g e

p r o t e i n a s e s

c a n

a l s o

a f f e c t s y s t e m s r e s p o n -

s i b l e f o r

g e n e r a t i o n

o f k i n i n ,

b l o o d

c o a g u l a t i o n

a n d

f i b r i n o l y s i s

( 1 3 3 ) .

T r a n s p o r t

o f

P h a g o c y t i z e d o r F r e e

P a r t i c l e s t o R e g i o n a l Lymph N o d e s

I n h a l e d p a r t i c l e s

t h a t d e p o s i t a n d r e m a i n

w i t h i n

t h e

a l v e o l a r r e g i o n o f

t h e l u n g c a n b e t r a n s p o r t e d v i a t h e

l y m p h a ti c d ra i n ag e

s y s t e m t o r e g i o n a l

l y m p h

n o d e s

( 1 2 4 ) .

T h e

r e l a t i v e t o x i c i t y

o f t h e

i n h a l e d

m a t e r i a l

a p p e a r s

t o

i n f l u e n c e

t h i s

p a t h w a y . F e r i n ( 1 2 5 )

f o u n d

l i t t l e a c c u m u l a t i o n

o f

t h e

i n a c t i v e T i O 2 i n t h o r a c i c

l y m p h n o d e s o f r a t s a f t e r 2 5 d a y s . S o r o k i n

a n d B r a i n

( 1 3 3 ) f o u n d t h a t

F e 2 0 3

p a r t i c l e s

a c c u m u l a t e d o n l y

g r a d u a l l y i n r e g i o n a l l y m p h a t i c s .

T h o m a s

( 1 3 8 )

d e v e l -

o p e d a m o d e l t o f i t o b s e r v e d r e t e n t i o n o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s

i n r a t s , h a m s t er s a n d d o g s . He f o u n d

t h a t

i n h a l e d

p l u t o n i u m

o x i d e

a n d

o t h e r

i n s o l u b l e

p a r t i c l e s

c o n c e n t r a t e d

r a p i d l y i n t h e t h o r a c i c l y m p h

n o d e s ,

e x c e e d i n g t h e c o n c e n t r a t i o n

w i t h i n t h e l u n g s

a f t e r

t h r e e m o n t h s .

S t u a r t e t a l . ( 1 3 9 ) ,

i n

a n a l y s i s

o f

d e p o s i -

t i o n

a n d


p a t t e r n s

o f i n h a l e d

2 3 9 P u

o x i d e

p a r t i c l e s

i n

d o g s ,

f o u n d t h a t

t h o r a c i c

l y m p h n o d e s

b e c a m e

t h e

m a j o r s e c o n d a r y

r e s e r v o i r

o f

t r a n s l o c a t e d

p l u t o n i u m w it h in t h e

b o d y . T h i s

s e c o n d a r y r e s e r v o i r

w a s r e s p o n s i b l e f o r

t h e

s i g mo i d a c c um u l a t io n

o f

t h i s

r a d i o n u c l i d e w i t h i n

t h e

l i v e r a n d s k e l e t o n a n d b e c a m e

t h e

p r i n c i p a l

s i t e f o r

w h o l e - b o d y

r e t e n t i o n

o f t h i s

r a d i o n u c l i d e a t

s e v e r a l

y e a r s f o l l o w i n g a s i n g l e i n h a l a -

t i o n

e x p o s u r e .

F i g u r e

9

d e s c r i b e s

t h e

a c c u m u l a t i o n

1 0 0 0

d 5 0 0

C : o

ALEOAUNGF

° 3

0 .

7

0

T H O R I U M - 2 3 0

Z

a

0

U R A N I U M - 2 3

I L

4

001__. Il

DA

L Y

E X P O S U R E S

T I

M E

( d a y s a f t e r s t a r t o f e x p o s u r e )

F I G U R E

9 .

A c c u m u l a t i o n

a n d

r e t e n t i o n

o f u r a n i u m - 2 3 8

a n d t h o r i u m -

2 3 0 i n t h e l u n g s a n d t r a c h e o b r o n c h i a l l y m p h n o d e s o f

r a t s ,

w h e n i n h a l e d

a s

c o n s t i t u e n t s

o f

u r a n i u m

o r e

p a r t i c l e s .

N o t e t h e

a c c u m u l a t i o n s

i n


l u n g s

d u r i n g d a i l y e x p o s u r e s

( 4

h r / d a y ) ,

t h e t r a n s l o c a t i o n

t o


n o d e s , a n d t h e

m o r e

r a p i d c l e a r a n c e b y d i s s o l u t i o n o f

t h e

2 3 S U

f r o m

t h e l u n g s

a f t e r

t h e c e s s a t i o n

o f e x p o s u r e s ( 1 4 0 ) .

3 8 3



B . 0 .

STUART

w i t h i n t h e l u n g s o f

2 3 8 U

a n d

2 3 0 T h

i n h a l e d

b y r a t s

a s

c o n s t i t u e n t s o f u r a n i u m

o r e ,

i n

s t u d i e s

r e p o r t e d

b y

S t u a r t a n d

B e a s l e y

( 1 4 0 ) .

R a d i o n u c l i d e

c h e m i s t r y o f

t h e s e

c o m p o n e n t s

o f t h e

h i g h l y

i n s o l u b l e u r a n i u m

o r e

s h o w e d

r a p i d

a c c u m u l a t i o n w i t h i n t h e

l u n g s d u r i n g

8

w e e k s o f

e x p o s u r e ,

f o l l o w e d

b y

t r a n s l o c a t i o n o f

b o t h


p e r h a p s

a s

i n t a c t

p a r t i c l e s , t o

t h e

t h o -

r a c i c

l y m p h n o d e s f o l l o w i n g c e s s a t i o n

o f e x p o s u r e s .

D i s s o lu ti o n o f

I n h a l e d

P a r t i c l e s

I n h a l e d

p a r t i c l e s

t h a t a r e

d e p o s i t e d u p o n


t r a c t

e p i t h e l i u m may

b e

s u b j e c t t o

d i r e c t d i s s o l u t i o n

w i t h i n

t h e

a i r w a y o r a l v e o l a r

l i n i n g

f l u i d s . M e r c e r

( 1 4 1 )

h a s

d e v e l o p e d a

m o d e l f o r

t h e

d i s s o l u t i o n o f d e p o s i t e d

m a t e r i a l s , w h i c h

i n

m a n y c a s e s

a p p e a r s

t o r e a s o n a b l y

p r e d i c t t h e

d i s a p p e a r a n c e r a t e s

o f d e p o s i t e d

m a t e r i a l s

w i t h i n

t h e

l u n g .

I t

w a s

a s s u m e d

t h a t t h e

d e p o s i t e d

a e r o s o l

w a s

l o g

n o r m a l

i n


d i s t r i b u t i o n , a n d

t h a t t h e

d e p o s i t e d

p a r t i c l e s w o u l d

g r a d u a l l y

d i s s o l v e

a n d

d i s a p p e a r

f r o m

t h e


t r a c t

a s

a

f u n c t i o n

o f

t h e s u r f a c e a r e a o f e a c h

p a r t i c l e .

T h i s m o d e o f c l e a r a n c e

w a s d e s c r i b e d a s a

f u n c t i o n o f t h r e e

p a r a m e t e r s : ( 1 )

t h e

m e d i a n

p a r t i c l e

s i z e

o f t h e

m a s s

d i s t r i b u t i o n w it h i n t h e

l u n g s a f t e r


( 2 ) a

p a r a m e t e r r e l a t e d

t o t h e

v a r i a b i l i t y

o f

t h e

d i s t r i b u t i o n , i . e . ,

t h e

g e o m e t r i c s t a n -

d a r d

d e v i a t i o n ,

a n d

( 3 )

t h e

n o n e q u i l i b r i u m d i s s o l u t i o n

o f

t h e

d e p o s i t e d

m a t e r i a l

p e r

u n i t

o f

t i m e . T h e l a t t e r

p a r a m e t e r

c a n

b e o b t a i n e d b y

u s e o f a s y n t h e t i c

d i s s o l u t i o n m e d i u m

h a v i n g c h e m i c a l

p r o p e r t i e s s i m i l a r

t o

t h a t

o f

p u l m o n a r y

i n t e r s t i t i a l

f l u i d .

T h o m a s

( 1 3 8 )

h a s

u s e d

t h i s

s o l u b i l i t y m o d e l t o e s t i -

m a t e

t h e

s i z e

d i s t r i b u t i o n o f

p a r t i c l e s

t h a t w e r e

d e p o s -

i t e d

i n

t h e

a l v e o l a r

l u n g

o f

t h e

r a t ,

h a m s t e r

a n d

d o g

w h i l e

s t u d y i n g

t h e

b i o l o g i c a l c l e a r a n c e o f

t e s t

m a t e r i a l s

i n

t h e s e

a n i m a l s . T h i s

d i s s o l u t i o n m o d e l

i s

b a s e d

u p o n


c h a r a c t e r i s t i c s o f p a r t i c l e s i z e

a n d

i n

v i t r o

s o l u b i l i t y ,

a n d

a p p e a r s

t o

p r o v i d e

a n

a d e q u a t e

d e s c r i p t i o n

o f

o v e r a l l c l e a r a n c e r a t e s

f o r

m a n y

s o l u b l e

m a t e r i a l s

a n d s o m e

r e l a t i v e l y i n s o l u b l e

p a r t i c l e s

t h a t

a r e

d e p o s i t e d w i t h i n t h e


t r a c t

( 1 4 1 ) . H o w -

e v e r ,

s u c h a

m o d e l

m a y p r o v i d e l i t t l e

g u i d a n c e

i n

d e t e r m i n i n g

c l e a r a n c e

f r a c t i o n s a n d

h a l f - t i m e s o f m a t e -

r i a l s

t h t a r e

r a p i d l y p h a g o c y t i z e d a n d

c l e a r e d

p r i m a r i l y

v i a

a

c e l l - m e d i a t e d

m e c h a n i s m ,

e i t h e r

t o t h e

g a s t r o i n t e s -

t i n a l

t r a c t o r

t o

r e g i o n a l l y m p h n o d e s .

T a s k

G r o u p

o n

Lung

D y n a m i c s

C l e a r a n c e

M o d e l

T h e T a s k

G r o u p

o n

L u n g

D y n a m i c s ( 1 1 )

i n

1 9 6 6

p r o p o s e d a m o d e l

t h a t

d e f i n e d v a r i o u s

r e g i o n s

o f

t h e


t r a c t

i n

o r d e r

t o

p r e d i c t

i n h a l e d

p a r t i c l e

r e t e n t i o n

b a s e d

u p o n

a v a i l a b l e d a t a

d e s c r i b i n g

r e g i o n a l

c l e a r a n c e

m e c h a n i s m s

( F i g . 1 0 ) .

A f t e r i n h a l e d

p a r t i c l e s

a r e

d e p o s i t e d ,

a

f r a c t i o n

o f

t h e

d e p o s i t e d

m a t e r i a l

w i l l

p a s s

e i t h e r t o

t h e

b l o o d ,

t o

t h e


t r a c t

o r

t o

t h e

l y m p h a t i c

s y s t e m ,

d e p e n d i n g

u p o n

t h e o b s e r v e d

o r

p r e d i c t e d r e t e n t i o n s o f t h e

m a t e r i a l ,

w i t h

t h e

r e m a i n -

F I G U R E 1 0 . D e p o s i t i o n a n d

c l e a r a n c e

p a t h w a y s

f o r i n h a l e d

p a r t i c l e s ,

f o l l o w i n g

t h e

p r e d i c t i v e

m o d e l

o f

t h e

T a s k

G r o u p

o n

L u n g

D y n a m i c s ( 1 1 ) . P a t h w a y s ( f )

a n d ( g ) m u s t p a s s

t h r o u g h

t h e

t r a c h e o b r o n c h i a l r e g i o n .

T h e r e

m a y b e

m o r e

t h a n

o n e

s u b c o m -

p a r t m e n t r e p r e s e n t i n g

l y m p h ,

f o r

i n s o l u b l e

m a t e r i a l s ,

i n c l u d i n g

r e t e n t i o n

i n

t h e

t h o r a c i c a n d a b d o m i n a l

l y m p h

n o d e s ,

d e p e n d i n g

u p o n p h y s i c a l c h e m i c a l

p r o p e r t i e s ,

t o t a l

a c c u m u l a t e d

m a s s ,

a n d

r e l a t i v e t o x i c i t y

o f

t h e

i n i t i a l l y i n h a l e d m a t e r i a l .

d e r

d e s c r i b e d a s

b e in g m i ni m al l y

r e t a i n e d ,

m o d e r a t e l y

r e t a i n e d

o r

a v i d l y

r e t a i n e d

( 1 4 2 ) .

P a t h w a y

a

r e p r e s e n t s

a r a p i d c l e a r a n c e

f r o m t h e


r e g i o n

t o

t h e

b l o o d s t r e a m ;

p a t h w a y

b

r e p r e s e n t s

c l e a r a n c e

t o

t h e


t r a c t

( 1 1 ) . P a t h w a y s c a n d

d

r e p r e s e n t

c l e a r a n c e o f t h e

m a t e r i a l

d e p o s i t e d

i n

t h e


c h i a l

r e g i o n

t o t h e

b l o o d a n d t o

t h e


t r a c t . T h e

m a t e r i a l s

d e p o s i t e d

i n

t h e

p u l m o n a r y

r e g i o n

a r e

c l e a r e d

b y

f o u r

p a t h w a y s .

P a t h w a y s

f

a n d

g

( r a p i d

a n d

p r o t r a c t e d

c l e a r a n c e )

a r e

f o l l o w e d

b y

p a r t i c l e s t h a t

p r o c e e d t o

t h e

g a s t r o i n t e s t i n a l t r a c t a f t e r

f i r s t

b e i n g

t r a n s l o c a t e d

t h r o u g h t h e


r e g i o n

v i a

t h e


e s c a l a t o r .

P a t h w a y

e

r e p r e s e n t s

c l e a r -

a n c e t o t h e

b l o o d ; p a t h w a y

h

r e p r e s e n t s

c l e a r a n c e

v i a

t h e

p u l m o n a r y l y m p h a t i c

c h a n n e l s .

P a t h w a y

i

r e p r e -

s e n t s a m o v e m e n t

o f a t l e a s t a

p o r t i o n

o f

t h e

m a t e r i a l

t h a t a c c u m u l a t e s i n

t h e


n o d e s

a n d

a s s o c i a t e d

l y m p h a t i c s t o t h e

b l o o d s t r e a m .

