Når stofferne er optaget i organismen, vil de kunne have forskellige skæbner. De kan blive deponeret, de kan skade organer, de kan nedbrydes, eller de kan udskilles.

Når stofferne i tobaksrøgen er optaget igennem lungevævet, vil de fleste blive transporteret i de aktive depoter: blodsystemet og lymfesystemet. Da disse to væskesystemer hovedsageligt består af vand, vil de stoffer, der er vandopløselige, lettest blive transporteret rundt. Fedtopløselige stoffer har en større tendens til at blive ophobet i passive depoter som fedtvæv. I passive depoter vil stofferne ofte forblive længe, og der kan ske en ophobning, hvis man fortsat bliver udsat for det pågældende stof.

Ved ophobning (akkumulering) kan der efter længere tids påvirkning pludselig fremkomme skadevirkninger, da koncentrationen i depotet og dermed også i resten af kroppen kan overskride koncentrationen for det pågældende stofs grænseværdi.

Ved transporten rundt i organismen vil stofferne komme frem til de organer, som kan risikere beskadigelse. Disse kaldes for målorganer.

Toksikologisk model for stofferne i organismen



Der vil løbende ske en nedbrydning i leveren eller udskillelse, f.eks. igennem urin, afføring eller udåndingsluft. Hvor hurtigt stofferne nedbrydes eller udskilles, afhænger af det enkelte stofs egenskaber og organismens helbredstilstand. Der arbejdes ofte med halveringstider for stofferne i forbindelse med deres omsætning i organismen, således at der kan tages højde for den aktuelle koncentration, og der laves matematiske beregninger og modeller som nedenstående, der er en matematisk lungemodel.

Lungemodel



Variablerne D1-D5 skal være kendt for at kunne foretage beregningerne i modellen.

D1 = Den mængde stof, der er i den inhalerede luft.
D2 = Den mængde stof, der bringes ud igen med udåndingsluften.
D3 = Den mængde stof, der afsættes i næsen og svælget.
D4 = Den mængde stof, der afsættes i luftrøret og hovedbronkierne.
D5 = Den mængde stof, der afsættes i alveolerne.

Ved beregningen af transporten af det enkelte stof til de enkelte systemer skal vi bruge størrelserne a, b, c, d, e, f, g, h og i, som er halveringstider.

a = Optagelse af materiale fra næsen og svælget til blodet.
b = Udrensning af materiale ved ciliehårenes bevægelser til fordøjelsessystemet.
c = Optagelsen af materiale fra bronkierne til blodet.
d = Udrensning af materiale ved ciliehårenes bevægelse til fordøjelsessystemet fra bronkierne.
e = Optagelsen af materiale fra alveolerne til blodet.
f = Angiver det stof, der bliver optaget af makrofager, som transporteres op til ciliehårene i bronkierne, hvor de transporteres videre op til fordøjelsessystemet.
g = Angiver det stof, der bliver optaget af forskellige celler, der ligner makrofager - men disse er mindre aktive, og derfor tager transporten op til ciliehårene meget længere tid.
h = Angiver optagelsen af stof fra alveolerne til lymfesystemet.
i = Angiver transporten af stof fra lymfen til blodet.

De enkelte stoffers halveringstid i størrelserne a-i kan undersøges og findes i litteraturen, men for at lette beregningerne i den matematiske model kan man inddele stofferne i tre grupper:

Gruppe X = De stoffer, som forbliver længe i lungerne på grund af deres kemiske egenskaber. Det kan være følgende stoffer:

  • Carbider af de lange undergrupper i det periodiske system samt Zr, Y og Mn
  • Oxider og hydroxider af de lange undergrupper i det periodiske system samt Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu, Zn, Ag, Cd, Y, Cr, Mo og W
  • Flourider af de lange undergrupper i det periodiske system.

