Влияние искусственных газовых смесей и сред на механику дыхательного тракта человека (1102543)
Текст из файла
на правах рукописиСытник Екатерина БорисовнаВЛИЯНИЕ ИСКУССТВЕННЫХ ГАЗОВЫХСМЕСЕЙ И СРЕД НА МЕХАНИКУДЫХАТЕЛЬНОГО ТРАКТА ЧЕЛОВЕКА03.00.02 – биофизикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква – 2009Диссертация выполнена на кафедре физики живых систем Московского ФизикоТехнического Института (ГУ) и в Государственном научном центре РоссийскойФедерации – Институте медико-биологических проблем РАННаучный руководитель:доктор технических наук Дьяченко Александр ИвановичОфициальные оппоненты:доктор физико-математических наук Цатурян Андрей Кимовичкандидат физико-математических наук Тимошин Александр АнатольевичВедущая организация:Московский государственный технический университет имени Н.Э. БауманаЗащита состоится ―___‖ __________ 2009 г. в ____:____ на заседанииДиссертационного совета Д 501.002.11 при Московском ГосударственномУниверситете им. М.В.
Ломоносова по адресу: 119992, г. Москва, Ленинскиегоры, МГУ, Физический факультет, аудитория _____.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУ.Автореферат разослан: ―_____‖ ___________ 2009 г.Учѐный секретарьДиссертационного советаХомутов Г. Б.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыВ последние десятилетия в различных областях деятельности человека(водолазное дело, профилактика, терапия и диагностика бронхолегочных и другихзаболеваний, наркоз, калибровка медицинских приборов и так далее) активноиспользуются искусственные дыхательные газовые смеси (ДГС).Газы, входящие в состав воздуха или вдыхаемой газовой смеси, обладаютразличным биологическим действием, которое зависит от их парциального давления,температуры, влажности и физико-химических свойств.Основными компонентами газовой среды, влияющими на человека иживотных, являются главные биологически значимые газы О2, СО2. В случаечастичной или полной замены газа-разбавителя (индифферентного N2) в воздухена газовые компоненты Xe, Kr, He, Ne, Ar, H2 формируются искусственныедыхательныегазовыесмеси,которыемогутоказыватьразнообразноефизиологическое действие на разных уровнях организма.
Ряд известных ДГС впоследние годы получил новые применения, появились новые технологии ихпроизводства. Например, в кислородной терапии начали использовать различныеисточники кислорода, а кислородно-гелиевые смеси стали применять приразличной степени нагревания и увлажнения.Так как система дыхания является первой физиологической системой,которая сталкивается с измененной ДГС, то необходимо в первую очередьисследовать состояние этой системы.
Система дыхания включает дыхательныйтракт, дыхательные мышцы, рецепторы, различные контуры регуляции и т.д.Измененные ДГС воздействуют в первую очередь на дыхательный тракт, намеханику дыхания. Поэтому исследования действия измененных дыхательныхгазовых смесей на механику дыхания очень актуальны.Состав,давлениеитемператураДГСопределяютхарактеристикивнутренней среды дыхательного тракта. При некоторых воздействиях меняютсямеханические характеристики внешней среды, действующей на механическиепроцессы в системе дыхания. Одним из таких внешних воздействий является1погружение тела в воду, называемое водной иммерсией.
Иммерсия являетсяудобной экспериментальной моделью невесомости, так как многие реакцииорганизма человека на невесомость и иммерсию очень похожи. Поэтомуисследования действия иммерсии на механику дыхания необходимы дляпонимания воздействия невесомости на космонавтов и воздействия водной средына водолазов.Метод вынужденных колебаний (МВК) известен более 50 лет [Dubois A.B. etal., 1956].
В этом методе с помощью внешнего устройства создают, а с помощьюдатчиков измеряют колебания потока и давления в дыхательном тракте с частотами,существеннопревышающимичастотудыхания.Далеенаходятвеличинумеханического импеданса дыхательного тракта в некотором диапазоне частот.Важным отличием МВК от других методов исследования является то, что с егопомощью можно определить общее сопротивление потоку воздуха, котороеоказывает весь аппарат вентиляции.
Возможность исследования при спонтанномдыхании без активного участия испытуемого, а так же простота и сравнительнаянеобременительность исследований для оператора, а главное – для пациента, вызвалиширокий интерес к МВК в клиниках и среди исследователей во всем мире.Цель и задачи работыЦелью работы является экспериментальное выяснение биофизическихмеханизмов действия искусственных смесей и сред на внешнее дыхание человека.Для достижения поставленной цели в процессе выполнения этой работырешались следующие задачи:1)Создание установки и программного обеспечения для измерения импедансадыхательного тракта человека2)Изучение влияния температуры и влажности дыхательных газовых смесейна систему внешнего дыхания человека.3)Исследованиевлияниядыханияадсорбционнымимедицинским(ректификационным) кислородом на вентиляционную функцию легкихчеловека.24)Изучение влияния состава и давления искусственных газовых смесей наимпеданс системы дыхания человека.5)Исследование влияния водной иммерсии на импеданс дыхательного трактачеловека.Положения, выносимые на защиту:1)Изменение температуры и влажности дыхательной газовой смеси оказываетзначительное влияние на параметры импеданса дыхательного трактачеловека.2)Респираторная система человека по-разному реагирует на дыханиекислородом, полученным способами адсорбции и ректификации.3)Импеданс дыхательного тракта человека увеличивается в условияхповышенного давления и водной иммерсии.Научная новизнаВ работе впервые методом вынужденных колебаний обнаружено влияниеподогретых искусственных газовых смесей на импеданс системы дыханиячеловека.