T a b l e

2

o f

t h e T G L D ( 1 1 )

w a s c o n s t r u c t e d

b y

c l a s s i f y -

i n g m a t e r i a l s

a s

D ,

W a n d

Y ,

s i g n i f y i n g

v a r i o u s f r a c -

t i o n s

o f

d e p o s i t e d

m a t e r i a l s

t h a t

a r e

c l e a r e d

w i t h

b i o l o g i c a l

h a l f - t i m e s o f

l e s s

t h a n

a

d a y

( D ) ,

m a t e r i a l s

h a v i n g h a l f - t i m e s f o r

c l e a r a n c e o f

a

f e w

d a y s t o a

f e w

m o n t h s

( w e e k s , W)

a n d

h a l f - t i m e s

o f a y e a r

o r m o r e

( Y ) .

C l a s s

Y m a t e r i a l s a r e

t h e o x id es a n d

h y d r o x i d e s

o f

m o s t

l a n t h a n i d e s

a n d

a c t i n i d e s , m a n y

o f t h e c a r b i d e s

a n d

l a n t h a n i d e

f l u o r i d e s .

C l a s s W

a p p l i e s t o

m a t e r i a l s o f

m o d e r a t e

r e t e n t i o n ,

i n c l u d i n g a v a r i e t y o f

s u l f i d e s a n d

s u l f a t e s ,

c a r b o n a t e s ,

m a n y

p h o s p h a t e s , m a n y

o f t h e

h y d r o x i d e s a n d

o x i d e s o f

c h e m i c a l

p e r i o d i c t a b l e g r o u p s

2 a ,

3 a , 4 a , 5 a ,

6 a , 8 , 2 b ,

4 b , 5 , 6 ,

a n d

m a n y

o f

t h e

h a l i d e s

a n d

n i t r a t e s .

C l a s s

D

m a t e r i a l s h a v e m i n i m a l

r e t e n t i o n

3 8 4



DEPOSITION AND C L E A R A N C E OF I N H A L E D PARTICLES

T a b l e

2 . C o n s t a n t s

f o r u s e w i t h t a s k g r o u p

o n

l u n g d y n a m i c s

c l e a r a n c e m o d e l . a

C l a s s

( D ) C l a s s

( W )

C l a s s

( Y )

N a s o p h a r y n x

( a ) 0 . 0 1 / 0 . 5 0 0 . 0 1 / 0 . 1 0 0 . 0 1 / 0 . 0 1

( b )

0 . 0 1 / 0 . 5 0

0 . 4 / 0 . 9 0

0 . 4 / 0 . 9 9

T r a c h e o b r o n c h i a l ( c )

0 . 0 1 / 0 . 9 5

0 . 0 1 / 0 . 5 0 . 0 1 / 0 . 0 1

( d )

0 . 2 / 0 . 0 5 0 . 2

/ 0 . 5

0 . 2

/ 0 . 9 9

P u l m o n a r y ( e ) 0 . 5 / 0 . 8 0

5 0 / 0 . 1 5 5 0 0 / 0 . 0 5

( f )

n . a . 1 . 0

/ 0 . 4 0 1 . 0

/ 0 . 4 0

( g ) n . a .

5 0 / 0 . 4 0 5 0 0 / 0 . 4 0

( h )

0 . 5

/ 0 . 2 0

5 0 / 0 . 0 5

5 0 0 / 0 . 1 5

L y m p h

( i ) 0 . 5

/ 1 . 0 0 5 0 / 1 . 0 0

1 0 0 0 / 0 . 9 0

a

V a l u e s

t a k e n

f r o m

t h e r e p o r t o f t h e T a s k G r o u p o n L u n g D y n a m i c s ,

ICRP P u b l i c a t i o n ( 1 1 ) a n d

a m e n d e d

a s

i n 1 9 7 2 ( 1 3 ) .

T h e

f i r s t

v a l u e

i s t h e

b i o l o g i c a l

h a l f - t i m e i n d a y s ;

t h e

s e c o n d i s

t h e a p p r o p r i a t e

f r a c t i o n .

T h e

s i n g l e

f r a c t i o n o f 0 . 9 0

l i s t e d

f o r C l a s s Y ,

p a t h w a y

s u g g e s t s

a

p e r s i s t e n t r e s e r v o i r

f o r

1 0 o f t h e m a t e r i a l

r e a c h i n g

t h e

c o m p a r t m e n t .

a n d i n c l u d e

m a n y

o f t h e

n i t r a t e s

h a l i d e s ,

p h o s p h a t e s ,

c a r b o n a t e s ,

s u l f a t e s

a n d s u l f i d e s

n o t

i n c l u d e d

i n

C l a s s

W

T h e r e

a r e

s e v e r a l

p o s s i b l e v a l u e s

f o r

b o t h

t h e

f r a c t i o n s a n d

t h e

h a l f - t i m e s o f

C l a s s

Y

m a t e r i a l s

p r o -

c e e d i n g b y

p a t h w a y i i . e . ,

m a t e r i a l t r a n s l o c a t e d

f r o m

l u n g s

t h r o u g h

t h e


n o d e s w h i c h

m a y

e v e n t u a l l y

r e a c h t h e

s y s t e m i c


( 1 3 , 1 3 8 , 1 3 9 , ) .


C l e a r a n c e

T h e T G L D

m o d e l

( 1 1 )

a s s u m e d t h a t

r a p i d t r a n s p o r t

t i m e

w o u l d

o c c u r

f o r

a l l

p a r t i c l e s

d e p o s i t e d

i n t h e

n a s o p h a r y n x .

A l t h o u g h m u c o c i l i a r y

c l e a r a n c e

h a s b e e n

f o u n d

t o

b e

r a p i d

i n s o m e a r e a s w i t h i n t h e


t h e r e

a r e o t h e r a r e a s w i t h i n

t h i s

r e g i o n

t h a t

may

b e

d e v o i d

o f

c i l i a , c a u s i n g

i m p a i r e d

c l e a r a n c e .

F r y

a n d

B l a c k

( 5 7 )

f o u n d

t h a t

u p

t o

83

o f

i n h a l e d

2 . 5 ,

5 ,

7

o r 1 0

, u m p a r t i c l e s w e r e

d e p o s i t e d

i n

n a s a l

r e g i o n s

t h a t w e r e

c l e a r e d w i t h

b i o l o g i c a l

h a l f - l i v e s

o f m o r e t h a n 1 2

h r .

C l e a r a n c e

t i m e s o n t h e o r d e r o f a

d a y

o r more

i n

a n t e r i o r

u n c i l i a t e d

r e g i o n s may

b e t h e

c a s e

i n

some

i n d i v i d u a l s . S t u d i e s

w i t h

n o s e - o n l y


r a d i o -

n u c l i d e s

b y l a r g e e x p e r i m e n t a l

a n i m a l s a t t h e

I n h a l a -

t i o n

T o x i c o l o g y

R e s e a r c h I n s t i t u t e

( 1 4 3 )

a n d a t t h e

B a t t e l l e ,

P a c i f i c N o r t h w e s t L a b o r a t o r i e s

( 1 4 4 , 1 4 5 )

i n d i -

c a t e

r e t e n t i o n

t i m e s o f

s e v e r a l

d a y s

o r

l o n g e r

i n t h e

n a s a l t u r b i n a t e s o f

l a r g e


a n i m a l s .

T r a c h e o b r o n c h i a l

C l e a r a n c e

M o r r o w

( 8 0 )

h a s

s u g g e s t e d

t h e

u s e

o f

t h r e e

z o n e s

t o

d e s c r i b e t r a c h e o b r o n c h i a l

c l e a r a n c e ,

i . e . , r e g i o n s

o f

c o n d u c t i n g

a i r w a y s

t h a t a r e

u p

t o

1 0

c m ,

1 0 t o

2 0

c m ,

a n d

2 0 t o 3 0 cm

f r o m

t h e

e p i g l o t t i s .

H i s


s t u d i e s

w i t h r a d i o n u c l i d e - l a b e l e d u n i f o r m

1 0

p u m p o l y -

s t y r e n e

p a r t i c l e s

a n d

7 . 5

, u m

m a s s

m e d i a n

d i a m e t e r

i r o n

o x i d e

p a r t i c l e s , u s i n g

m o u t h

b r e a t h i n g b y

h u m a n s a n d a

m u l t i c r y s t a l

e x t e r n a l d e t e c t i o n

s y s t e m ,

i n d i c a t e d h a l f -

t i m e s o f

0 . 5 ,

2 . 5

a n d 6 h r f o r t h e

p r o x i m a l ,


a n d

p e r i p h e r a l r e g i o n s ,

r e s p e c t i v e l y .


c l e a r a n c e

w a s

t h u s

d e s c r i b e d

b y

a

t h r e e - c o m p o n e n t ,

s i x - p a r a m e t e r

e x p o n e n t i a l e x p r e s s i o n . H o w e v e r ,

M o r -

r o w ( 1 4 6 )

p o i nt ed o ut t h a t

o b s e r v e d

m u c u s

v e l o c i t i e s

c a n n o t r e a d i l y

b e d i v i d e d

i n t o c o n v e n i e n t s t e p

g r a d i e n t s

a n d

d e v e l o p e d

i n

1 9 7 0 a m o d e l d e s c r i b i n g

a c o n t i n u o u s

g r a d i e n t

o f r a t e s u t i l i z i n g

t h e

d a t a f r o m many

i n v e s t i -

g a t i o n s .

T r a c h e o b r o n c h i a l r e t e n t i o n w a s d e s c r i b e d a s a n

i n d i r e c t

f u n c t i o n o f

t h e

m a s s

m e d i a n

d i a m e t e r ,

i n

a

f o r m

i n c o r p o r a t i n g a n

i n i t i a l v a l u e m u l t i p l i e d b y

a n

e x p o n e n -

t i a l

p o w e r

o f t i m e .

I t , t o o ,

w a s s h o w n t o b e

a r e as o n ab l e

a p p r o x i m a t i o n

o f

t h e

a v a i l a b l e d a t a , a l t h o u g h

t h e r e i s a

w i d e d e g r e e o f v a r i a b i l i t y

w it h in t h e r ep o r te d

d a t a

i t s e l f .

A l b e r t e t

a l .

( 1 1 1 )

h a v e f o u nd

w i d e i n t e r s u b j e c t

v a r i a b i l i t y i n t r a c h e o b r o n c h i a l

c l e a r a n c e r a t e s a n d

f r a c -

t i o n s o f n o n s m o k i n g

v o l u n t e e r s ,

b u t

t h a t

c i g a r e t t e

s m o k i n g

may

e i t h e r d e c r e a s e o r i n c r e a s e r a t e s

d e p e n d -

i n g o n s m o k i n g h i s t o r y .

C a m n e r e t a l .

( 1 1 2 )

h a v e

a l s o

f o u n d

w i d e i n d i v i d u a l v a r i a b i l i t y

i n human t r a c h e o b r o n -

c h i a l

c l e a r a n c e r a t e s

( 6 m i n

t o 1 h r ) , b u t m u c h

g r e a t e r

c o n s i s t e n c y

i n

r a t e s

f o r t h e s a m e i n d i v i d u a l i n r e p e a t e d

s t u d i e s u s i n g i n h a l e d

' 8 F 1 - l a b e l e d

7 p u m

p a r t i c l e s .

P u l m o n a r y

C l e a r a n c e

A l l

o f t h e p a t h w a y s d i s c u s s e d

a b o v e

may b e i n v o l v e d

i n

t h e c l e a r a n c e

o f

p a r t i c l e s d e p os it e d w i t h i n t h e

p u l m o n a r y r e g i o n o f t h e

l u n g . E n d o c y t o s i s , i n c l u d i n g

p h a g o c y t o s i s

a n d

p i n o c y t o s i s ,

i s a

m a j o r

c l e a r a n c e

p a t h w a y

o f

i n s o l u b l e p a r t i c l e s f r o m t h e

l u n g p a r e n c h y m a .

M a c r o p h a g e

t r a n s p o r t

may

b e

t h e

p r i n c i p a l

c l e a r a n c e

m e c h a n i s m

f r o m t h i s

r e g i o n

f o r

i n s o l u b l e

m a t e r i a l s ,

w i t h c e l l s

m i g r a t i n g

e i t h e r

v i a t h e t r a c h e o b r o n c h i a l t r e e

o r v i a

r e g i o n a l l y m p h a t i c c h a n n e l s . I n

a d d i t i o n ,

d e p o s -

i t e d

p a r t i c l e s t h a t m o v e

d i r e c t l y

t o i n t e r s t i t i a l

s i t e s may

b e


t o t h e

l y m p h a t i c

v e s s e l s

o r

b l o o d

c a p i l l a r i e s ,

o r

may

b e p h a g o c y t i z e d

b y


i n

t h e s e

r e g i o n s .

T h e

p a r t i c l e s

e n t e r i n g l y m p h a t i c c a p i l l a r -

i e s may

b e c o m e i m m o b i l i z e d u p o n r e a c h i n g

t h e

l y m p h

n o d e s ,

a n d

t h e r e s e r v e

a s a

s e c o n d a r y

r e s e r v o i r s

f o r

g r a d u a l i n p u t i n t o

t h e s y s t em i c c i r c u l a t i o n ( 1 3 9 ) . G r e e n

( 1 2 4 ) s u g g e s t e d t h a t

p a r t i c l e - b e a r i n g

p u l m o n a r y

m a c r o -

p h a g e s

may

a l s o

m i g r a t e

t o

s u b p l e u r a l a n d p a r a s e p t a l

p o s i t i o n s ,

t o

p e r i v a s c u l a r

s i t e s

o r t o

p e r i b r o n c h i o l a r

p o s i t i o n s

w h e r e n e a r l y p e r m a n e n t

s t o r a g e

i n

t h e

l u n g

m a y

o c c u r .

T h e s e a c c u m u l a t i o n s o f

p a r t i c l e s

w i t h i n


may

f o r m t h e

i n i t i a l

l e s i o n s

o f

c h r o n i c

p u l m o n a r y

d i s e a s e s

( 1 4 7 ) . H o w e v e r ,

a

p o r t i o n

o f t h e

p u l m o n a r y

b u r d e n o f i n h a l e d

p a r t i c l e s

may

b e

g r a d u a l l y

r e m o v e d

b y

d i s s o l u t i o n ,

r e s u l t i n g i n t h e

a p p e a r a n c e o f

l o w


o f

t h e

m a t e r i a l

i n

t h e

l y m p h a t i c

o r

b l o o d

c i r c u l a t o r y

s y s t e m s .

