Влияние искусственных газовых смесей и сред на механику дыхательного тракта человека (1102543), страница 3
Текст из файла (страница 3)
гипоксия. Введение аргона в составатмосферы может улучшить переносимость такой гипоксии [Солдатов П.Э.,Дьяченко А.И. и др. 1998], [Шулагин Ю.А., Дьяченко А.И., Павлов Б.Н., 2001].Проведенные нами исследования импеданса респираторной системы являлисьчастью комплексной оценки состояния организма человека при длительномпребывании в пожаробезопасной кислородно-азотно-аргоновой среде (КААрСр),т.е. в среде, в которой азот частично заменѐн на аргон.Исследования проведены на базе «Планерная» ГНЦ РФ – ИМБП РАН.
Вбарокамере находились 4 человека в нормоксической кислородно-азотноаргоновой (13,53 % кислорода; 58,21 % азота; 28,26 % аргона) среде в течение 6суток на «глубине» 5 м (т.е. при давлении 0,15 МПа). На 7-е сутки средастановилась гипоксической (9,66 % кислорода, 58,21 % аргона и 32,13 % азота).12Такой состав среды поддерживали 3 суток. Далее на одни сутки (последние суткипребывания в барокамере) среда снова становилась нормоксической. Затемпроисходили декомпрессия и выход.Рис. 5. ГВК-250 базы «Планерная» ГНЦ РФ – ИМБП РАНДля исследований импеданса дыхательного тракта было проведено пятьсерий исследований: 2 серии в нормоксической КААрСр (кислородно-азотноаргоновой среде), две серии в гипоксической КААрСр и контрольная серияна воздухе при нормальном давлении.Рис.
6. Измерение импеданса системы дыхания методом вынужденныхколебаний. Фотография сделана через иллюминатор барокамеры.13R, гПа/л/с54,543,532,521,510,502й день(14%КААрСр)6й день(14%КААрСр)7й день(10%КААрСр)9й день(10%КААрСр)комнатныйвоздухРис. 7. Средние значения сопротивления дыхательного тракта по испытуемым. Нарисунке звездочками указаны те данные, которые достоверно отличаются от серии«комнатный воздух» (р < 0,05), также указано стандартное отклонение (SD).Из рис. 7 видно, что сопротивление дыхательного тракта человекадостоверноповышенонапротяжениивсегоэксперимента.Снижениесодержания О 2 во время пребывания в барокамере не вызвало достоверныхизменений импеданса.Эксперименты также показали, что при длительном пребывании в КААрСр вусловиях повышенного давления растяжимость имеет тенденцию увеличиваться, апри переходе с 14% КААрСр на 10% КААрСр растяжимость уменьшается (р<0,08).Инерционностьдостоверно(p<0,05)увеличиласьприпереходеснормоксической 14% КААрСр на гипоксическую 10% КААрСр.
В целом, во времядлительного пребывания в условиях повышенного давления инерционностьдыхательного тракта меньше, чем при нормальном давлении.Оценим сопротивление центральных дыхательных путей, используя модельсимметричного дихотомического ветвления дыхательных путей человека [ВейбельА.Р., 1970] Сопротивление дыхательного тракта может быть вычислено как суммасопротивлений постоянному и осцилляторному потокам [Peslin R., Fredberg J.J.,1986]. Считаем, что скорость потока в бронхах одного поколения одинакова.
Тогда14для сопротивления R(n) бронхов n-ого порядка ветвления в модели легкихчеловека по Вейбелю имеем:R ( n)8 l( z 1)r 4 2nl 2r 4 2n,(1)где z – отношение дополнительного сопротивления в месте ветвленияrбронха к R(n) [Педли Т. и др., 1977],– число Уомерсли, l – длинадыхательных путей, r – радиус дыхательных путей, µ – динамическая вязкостьвоздуха, ν – кинематическая вязкость воздуха, ω=2πf – угловая частота, где f –частота колебаний потока.По формуле (1) было вычислено теоретически ожидаемое относительноеизменениесопротивления,исходяизизмененияплотностиивязкостидыхательной смеси, и сравнено с относительным изменением сопротивления,полученным в эксперименте.Сравнение показало, что рост сопротивления связан не только сувеличенной плотностью и вязкостью дыхательной смеси, но и с изменениемразмеров дыхательных путей.Следующимнаправлениемнашейработыбылоэкспериментальноеисследование влияния пребывания человека в условиях водной иммерсии навентиляционную функцию легких.Иммерсия – это способ моделирования факторов невесомости.
Исследованияфорсированного выдоха в условиях водной иммерсии показывают, что в системедыхания происходят значительные изменения [Асямолова Н.М. и др., 1985].Однако осцилляторная механика дыхания в этих условиях не изучалась.В связи с вышесказанным основной целью данных экспериментальныхисследований было изучение изменений дыхательного импеданса и егосоставляющих у здоровых людей в условиях водной иммерсии.В исследованиях участвовали 13 здоровых испытуемых-добровольцев ввозрасте от 20 до 50 лет. Мы использовали положение тела «полулежа», при котором15человек сидел в ванной, наполненной водой до уровня ключицы.
