Модель мукоцилиарной очистки легких


https://doi.org/10.18093/0869-0189-2016-26-2-222-230

Полный текст:


Аннотация

При современном уровне понимания процессов очистки воздуха в легких актуальна задача перехода от качественного, словесного описания к построению количественных математических моделей, при помощи которых должны быть описаны как процессы осаждения пыли на стенках бронхов, так и очистка бронхов от осевших частиц. Осаждение частиц наиболее эффективно за счет инерционных эффектов при движении по криволинейным траекториям в самозакрученных вихревых потоках воздуха. Этот механизм, отличающийся тем, что осаждение происходит за несколько циклов вдох–выдох, эффективен для частиц диаметром > 1–2 мкм. Целью конструирования модели очистки легких является проверка соответствия действующих санитарно-гигиенических нормативов современным представлениям о возможностях мукоцилиарной системы. Для этого известная морфометрическая модель трахеобронхиального дерева дополнена математической формулировкой задачи о пространственно-временных распределениях потоков секрета в нем. По результатам анализа максимальных возможностей мукоцилиарной эскалации оцениваются допустимые значения массовой концентрации пыли в воздухе рабочей зоны, близкие к действующим санитарно-гигиеническим нормативам. Продемонстрирована важность учета временных характеристик мукоцилиарной эскалации пыли, осевшей в легких. Установлено существование режима накопления частиц в легких, обусловленного недостатком времени очистки при периодическом пылевом воздействии. Защита временем при таком воздействии должна реализовываться не за счет уменьшения времени рабочей смены, а за счет увеличения интервалов между сменами. Для полноценной очистки легких после вдыхания пылевых частиц диаметром < 4 мкм необходимо несколько суток. Именно таким должен быть интервал между рабочими сменами.


Об авторе

Г. В. Федорович
ООО «НТМ-Защита»: 115201, Москва, Каширское шоссе, 22, корп. 4, стр. 7
Россия

д. ф.-м. н., научный сотрудник ООО "НТМ-Защита", тел.:(495) 500-03-00;



Список литературы

1. Кобылянский В.И. Мукоцилиарная система. Фундаментальные и прикладные аспекты. М.: Бином; 2008.

2. Федоров С.Ю., Никаноров Б., Хадарцев А. и др. К математическому и физическому моделированию процесса ингаляции в системе ингалятор-респираторный тракт. Пульмонология. 1995; 3: 20–27.

3. Федорович Г.В. Роль инерционного механизма в процессе очистки воздуха в легких от аэрозольных частиц. Пульмонология. 2013; 2: 114–118.

4. Авдеев С.Н. Устройство доставки ингаляционных препаратов, используемые при терапии заболеваний дыхательных путей. Русский медицинский журнал: Пульмонология. Аллергология. 2002; 10 (5): 255–261.

5. Weibel E.R. Morphometry of the human lung. New-York: Academic Press; 1963.

6. Hofmann W., Mainelis G., Mohamed A. et al. Modeling approaches in current lung dosimetry models. Environ. Intern. 1996; 22 (Suppl. 1): S965–S976.

7. Morphometry H.K of airways. Handbook of physiology. Am. Physiol. Soc.; 1986. Chap. 7.

8. Gemci T., Ponyavin V., Chen Y. et al. Computational model of airflow in upper 17 generations of human respiratory tract. Biomechanics. 2008: 41: 2047–2054.

9. Kitaoka H., Takaki R., Suki B. A three-dimensional model of the human airway tree. J. Appl. Physiol. 1999; 87: 2207–2217.

10. Tgavalekos N., Venegas J.G., Suki B. et.al. Relation between structure, function, and imaging in a three-dimensional model of the lung. Ann. Biomed. Engineer. 2003; 31: 363–373.

11. Hofmann W., Sturm R., Asgharian B. Stochastic simulation of particle clearance in human bronchial airways, J. Aerosol Sci. 2001; 32 (Suppl.): S807–S808.

12. Sturm R., Hofmann W., Scheuch G. et .al. Particle clearance in human bronchial airways: Comparison of stochastic model predictions with experimental data. Ann. Occup. Hyg. 2002; 46 (Suppl.): S329–S333.

13. Lippmann M., Yeates D.B., Albert R.E. Deposition, retention, and clearance of inhaled particles. Br. J. Industr. Med. 1980; 37: 337–362.

14. Foster W.M., Langenback E.G., Bergofsky E.H. Lung mucociliary function in man. Ann. Occup. Hyg. 1982; 26: 227–244.

15. Yeates D.B., Gerrity T.R., Garrard C.S. Characteristics of tracheobronchial deposition and clearance in man. Ann. Occup. Hyg. 1982; 26: 245–257.

16. Yeates D.B., Pitt B.R., Spector D.M. et al. Coordination of mucociliary transport in human trachea and intrapulmonary airways. J. Appl. Physiol. Respir. Environ. Exercise Physiol. 1981; 51, 1057–1064.

17. Sturm R., Hofmann W., Scheuch G. et al. Particle Clearance in human bronchial airways: Comparison of stochastic model predictions with experimental data. Ann. Occup. Hyg. 2002; 46 (Suppl. 1): 329–333.

18. Lee P.S., Gerrity T.R., Hass F.J. et al. A model for tracheobronchial clearance of inhaled particles in man and a comparison with data. IEEE Trans. Biomed. Eng.1979; 26: 624–630.

19. Бреслав И.С., Исаев Г.Г., ред. Физиология дыхания. СПб: Наука; 1994.

20. Руководство по гигиенической оценке факторов рабочей среды и трудового процесса. Критерии и классификация условий труда. Р 2.2.2006-05. М.: Минздрав России; 2005.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Федорович Г.В. Модель мукоцилиарной очистки легких.  Пульмонология. 2016;26(2):222-230. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2016-26-2-222-230

For citation: Fedorovich G.V. Model of mucociliary clearance of the lung. Russian Pulmonology. 2016;26(2):222-230. (In Russ.) https://doi.org/10.18093/0869-0189-2016-26-2-222-230

Просмотров: 211

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


ISSN 0869-0189 (Print)
ISSN 2541-9617 (Online)