T h e

TG LD

m o d e l

( 1 1 ) s u g -

g e s t s

t h a t t h e


n a t u r e o f

t h e

d e p o s i t e d

p a r t i c l e s

d e t e r m i n e s t h e i r

c l e a r a n c e

p a t h w a y s

a n d

r a t e s

o f

r e m o v a l .

H o w e v e r ,

t h i s

c o n c e p t

may

n o t

a p p l y

i n

c a s e s

o f

d e v e l o p i n g

l e s i o n s

o r

e s t a b l i s h e d

l u n g p a t h o l o g y .

I n

a d d i t i o n ,

M o s s

( 1 4 8 )

a n d M o s s a n d

K a n a p i l l y

( 1 4 9 )

h a v e

s h o w n

t h a t r a t e s o f

d i s s o l u t i o n f o r

i n d i v i d u a l

c o m p o n e n t s

i n

a n

i n h a l e d

p a r t i c l e

m a t r i x

may

d i f f e r

g r e a t l y .

T h e

s p e c i f i c

f r a c t i o n s

a n d k i n e t i c s a s s o c i a t e d

w i t h

3 8 5



3 8 6

B .

0 .

STUART

e a c h

c l e a r a n c e p a t h w a y

m u s t b e

r e - e v a l u a t e d a s

n e w

i n f o r m a t i o n

b e c o m e s

a v a i l a b l e t o

v a l i d a t e

t h e

p r e d i c t i v e

u s e

o f s u c h m o d e l s . T h e

p o s s i b l e a l t e r a t i o n

i n c l e a r a n c e

r a t e s f r o m

t h e l u n g a s

a

f u n c t i o n

o f r e p e a t e d v e r s u s

s i n g l e

i n h a l a t i o n

e x p o s u r e s

t o 1 4 4 C e o x i d e

o n

9 P u

o x i d e

i s b e i n g s t u d i e d a t t h e

I n h a l a t i o n T o x i c o l o g y

R e s e a r c h

I n s t i t u t e

( 1 5 0 ) .

I n

1 9 8 1 t h e

T a s k

G r o u p

o n


T r a c t

K i n e t i c s

o f t h e

N a t i o n a l

C o u n c i l

f o r

R a d i a t i o n

P r o t e c t i o n

a n d

M e a s u r e m e n t s

( 1 5 1 ) s u g g e s t e d

t h a t

c u r r e n t l y a v a i l a b l e c l e a r a n c e d a t a

c a n b e

u s e d

t o

d e f i n e

a t l e a s t

f i v e m a j o r c l a s s e s o f c o m p o u n d s ,

i n s t e a d o f t h e

t h r e e ( D , W , Y ) t h a t

s e r v e d a s t h e b a s i s f o r t h e e a r l i e r

TG LD m o d e l

( 1 1 ) d e s c r i b e d i n T a b l e

2 . B r a i n a n d

V a l b e r g ( 1 5 )

h a v e d ev e lo p e d

a

c o m p r e h e n s i v e

c o m p u t e r

p r o g r a m

b a s e d

o n

t h e T G L D m o d e l t o c a l c u l a t e p a r t i c l e

r e t e n t i o n a n d

c u m u l a t i v e e x p o s u r e t o t h e


t r a c t . T h e s e

a u t h o r s u r g e c a u t i o n

i n

t h e a p p l i c a t i o n

o f

s u c h

m o d e l s , s h o w i n g

t h a t

c h a n g e s

i n

d e p o s i t e d

p a r t i c l e

s i z e d i s t r i b u t i o n s a n d

t h e

r e l a t i v e

s o l u b i l i t y

o f

a

g i v e n

m a t e r i a l c a n a l t e r r e t e n t i o n

a n d

i n t e g r a t e d

d o s e

i n s o m e

c o m p a r t m e n t s b y

a s

m u c h

a s

f i v e

o r d e r s

o f

m a g n i t u d e ,

e v e n w h e n

i d e n t i c a l

t o t a l

p a r t i c l e

a m o u n t s

a r e

i n h a l e d

( 1 5 ) .

I n

1 9 8 0 W i l k e y

e t a l .

( 1 5 2 )

i n v e s t i g a t e d m u c o c i l i a r y


d e p o s i t e d

p a r t i c l e s

i n n i n e

m a l e

s u b j e c t s

u s i n g

m o n i d i s p e r s e

7 . 9

, u m ( a e r o d y n a m i c )

F e 2 O 3

p a r t i -

c l e s

l a b e l e d

w i t h

9 9 ' T c .

A

gamma

c a m e r a

w a s u s e d

t o

s t u d y

t o t a l

b r o n c h i a l

c l e a r a n c e ,

a s

w e l l

a s c l e a r a n c e

f r o m

a r e a s

r e p r e s e n t i n g

c e n t r a l

( Z o n e I , g e n e r a t i o n s

1 - 6 ) ,

m i d

( Z o n e

I I ,


7 - 1 3 ) ,

a n d p e r i p h e r a l

( Z o n e I I I , g e n e r a t i o n s

b e y o n d 1 3 ) r e g i o n s

o f

t h e r e s p i r a -

t o r y t r a c t ,

d e f i n e d f o r

e a c h s u b j e c t

f r o m

a

s e r i e s

o f

b r o n c h o g r a m s .

O b s e r v e d

c l e a r a n c e r a t e s

w e r e f o u n d t o

b e

i n

g o o d a g r e e m e n t

w i t h t h e

p r e d i c t i v e

m o d e l t h a t t h e

a u t h o r s d e v e l o p e d

o n

t h e

b a s i s

o f

t h e

d i c h o t o m o u s

b r a n c h i n g

s y s t e m

o f

W e i b e l

( 1 4 ) .

T h e m e a n h a l f - t i m e s

f o r t o t a l

b r o n c h i a l c l e a r a n c e

a n d

f o r

c l e a r a n c e

f r o m t h e

c e n t r a l ,

m i d r e g i o n ,

a n d

p e r i p h e r a l

r e g i o n s

w e r e

1 . 9 0 ,

1 . 9 7 , 1 . 7 0 a n d 2 . 6 2 h r , r e s p e c t i v e l y

( 1 5 2 ) .

I n

c o m p a r i s o n ,

A l b e r t

e t

a l .

( 1 5 3 )

s t u d i e d t h e

d e p o s i t i o n

o f

0 . 8 t o 7 . 9

, u m F e 2 0 3 p a r t i c l e s

i n

n i n e

h e a l t h y

s u b j e c t s

a n d f o u n d

a n a v e r a g e

h a l f - t i m e f o r


c l e a r a n c e

o f 1 . 5 h r .

T h o m s o n a n d

S h o r t

( 1 5 4 ) r e p o r t e d

a n

a v e r a g e

m u c o -

c i l i a r y

c l e a r a n c e

o f 2 . 8 h r

f o r

i n h a l e d 5

, u m p o l y s t y r e n e

p a r t i c l e s

i n f i v e

h e a l t h y

s u b j e c t s .

B o h n i n g

e t

a l .

( 1 5 5 )

f o u n d

m e a n b r o n c h i a l c l e a r a n c e h a l f - t i m e s o f

3 . 4 5 a n d

4 . 6 3

h r f o r

F e 2 O 3

a e r o s o l s i n h a l e d

b y

m a l e

s u b j e c t s ,

o f

whom s o m e w e r e

c i g a r e t t e

s m o k e r s .

C o n c l u s i o n s


a n d

e x p e r i m e n t a l i n v e s t i g a t i o n s

d u r i n g

t h e l a s t f e w

y e a r s

h a v e

c o n t r i b u t e d

g r e a t l y t o

d e f i n i n g

t h e

d e p o s i t i o n

o f

i n h a l e d p a r t i c l e s i n t h e


t r a c t ,

w i t h

c a r e f u l e v a l u a t i o n o f t h e f a c t o r s

o f s i z e ,

d e n s i t y , s h a p e ,

h y d r o s c o p i c i t y ,

a n d

c h a r g e

t h a t

i n f l u e n c e

d e p o s i t i o n

i n

c r i t i c a l

r e g i o n s

o f t h e

c o n d u c t i n g

a i r w a y

a n d

g a s e x c h a n g e r e g i o n s

o f t h e

l u n g .

T h e s e s t u d i e s

h a v e

s h o w n r e a s o n a b l e

a g r e e m e n t

b e t w e e n

r e s u l t s

o f

e x p e r i m e n t a l t e s t s

a n d

r e c e n t

m o d e l s , a l l o w i n g p r e d i c -

t i o n o f d e p o s i t i o n o f f r a c t i o n s

i n

o r d e r t o a s s e s s

t h e

i n h a l a t i o n r i s k s

f o r

m a n y m a t e r i a l s

o v e r a

w i d e r a n g e o f

p a r t i c l e s i z e s . H o w e v e r ,

d e f i n i t i v e s t u d i e s a r e s t i l l

n e e d e d t o

d e s c r i b e d e p o s i t i o n

o f

v e r y s m a l l p a r t i c l e s

s u c h a s

c o n d e n s a t i o n n u c l e i

t h a t a r e

p r o d u c e d

d u r i n g

c o m b u s t i o n

( 1 4 7 ) .

I n a d e q u a t e

d a t a

e x i s t t o

e v a l u a t e

a

w i d e v a r i e t y

o f

a i r p o l l u t i o n h a z a r d s

a n d

t o e s t a b l i s h t h e

r i s k s

t h a t a r e a s s o c i a t e d w i t h

s m a l l

p a r t i c l e s

( < 0 . 0 1

, u m d i a m e t e r ) t h a t s e r v e

a s c a r r i e r s

f o r

t o x i c g a s e s o r


a t o m s s u c h

a s

r a d o n o r

t h o r o n d a u g h t e r s

t h a t m a y s e l e c t i v e l y i r r a d i a t e s e n s i t i v e r e s p i r a t o r y

e p i t h e l i a l

c e l l s , w i t h p o t e n t i a l t o

c a u s e

p u l m o n a r y

c a r c i n o m a

( 1 5 6 ) .

N a s a l b r e a t h i n g v e r s u s m o u t h

b r e a t h i n g c a n

e f f e c -

t i v e l y p r o t e c t t h e t r a c h e o b r o n c h i a l

r e g i o n f r o m v e r y

l a r g e p a r t i c l e s a n d

v e r y s m a l l p a r t i c l e s t h a t m a y b e

r e m o v e d i n

t h e

n a s a l

p a s s a g e s

b y

i m p a c t i o n a n d

d i f f u s i o n ,

b u t

r e s u l t i n g d e p o s i t s

i n t h e

p u l m o n a r y

r e g i o n m a y b e s i g n i f i c a n t l y h i g h e r

f o r m o u t h b r e a t h i n g

t h a n

f o r

n o s e

b r e a t h i n g .

T h i s

m a y

b e

a

c r i t i c a l

c h a n g e

f o r p e rs o ns d oi n g h e a v y

w o r k

o r h a v i n g

i m p a i r e d n a s a l

a i r f l o w s . M o u t h

b r e a t h i n g

c a n c a u s e

2 -

t o 4 - f o l d g r e a t e r

d e p o s i t i o n

i n t h e

r e g i o n o f s u b s e g m e n t a l

b r o n c h i f o r

v e r y

f i n e

( <

1 mm)

d u s t p a r t i c l e s , ( 9 0 ) ,

a s w e l l a s

i n c r e a s e

t r a c h e o b r o n c h i a l d e p o s i t i o n o f l a r g e p a r t i c l e s

( > 1 0 mm) t o

2 5

o r

m o r e .

T h e r e

i s a

n e e d

f o r

m u c h

m o r e

i n f o r m a t i o n o n

a l t e r e d

d e p o s i t i o n

a n d

c l e a r a n c e

p a t t e r n s

i n

p e r s o n s

s u f f e r i n g

a c u t e o r c h r o n i c

p u l m o n a r y

d i s e a s e s . I n

m a n y

a b n o r m a l

c o n d i t i o n s ,


d e p o s i t i o n m a y

b e

i n -

c r e a s e d ,

w i t h a

c o r r e s p o n d i n g

d e c r e a s e

i n

p u l m o n a r y


T h e

i n f l u e n c e s

o f

a g e

a n d

b i o l o g i c a l

v a r i a b i l -

i t y

u p o n p a r t i c l e d e p o s i t i o n

a n d

c l e a r a n c e

p a t t e r n s

a r e

o n l y

b e g i n n i n g

t o

b e

u n d e r s t o o d ;

w i d e

d i f f e r e n c e s

i n

d e p o s i t i o n p a t t e r n s

m a y

o c c u r

a m o n g

h e a l t h y y o u n g

a d u l t s .

T h e

a v a i l a b l e e x p e r i m e n t a l

r e s u l t s c o n c e r n i n g

c l e a r -

a n c e

f r a c t i o n s

a n d

k i n e t i c s

f o r p a r t i c l e s d e p o s i t e d

i n

d i f f e r e n t r e g i o n s

o f t h e


t r a c t

a r e

c o n t i n u a l l y

e x p a n d i n g , b u t

a

g r e a t

d e a l

o f a d d i t i o n a l

d a t a

i s n e e d e d

t o d e f i n e n o r m a l c l e a r a n c e

p a t h w a y s ,

a s w e l l a s t h e

e a r l y

a n d c h r o n i c e f f e c t s

o f

c i g a r e t t e

s m o k i n g .

T h e

e x t e n t

t o

w h i c h

o v e r l o a d i n g

o r

c y t o t o x i c i t y

o f

c e r t a i n

m a t e r i a l s

m a y

i m p a i r

c l e a r a n c e

p a t h w a y s r e q u i r e s

f u r -

t h e r

s t u d y .

R EFERENC ES

1 . G r e e n ,

F .

H .

Y , B o w m a n , L . ,

C a s t r a n o v a ,

V , D o l l b e r g , D . D . ,

E l l i o t t ,

J .

A . , F e d a n ,

J . S . ,

H a h o n , N . ,

J u d y ,

D .

J . , M a j o r ,

P

C . ,

M e n t n e c h ,

M .

