當放射性氣溶膠(aerosol particle)粒徑介於1~10 µm 時,下列那個區域的沉積率與粒徑大小最符合有正相關?
詳細解析
本題觀念
本題在比較不同呼吸道區域對 1~10 µm 放射性氣溶膠的沉積機制。粒子越大,慣性越明顯,遇到鼻腔與咽部的彎曲、分叉或氣流方向改變時,越不容易隨氣流轉彎,會因慣性撞擊黏膜而沉積。因此在這個粒徑範圍內,最符合沉積率隨粒徑增加而上升的區域是鼻咽。判斷時要把「粒徑大小」和「沉積機制」連在一起,不能只背某一段呼吸道通常會攔截哪類粒子。
選項分析
A:氣管—支氣管區域;錯誤。 氣管與支氣管確實會沉積一部分較大的吸入粒子,主要也可受到慣性撞擊影響,但本題要找的是 1~10 µm 範圍內,沉積率與粒徑大小呈現最典型正相關的區域。當粒子要到達氣管—支氣管,先要通過鼻腔與咽部;較大的粒子已可能在上呼吸道被攔截,所以不能把此區域視為最佳答案。
B:鼻咽區域;正確。 鼻咽部具有狹窄、彎曲及氣流方向改變的結構。粒徑增加時,粒子的慣性撞擊傾向增強,較難隨空氣流線通過彎曲部位,因而撞到鼻咽黏膜並沉積。1~10 µm 正是由上呼吸道攔截較明顯的範圍,故鼻咽區域最符合沉積率與粒徑的正相關。
C:細支氣管區域;錯誤。 細支氣管內的氣流速度已降低,較小的粒子可受重力沉降或布朗運動影響而沉積。這些機制與粒子在鼻咽部因轉彎而撞擊黏膜的情境不同;在本題所給的 1~10 µm 範圍,不能以細支氣管作為最具代表性的正相關區域。
D:肺泡區域;錯誤。 要進入肺泡,粒子必須先通過鼻咽、喉、氣管與較大支氣管。粒徑增加會提高前段呼吸道攔截機會,降低粒子深入肺泡的比例。肺泡沉積較常與較細粒子的沉降、擴散及呼吸條件有關,並非本題所問的粒徑增加型上升關係。
答案解析
本題的關鍵是慣性撞擊。氣溶膠粒子具有的慣性與粒徑、密度及氣流速度有關;在其他條件相近時,粒徑增大會使粒子更難跟隨氣流轉向。鼻咽是氣流由鼻腔進入咽部時方向改變明顯的區域,因此 1~10 µm 粒子越大,越容易在此處撞擊並沉積。答案為 B。
要注意「較大粒子容易沉積在上呼吸道」不代表所有大氣道的沉積率都以同樣方式變化。氣管—支氣管也可能有慣性撞擊,但鼻咽的結構與氣流變化使其在本題比較中最符合正相關。粒徑更小時,沉積機制會逐漸轉向重力沉降或布朗擴散,區域分布也會不同。
核心知識點
- 慣性撞擊:粒子無法隨氣流轉彎,撞上鼻腔、咽部、喉部或較大氣道壁面;粒徑越大通常越明顯。
- 重力沉降:粒子在氣流較慢的細支氣管與肺部區域向下沉降,停留時間會影響沉積。
- 布朗擴散:極細粒子受到隨機熱運動影響,可能在遠端呼吸道沉積。
- 呼吸道沉積要同時考慮粒徑、密度、吸氣流速、氣道幾何形狀與停留時間。
- 本題的 1~10 µm 範圍與鼻咽部彎曲氣流相配合,最典型的答案是鼻咽區域。