Dinámicas de evaporación y métodos de dosimetría en la evaluación numérica del rendimiento de MDI en la entrega de fármacos pulmonares
Autores: Talaat, Mohamed; Si, Xiuhua; Xi, Jinxiang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Dinámicas de evaporación y métodos de dosimetría en la evaluación numérica del rendimiento de MDI en la entrega de fármacos pulmonares
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Inhaladores de dosis medida
IDMs
Enfermedades respiratorias
Dinámicas de evaporación
Métodos de dosimetría
Administración de fármacos por vía pulmonar
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los inhaladores de dosis medida (MDI) juegan un papel crucial en el manejo de enfermedades respiratorias, pero su efectividad depende de si la dosis prevista se entrega al objetivo, lo que puede verse influenciado por diversos factores. La evaluación precisa del rendimiento del MDI es crucial para optimizar la entrega del MDI y garantizar la eficacia del fármaco. Este estudio examinó numéricamente el papel de la dinámica de evaporación y los métodos de dosimetría en la evaluación de la eficiencia de la entrega del MDI a diferentes regiones en un modelo de boca-pulmón que se extiende hasta la undécima generación (G11) de bifurcaciones pulmonares. La velocidad de salida del spray, la dosis aplicada y la distribución del tamaño de las gotas determinadas experimentalmente se implementaron como condiciones iniciales/fronterizas. Se utilizaron simulaciones de grandes remolinos (LES) para resolver los flujos de inhalación transitorios, y se aplicó un modelo de especies químicas para simular las variaciones de vapor y temperatura en el flujo de aire. Se utilizó un modelo multicomponente para considerar la transferencia de calor y masa entre las gotas y el flujo de aire. El modelo fue validado con datos de la literatura y se aplicó para evaluar el impacto de la evaporación en la entrega pulmonar de fármacos utilizando MDI, en comparación con partículas inertes. Se utilizaron tres métodos para cuantificar la deposición, que se basaron en el conteo de gotas, la masa de las gotas y el fármaco transportado por las gotas. Los resultados demuestran que la evaporación altera notablemente la distribución del tamaño de las gotas del spray y los patrones de deposición subsiguientes. En comparación con las partículas inertes, la evaporación condujo a significativamente más gotas que oscilan entre 1-5 um ingresando a la región pulmonar. Para una región dada, se observaron grandes discrepancias en la fracción de deposición (DF) utilizando diferentes métodos de dosimetría. En el pulmón inferior, la DF basada en el conteo (33.9%) y la DF basada en la masa (2.4%) diferían en más de un orden de magnitud, mientras que la DF basada en el fármaco se situó entre ellas (20.5%). Esta gran diferencia resalta la necesidad de incluir la evaporación en la dosimetría predictiva, así como de utilizar el método apropiado para cuantificar la eficiencia de entrega de las gotas en evaporación.
Descripción
Los inhaladores de dosis medida (MDI) juegan un papel crucial en el manejo de enfermedades respiratorias, pero su efectividad depende de si la dosis prevista se entrega al objetivo, lo que puede verse influenciado por diversos factores. La evaluación precisa del rendimiento del MDI es crucial para optimizar la entrega del MDI y garantizar la eficacia del fármaco. Este estudio examinó numéricamente el papel de la dinámica de evaporación y los métodos de dosimetría en la evaluación de la eficiencia de la entrega del MDI a diferentes regiones en un modelo de boca-pulmón que se extiende hasta la undécima generación (G11) de bifurcaciones pulmonares. La velocidad de salida del spray, la dosis aplicada y la distribución del tamaño de las gotas determinadas experimentalmente se implementaron como condiciones iniciales/fronterizas. Se utilizaron simulaciones de grandes remolinos (LES) para resolver los flujos de inhalación transitorios, y se aplicó un modelo de especies químicas para simular las variaciones de vapor y temperatura en el flujo de aire. Se utilizó un modelo multicomponente para considerar la transferencia de calor y masa entre las gotas y el flujo de aire. El modelo fue validado con datos de la literatura y se aplicó para evaluar el impacto de la evaporación en la entrega pulmonar de fármacos utilizando MDI, en comparación con partículas inertes. Se utilizaron tres métodos para cuantificar la deposición, que se basaron en el conteo de gotas, la masa de las gotas y el fármaco transportado por las gotas. Los resultados demuestran que la evaporación altera notablemente la distribución del tamaño de las gotas del spray y los patrones de deposición subsiguientes. En comparación con las partículas inertes, la evaporación condujo a significativamente más gotas que oscilan entre 1-5 um ingresando a la región pulmonar. Para una región dada, se observaron grandes discrepancias en la fracción de deposición (DF) utilizando diferentes métodos de dosimetría. En el pulmón inferior, la DF basada en el conteo (33.9%) y la DF basada en la masa (2.4%) diferían en más de un orden de magnitud, mientras que la DF basada en el fármaco se situó entre ellas (20.5%). Esta gran diferencia resalta la necesidad de incluir la evaporación en la dosimetría predictiva, así como de utilizar el método apropiado para cuantificar la eficiencia de entrega de las gotas en evaporación.