S . , M i l e s ,

P

R . , M u l l ,

J . , O l e n c h o c k ,

S . ,

O n g , T . ,

P a i l e s ,

W

M . ,

R e s n i c k ,

H . , S t e t t l e r ,

L .

E . ,

T u c k e r , J . G . ,

V a l l y a t h a n ,

V ,

a n d

W h o n g ,

W

H e a l t h i m p l i c a t i o n s o f t h e M o u n t

S t . H e l e n s

v o l c a n o :

l a b o r a t o r y i n v e s t i g a t i o n s .

A n n .

O c c u p . H y g .

2 6 : 9 2 1 - 9 2 3

( 1 9 8 2 ) .

2 .

D i b n e r ,

B .

A g r i c o l a

o n m e t a l s . I n :

D e

R e

M e t a l l i c a , A g r i c o l a ,

1 5 5 6 .

B u r n b y

L i b r a r y , N o r w a l k , C T , 1 9 5 8 .

3 .

D r i n k e r , R ,

a n d H a t c h , T .

F .

I n d u s t r i a l d u s t . M c G r a w - H i l l , Ne w

Y o r k ,

1 9 5 4 .

4 .

L u d w i g , R , a n d

L o r e n z e r ,

E .

U n t e r s u c h u n g

d e r G r u b e n l u f t i n




OF I N H A L E D

PARTICLES

3 8 7

d e n S c h ee be rg e r G r u b e n

a u f

d e n

G e h a l t e n R a d i u m e n a n a t i o n .

S t r a h l e n t h e r a p i e

7 : 4 2 8 - 4 3 5 ( 1 9 2 4 ) .

5 . W a t k i n s - P i t c h f o r d ,

W, a n d M o i r ,

J . On

t h e

n a t u r e

o f t h e d o u b l y

r e f r a c t i n g

p a r t i c l e s s e e n

i n m i c r o s c o p i c

s e c t i o n s o f s i l i c o t i c

l u n g s , a n d a n i m p ro v ed m e t h o d

f o r

d i s c l o s i n g

s i l i c e o u s p a r t i c l e s

i n

s u c h

s e c t i o n s . S .

A f r . I n s t . M e d . R e s .

1 : 2 0 7 - 2 3 0

( 1 9 1 6 ) .

6 . H a t c h , T . , a n d G r o s s , P

P u l m o n a r y

D e p o s i t i o n a n d

R e t e n t i o n o f

I n h a l e d

A e r o s o l s .

A c a d e m i c P r e s s , New Y o r k ,

1 9 6 4 .

7 .

A m d u r ,

M .

O . ,

a n d

U n d e r h i l l , D .

T h e

e f f e c t

o f

v a r i o u s

a e r o s o l s

o n t h e

r e s p o n s e o f g u i n e a

p i g s t o s u l f u r d i o x i d e .

A r c h .

E n v i r o n .

H e a l t h 1 6 : 4 6 0 - 4 6 8

( 1 9 6 8 ) .

8 . S i l v e r m a n ,

L . , B i l l i n g s , C . E . ,

F i r s t , M .

W,

a n d D e n n i s , R .

A i r

f l o w

m e a s u r e m e n t s

o n h u m a n

s u b j e c t s

w i t h a n d w i t h o u t

r e s p i r a -

t o r y

r e s i s t a n c e a t

s e v e r a l w o r k r a t e s . A r c h .

I n d . H y g . O c c u p .

M e d . 3 :

4 6 1 - 4 7 8 ( 1 9 5 1 ) .

9 .

D a u t r e b a n d e ,

L . M i c r o a e r o s o l s . A c a d e m i c

P r e s s , New Y o r k ,

1 9 6 2 .

1 0 . G r e e n ,

H . L . ,

a n d

L a n e ,

W

R .

P a r t i c u l a t e

C l o u d s : D u s t s ,

S m o k e r s ,

a n d M i s t s .

D .

V a n N o s t r a n d , P r i n c e t o n ,

N . J . ,

1 9 5 7 .

1 1 .

M o r r o w ,

P

E . ,

B a t e s ,

D . V , F i s h , B . R . ,

H a t c h , T . F , a n d

M e r c e r , T . T .


c o m mi s s i on o n r a d i o l o g i c a l p r o t e c t i o n

t a s k g r o u p

o n

l un g d y na m ic s ; d e p o s i t i o n

a n d r e t e n t i o n

m o d e l s

f o r

i n t e r n a l d o s i m e t r y o f

t h e h u m a n


t r a c t .

H e a l t h

P h y s . 1 2 : 1 7 3 - 2 0 7

( 1 9 6 6 ) .

1 2 . H o l m e s ,

T .

H . , G o o d e l l ,

H . , W o l f ,

S . , a n d

W o l f f , H . G . T h e N o s e .

C h a r l e s

C

T h o m a s ,

S p r i n g f i e l d ,

I L ,

1 9 5 0 .

1 3 .


C o m m i s s i o n

o n

R a d i a t i o n

P r o t e c t i o n .

T h e m e t a b o -

l i s m

o f C o m p o u n d s o f

P l u t o n i u m a n d O t h e r

A c t i n i d e s ( I C R P

P u b l i c a t i o n

1 9 )

P e r g a m o n

P r e s s ,

O x f o r d , 1 9 7 2 , p . 6 .

1 4 .

W e i b e l ,

E . R .

M o r p h o m e t r y

o f t h e

Human

L u n g .

S p r i n g e r

V e r l a g ,

B e r l i n ,

1 9 6 3 .

1 5 . B r a i n ,

J . D . , a n d V a l b e r g ,

P A .

M o d e l s

o f

l u n g

r e t e n t i o n b a s e d

o n ICRP

t a s k

g r o u p

r e p o r t .

A r c h .

E n v i r o n . H e a l t h 2 8 :

1 - 1 1

( 1 9 7 4 ) .

1 6 . L a n d a h l ,

H .

D . P a r t i c l e r e m o v a l

b y

t h e


s y s t e m : n o t e

o n t h e

r e m o v a l o f a i r b o r n e

p a r t i c u l a t e s

b y

t h e

h u m a n


t r a c t

w i t h

p a r t i c u l a r

r e f e r e n c e

t o t h e r o l e o f d i f f u s i o n .

B u l l .

M a t h . B i o p h y s .

2 5 : 2 9 - 3 9 ( 1 9 6 3 ) .

1 7 . M o r r o w ,

P

E .

L y m p h a t i c

d r a i n a g e o f

t h e l u n g s

i n

d u s t

c l e a r a n c e .

I n : I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e

o n C o a l

W o r k e r s ' P n e u m o c o n i o s i s .

New

Y o r k

A c a d e m y

o f S c i e n c e s ,

New Y o r k ,

1 9 7 1 .

1 8 . S t u a r t ,

B .

0 . S e l e c t i o n

o f a n i m a l m o d e l s

f o r

e v a l u a t i o n

o f

i n h a l a t i o n

h a z a r d s

i n

m a n .

I n :

A i r

P o l l u t i o n

a n d

t h e

L u n g :

P r o c e e d i n g s

T w e n t i e t h A n n u a l OH OL O B i o l o g i c a l

C o n f e r e n c e

( E .

F

A h a r o n s o n ,

A .

B e n - D a v i d

a n d

M .

A .

K l i n g b e r g ,

E d s . ) ,

J o h n

W i l e y

a n d S o n s ,

New Y o r k , 1 9 7 5 , p p .

2 6 8 - 2 8 8 .

1 9 . S i l v e r m a n , L . , a n d

B i l l i n g s ,

C .

E . P a t te rn

o f

a i r

f l o w

i n

t h e


t r a c t . I n :

I n h a l e d

P a r t i c l e s a n d

V a p o u r s

( C .

N .

D a v i e s ,

E d . ) ,

P e r g a m o n

P r e s s ,

L o n d o n , 1 9 6 1 , p p .

9 - 4 5 .

2 0 .

M o r r o w ,

P

E .

S o m e p h y s i c a l

a n d p h y s i o l o g i c a l

f a c t o r s

c o n t r o l l i n g

t h e f a t e

o f

i n h a l e d

s u b s t a n c e s .

I .

D e p o s i t i o n .

H e a l t h

P h y s .

2 :

3 6 6 - 3 7 8

( 1 9 6 0 ) .

2 1 . L a n d a h l ,

H .

D .

O n

t h e

r e m o v a l

o f

a i r b o r n e

d r o p l e t s b y

t h e

h u m a n


t r a c t . I . T h e

l u n g .

B u l l .

M a t h .

B i o p h y s .

1 2 :

4 3 - 5 6

( 1 9 5 0 ) .

2 2 .

C u n n i n g h a m ,

E .

On

t h e

v e l o c i t y

o f

s t e a d y

f a l l o f

s p h e r i c a l

p a r t i c l e s

t h r o u g h

f l u i d m e d i u m . P r o c .

R o y .

S o c .

( L o n d o n )

A 8 3 :

3 5 7 - 3 6 5 ( 1 9 1 0 ) .

2 3 .

D a v i e s ,

C .

N . D e f i n i t e

e q u a t i o n s

f o r

t h e

f l u i d r e s i s t a n c e

o f

s p h e r e s .

P r o c .

P h y s .

S o c .

5 7 : 2 5 9 - 2 7 0

( 1 9 4 5 ) .

2 4 .

M o r r o w ,

P

E . E v a l u a t i o n

o f

i n h a l a t i o n

h a z a r d s b a s e d

u p o n

t h e

r e s p i r a b l e

d u s t

c o n c e p t

a n d

t h e

p h i l o s o p h y

a n d

a p p l i c a t i o n

o f

s e l e c t i v e

s a m p l i n g .

A m .

I n d .

H y g .

A s s o c .

J .

2 5 :

2 1 3 - 2 3 6

( 1 9 6 4 ) .

2 5 .

H e y d e r ,

J . , G e b h a r t ,

J . ,

a n d S t a h l h o f e n ,

W

I n h a l a t i o n o f

a e r o s o l s .

P a r t i c l e

d e p o s i t i o n

a n d r e t e n t i o n .

I n : G e n e r a t i o n o f

A e r o s o l s a n d F a c i l i t i e s

f o r

E x p o s u r e

E x p e r i m e n t s

( K .

W i l l e k e ,

E d . ) ,

An n A r b o r

S c i e n c e ,

Ann

A r b o r , M I ,

1 9 8 0 ,

p p .

6 5 - 1 0 3 .

2 6 .

W i l s o n ,

I .

B . ,

a n d

L a

M e r ,

V

K .

T h e

r e t e n t i o n

o f a e r o s o l

p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n


t r a c t a s a f u n c t i o n o f

p a r t i c l e

r a d i u s . J . I n d .

H y g .

T o x i c o l . 3 0 : 2 6 5 - 2 8 0 ( 1 9 4 8 ) .

2 7 . D a u t r e b a n d e , L . ,

a n d

W a l k e n h o r s t ,

W

New

s t u d i e s

o n a e r o s o l s

XXIV

A r c h .

I n t . P h a r m a c o d y n .

1 6 2 :

1 9 4

( 1 9 6 6 ) .

2 8 . R a a b e ,

0 .

G .

D e p o s i t i o n a n d C l e a r a n c e

o f

I n h a l e d

A e r o s o l s .

U .

S . D e p a r t m e n t o f E n e r g y , N a t i o n a l

T e c h n i c a l

I n f o r m a t i o n

S e r v i c e , U C D - 4 7 2 - 5 0 3 , S p r i n g f i e l d ,

V A , 1 9 7 9 .

2 9 . S i n c l a i r , D . , C o u n t e s s ,

R .

J . ,

a n d

H o o p e s ,

G . S .

E f f e c t o f

r e l a t i v e

h u m i d i t y o n t h e

s i z e

o f a t m o s p h e r i c a e r o s o l

p a r t i c l e s . A t m o -

s p h e r i c E n v i r o n m e n t 8 : 1 1 1 - 1 1 7 ( 1 9 7 4 ) .

3 0 .

T i m b r e l l ,

V , a n d S k i d m o r e ,

J . W

T h e

e f f e c t o f

s h a p e

o n p a r t i c l e


a n d

r e t e n t i o n

i n

a n i m a l l u n g s . I n :

I n h a l e d P a r t i c l e s ,

V o l .

I I I

(W

H .

W a l t o n ,

E d . ) ,

U n w i n

B r o t h e r s ,

S u r r e y ,

E n g l a n d ,

1 9 7 1 , p p .

4 9 - 5 7 .

3 1 .

B e e c k m a n s ,

J .

M .

D e p o s i t i o n

o f

e l l i p s o i d a l

p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n


t r a c t . I n :

A s s e s s m e n t o f

A i r b o r n e P a r t i c l e s

( T .

T . M e r c e r ,

P

E .

M o r r o w a n d

W

S t o b e r ,

E d s . ) ,

C h a r l e s

C

T h o m a s , S p r i n g f i e l d ,

I L ,

1 9 7 2 ,

p p .

3 6 1 - 3 6 7 .

3 2 .

L i p p m a n n , M .

R e g i o n a l

d e p o s i t i o n

o f

p a r t i c l e s i n

t h e

h u m a n

r e s p i r a t o r y t r a c t . I n :

H a n d b o o k o f P h y s i o l o g y ,

S e c t i o n

9 : R e a c -

t i o n s t o

E n v i r o n m e n t A g e n t s ( D .

H .

K . L e e ,

H . L .

F a l k a n d S .

D .

M u r p h y , E d s . ) , A m e r i c a n P h y s i o l o g i c a l

S o c i e t y , B e t h e s d a ,

M D ,

1 9 7 7 ,

p p . 2 1 3 - 2 3 2 .

3 3 .

M e r c e r ,

T .

T . A e r o s o l T e c h n o l o g y i n

H a z a r d E v a l u a t i o n .

A c a -

d e m i c

P r e s s ,

New

Y o r k - L o n d o n ,

1 9 7 3 .

3 4 .

M e l a n d r i , C . , P r o d i ,

V , T h r r o n i ,

G . ,

F a m i g n a n i , M . , D e Z i a c o m o ,

T . , B o m p a n i ,

G . F , a n d

M a e s t r i ,

G . On t h e


u n i p o l a r l y c h a r g e d p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n


t r a c t .

I n :

I n h a l e d

P a r t i c l e s , V o l .

I V (W

H . W a l t o n ,

E d . ) ,

P e r g a m o n P r e s s ,

O x f o r d ,

p p .

1 9 3 - 2 0 1 .

