HEAVY METAL PENETRATION INTO THE HUMAN RESPIRATORY TRACT IN VILNIUS
Darius Valiulis, Jonas Šakalys, and Kristina Plauškaitė
Institute of Physics, Savanorių 231, LT-02300 Vilnius, Lithuania
E-mail: sakalys@ar.fi.lt

Received 28 August 2008; revised 19 November 2008; accepted 4 December 2008

The peculiarities of the aerosol particle deposition in the human respiratory tract depending on the particle size and the breathing rate have been analysed. The highest deposition efficiency (0.85) was determined for the largest particles (10–20 $\mu$m) and the lowest efficiency (0.28) for the finer particles (0.3 μm). The heavy metal amount penetrating into the human respiratory tract at a different breathing rate in Vilnius has been evaluated. It has been determined that the deposition efficiency of heavy metals in the human respiratory tract changes insignificantly with the increase in the breathing rate, and when the breathing rate increases threefold (from 10 to 30 L min^–1) the efficiency decreases only by about 10%. On the average, about 60% of heavy metals in the inhaled air penetrate into the respiratory tract. The comparison of Pb, V, and Zn concentrations in Vilnius city with those at the Preila background station has shown that they differ up to two times. It means that the contribution to the pollution with these metals in Vilnius city is insubstantial, and there is no considerable threat to human health.

Keywords: heavy metals, concentration, air, aerosol particles, human respiratory tract, efficiency

SUNKIŲJŲ METALŲ PATEKIMAS Į ŽMOGAUS KVĖPAVIMO TAKUS VILNIUJE
Darius Valiulis, Jonas Šakalys, Kristina Plauškaitė
Fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Dėl intensyvios antropogeninės žmogaus veiklos ir miestų transporto gausos pasaulyje padidėjo oro tarša aerozolio dalelėmis. Šių dalelių sudėtyje yra įvairios kilmės toksinių medžiagų, alergenų ir sunkiųjų metalų, todėl ore esančios smulkios aerozolio dalelės yra žalingos žmogaus sveikatai. Patekusios į plaučius jos gali sukelti kvėpavimo takų ir kitas ligas. Priklausomai nuo gyvenimo būdo, suaugęs žmogus vidutiniškai įkvepia per dieną 15000 litrų oro. Darbo tikslas buvo įvertinti sunkiųjų metalų kiekius, su aerozolio dalelėmis patenkančius į žmonių kvėpavimo takus Vilniuje. Aerozolio dalelių bandiniai sunkiųjų metalų analizei buvo imami prie Vilniaus televizijos bokšto 1999 m. spalio 28 d. – gruodžio 20 d. ir Vilniaus senamiesčio užterštumo tyrimo stotelėje 2001 m. balandžio 28 d. – gegužės 17 d. Imant bandinius buvo registruojamas ir aerozolio dalelių dydžių spektras. Buvo nustatyta aerozolio dalelių sulaikymo žmogaus kvėpavimo takuose efektyvumo priklausomybė nuo dalelių dydžio ir kvėpavimo greičio. Atliekant eksperimentą buvo ištirti šeši 20–60 metų amžiaus atsitiktinai parinkti žmonės. Tyrimai buvo atliekami įkvepiant orą pro nosį ir iškvepiant pro burną skirtingais greičiais intervale nuo 10 iki 32 l min^–1. Efektyvumas kito nuo 0,85 didžiosioms (10–20 $\mu$m) iki 0,28 mažosioms (0,3 $\mu$m) dalelėms. Iš šių duomenų nustatytas sunkiųjų metalų kiekis, galintis patekti į žmogaus kvėpavimo takus Vilniuje. Lyginant Pb, V ir Zn koncentracijas Vilniuje su šių metalų koncentracijomis Preilos foninėje stotyje matyti, kad jos skiriasi daugiausia iki dviejų kartų. Tai rodo, kad Vilniuje šių metalų šaltiniai nebuvo stiprūs ir žymesnio pavojaus žmonių sveikatai nekėlė. Nustatyta, kad didėjant kvėpavimo greičiui, sunkiųjų metalų nusėdimas mažėja nedaug, o kvėpavimo greičiui išaugus trigubai, efektyvumas sumažėja tik apie 10 %. Vidutiniškai apie 60 % ($\sigma$ = 6 %) sunkiųjų metalų, esančių įkvepiamame ore, patenka į kvėpavimo takus.