Gruppe Y = De stoffer, som forbliver en kortere tid i lungerne på grund af deres kemiske egenskaber. Det kan være følgende stoffer:

  • Carbider af næsten alle grundstoffer bortset fra de nævnte i gruppe X og Z
  • Sulfider af Sr, Ba, Ge, Sn, Pb, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Mo og W
  • Sulfater af Ca, Sr, Ba og Bi
  • Carbonater af de lange undergrupper i det periodiske system samt Bi3+, Ca, Sr og Ba
  • Fosfater af Zn2+, Sn2+, Mg2+, Fe3+, Bi3+ og de lange undergrupper i det periodiske system
  • Oxider og hydroxider af Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Cu,Zn, Ag, Cd, Au, Hg, Sc, Y, V, Nb, Ta, Mn og Tc
  • Halogener af de lange undergrupper, undtagen for flourider, samt de samme som for oxider og hydroxider i gruppe Y
  • Nitrater af de forbindelser der er nævnt under oxider og hydroxider i gruppe X og Y

Gruppe Z = De stoffer, som let diffunderer igennem lungens væv, f.eks. visse gasser. Det kan være følgende stoffer:

  • Carbider af Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Al, Si, P, As og Se
  • Oxider og hydroxider af de samme forbindelser under carbider i gruppe Z
  • Sulfider af alle bortset fra de nævnte i gruppe Y
  • Sulfater af alle bortset fra de nævnte i gruppe Y
  • Carbonater af alle bortset fra de nævnte i gruppe Y
  • Fosfater af alle bortset fra de nævnte i gruppe Y
  • Nitrater af alle bortset fra de nævnte i gruppe Y
  • Inaktive gasser
  • Halogener af Li, Na, K, Rb, Cs og Fr
  • Gasser af hovedgruppe 7 i det periodiske system

Organiske forbindelser tilhører ofte gruppe Z, f.eks. carbonoxider, nitogenoxider og ammoniak. Deres omsætning i lungesystemet afhænger af deres molekylestørrelse og deres ladning/polaritet. Større molekyler eller molekyler med stor polaritet vil høre under gruppe Y, f.eks. nikotin og polyaromatiske hydrokarboner.

Størrelserne a-i inddelt i grupperne X, Y og Z



Den første værdi i ovenstående tabel er den biologiske halveringstid, og den anden værdi er den lokale brøkdel. F.eks. betyder det, at under gruppe Z vil 80% af det afsatte stof i alveolerne optages i blodet og 20% optages i lymfesystemet. Halvdelen af stoffet, der er i alveolerne på et givet tidspunkt, vil være optaget i blodet og lymfen i løbet af 30 min.

Husk, at dette er en matematisk model, som er opstillet ud fra undersøgelser, gennemsnit og grove antagelser, hvorfor et resultat ved en beregning skal tages med visse forbehold. Der vil også altid være mange individuelle faktorer, der har indflydelse.

Som eksempel på en beregning i modellen kan vi antage, at en person indånder 0,5 mg kobberoxider/døgn. Den gennemsnitlige diameter for de partikler, personen indånder, er 1,0 mm, hvilket betyder, at der afsættes ca. 10% i alveolerne, altså 0,05 mg kobberoxid/ døgn. Det bliver til 18,25 mg/år.

For at komme frem til hvor meget kobberoxid personen vil have i lungerne ved forsat påvirkning, når der er indstillet en ligevægt, kan vi opstille følgende ligning:



Denne ligning kan bruges for alle stoffer til beregning af ligevægtssituationen ved konstant påvirkning.

I tilfældet med kobberoxid vil ligningen se således ud:



Faktoren 0,6 skyldes, at kun 60% af stoffet har den store halveringstid på 360 dage.

Hvis vi laver en tilsvarende beregning på nikotin og carbonmonooxid, skal vi henholdsvis betragte nikotin som gruppe Y-stof og carbonmonooxid som gruppe Z-stof.

Nikotin bliver langsomt optaget i lungevævet, fordi det er et større molekyle og vil delvis være som en ladet ion i det vandige miljø i lungerne. I en cigaret er der ca. 1,2 mg nikotin. Af dette bliver ca. 35% omsat til andre kemiske stoffer ved forbrændingen så som de kræftfremkaldende, polycykliske aromatiske forbindelser og nitrosaminer. En storryger kan derfor få ca. 15 mg nikotin ned i lungerne pr. dag, når der er taget højde for den del, der ikke bliver inhaleret.

I nikotins tilfælde vil ligningen kunne se således ud for en person der dagligt ryger ca. 40 cigaretter:



For carbonmonooxid vil omsætningen være meget hurtigere og derfor afhængig af respiration og andre fysiske egenskaber. Men der er en tydeligt målbar forskel på mængden af carbonmonooxid i udåndingsluften hos en ryger end hos en ikkeryger, selv efter at rygeren ikke har røget i adskillige timer.

Således kan den matematiske model bruges til forskellige beregninger. Du kan online udføre beregningerne her.

Kom tilbage til hovedsiden om lungesystemet her.