3 5 .

V i n c e n t ,

J .

H . ,

J o h n s t o n ,

W

B . ,

J o n e s ,

A .

D . , a n d

J o h n s t o n ,

A .

M . S t a t i c

e l e c t r i f i c a t i o n o f

a i r b o r n e

a s b e s t o s :

a

s t u d y o f i t s

c a u s e s , a s s e s s m e n t a n d e f f e c t s o n

d e p o s i t i o n

i n

t h e l u n g s

o f

r a t s .

A m .

I n d .

H y g .

A s s o c . J . 4 2 : 7 1 1 - 7 2 1 ( 1 9 8 1 ) .

3 6 .

F i n d e i s e n ,

W

U b e r

d a s

A b s e t z e n

k l e i n e r ,

i n

d e r

L u f t

s u s p e n -

d i e r t e n T e i l c h e n

i n

d e r

m e n s c h l i c h e n L u n g e

b e i

d e r

A t m u n g .

P f l u g e r s

A r c h .

G e s .

P h y s i o l . 2 3 6 :

3 6 7 - 3 7 9 ( 1 9 3 5 ) .

3 7 .

L a n d a h l ,

H .

D . , T r a c e w e l l , T . N . , a n d L a s s e n

W

H .

O n t h e

r e t e n t i o n

o f a i r b o r n e


i n

t h e h u m a n l u n g s .

A r c h .

I n d .

H y g .

O c c u p .

M e d .

3 :

3 5 6 - 3 6 6

( 1 9 5 1 ) .

3 8 .

S i n c l a i r , D . , a n d

L a M e r ,

V

K .

L i g h t s c a t t e r i n g a s

a

m e a s u r e

o f

p a r t i c l e

s i z e i n

a e r o s o l s :

t h e

p r o d u c t i o n

o f


a e r o s o l s .

C h e m . R e v .

4 4 : 2 4 5 - 2 6 7

( 1 9 4 9 ) .

3 9 .

A l t s c h u l e r ,

B . , Y a r m u s , L . , a n d P a l m e s , E . D .

A e r o s o l d e p o s i -

t i o n i n

t h e h u m a n


t r a c t . A r c h . I n d . H e a l t h 1 5 :

2 9 3 - 3 0 3 ( 1 9 5 7 ) .

4 0 .

B e e c k m a n s ,

J .

M .

T h e

d e p o s i t i o n

o f a e r o s o l s

i n


t r a c t .

( 1 )

M a t h e m a t i c a l

a n a l y s i s

a n d

c o m p a r i s o n

w i t h

e x p e r i m e n -

t a l d a t a .

C a n . J . P h y s i o l . P h a r m a c o l . 4 3 : 1 5 7 - 1 7 2

( 1 9 6 5 ) .

4 1 .

D e n n i s ,

W

L . A

f o r m a l i z e d

a n a t o m y

o f

t h e

h u m a n


t r a c t .

I n :

I n h a l e d

P a r t i c l e s

a n d

V a p o u r s

( C .

N .

D a v i e s , E d . ) ,


L o n d o n ,

1 9 6 1 ,

p p .

8 8 - 9 4 .

4 2 .

W a l k e n h o r s t ,

W,

a n d

D a u t r e b a n d e , L . U b e r d i e

R e t e n t i o n

v o n

K o c h a l z t e i l c h e n i n d e r

A t e m w e g e n .

I n : I n h a l e d P a r t i c l e s a n d

V a p o u r s

( C . N .

D a v i e s , E d . ) , P e r g a m o n P r e s s ,

L o n d o n ,

1 9 6 1 ,

p p .

1 1 0 - 1 2 1 .

4 3 .

D a v i e s , C . N .

An

a l g e b r a i c

m o d e l

f o r t h e d e p o s i t i o n o f a e r o s o l s

i n

t h e

h u m a n

r e s p i r a t o r y t r a c t d ur in g s t ea dy

b r e a t h i n g .

J .

A e r o s o l .

S c i . 3 : 2 9 7

( 1 9 7 2 ) .

4 4 .

R e p o r t

o f ICRP

C o m m i t t e e

2 o n

p e r m i s s i b l e

d o s e f o r

i n t e r n a l

r a d i a t i o n .

H e a l t h P h y s . 3 : 1 7 3 - 2 0 7 ( 1 9 6 0 ) .

4 5 .

G o r m l e y ,

P

G . ,

a n d

K e n n e d y ,

M .

D i f f u s i o n

f r o m

a

s t r e a m

f l o w i n g

t h r o u g h

a

c y l i n d r i c a l

t u b e .

P r o c .

R o y .

I r i s h A c ad . A 52 : 1 6 3 - 1 6 9

( 1 9 4 9 ) .

4 6 .

V a n

W i j k ,

A .

M . , a n d

P a t t e r s o n ,

H .

S .

T h e

p e r c e n t a g e

o f

p a r t i c l e s

o f d i f f e r e n t

s i z e s

r e m o v e d f r o m d u s t - l a d e n

a i r

b y

b r e a t h i n g .

J . I n d .

H y g .

T o x i c o l . 2 2 : 3 1 - 3 5

( 1 9 4 0 ) .

4 7 .

L i p p m a n n , M . , a n d A l b e r t ,

R .

T h e e f f e c t o f p a r t i c l e

s i z e o n

t h e

r e g i o n a l


i n h a l e d

a e r o s o l s

i n

t h e

h u m a n


t r a c t .

A m .

I n d .

H y g .

A s s o c . J .

3 0 : 2 5 7 - 2 7 5

( 1 9 6 9 ) .

4 8 .

G i a c o m e l l i - M a l t o n i , G . , M e l a n d r i , C . ,

P r o d i , V ,

a n d

T a r r o n i ,

G .

D e p o s i t i o n

e f f i c i e n c y

o f

m o n o d i s p e r s e p a r t i c l e s

i n

h u m a n

r e s p i r a -

t o r y

t r a c t .

A m .

I n d .

H y g .

A s s o c . J . 3 3 :

6 0 3 - 6 1 0

( 1 9 7 2 ) .

4 9 .

F o o r d , N . ,

B l a c k , A . ,

a n d

W a l s h ,

M .

R e g i o n a l

d e p o s i t i o n

o f

2 . 5 - 7 . 5 m i c r o m e te r d i am e t er

i n h a l e d

p a r t i c l e s

i n

h e a l t h y

m a l e

n o n s m o k e r s . J . A e r o s o l

S c i .

9 :

3 4 3 - 3 5 7

( 1 9 7 8 ) .



8 8

B . 0 . STUART

5 0 .

S w i f t ,

D . L . , S t a n t y , F . ,

a n d

O ' N e i l ,

J . T . Human r e s p i r a t o r y

d e p o s i t i o n

p a t t e r n s o f f u m e - l i k e

p a r t i c l e s . P r e s e n t e d

i n

p a r t

a t

t h e

1 9 7 7 A m e r i c a n I n d u s t r i a l

H y g i e n e

C o n f e r e n c e , New O r l e a n s ,

L A ,

1 9 7 7 .

5 1 .

C h a n , T .

L . , a n d L i p p m a n n ,

M .

E x p e r i m e n t a l m e a s u r e m e n t s

a n d e m p i r i c a l

m o d e l l i n g

o f t h e r e g i o n a l


i n h a l e d

p a r t i c l e s

i n

h u m a n s .

A m . I n d . H y g . A s s o c .

J . 4 1 : 3 9 9 - 4 0 9

( 1 9 8 0 ) .

5 2 . H e y d e r , J . ,

a n d D a v i e s ,

C . N . T h e b r e a t h i n g

o f h a l f

m i c r o n

a e r o s o l s :

I I I . D i s p e r s i o n o f

p a r t i c l e s

i n


t r a c t .

J .

A e r o s o l

S c i .

2 :

4 3 7 - 4 5 2

( 1 9 7 1 ) .

5 3 .

G e o r g e ,

A .

C . ,

a n d B r e s l i n , A . J . D e p o s i t i o n

o f

r a d on d a ug h t er s

i n

h u m a n s

e x p o s e d t o u r a n i u m

i n

a t m o s p h e r e s .

H e a l t h

P h y s .

1 7 :

1 1 5 - 1 2 4

( 1 9 6 9 ) .

5 4 . H o l l e m a n ,

D .

F ,

M a r t z , D . E . , a n d

S c h i a g e r , K . J . T o t a l


d e p o s i t i o n

o f

r a do n d au gh t er s f r o m


u r a n i u m

m i n e a t m o s p h e r e s .

H e a l t h P h y s .

1 7 : 1 8 7 - 1 9 8 ( 1 1 6 9 ) .

5 5 .

H o u n a m ,

R . F

T h e

d e p o s i t i o n

o f a t m o s p h e r i c


n u c l e i i n t h e n a s o p h a r y n g e a l

r e g i o n

o f

t h e

h u m a n


t r a c t .

H e a l t h

P h y s .

2 0 : 2 1 9 - 2 2 0

( 1 9 7 1 ) .

5 6 . H o u n a m ,

R .

F ,

B l a c k , A . , a n d

W a l s h ,

M . T h e

D e p o s i t i o n

o f

a e r o s o l p a r t i c l e s

i n t h e n a s o p h a r y n g e a l

r e g i o n o f t h e

h u m a n


t r a c t . I n : I n h a l e d

P a r t i c l e s ,

I I I

( W

H . W a l t o n , E d . ) ,

U n w i n B r o t h e r s L i m i t e d , S u r r e y ,

1 9 7 1 ,

p p .

7 1 - 8 0 .

5 7 .

F r y ,

F

A . ,

a n d

B l a c k ,

A .

R e g i o n a l

d e p o s i t i o n

a n d

c l e a r a n c e

o f

p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n

n o s e . J .

A e r o s o l S c i .

4 : 1 1 3 - 1 2 4 ( 1 9 7 3 ) .

5 8 .

H e y d e r , J . ,

A r b r u s t e r ,

L . , G e b h a r t

J . ,

G r e i n ,

E . ,

a n d S t a h l -

h o f e n ,

W

T o t a l

d e p o s i t i o n

o f a e r o s o l

p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n


f o r

n o s e a n d m o u t h b r e a t h i n g .

J .

A e r o s o l S c i . 6 :

3 1 1 - 3 2 8

( 1 9 7 5 ) .

5 9 . H a r l e y , N . H . ,

a n d P a s t e r n a c k ,

B .

S .

A l p h a a b s o r p t i o n

m e a s u r e -

m e n t s a p p l i e d

t o

l un g d o s e f r o m r a d o n

d a u g h t e r s .

H e a l t h P h y s .

2 3 : 7 7 1 - 7 8 2

( 1 9 7 2 ) .

6 0 .

S t u a r t ,

B . O . , W i l l a r d ,

D . A . ,

a n d H o w a r d , E .

B .

U r a n i u m

m i n e

a i r c o n t a m i n a n t s

i n

d o g s

a n d h a m s t e r s .

I n h a l a t i o n

C a r c i n o g e n e -

s i s A E C ( S y m p o s i u m

S e r i e s 1 8 ) , G a t l i n b u r g ,

T N , 1 9 7 0 ,

p p .

4 1 3 - 4 2 8 .

6 1 .

P a l m e r ,

H .

E . ,

P e r k i n s ,

R .

W,

a n d

S t u a r t ,

B . 0 . T h e

d i s t r i b u -

t i o n

a n d

d e p o s i t i o n

o f r a d o n

d a u g h t e r s

a t t a c h e d t o

d u s t

p a r t i c l e s

i n


s y s t e m

o f h u m a n s e x p o s e d

t o

u r a n i u m m i n e

a t m o s p h e r e s . H e a l t h P h y s .

1 0 :

1 1 2 9 - 1 1 3 5

( 1 9 6 4 ) .

6 2 . Y u , C . R , N i c o l a i d e s , R ,

a n d

S o o n g ,

T .

T .

E f f e c t o f

r a n d o m

a i r w a y s i z e s

o n a e r o s o l


A m .

I n d . H y g .

A s s o c . J .

4 0 :

9 9 9 - 1 0 0 5

( 1 9 7 9 ) .

6 3 .

Y u ,

C .

P

A

t w o

c o m p o n e n t

t h e o r y

o f

a e r o s o l

d e p o s i t i o n

i n

h u m a n

l u n g a i r w a y s .

B u l l .

M a t h .

B i o l . 4 0 : 6 9 3 - 7 0 6

( 1 9 7 8 ) .

6 4 .

S t a h l h o f e n ,

W , G e b h a r t , J . ,

a n d

H e y d e r ,

J .


d e t e r m i n a t i o n o f

t h e

r e g i o n a l

d e p o s i t i o n

o f

a e r o s o l

p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n


t r a c t .

A m . I n d .

H y g .

A s s o c . J .

4 1 :

3 8 5 - 3 9 8

( 1 9 8 0 ) .

6 5 .

A c h e s o n ,

E . D . N a s a l

c a n c e r

i n t h e f u r n i t u r e a n d

b o o t

a n d s h o e

m a n u f a c t u r i n g

i n d u s t r i e s . P r e v .

M e d .

5 :

2 9 5 - 3 1 5

( 1 9 7 6 ) .

6 6 . A n d e r s e n ,

H .

C . ,

A n d e r s e n ,

I . ,

a n d

S o l g a a r d ,

J . N a s a l

c a n c e r s ,

s y m p t o m s

a n d

u p p e r

a i r w a y

f u n c t i o n

i n w o o d w o r k e r s .

B r i t . J .

I n d .

M e d .

3 4 : 2 0 1 - 2 0 7

( 1 9 7 7 ) .

6 7 .

S t e l l ,

P

M . ,

a n d M c G i l l ,

T . A s b e s t o s

a n d c a n c e r

o f t h e

h e a d a n d

n e c k .

L a n c e t i

6 7 8

( 1 9 7 3 ) .

6 8 .

S h a r p e ,

W

D .

C h r o n i c

r a d i u m

i n t o x i c a t i o n :

c l i n i c a l

a n d

a u t o p s y

f i n d i n g s

i n

l o n g - t e r m

Ne w

J e r s e y

s u r v i v o r s .

E n v i r o n . R e s . 8 :

2 4 3 - 3 8 3 ( 1 9 7 4 ) .

6 9 .

L a n d a h l ,

H .

D . ,

a n d

T r a c e w e l l ,

T .

P e n e t r a t i o n o f

a i r b o r n e


t h r o u g h

t h e

h u m a n

n o s e .

