Моделирование газового потока на выдохе. Ускорение воздушного потока в легких

Для создания общей математической модели процесса ограничения газового потока в воздухоносных путях были выдвинуты более современные теоретические предпосылки, а именно зависимость скорости потока от волны давления (скорость — волна). В одной из работ, не относящейся к механике легких, высказывалось предположение, что ограничение потока в эластичных трубах возникает при скорости, когда в подвижной среде распространяются волны давления.

Скорость распространения этих волн равна (f/р)1/2 (где f — модуль эластичности поперечного сечения трубы, р —плотность подвижной среды внутри трубы). Dawson, Elliott (1977) предложили сходную обобщенную теоретическую модель процесса ограничения экспираторного потока и получили подтверждение своей гипотезе при исследовании трахеи собаки во время бега, а также при изучении процесса в искусственных воздухоносных путях.

С позиций механизмов критического респираторного потока понятие «точка удушья» (choke point) более приемлемо, чем ТРД. Концепция получила подтверждение в результате обследования молодых людей при высоких легочных объемах и в опытах на собаках, находящихся под наркозом [Chryssostomos, Mead, 1977] и проверена Mead (1980b). В прогностическом уравнении величина р, по-видимому, должна быть в 2 раза меньше. Такое предположение представляет интерес для физиологов, занимающихся вопросами гипербарии.

Форсирование ЖЕЛ, безусловно, способствует достижению максимального потока выдыхаемого газа, что конечно, влияет на МПВ даже у здоровых лиц. Эти величины снижены у страдающих эмфиземой, вызванной снижением эластичности легких и увеличением сопротивления сегмента, расположенного выше по ходу дыхательных путей. Закупорку более мелких путей можно ожидать при больших легочных объемах в случаях нарушения эластичности легких. (Влияние плотности газа на закрытые объемы в легких и их возможная роль при подводных погружениях еще не изучены.)

Ограничение Vемакс величиной максимального потока на выдохе, вероятно, является одним из факторов, имевших место в исследованиях при нормальном атмосферном давлении, проведенных в 1970 г. Craig и сотрудниками. У водолазов, находящихся на глубине, воспроизводили состояние дыхания, сходное с таковым у страдающих эмфиземой, путем увеличения сопротивления в сегменте легкого, расположенном выше по ходу дыхательного тракта. Плотность газа имеет важное значение не только для турбулентного потока, но и для конвективного ускорения, которое должно возникать в потоке, в случаях, когда общее поперечное сечение воздухоносных путей уменьшается по направлению этого потока.

Mead и сотрудники пришли к выводу, что при больших леточных объемах и высоких скоростях потока газа конвективное ускорение почти полностью определяет величину Р в сегменте, расположенном выше по ходу дыхательного тракта. Wood, Bryan в 1969 г. исследовали максимальный поток во время выдоха при шести различных легочных объемах и абсолютном давлении 1—10 кгс/см2. Они обнаружили, что при легочных объемах, превышающих 25% от ЖЕЛ, максимальный поток был пропорционален выражению: (плотность газа).

Эта зависимость одинакова для всех практических условий, как «обратное значение корня квадратного для величины плотности газа», и будет рассмотрена при анализе характера МВП во время нахождения водолаза на глубине. Данная зависимость также хорошо согласуется с конвективным ускорением (и/или другим «неламинарным» фактором потока) как с основным источником сопротивления в верхнем по ходу респираторного тракта сегменте, а также с теорией ограничения потока скорость— волна. Тот факт, что рассчитанные при этом числа Рейнольдса невелики, свидетельствует о другом режиме потока газа в дыхательном путях, а не турбулентном. Большую роль в решении этой проблемы сыграли исследования, проведенные Albano, Vail в 1970—1973 гг.

Источник: http://meduniver.com