Впервые обнаружено увеличение импеданса дыхательного трактачеловека в условиях повышенного давления, а так же в водной иммерсии. Впервыеобнаружены различные реакции системы дыхания на кислород, полученныйспособами адсорбции и ректификации.Практическая и научная ценностьРезультаты исследований позволяют расширить представления о влияниисостава, температуры, влажности дыхательных газовых смесей на систему дыханиячеловека. Результаты помогут при подборе состава газовых смесей для терапиибронхолегочных заболеваний и для водолазных спусков.
Показано, что методвынужденных колебаний является простым и неинвазивным методом оценкисостояния дыхательного тракта в условиях измененной окружающей среды, гдеприменение других функциональных исследований затруднено. Разработаннаяустановка для измерения импеданса дыхательного тракта человека применяется для3исследований механики дыхания в условиях измененной внешней среды в ГВК-250ГНЦ РФ – ИМБП РАН.Личный вклад автораСоискатель принимал непосредственное участие в постановке задач,проведении экспериментов, обработке и анализе результатов, подготовке статей идокладов на конференциях, а так же в конструировании установки и разработкепрограммного обеспечения для проведения исследований и обработки результатовэкспериментов.Апробация работыОсновные материалы, изложенные в диссертации, доложены и обсуждены наследующих семинарах и конференциях: VII научно-техническая конференция«Медико-технические технологии на страже здоровья», г. Салоники (Греция), 2005 г.;II Евразийский конгресс по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика –2005», г.
Москва, 2005 г.; II Троицкая конференция «Медицинская физика и инновациив медицине», г. Троицк, 2006 г.; 8-я Всероссийская Конференция по Биомеханике, г.Нижний Новгород, 2006 г.; IX Всероссийский съезд по теоретической и прикладноймеханике,г. Нижний Новгород, 2006 г.; XIII конференция по космическойбиологической и авиакосмической медицине, г.Москва, 2006 г.; 20-й СъездФизиологического Общества им.
И.П.Павлова, г. Москва, 2007 г.; 9-ая научнотехническая конференция «Медико-технические технологии на страже здоровья»,Италия, о. Сицилия, 2007 г.; III-я Троицкая конференция «Медицинская физика иинновации в медицине», г. Троицк, 2008 г.ПубликацииЗа время работы над диссертацией опубликовано: 2 статьи в реферируемыхнаучных журналах; 9 тезисов докладов, представленных на российских имеждународных научных конференциях.Структура и объем диссертацииДиссертационная работа (137 страниц) состоит из введения, 5 глав, выводов, спискалитературы (120 ссылок), иллюстрирована 45 рисунками и содержит 22 таблицы.4ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,определены цель и задачи работы, сформулированы положения, выносимые назащиту, описаны научная новизна и практическая значимость полученныхрезультатов.Первая глава содержит обзор литературы, в котором кратко излагаютсяфизические и физиологические характеристики дыхательных газовых смесей,биофизические факторы, определяющие величину импеданса системы дыхания,методы его измерения, действие состава, давления, температуры и влажности ДГСи измененных внешних условий на состояние кардиореспираторной системы.Втораяглаваизготовленногопосвященаавтором,дляописаниюприбора,разработанногоисследованиямеханикидыханияиметодомвынужденных колебаний.Измерение входного механического импеданса методом вынужденныхколебаний состоит в приложении малых колебаний давления к системе дыхания иизучении амплитудного и фазового соотношения между потоком (расходом) идавлением.
Модуль импеданса равен отношению амплитуд колебаний давления ипотока, а фазовый угол импеданса равен фазовому сдвигу между колебаниямипотока и давления.Входным импедансом системы дыхания называют комплексную величинуZ, определяемую следующим образом:ZPV, где P и V — преобразования(трансформанты) Фурье сигналов давления и потока.Действительная часть импеданса характеризует сопротивление дыханию.Сопротивление вычисляли как среднюю величинудействительной частиимпеданса на исследуемых частотах.
Мнимая часть импеданса характеризуетрастяжимостьиинерционностьдыхательноготракта.Инерционностьирастяжимость вычисляли методом наименьших квадратов по зависимости мнимойчасти импеданса от частоты. Известно, что зависимости действительной и мнимой5части импеданса от частоты у здоровых людей и пациентов с заболеваниямиорганов дыхания отличаются.В ходе исследований была сконструирована, собрана и отлажена установкадля измерения механического импеданса дыхательного тракта человека методомвынужденных колебаний. Схема этой установки изображена на рис.
1.Рис. 1. Схема экспериментальной установки.Испытуемый в ходе измерений импеданса дышит через систему трубок:загубник, трубка 1, сеточный флоуметр Лилли, трубки 2, 3 (рис. 1). Для дыхательногопотока человека эта конструкция имеет сравнительно малое сопротивление. Дляосцилляторного потока, создаваемого динамиком, трубка 3 представляет собойсравнительно большое сопротивление, поэтому большая часть этого потока попадает вдыхательный тракт испытуемого. На динамик подвали сигнал от генератора,содержащий гармоники с частотами 6, 10, 14, 18, 22, 26 Гц, на которых определяливеличину импеданса.
Для регистрации сигналов потока и давления на входе вдыхательный тракт применены дифференциальные датчики давления.Регистрацию и анализ сигналов проводили с помощью программы,написанной в среде LabVIEW (графическое программирование). Программарегистрирует сигналы потока и давления (частота опроса АЦП 50 кГц для каждогоканала), строит спектры этих сигналов, используя быстрое преобразование Фурье.ЗатемвычислялимодульотношениятрансформантаФурьетрансформанту Фурье потока и разность фаз на заданных частотах.6давлениякДля калибровки установки был применен метод, описанный в работе [FarreR., Navajas D.et al., 1989].Для проверки работы установки были проведены измерения с системами,импеданс которых рассчитывали на основе работы [Дьяченко А.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