J .

I n d .

H y g .

T o x i c o l .

3 1 :

5 5 - 5 9

( 1 9 4 9 ) .

7 0 . L a n d a h l ,

H .

E . ,

a n d

B l a c k ,

S .

P e n e t r a t i o n o f

a i r b o r n e

p a r t i c u -

l a t e s

t h r o u g h

t h e

h u m a n n o s e . J . I n d .

H y g .

T o x i c o l .

2 9 : 2 6 9 - 2 7 7

( 1 9 4 7 ) .

7 1 . P a t t l e ,

R . E .

R e t e n t i o n

o f g a s e s

a n d

p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n n o s e .

I n : I n h a l e d P a r t i c l e s

a n d

V a p o u r s ( C .

N .

D a v i e s , E d . ) ,

P e r g a m o n

P r e s s , L o n d o n , 1 9 6 1 ,

p p .

3 0 2 - 3 1 4 .

7 2 .

L i p p m a n n ,

M .

D e p o s i t i o n

a n d


i n h a l e d

p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n

n o s e . A n n .

O t o l .

R h i n o l .

L a r y n g o l .

7 9 :

5 1 9 - 5 2 8

( 1 9 7 0 ) .

7 3 .

R u d o l f ,

G . ,

a n d

H e y d e r ,

J .

D e p o s i t i o n

o f

a e r o s o l

p a r t i c l e s

i n

t h e

h u m a n n o s e .

I n : A e r o s o l e i n

N a t u r w i s s e n s c h a f t ,

M e d i z i n u n d

T e c h n i k ( P r o c e e d i n g s o f a C o n f e r e n c e

h e l d i n B a d

S o d e n ,

O c t o b e r

1 6 - 1 9 ,

1 9 7 4 ) ( V

B o h l a n ,

E d . ) ,

G e s e l l s c h a f t f u r A e r o s o l -

f o r s c h u n g , B a d

S o d e n , W e s t G e r m a n y , 1 9 7 4 .

7 4 . Y u C . P , D i u , C .

K . ,

a n d

S o o n g , T . T .

S t a t i s t i c a l a n a l y s i s o f

a e r o s o l

d e p o s i t i o n

i n

n o s e a n d m o u t h . Am .

I n d .

H y g .

A s s o c . J .

4 2 : 7 2 6 - 7 3 3 ( 1 9 8 1 ) .

7 5 .

S n i p e s ,

M .

B .

D e p o s i t i o n ,

r e t e n t i o n a n d d o s i m e t r y o f i n h a l e d

' R u

a t t a c h e d

t o i n e r t p a r t i c l e s .

I n :

I n h a l a t i o n

T o x i c o l o g y

R e s e a r c h

I n s t i t u t e

A n n u a l R e p o r t

1 9 78 - 19 7 9 , L F - 6 9 ,

U C - 4 8 ,

4 3 - 4 8 . L o v e l a c e B i o m e d i c a l a n d

E n v ir o n me n t al R e s e ar c h

I n s t i -

t u t e , A l b u q u e r q u e , NM,

1 9 7 9 .

7 6 . S t u a r t ,

B . 0 .

S t u d i e s

o f i n h a l e d r a d o n

d a u g h t e r s

i n

l a b o r a t o r y

a n i m a l s .

I n :

R a d o n

a n d

R a d o n

D a u g h te r s E x p o s u r e s

i n

t h e

U . S .

( R e p o r t t o S c i e n t i f i c C o m m i t t e e 5 7 ,

N a t i o n a l C o u n c i l

o n R ad ia -

t i o n P r o t e c t i o n a n d

M e a s u r e m e n t s )

( N .

H a r l e y , E d . ) , 1 9 8 1 .

7 7 .

G e o r g e ,

A .

C . , H i n c h l i f f e , L . , E p p s , R . , a n d S h e p i c h ,

T .

J .

R e s p i r a t o r y t r a c t d e p o s i t i o n o f

r a d o n

d a u g h t e r s i n

h u m a n s

e x p o s e d

i n

a

u r a n i u m

m i n e

( P h a s e

I I I ) , 7 0 7 U . S . A t o m i c

E n e r g y C o m m i s s i o n ,

New Y o r k O p e r a t i o n s O f f i c e ,

New

Y o r k ,

New

Y o r k ,

1 9 7 0 .

7 8 .

L i p p m a n n ,

M . , A l b e r t ,

R .

E . , a n d P e t e r s o n ,

H .

T . , J r .

T h e

r e g i o n a l d e p o s i t i o n o f

i n h a l e d a e r o s o l s i n m a n .

I n : I n h a l e d

P a r t i c l e s ,

V o l .

I I I (W H .

W a l t o n ,

E d . ) ,

U n w i n

B r o t h e r s

L i m i t e d ,

S u r r e y ,

E n g l a n d , 1 9 7 1 , p p .

1 0 5 - 1 2 0 .

7 9 .


o f

S c i e n c e s , C o m m i t t e e

o n M e d i c a l a n d

B i o l o g i c a l

E f f e c t s o f

E n v i r o n m e n t a l

P o l l u t a n t s .

O z o n e

a n d O t h e r

P h o t o c h e m i c a l O x i d a n t s .


o f

S c i e n c e s , W a s h -

i n g t o n ,

D C ,

1 9 7 7 .

8 0 .

M o r r o w ,

P

E .


a n d e x p e r i m e n t a l

m o d e l s

f o r d u s t

d e p o s i t i o n

a n d r e t e n t i o n

i n

m a n .

U R - 3 4 9 0 - 1 6 9 ,

U n i v e r s i t y

o f

R o c h e s t e r ,

R o c h e s t e r , N Y ,

1 9 7 2 .

8 1 .

M e r c e r ,

T . T .

T h e d e p o s i t i o n m o d e l

o f

t h e

T a s k G r o u p

o n

L u n g

D y n a m i c s :

a

c o m p a r i s o n

w i t h

r e c e n t


d a t a .

H e a l t h

P h y s .

2 9 : 6 7 3 - 6 3 0 ( 1 9 7 5 ) .

8 2 .

P a l m e s ,

E .

D . ,

N e l s o n , N . ,

a nd L i p p m a nn ,

M . E f f e c t

o f c h r o n i c

o b s t r u c t i v e

p u l m o n a r y

d i s e a s e

o n

r a t e o f d e p o s i t i o n

o f

a e r o s o l s

i n

t h e

l un g d ur i ng

b r e a t h h o l d i n g .

I n : I n h a l e d

P a r t i c l e s

V o l .

I I I

( W H .

W a l t o n , E d . ) ,

U n w i n B r o s . L t d . ,

S u r r e y ,

E n g l a n d ,

1 9 7 1 ,

p p .

1 2 3 - 1 3 0 .

8 3 .

C h e n g ,

Y

S . ,

a n d Y e h , H .

C .

A

m o d e l

f o r a e r o s o l d e p o s i t i o n

i n

t h e h u m a n


r e g i o n .

A m .

I n d .

H y g .

A s s o c .

J . 4 2 :

7 7 1 - 7 7 6

( 1 9 8 1 ) .

8 4 .

Y e h ,

H .

C . ,

a n d

S c h u m ,

G .

M . M o d e l s

o f

h u m a n

l u n g

a i r w a y s

a n d

t h e i r

a p p l i c a t i o n

t o i n h a l e d

p a r t i c l e


B u l l . M a t h .

B i o l .

4 2 :

4 6 1 - 4 8 0

( 1 9 8 0 ) .

8 5 .

A r c h e r ,

V

E . ,

W a g o n e r ,

J .

K . ,

a n d L u n d i n ,

F

E .

L u n g

c a n c e r

a m o n g

u r a n i u m

m i n e r s i n t h e

U n i t e d

S t a t e s . H e a l t h

P h y s .

2 5 :

3 5 1 - 3 7 2 ( 1 9 7 3 ) .

8 6 .

J a c o b i ,

W

R e l a t i o n s

b e t w e e n t h e

i n h a l e d p o t e n t i a l a l p h a - e n e r g y

o f

- 2 2 R n a n d 2 2 0 R n

d e c a y

p r o d u c t s .

H e a l t h

P h y s .

1 0 :

1 1 6 3 - 1 1 7 5

( 1 9 7 2 ) .

8 7 .

P a r k e r ,

H . M .

T h e

d i l e m m a o f

l u n g

d o s i m e t r y .

H e a l t h

P h y s .

1 6 :

5 5 3 - 5 6 2

( 1 9 6 9 ) .

8 8 . N e l s o n ,

I .

C . ,

a n d S t u a r t ,

B .

0 .

R a d o n

d a u g h t e r

d e p o s i t i o n

i n

t h e


t r a c t .

I n :

B a t t e l l e

P a c i f i c

N o r t h w e s t

L a b o r a t o r y

A n n u a l

R e p o r t

f o r 1 9 7 0 t o

USAEC

D i v i s i o n o f B i o l o g y

a n d

M e d i c i n e ,

V o l .

I I ,

P a r t

2 .

U . S . E n e r g y

R e s e a r c h a n d D e v e l o p -

m e n t A d m i n i s t r a t i o n , G e r m a n t o w n ,

MD,

1 9 7 1 ,

p p .

6 7 - 6 8 .

8 9 .

H a q u e ,

A . K .

M . ,

a n d

C o l l i n s o n ,

A .

J . L . R a d i a t i o n

d o s e

t o

t h e


s y s t e m d u e

t o

r a d o n

a n d

i t s

d a u g h t e r

p r o d u c t s .

9 0 .

N e l s o n ,

I .

C . ,

a n d

P a r k e r ,

H .

M . A

F u r t h e r

A p p r a i s a l

o f

D o s i m e t r y

R e l a t e d t o

U r a n i u m

M i n i n g

H e a lt h H a z ar d s .

N a t i o n a l

I n s t i t u t e

f o r

O c c u p a t i o n a l

S a f e t y

a n d H e a l t h ,

C i n c i n n a t i ,

O H ,

1 9 7 4 .

9 1 .

H a t c h , T . , a n d H e m e o n ,

W L . C . I n f l u e n c e

o f

p a r t i c l e

s i z e

i n

d u s t

e x p o s u r e .

J .

I n d .

H y g .

T o x i c o l . 3 0 :

1 7 2 - 1 8 0

( 1 9 4 8 ) .

9 2 .

B r o w n , J . H . , C o o k ,

K . M . , N e y ,

F .

G . ,

a n d H a t c h ,

T .

I n f l u e n c e

o f

p a r t i c l e

s i z e

u p o n

t h e

r e t e n t i o n

o f


m a t t e r

i n t h e

h u m a n

l u n g .

Am .

J .

P u b l i c H e a l t h 4 0 : 4 5 0 - 4 5 8

( 1 9 5 0 ) .

9 3 .

G e s s n e r , H . ,

R u t t n e r ,

J .

R . ,

a n d

B u h l e r ,

H . Z u r

B e s t i m m u n g

d e s

K o r n g r o s s e n b e r e i c h e s

v o n

s i l i k o g e n e m

S t a u b . S c h w e i z .



DEPOSITION AND

C L E A R A N C E

OF I N H A L E D

PARTICLES

3 8 9

M e d .

W o c h e n s c h r .

7 9 : 1 2 5 8 - 1 2 6 2 ( 1 9 4 9 ) .

9 4 . A l t s h u l e r , B . T h e r o l e

o f t h e m i x i n g o f

i n t r a p u l m o n a r y g a s f l o w

i n

t h e d e p o s i t i o n o f a e r o s o l s .

I n : I n h a l e d P a r t i c l e s a n d

V a p o u r s

( C .

N .

D a v i e s ,

E d . ) ,

P e r g a m o n P r e s s , O x f o r d , 1 9 6 1 , p p .

4 7 - 5 3 .

9 5 . A l t s h u l e r , B . ,

P a l me s , E . D . , a n d N e l s o n ,

N .

R e g i o n a l

a e r o s o l

d e p o s i t i o n

i n

t h e

h u m a n r e s p i r a t o r y

t r a c t .

I n :

I n h a l e d

P a r t i c l e s

a n d

V a p o u r s ,

V o l . I I

( C .

N .

D a v i e s , E d . ) ,

P e r g a m o n

P r e s s ,

O x f o r d ,

1 9 6 7 ,

p p .

3 2 3 - 3 3 8 .

9 6 .

D a v i e s ,

C .

N .

I n :

I n h a l e d

P a r t i c l e s

a n d

V a p o u r s ,

V o l . I I

( C .

N .

D a v i e s ,

E d . ) , P e r g a m o n P r e s s , O x f o r d ,

E n g l a n d , 1 9 6 7 , p r e f a c e .

9 7 .

J e f f e r y ,

P

K . ,

a n d R e i d ,

L . M . T h e


m u c o u s

m e m b r a n e .

I n : R e s p i r a t o r y D e f e n s e

M e c h a n i s m s ,

P a r t I ( J . D .

B r a i n ,

D . F .

P r o c t o r ,

a n d

L . M .

R e i d ,

E d s . ) ,

M a r c e l D e k k e r ,

New Y o r k , 1 9 7 7 , p p . 1 9 3 - 2 3 8 .

9 8 .

S c h u l z e ,

F .

E .

T h e l u n g s :

1 . T h e l u n g s o f

m a m m a l s .

I n :

Human

a n d

C o m p a r a t i v e

H i s t o l o g y ( S . S t r i c k e r ,

E d . ; H .

P o w e r ,

t r a n s l . ) ,

New S y d e n h a m

S o c . , L o n d o n ,

1 9 7 2 , p p . 4 9 - 6 8 .

9 9 .

S l e i g h ,

M .

A . T h e

n a t u r e

a n d

a c t i o n

o f t h e r e s p i r a t o r y t r a c t

c i l i a .

I n : R e s p i r a t o r y

D e f e n s e M e c h a n i s m s ,

P a r t I ( J . D . B r a i n , D .

F

P r o c t o r a n d L . M . R e i d , E d s . ) ,

M a r c e l D e k k e r Ne w Y o r k ,

1 9 7 7 ,

p p . 2 4 7 - 2 8 8 .

1 0 0 .

C u t z , E . , a n d C o n en ,

P

E . U l t r a s t r u c t u r e

a n d

c y t o c h e m i s t r y

o f

C l a r a

c e l l s .

Am . J . P a t h o l . 6 2 : 1 2 7 - 1 4 2 ( 1 9 7 1 ) .