Расстояние междувертикальной стенкой ванны, на которую опирались плечи и голова испытуемого, изоной опоры таза на днище ванной составляло от 30 - 40 см (рис. 8).вода30-40 смРис. 8. Положение испытуемого при экспериментальных исследованиях влиянияпребывания человека в водной иммерсии.Рис. 9. Измерение импеданса системы дыхания методом вынужденных колебанийв условиях водной иммерсии.Исследование каждого испытуемого проходило в один день.
Сначалапроводили контрольное исследование на воздухе, затем погружение в ванну. До ипосле погружения исследовали импеданс системы дыхания и вентиляторнуюфункцию легких.16Re(Z), гПа/л/с4,543,532,521,510,50Re(Z) воздухRe(Z) иммерсия68 10 12 14 16 18 20 22 24Частота, ГцРис. 10. Зависимость действительной части импеданса, усредненной по всемиспытуемым, от частоты на воздухе и в водной иммерсии.
В качестве ошибкиуказано стандартное отклонение. Достоверность отличий величин, измеренных наIm(Z), гПа/л/своздухе и в иммерсии p<0,05 для всех частот.1,510,50-0,5-1-1,5-2-2,5-3-3,5Im(Z) воздухIm(Z) иммерсия6810 12 14 16 18 20 22 24Частота, ГцРис. 11. Зависимость мнимой части импеданса, усредненной по всем испытуемым,от частоты на воздухе и в водной иммерсии. В качестве ошибки указаностандартное отклонение. Достоверность отличий величин, измеренных на воздухеи в иммерсии p<0,05 для всех частот.17На рис. 10 и рис.
11 представлены зависимости действительной и мнимой частейимпеданса, измеренных на воздухе и в водной иммерсии от частоты. Из графиковвидно, что действительная часть импеданса в водной иммерсии больше, чем навоздухе, в то время как мнимая часть импеданса при погружении в воду достовернопадает.По найденным величинамимпеданса были вычисленыследующиепараметры осцилляторной механики дыхания: сопротивление R, инерционность I,упругость (эластанс) E и растяжимость C=1/E.Табл. 1. Средние по группе значения сопротивления (R), инерционности (I),растяжимости (C) дыхательного тракта, модуля импеданса (|Z|) дыхательноготракта и функциональной остаточной емкости легких (ФОЕ) на воздухе и вводной иммерсии.параметрВоздухИммерсияp(Уилкоксон)изменение,%R, гПа/л/с1,80 ± 0,372,97 ± 0,670,001+64,6C, л/гПа0,074 ± 0,0710,05 ± 0,0760,007-32,4I, гПа/л/с20,0049 ± 0,00260,0033 ± 0,00160,017-32,6|Z|, гПа/л/сФОЕ, л2,12 ± 0,513,65 ± 0,932,44 ± 0,550,0170,00271,4-30,13,48 ± 0,60В табл.
1 представлены средние по группе значения и стандартноеотклонение сопротивления, инерционности, растяжимости, функциональнойостаточной емкости легких на воздухе и в водной иммерсии. В колонке «p(Уилкоксон)» указана вероятность p того, что средние величины измененийотносятся к одной и той же генеральной совокупности по непараметрическомукритерию Уилкоксона.В ходе экспериментальных исследований обнаружено, что при дыхании вводной иммерсии сопротивление дыхательного тракта человека увеличивается на64 %, а инерционность и растяжимость дыхательного тракта уменьшаются на 32%.Стоит отметить, что резервный объем выдоха (РОвыд) достоверно уменьшился на47 %, в то время как остаточный объем легких (ООЛ) остался прежним.
Величина18функциональной остаточной емкости (ФОЕ), равная сумме РОвыд и ООЛ, вводной иммерсии уменьшилась примерно на 1 л. По-видимому, основнойпричиной уменьшения ФОЕ является увеличение давления внешней среды набрюшную стенку. Можно предположить также, что из-за перераспределениякровотокавводнойиммерсииувеличиваетсякровенаполнениелегких,увеличивается объем жидкости в грудной клетке, в результате чего уменьшаютсялегочные объемы. Это и приводит к увеличению сопротивления (рис. 10) иуменьшению растяжимости легких (табл.
1).Для выяснения физиологических механизмов действия водной иммерсии насистему дыхания человека на основе ранее указанных гидродинамическихзависимостей мы оценивали влияние изменения размеров дыхательных путей насопротивление дыхательного тракта.Оценку сопротивления центральных дыхательных путей проводили поформуле (1). В соответствии с данными [Hoppin F.G., Hughes J.M.B., Mead J., 1977]мы предположили, что при изменении объема легких длины и диаметрывоздухоносных путей пропорциональны суммарному объему воздуха и тканилегких в степени 1/3. Таким образом, можно вычислить относительное изменениесопротивления, исходя из измеренного изменения объема легких, и сравнить сотносительным изменением сопротивления, полученным в эксперименте.Расчеты показали, что относительное изменение сопротивления, полученноев эксперименте, хорошо согласуется с вычисленным теоретически.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
