Сопротивление воздухоносных путей. Расчет сопротивления воздухоносных путей

«Сопротивление воздухоносных путей» представляет собой- зависимость, сходную с электрическим сопротивлением, и может быть выражено как: R=P/V, где Р —снижение давления между двумя точками, расположенными по ходу воздухоносного дыхательного пути- V —поток, газа, выраженный как его объем в единицу времени- R — сопротивление, выраженное как отношение падения давления на единицу потока.

Обычно считают, что электрическое сопротивление имеет постоянную величину. Сопротивление воздухоносных путей редко бывает постоянным. Оно возрастает по мере увеличения дыхательного потока за исключением случаев, когда скорости потока и плотность газа очень небольшие. Отчасти поэтому термин «сопротивление» используют произвольно, однако, концентрируя внимание на реальных величинах АР при данном потоке.

При рассмотрении дыхательного тракта человека в целом Р представляет собой разность между давлением в альвеолах (РА) и давлением в ротовой полости (Ррот.пол. обычно равно нулю до начала применения дыхательного аппарата).

В классическом исследовании, проведенном Rohrer в 1915 г., было сделано предположение, что общее значение АР в дыхательном тракте человека может быть рассмотрено как сумма двух компонентов: Р=К1V+К2V.

Эта формула значительно упрощает проблему. Kesic и Jaffrin в 1974 г. рассматривали данную зависимость как эмпирическую попытку описать переходное состояние между режимом при малом потоке и постоянном сопротивлении и случаем возрастания сопротивления одновременно с потоком. Они не (Определили значимости коэффициентов, предложенных Rohrer, с позиций механики подвижных сред. Тем не менее уравнение (21) остается наиболее пригодным для предварительного обсуждения данной проблемы и ориентировочного прогнозирования, чем некоторые другие более адекватные математические модели.

Уравнение (21) свидетельствует, что на практике дыхательная система состоит как бы из двух последовательно соединенных частей. В одной из них сопротивление постоянно, а АР пропорционально V. В другой сопротивление увеличивается с ростом потока, а Р более или менее пропорционально V2. Очень часто допускали, что KiV является фактором, отражающим ламинарный поток, в соответствии с зависимостью Хагена — Пуазейля, в то время как K2V2 характеризует турбулентный поток.

Наличие последнего в дыхательных путях следует ожидать при числе Рейнольдса выше 2000: Число Реинольдса=гкорость-диаметр (плотность/вязкость), где скорость — средняя линейная скорость газа в воздухоносных путях, см/с- диаметр обозначается в сантиметрах, плотность газа в граммах на 1 см3, а вязкость в пуазейлях.

В воздухоносных путях данного диаметра линейная скорость пропорциональна потоку (V). Следовательно, число Рейнольдса будет пропорционально как V, так и плотности газа.

Полагают, что турбулентный поток при обычном дыхании имеет место в трахее. Его возникновение гораздо вероятнее в крупных дыхательных путях, чем в мелких. В небольших воздухоносных путях число Рейнольдса меньше не только вследствие меньшего их диаметра, но и в результате снижения скорости газа, поскольку на уровне этих путей общая площадь сечения, респираторного тракта больше.

Р может быть почти пропорциональным V2, даже когда поток по характеру движения незначительно турбулентен. Примерами этого служат падение давления при конвективном ускорении, характер потока приизменении в поперечном сечении, воздухоносных путей или при изменении направления движения.

Постоянные K1 и К2 должны учитывать следующие характеристики воздухоносных путей: длину, диаметр, число параллельных соединений (проходов), шероховатость стенки и т. д. Необходимыми характеристиками газа служат вязкость (в K1 если поток чисто ламинарный) и плотность (в К2 если поток, турбулентен или имеет другие «неламинарные» формы). Еще один очевидный фактор заключается в самой пропорции системы, которой подчинены K1 и К2 соответственно. По мере увеличения потока или плотности газа и превышения определенных, пределов этих величин пропорции между K1 и К2 должны изменяться, в результате чего значения, предложенные Rohrer, не могут быть абсолютно постоянными. Этим возможно и объясняется недостаточная прогностическая ценность уравнения, так как рассматриваемые переменные претерпевают значительные изменения.

Уравнение удобно в качестве справочного критерия для анализа работы, затрачиваемой на дыхание, при нахождении человека на глубине. Например, Maio, Farhi в 1967 г. установили, что изменения в плотности газа влияют на ДР даже при низких величинах потока, что свидетельствует о не строгой ла минарности потока при данных скоростях. В то же время рассчитанные для различных частей системы дыхательных путей числа Рейнольдса были настолько небольшими, что поток не мог быть выражение турбулентным. В последующих исследованиях, проведенных Wood, Bryan в 1969 г., подчеркивалась важность конвективного ускорения и других режимов потока газа, при которых Р пропорционально V2 и плотности.

Источник: http://meduniver.com