1 0 1 . R h o d i n , J . U l t r a s t r u c t u r e

a n d f u n c t i o n o f t h e

h u m a n t r a c h e a l

m u c o s a . A m . R e v . R e s p i r .

D i s . 9 3 : 1 - 1 5 ( 1 9 6 6 ) .

1 0 2 .

J e f f e r y ,

P

K . ,

a n d

R e i d ,

L .

M .

New

f e a t u r e s

o f

r a t

a i r w a y

e p i t h e l i u m

a


a n d e l e c t r o n - m i c r o s c o p i c s t u d y .

J .

A n a t . 1 2 0 : 2 9 5 - 3 2 0 ( 1 9 7 5 ) .

1 0 3 .

D a l h a m n ,

T . M u c o u s

f l o w

a n d c i l i a r y

a c t i v i t y i n

t h e t r a c h e a

o f

h e a l t h y r a t s

a n d r a t s e x p o s e d

t o


i r r i t a n t g a s e s .

A c t a

P h y s i o l .

S c a n d .

( S u p p l .

1 2 3 ) 3 6 : 1 - 1 6 3

( 1 9 5 6 ) .

1 0 4 . I r a v a n i ,

J .

F l i m m e r b e w e g u n g

i n d e n i n t r a p u l m o n a l e n

L u f t -

w e g e n e

d e r R a t t e .

P f l u g e r s

A r c h .

2 9 7 :

2 2 1 - 2 3 7 ( 1 9 6 7 ) .

1 0 5 . A s m u n d s s o n , T . ,

a n d

K i l b u r n , K . H . M u c o c i l i a r y

c l e a r a n c e

r a t e s

a t

v a r i o u s l e v e l s

i n

d o g s l u n g s .

Am. R e v .

R e s p i r .

D i s .

1 0 2 :

3 8 8 - 3 9 7

( 1 9 7 0 ) .

1 0 6 .

M o r r o w ,

P

E . ,

G i b b ,

F

R . ,

a n d

G a z i o g l u ,

K .

M . A

s t u d y o f


c l e a r a n c e f r o m

t h e h u m a n

l u n g s .

Am . R e v .

R e s p i r .

D i s .

9 6 : 1 2 0 9 - 1 2 2 1 ( 1 9 6 7 ) .

1 0 7 .

S e r a f i n i ,

S .

M . , W a n n e r , A . , a n d

M i c h a e l s o n ,

E . D .


t r a n s p o r t

i n

c e n t r a l a n d


s i z e

a i r w a y s a n d

e f f e c t

a m i n o p h y l l i n .

B u l . E u r . P h y s i o p a t h . R e s p i r .

1 2 : 4 1 5 - 4 2 2

( 1 9 7 6 ) .

1 0 8 .

Y e a t e s ,

D .

B . ,

A s p i n ,

N . ,

L e v i s o n ,

H . ,

J o n e s ,

M .

T . ,

a n d

B r y a n ,

A .

C .

M u c o c i l i a r y t r a c h e a l t r a n s p o r t

r a t e s

i n m a n . J .

A p p l .

P h y s i o l .

3 9 :

4 8 7 - 4 9 5

( 1 9 7 5 ) .

1 0 9 .

W o o d ,

R .

E . , W a n n e r ,

A . , H i r s c h , J . ,

a n d F a r r e l l ,

P M . T r a c h e a l

m u c o c i l i a r y t r a n s p o r t

i n

p a t i e n t s

w i t h

c y s t i c

f i b r o s i s

a n d

i t s

s t i m u l a t i o n

b y

t e r b u t a l i n e .

A m .

R e v .

R e s p i r .

D i s .

1 1 1 :

7 3 3 - 7 3 8

( 1 9 7 5 ) .

1 1 0 .

C a m n e r ,

P , a n d

P h i l i p s o n ,

K .

Human a l v e o l a r

d e p o s i t i o n

o f 4

um

t e f l o n

p a r t i c l e s .

A r c h .

E n v i r o n .

H e a l t h

3 6 : 1 8 1 - 1 8 5

( 1 9 7 8 ) .

1 1 1 .

A l b e r t ,

R .

E . ,

L i p p m a n n ,

M . ,

P e t e r s o n ,

H .

T . , B e r g e r ,

J . ,

S a n b o r n , K . ,

a n d

B o h n i n g ,

D .

B r o n c h i a l

d e p o s i t i o n

a n d

c l e a r -

a n c e

o f a e r o s o l s .

A r c h .

I n t e r n . M e d .

1 3 1 : 1 1 5 - 1 3 1

( 1 9 7 3 ) .

1 1 2 .

C a m n e r , P ,

P h i l i p s o n ,

K . ,

F r i b e r g ,

L . , H o l m a ,

B . , L a r s s o n , B . ,

a n d

S v e d b e r g ,

J .

Human


c l e a r a n c e

s t u d i e s .

A r c h . E nv ir on .

H e a l t h

2 2 : 4 4 4 - 4 4 9

( 1 9 7 1 ) .

1 1 3 .

L o u r e n c o ,

R .

V , L o d d e n k e m p e r , R . ,

a n d

C a r g o n ,

R .

W

P a t -

t e r n s

o f



o f a e r o s o l s

i n

p a t i e n t s

w i t h

b r o n c h i e c t a s i s .

Am .

R e v .

R e s p i r .

D i s .

1 0 6 :

8 5 7 - 8 6 6

( 1 9 7 2 ) .

1 1 4 .

C l a r k e ,

S . W, a n d P a v i a ,

D .

L u n g

m u c u s p r o d u c t i o n

a n d

m u c o c i l i a r y c l e a r a n c e :

m e t h o d s a n d

a s s e s s m e n t .

B r i t .

J . C l i n .

P h a r m a c o l .

9 : 5 3 7 - 5 4 6 ( 1 9 8 0 ) .

1 1 5 .

G o o d m a n ,

R .

M . ,

Y e r g e n ,

B .

M . , L a n d a ,

J .

F , G o l i n v a u x ,

M .

H . ,

a n d

S a c k n e r ,

M .

A .

R e l a t i o n s h i p

o f

s m o k i n g

h i s t o r y

a n d

p u l m o n a r y

f u n c t i o n t e s t s

t o

t r a c h e a l

m u c u s

v e l o c i t y

i n

n o n -

s m o k e r s , y o u n g

s m o k e r s ,

e x - s m o k e r s ,

a n d

p a t i e n t s

w i t h

c h r o n i c

b r o n c h i t i s .

Am . R e v .

R e s p i r .

D i s .

1 1 7 : 2 0 5 - 2 1 4

( 1 9 7 8 ) .

1 1 6 .

W o n g ,

J .

W , K e e n s ,

T . G . , W a n n a m a k e r ,

E .

M . , D o u g l a s ,

P

T . ,

C r o z i e r , N . ,

L e v i s o n ,

H . ,

a n d

A s p i n ,

N .

E f f e c t s o f

g r a v i t y

o n

t r a c h e a l m u c u s

t r a n s p o r t

r a t e s

i n

n o r m a l

s u b j e c t s

a n d

i n

p a t i e n t s

w i t h

c y s t i c

f i b r o s i s .

P e d i a t r i c s 5 0 :

1 4 6 - 1 5 2

( 1 9 7 7 ) .

1 1 7 . B a t e m a n , J . R . ,

P a v i a , D . , a n d C l a r k e ,

S .

W T h e

r e t e n t i o n o f

l u n g

s e c r e t i o n s d u r i n g

t h e

n i g h t

i n n o r m a l s u b j e c t s .

C l i n . S c i .

M o l . M e d . 6 :

5 2 3 - 5 2 7 ( 1 9 7 8 ) .

1 1 8 . P r a t t ,

S .

A . ,

S m i t h , M .

H . ,

L a d m a n ,

A . J . , a n d T h e o d o r e , N .

F .

T h e

u l t r a s t r u c t u r e o f a l v e o l a r

m a c ro p h a g e s f r om

h u m a n c i g a -

r e t t e s m o k e r s

a n d n o n s m o k e r s . L a b . I n v e s t .

2 4 :

3 3 1 - 3 3 8

( 1 9 7 1 ) .

1 1 9 . L e a k e ,

E .

S . ,

G o n z a l e s - O j e d a ,

D . ,

a n d

M y r v i k , Q . N .

E n z y m a t i c

d i f f e r e n c e s b e t w e e n

n o r m a l

a l v e o l a r m a c r o p h a g e s

a n d

o i l - i n d u c e d

p e r i t o n e a l


o b t a i n e d

f r o m

r a b b i t s .

E x p t l .

C e l l

R e s .

3 3 :

5 5 3

( 1 9 6 4 ) .

1 2 0 .

F r a n s o n ,

R . C . , a n d W a i t e , M .

L y s o s o m a l p h o s p h o l i p a s e A 1 a n d

A 2

o f n or ma l a nd b a c i l l u s

C a l m e tt e G u er in - in du c ed a l v e o l a r

m a c r o p h a g e s . J .

C e l l

B i o l .

5 6 : 6 2 1 - 6 2 7

( 1 9 7 3 ) .

1 2 1 . B r a i n , J . D . M a c r o p h a g e d a m a g e

i n

r e l a t i o n

t o

t h e p a t h o g e n e s i s

o f

l u n g d i s e a s e s .

E n v i r o n .

H e a l t h P e r s p e c t .

3 5 :

2 1 - 2 8

( 1 9 8 0 ) .

1 2 2 .

S a n d e r s , C . L . T h e

d i s t r i b u t i o n o f i n h a l e d

p l u t o n i u m - 2 3 9

d i o x i d e

p a r t i c l e s

w i t h i n

p u l m o n a r y m a c r o p h a g e s .

A r c h .

E n v i r o n . H e a l t h

1 8 : 9 0 4 - 9 1 2 ( 1 9 6 9 ) .

1 2 3 .

B r u n d e l e t ,

P

J .


s t u d y o f

t h e

d u s t

c l e a r a n c e

m e c h a n i s m

o f t h e

l u n g . A c t a P a t h o l .

M i c r o b i o l . S c a n d . 1 7 5 :

1 - 1 4 1

( 1 9 6 5 ) .

1 2 4 .

G r e e n , G . M . A l v e o l o b r o n c h i o l a r

t r a n s p o r t m e c h a n i s m s .

A r c h .

I n t e r n .

M e d .

1 3 1 : 1 0 9 - 1 1 4 ( 1 9 7 3 ) .

1 2 5 . F e r i n , J . L u n g c l e a r a n c e o f

p a r t i c l e s . I n :

A i r

P o l l u t i o n

a n d t h e

L u n g ( E .

F

A h a r o n s o n ,

A . B e n - D a v i d

a n d

M .

A . K l i n g b e r g ,

E d s . ) ,

H a l s t e d

P r e s s - J o h n

W i l e y ,

J e r u s a l e m ,

1 9 7 6 , p p .

6 4 - 7 8 .

1 2 6 .

L a F u m a ,

J . ,

M a s s e ,

R . ,

M e t i v i e r ,

H . , N o l i b e ,

D . ,

F r i t s c h , P ,

N e n o t , J . C . , a n d

M o r i n ,

M .

S t u d y o f i n h a l e d r a d i o - a c t i v e

p o l l u t a n t s .

I n : C o l l o q u i u m

o n

B r o n c h o - P u l m o n a r y

R e a c t i o n s

t o

A i r b o r n e P o l l u t a n t s . P o n t -a - Mo u s s on , F r an c e , 1 9 7 4 .

1 2 7 . L a F u m a , J . ,

N e n o t , J .

C . ,

M o r i n , M . , M a s s e , R . ,

M e t i v i e r ,

H . ,

N o l i b e ,

D . , a n d

S k u p i n s k i ,

W C . E x p e r i m e n t a l s t u d y

o n t h e

t o x i c i t y o f

s e v e r a l

r a d i o n u c l i d e s

i n h a l e d

a t

d i f f e r e n t

d o s e s .

I n :

P r o c e e d i n g s o f t h e E u r o p e a n

IRPA C o n g r e s s , C O N F - 7 5 0 5 1 8 - 1 1 ,

A m s t e r d a m ,

N e t h e r l a n d s ,

1 9 7 5 .

1 2 8 . S t u a r t ,

B . O . ,

B a i r ,

W

J . , a n d

P a r k , J .

F

I n t e r p r e t a t i o n o f

e x c r e t i o n

d a t a f r o m b e a g l e d o g s

a f t e r m s P u

i n h a l a t i o n .

I n :

D i a g n o s i s

a n d T r e a t m e n t o f D e p o s i t e d

R a d i o n u c l i d e s ( H .

A .

K o r n b e r g

a n d

W

D .

N o r w o o d ,

E d s . ) , E x c e r p t a M e d i c a

F o u n -

d a t i o n , A m s t e r d a m ,

1 9 6 8 .

1 2 9 . P h a l e n , R . F ,

K e n o y e r , J .

L . ,

C r o c k e r ,

T . T . , a n d M c C l u r e ,

T .

R .

E f f e c t s o f s u l f a t e a e r o s o l s

i n

c o m b i n a t i o n

w i t h o z o n e o n e l i m i n a -

t i o n

o f

t r a c e r

p a r t i c l e s

b y

r a t s . J .

T o x i c o l .

E n v i r o n .

H e a l t h

6 :

7 9 7 - 8 1 0

( 1 9 8 0 ) .

1 3 0 . B r a i n ,

D . D .

F r e e

c e l l s

i n

t h e

l u n g s

-

s o m e a s p e c t s

o f

t h e i r r o l e ,

q u a n t i t a t i o n

a n d r e g u l a t i o n .

A r c h . I n t e r n . M e d .

1 2 6 : 4 7 7 - 4 8 7

( 1 9 7 0 ) .

1 3 1 .

B r a i n , J . D . ,

a n d

C o r k e r y ,

G . C . T h e e f f e c t

o f i n c r e a s e d p a r t i c l e s

o n t h e

e n d o c y t o s i s

o f r a d i o c o l l o i d s

b y

p u l m o n a r y m a c r o p h a g e s

i n

v i v o :

c o m p e t i t i v e

a n d

t o x i c e f f e c t s .

I n : I n h a l e d

P a r t i c l e s ,

V o l .

I V ,

P a r t

2

( W

H .

W a l t o n , E d . ) ,

P e r g a m o n

P r e s s , O x f o r d , 1 9 7 7 , p p .

5 5 1 - 5 6 4 .

