Биомеханика вибраций в грудной клетке человека Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Ульяновский медико-биологический журнал. № 4, 2016. Приложение

31

БИОМЕХАНИКА ВИБРАЦИИ В ГРУДНОИ КЛЕТКЕ ЧЕЛОВЕКА*

А.И. Дьяченко1, 2

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, г. Москва, Россия; 2ГНЦ РФ - Институт медико-биологических проблем РАН, г. Москва, Россия

В грудной клетке человека происходят два типа вибраций: 1) собственные или спонтанные, связанные с дыханием самого человека и 2) вынужденные, вызванные внешними вибрационными воздействиями. К вибрациям в системе дыхания, понимаемым в широком смысле, можно отнести все механические колебания, в том числе и собственное дыхание, при котором происходят механические колебания всех органов грудной клетки с частотой дыхания.

К собственным вибрациям относят колебания газа и ткани в легких, связанные с движением газа в дыхательных путях, дыхательными шумами и специальными дыхательными маневрами. Движение газа в дыхательных путях сопровождается образованием вихрей и, в определенных условиях, турбулентностью. Рассматривается вопрос о переходе между ламинарными и турбулентными течениями, ролью внешних вибраций в таких переходах.

Дыхательные шумы, это наиболее известный пример спонтанных вибраций. Рассматриваются виды дыхательных шумов и их использование для диагностики, спектры и механизмы генерации дыхательных шумов. Основными механизмами являются вихри в областях сужений/расширений и бифуркаций дыхательных путей, турбулентность и флаттер, т.е. неустойчивость, возникающая при взаимодействии потока газа с податливой оболочкой.

Такие дыхательные маневры, как форсированный выдох и кашель, могут вызывать специфические вибрации в дыхательных путях. Использование дыхательных тренажеров или дыхательных клапанов иногда сопровождается вибрациями. Собственное дыхание человека через специальные клапаны может существенно изменить характер дыхательных колебаний внутригрудного давления, что повлияет на системное и церебральное кровообращение.

Вынужденные вибрации, вызванные внешними механическими воздействиями, используются в диагностических и терапевтических целях. Рассматривается биомеханика некоторых внешних вибраций, используемых в диагностических целях. Наиболее широко используются импульсная осциллометрия и другие варианты метода форсированных осцил-ляций, а также перкуссия. Обсуждаются проблемы распространения колебаний по поверхности и в глубоких тканях грудной клетки.

В терапевтических целях создаются более мощные колебания грудной клетки, чем колебания, используемые в диагностических целях. Рассматривается биомеханика терапевтических вибраций, перкуссии, других видов физиотерапии, используемых для усиления вывода мокроты. Приводятся данные Кохрановских систематических обзоров эффективности вибрационной физиотерапии. Рассматриваются экспериментальные данные и теоретические оценки прохождения вибраций в легкие.

* Работа поддержана грантами РФФИ 15-01-06246 и программы IV. 7.1. РАН.