Miljøprojekt, 981 – Eksponering for ultrafine partikler fra trafikken i København

Eksponering for ultrafine partikler fra trafikken i København

1 Lungeventilation under cykling (2.2.3)

Lungeventilationen (den mængde luft der ind- og udåndes per minut, VE), har stor betydning for antallet af deponerede ultrafine partikler i lungerne og har dermed betydning for en eventuel helbredseffekt. Deponering af ultrafine partikler skyldes Brownsk diffusion over det laminare grænselag i de yderste luftveje, og tykkelsen af dette grænselag bestemmer således deponeringssandsynligheden for partikler, der er trængt ned i de yderste luftveje. Da deponeringen skyldes diffusion, vil deponeringen øges med mindsket partikeldiameter.

Deponering diskuteres som henholdsvis absolut og relativ deponering. Den absolutte deponering er antallet eller massen af partikler, der deponeres i luftvejene, mens den relative deponering er den del (fraktion) af de luftbårne partikler i luftvejene, der deponeres endeligt i luftvejene.

En øgning af lungeventilationen vil medføre at flere partikler per minut opholder sig i luftvejene og derfor har mulighed for at deponere. Andelen af deponerede partikler øges med øget åndedrætsdybde. (Åndedrætsdybden er den mængde luft, der indåndes eller udåndes per åndedræt.) Dette kan forklares ved, at det laminare grænselag mindskes i de yderste forgreninger af luftvejene ved øget åndedrætsdybde, og dermed bliver den vejlængde mindre, som partiklerne skal vandre ved Brownsk diffusion. Ved øget åndedrætsfrekvens mindskes den fraktion af partikler, der deponeres derimod. Dette skyldes, at partiklerne opholder sig kortere tid i luftvejene. Undersøgelser har vist, at hvis lungeventilation ved cykling øges 3.3 gange (åndedrætsdybden er øget 2.2 gange og frekvensen er øget 1.5 gang) vil antallet af deponerede partikler stiger mere end 4.5 gange (absolut deponering), og den deponerede fraktion er steget 1.3 gange (relativ deponering). Endvidere fandtes ikke signifikante forskelle mellem mænd og kvinder2.

Det er derfor ønskeligt at kende lungeventilationens størrelse (og helst åndedrætsdybde og frekvens) samtidig med måling af koncentrationen og diameterfordelingen af ultrafine partikler i indåndingszonen for at kunne beregne deponeringen. I denne undersøgelse har det ikke været muligt at måle lungeventilationen eller diameterfordeling hverken under cykling eller under øvrige aktiviteter i løbet af dagen.

Det er derfor i denne undersøgelse kun muligt at regne relativ og altså blot at beregne den forøgede lungeventilation fra hvile til cykelarbejde. Fra den forøgede lungeventilation er den forøgede absolutte deponering beregnet. Dette er gjort ved hjælp af pulsregistreringerne og en række simple antagelser og gennemgås i detaljer nedenfor4.

For at udføre et givet stykke arbejde, i dette tilfælde cykelarbejde, skal kroppen bruge energi, som den får ved at forbrænde næringsstoffer. Herved øges iltoptagelsen. Lungeventilationen under dynamisk arbejde ved moderat intensitet vil stige proportionalt med stigningen i iltoptagelsen. Ligeledes vil pulsfrekvensen stige proportionalt med stigningen i iltoptagelsen (denne proportionalitet er individ-afhængig), og endelig vil iltoptagelsen stige proportionalt med arbejdsintensiteten (effekten, P). Der er således proportionalitet mellem arbejdsintensitet og lungeventilation. Som et indirekte mål for arbejdsintensitet under cykling i trafikken er den gennemsnitlige pulsfrekvens målt. Sammenhængen mellem arbejdsintensitet og pulsfrekvens er bestemt for hver forsøgsperson ved cykling på en ergometercykel i laboratoriet ved arbejdsintensiteter på 60W, 100W og 150W og samtidigt måling af puls. Dette er altså en personlig biologisk kalibrering for hver forsøgsperson. Fra denne sammenhæng er den gennemsnitlige arbejdsintensitet under cykling i trafikken (P(trafik)) bestemt for hver forsøgsperson på hver forsøgsdag. Som nævnt ovenfor er det kun muligt at regne relativt i forbindelse med dette forsøg, og den gennemsnitlige arbejdsintensitet under cykling i trafikken sammenlignes derfor med en arbejdsintensitet på 60 W, som svarer til let aktivitet. Med anvendelse af de antagelser, der er nævnt tidligere, fås:

(P(trafik)/60W) = (V_E(trafik)/V_E(60W)).

Hvis det antages, at den relative deponering af partikler ikke øges fra arbejde svarende til 60W til cykling i trafikken, vil den øgede absolutte deponering svare til øgningen i lungeventilation. Dette er imidlertid et konservativt skøn, jævnfør tidligere. Da partiklernes diameterfordeling ikke er kendt, er det endvidere nødvendigt at antage, at forholdet mellem deponeringer ved forskellige arbejdsintensiteter er uafhængigt af partiklernes diametre.

For hver forsøgsperson kan den øgede absolutte deponering fra lav aktivitet til cykling i trafikken altså beregnes fra forholdet mellem arbejdsintensiteterne, 60W og cykelarbejde i trafikken. Den gennemsnitlige øgning ved cykelarbejde for hver person er vist i nedenstående figur.

For hver forsøgsperson og for hver cykeldag er den kumulerede eksponering under cykling på ruten samt under anden cykling multipliceret med den estimerede øgning af deponeringen. Herved fås en korrigeret kumuleret eksponering som skønnes at være et bedre mål for den faktiske kumulerede eksponering under cykling i trafikken end blot koncentration i åndingszonen ganget med udsættelsestiden. For beregnede øgninger mindre end 1.0 er korrektionen sat til l.0. De beregnede øgede deponeringer viser store intra- og inter-person variationer, og metoden bør fremover suppleres med direkte måling af lungeventilationen i forbindelse med den personlige biologiske kalibrering.

Figur 2.

Middelværdi og 95% konfidensintervaller for hver forsøgsperson for estimeret øgning i antallet af deponerede partikler ved cykling i trafik sammenlignet med let aktivitet svarende til en arbejdsintensitet på 60W.