1 3 2 .

S t r e c k e r ,

F

J .

T i s s u e r e a c t i o n s

i n

r a t

l u n g s a f t e r

d u s t i n h a l a t i o n

w i t h

s p e c i a l r e g a r d

t o t h e p e n e t r a t i o n

o f

d u s t i n t o t h e

l u n g

l y m p h a t i c s

a n d l y m p h a t i c

n o d e s . I n : I n h a l e d P a r t i c l e s

a n d

V a p o u r s ,

V o l . I I

( C .

N .

D a v i e s ,

E d . ) , P e r g a m o n

P r e s s , L o n d o n ,

1 9 6 6 .

1 3 3 .

S o r o k i n ,

S .

P ,

a n d

B r a i n ,

J . D . P a t h w a y s

o f c l e a r a n c e

i n m o u s e

l u n g s

e x p o s e d

t o

i r o n

o x i d e

a e r o s o l s .

A n a t .

R e c . 1 8 1 :

5 8 1 - 6 2 5

( 1 9 7 5 ) .

1 3 4 .

D a v i s ,

J .

M .

G . , O t t e r y , J . ,

a n d L e R o u x ,

A .

T h e

e f f e c t

o f

q u a r t z

a n d

o t he r n o nc o a l d u s ts i n

c o a l w o r k e r s ' p n e u m o c o n i o s i s .

P a r t

I I .

L u n g

a u t o p s y

s t u d y

I n : I n h a l e d P a r t i c l e s ,

V o l . I V

( W

H .

W a l t o n ,

E d . ) ,


O x f o r d , 1 9 7 7 , p p .

6 9 1 - 7 0 2 .

1 3 5 .

M o r g a n , A . , H o l m e s , A . ,

a n d

T a l b o t ,

R . J . T h e f a t e

o f i n h a l e d

a s b e s t o s

f i b e r s

d e p o s i t e d

i n

t h e

r a t

l u n g :

a


a p p r o a c h .

I n :

P u l m o na r y M a c ro p h a g e s

a n d E p i t h e l i a l

C e l l s

( C .

L .

S a n d e r s ,

R .

P

S c h n e i d e r , G .

E .

D a g l e ,

a n d

H . A .

R a g a n ,

E d s . ) ,

N a t i o n a l

T e c h n i c a l

I n f o r m a t i o n

S e r v i c e , S p r i n g f i e l d ,

V A , 1 9 7 7 , p p .

4 3 6 - 4 5 0 .

1 3 6 .

B e c k ,

E .

G . ,

B r u c h , J . , F r i e d r i c h s ,

K . H . , H i l s c h e r ,

W,

a n d

P o t t ,

F

F i b r o u s

s i l i c a t e s

i n

a n i m a l


a n d

c e l l - c u l t u r e



3 9 0

B .

0 .

STUART

i n

m o r p h o l o g i c a l c e l l

a n d t i s s u e r e a c t i o n s a c c o r d i n g t o

d i f f e r e n t

p h y s i c a l c h e m i c a l

i n f l u e n c e s .

I n :

I n h a l e d P a r t i c l e s , V o l . I I I (W

H . W a l t o n , E d . ) , U n w i n

B r o t h e r s .

L t d . , O l d

W o k i n g ,

S u r r e y ,

1 9 7 1 , p p . 4 7 7 - 4 8 6 .

1 3 7 . A l l i s o n , A . C . M e c h a n i s m s o f

m a c r o p h a g e

d a m a g e

i n r e l a t i o n t o

t h e

p a t h o g e n e s i s o f

s o m e l u n g d i s e a s e s .

I n : R e s p i r a t o r y D e f e n s e

M e c h a n i s m s ,

P a r t I I ( J . D . B r a i n , D .

E

P r o c t o r a n d

L .

M .

R e i d ,

E d s . ) ,

M a r c e l D e k k e r ,

Ne w

Y o r k ,

1 9 7 7 , p p .

1 0 7 5 - 1 1 0 2 .

1 3 8 . T h o m a s , R .

G .

An

i n t e r s p e c i e s

m o d e l f o r r e t e n t i o n o f

i n h a l e d

p a r t i c l e s .

I n :

A s s e s s m e n t

o f

A i r b o r n e P a r t i c l e s ( T . T .

M e r c e r , P

E .

M o r r o w a n d

W

S t o b e r , E d s . ) ,

C h a r l e s C

T h o m a s ,


I L ,

1 9 7 2 ,

p p . 4 0 5 - 4 2 0 .

1 3 9 . S t u a r t , B .

O . ,

D i o n n e ,

P

J . , a n d B a i r ,

W J . A

d y n a m i c

s i m u l a t i o n o f t h e r e t e n t i o n a n d t r a n s l o c a t i o n o f i n h a l e d p l u t o -

n i u m o x i d e

i n b e a g l e

d o g s . I n :

P r o c e e d i n g s 1 1 t h

AE C

A i r

C o n f e r e n c e ,

V o l .

2

( M .

W

F i r s t a n d

J .

M . M o r g an , E d s . ) ,

( C O N F - 7 0 0 8 1 6 ) ,

N T I S ,


V A ,

1 9 7 0 , p p . 7 2 1 - 7 3 7 .

1 4 0 . S t u a r t , B .

O . ,

a n d B e a s l e y ,

T .

M .

N o n - e q u i l i b r i u m t i s s u e

d i s t r i b u t i o n s o f u ra n i um a n d t h o r i u m f o l l o w i n g


u r a n i u m

o r e b y

r a t s . I n :

I n h a l e d P a r t i c l e s a n d V a p o u r s , V o l .

I I

( C .

N .

D a v i e s , E d . ) , P e r g a m o n P r e s s , O x f o r d - N e w

Y o r k , 1 9 6 7 ,

p p .

2 9 1 - 2 9 8 .

1 4 1 . M e r c e r , T . T .

On

t h e r o l e o f

p a r t i c l e s i z e i n t h e d i s s o l u t i o n

o f

l u n g

b u r d e n s . H e a l t h P h y s . 1 3 :

1 2 1 1 - 1 2 2 1

( 1 9 6 7 ) .

1 4 2 .

S t u a r t , B .

0 .

I n h a l a t i o n

R i s k s

f r o m

R a d i o a c t i v e

C o n t a m i n a n t s .

T e c h n i c a l

R e p o r t

S e r . N o .

1 4 2 .


A t o m i c

E n e r g y

A g e n c y , V i e n n a , 1 9 7 3 .

1 4 3 .

N e w t o n , Q . J . ,

a n d

L a t r e n ,

R . K . D i s t r i b u t i o n

i n t h e

b e a g l e

d o g

o f ' 0 6 R u - R h

a e r o s o l s s u b j e c t e d

t o t h e r m a l d e g r a d a t i o n .

I n :

F i s s i o n

P r o d u c t

I n h a l a t i o n P r o g r a m

A n n u a l R e p o r t 1 9 7 0 - 1 9 7 1 .

L F - 4 4 .

L o ve l ac e F o u nd a ti o n, A l b u q u e r q u e ,

Ne w

M e x i c o , 1 9 7 1 ,

p p .

8 1 - 8 4 .

1 4 4 .

S t u a r t , B .

0 .

P r o m e t h i u m

o x i d e i n h a l a t i o n s t u d i e s .

I n : P a c i f i c

N o r t h w e s t

L a b o r a t o r y

A n n u a l

R e p o r t f o r 1 9 6 5

i n

t h e B i o l o g i c a l

S c i e n c e s ,

B N W L - 2 8 0 . B a t t e l l e - N o r t h w e s t , R i c h l a n d ,

W A ,

1 9 6 6 .

1 4 5 .

S t u a r t ,

B .

O . , C a s e y ,

H .

W,

a n d B a i r ,

W

J .

A c ut e a nd

c h r o n i c

e f f e c t s o f i n h a l e d 1 4 4 C e O 2

i n

d o g s .

H e a l t h

P h y s .

1 0 :

1 2 0 3 - 1 2 0 9

( 1 9 6 4 ) .

1 4 6 . M o r r o w ,

P E .

M o d e l s

f o r t h e

s t u d y o f

t h e

p a r t i c l e

r e t e n t i o n

a n d

e l i m i n a t i o n

i n

t h e

l u n g .

I n :

I n h a l a t i o n

C a r c i n o g e n e s i s

( M . G .

H a n n a ,

P N e t t e s h e i m

a n d

J .

R .

G i l b e r t , E d s . ) , C O N F - 6 9 1 0 0 1 .

N T I S ,


V A ,

1 9 7 0 , p p .

1 0 3 - 1 2 2 .

1 4 7 .

G r i f f e n ,

H . E . H e a l t h

E f f e c t s o f

E x p o s u r e

t o

D i e s e l E x h a u s t

( R e p o r t

o f

t h e H e a l t h E f f e c t s P a n e l

o f t h e

D i e s e l

I m p a c t s

S t u d y

C o m m i t t e e ) N a t i o n a l

A c a d e m y P r e s s ,

W a s h i n g t o n , D C ,

1 9 7 1 .

1 4 8 .

M o s s , 0 . R .

D i s s o l u t i o n o f

U r a n i u m

a n d

V a n a d i u m f r o m

A e r o d y n a m i c a l l y

S i z e - S e p a r a t e d O r e

P a r t i c l e s i n a

S i m u l a t e d

L u n g

F l u i d .

U R - 3 4 9 0 . 1 0 0 5 , U n i v e r s i t y o f

R o c h e s t e r , New

Y o r k ,

1 9 7 6 .

1 4 9 .

M o s s ,

0 .

R . ,

a n d

K a n a p i l l y ,

G .

M .

D i s s o l u t i o n

o f

i n h a l e d

a e r o s o l s .

I n :

G e n e r a t i o n

o f

A e r o s o l s

( K . W i l l e k e , E d . ) , An n

A r b o r

S c i e n c e P u b l i s h e r s ,

An n A r b o r , M I , 1 9 8 0 , p p .

1 0 5 - 1 2 4 .

1 5 0 .

NCRP R e p o r t

No

6 0 . P h y s i c a l ,

C h em i c al a n d

B i o l o g i c a l

P r o p e r -

t i e s

o f

R a d i o c e r i u m

R e l e v a n t

t o

R a d i a t i o n

P r o t e c t i o n G u i d e l i n e s .

N a t i o n a l

C o u n c i l o n R a d i a t i o n

P r o t e c t i o n a n d

M e a s u r e m e n t s ,

W a s h i n g t o n , D C , 1 9 7 9 .

1 5 1 .

C r a i g , D . K . , B r a i n ,

J . D . ,

C u d d i h y , R . G . , K a n a p i l l y ,

G . ,

P h a l e n , R . F . ,

S t u a r t , B . O . ,

a n d S w i f t , D . L .

I m p l i c a t i o n s

o f

t h e

d o s i m e t r i c

m o d e l

f o r

t h e r e s p i r a t o r y s y s t e m

i n

l i m i t s f o r

i n t a k e s

o f

r a d i o n u c l i d e s b y w o r k e r s .

I n :


o f

t h e

F i f t h

I n t e r n a t i o n a l S y m p o s i u m o n

I n h a l e d P a r t i c l e s

a n d V a p o r s

( I C R P

P u b l i c a t i o n 3 0 ) ( W H .

W a l t o n ,

E d . ) ,

C a r d i f f ,

W a l e s

i n

p r e s s .

1 5 2 .

W i l k e y , D . D . ,

a n d L e e ,

P

S .

M u c o c i l i a r y c l e a r a n c e

o f

d e p o s i t e d

p a r t i c l e s f r o m t h e h u m a n

l u n g : i n t r a - a n d

i n t e r - s u b j e c t r e p r o -

d u c t i v i t y

t o t a l

a n d r e g i o n a l l u n g

c l e a r a n c e ,

a n d

m o d e l

c o m -

p a r i s o n s .

A r c h .


3 5 :

2 9 4 - 3 0 3

( 1 9 8 0 ) .

1 5 3 .

A l b e r t ,

R .

E . ,

L i p p m a n n ,

M . ,

a n d

B r i s c o e ,

W

T h e

c h a r a c t e r i s -

t i c s

o f

b r o n c h i a l

c l e a r a n c e

i n

h u m a n s a n d

t h e

e f f e c t s o f

c i g a r e t t e

s m o k i n g .

A r c h .


1 8 :

7 3 8 - 7 5 5 ( 1 9 6 9 ) .

1 5 4 .

T h o m s o n , M .

L . ,

a n d

S h o r t , M . D .


f u n c t i o n s

i n

h e a l t h ,

c h r o n i c

o b s t r u c t i v e a i r w a y d i s e a s e ,

a n d

a s b e s t o s i s . J .

A p p l . P h y s i o l . 2 5 :

5 3 5 - 5 3 9

( 1 9 6 9 ) .

1 5 5 .

B o h n i n g , D .

E . , A l b e r t , R . E . ,

L i p p m a n n , M . ,

a n d F o s t e r ,

W

M .



a n d

c l e a r a n c e - a s t u d y

o f

t h e

e f f e c t s

o f

c i g a r e t t e s m o k i n g

i n

m o n o z y g o t i c t w i n s . A r c h .

E n v i r o n .

H e a l t h 2 0 :

4 5 7 - 4 6 2

( 1 9 7 5 ) .

1 5 6 .

S t u a r t , B .

O . ,

P a l m e r ,

R .

F ,

F i l i p y , R .

E . ,

D a g l e , G . E . , a n d

M c D o n a l d , K . E .

R e s p i r a t o r y t r a c t

c a r c i n o g e n e s i s i n

l a r g e

a n d

s m a l l


a n i m a l s

f o l l o w i n g

d a i l y


r a d o n

d a u g h t e r s a n d u r a n i u m

o r e d u s t . I n :


o f

t h e

I V t h

C o n g r e s s

o f t h e

I n t e r n a t i o n a l R a d i a t i o n

P r o t e c t i o n

A s s o c i a t i o n ,

P a r i s ,

1 9 7 7 , p p . 4 2 7 - 4 3 5 .

1 5 7 .

H u r s h ,

J .

B . ,

a n d M e r c e r , T .

T .

M e a s u r e m e n t o f

2 1 2 P b l o s s

r a t e

f r o m

h u m a n

l u n g s .

J .

A p p l .

P h y s i o l . ,

2 8 :

2 6 8 - 2 7 4

( 1 9 7 0 ) .

deposition and clearance of inhaled particles

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