Математические модели механики легких с распределенными параметрами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.08, доктор технических наук Дьяченко, Александр Иванович

• Дьяченко, Александр Иванович
• доктор технических наук
• 2003

Оглавление диссертации доктор технических наук Дьяченко, Александр Иванович

Глава 1. Механика легких (обзор литературы).

1.1. Пространственная неоднородность легких.

1.2. Основные физиологические данные о неоднородности легких.

1.3. Модели механики дыхания.

1.4. Метод вынужденных колебаний.

1.5. Движение газа в воздухоносных путях.

1.6. Акустика системы дыхания.

1.7. Пределы применения моделей с сосредоточенными параметрами для решения задач осцилляторной механики дыхания.

1.8. Реакция легких на скачок давления и их взрывное повреждение.

Глава 2. Разработка математических моделей механики легких.

2.1. Модель динамики легочной паренхимы, рассматриваемой как многофазная сплошная среда.

2.2. Звуковые волны и импеданс в податливой трубке.

2.3. Импеданс дерева воздухоносных путей.

2.4. Уравнения распространения возмущений в легочной паренхиме.

2.5. Статическая модель механики легочной паренхимы, рассматриваемой как жидкостно-подобная сплошная среда.

Глава 3. Исследование распространения звука в легких.

3.1. Основные уравнения модели распространения звука в легочной паренхиме.

3.2. Взаимодействие паренхимы, бронхов и грудной клетки (краевые эффекты).

3.3. Модель распространения звука в трахеобронхиальном дереве человека.

3.4. Модель распространения звука от трахеи до грудной клетки.

3.5. Влияние аксиальной компоненты и сходящейся волны на акустическое поле в паренхиме и на грудной клетке.

3.6. Экспериментальное исследование распространения звука от трахеи до поверхности грудной клетки.

Глава 4. Исследования механики дыхания методом вынужденных колебаний.

4. Разработка прибора для исследования механики дыхания методом вынужденных колебаний.

4.1. Основные особенности прибора.

4.2. Метод измерений импеданса.

4.3. Режимы измерений и вычислений.

4.4. Формулы для вычисления параметров механики дыхания.

4.5. Анализ точности определения дыхательного импеданса.

5. Экспериментальные исследования гравитационных воздействий на механику дыхания человека с применением метода вынужденных колебаний.

5.1. Задачи экспериментальных исследований.

5.2. Методика.

5.3. Влияние положения тела человека на дыхательный импеданс.

5.4. Влияние водной иммерсии на осцилляторную механику дыхания.

5.5. Индивидуальный разброс параметров и необходимое количество измерений.

6. Теоретический анализ влияния размеров и механических свойств воздухоносных путей человека, а также положения тела на дыхательный импеданс.

6.1. Физиологическое обоснование теоретического анализа.

6.2. Оценка перепада давления на верхних дыхательных путях.

6.3. Результаты исследования импеданса дыхательного тракта.

6.4. Обсуждение и сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математические модели механики легких с распределенными параметрами»

Представление о легких, как о неоднородном объекте пришло на смену взгляду на легкие, как на упругий мешок, находящийся в емкости с изменяющимся отрицательным давлением. Пространственная протяженность приводит к различию функционирования участков легких и влияет на интегральные показатели их деятельности. Поэтому в последние 30-40 лет значительные усилия специалистов в области физиологии и биомеханики дыхания были направлены на выяснение характера и причин неоднородности легких [А.П. Зильбер, 1971; J. West, 1962-1977; Д.П. Дворецкий, 1977-2001; Г.А. Любимов, 1979-2000 и др.]. Было установлено, что у здорового человека земная гравитация вызывает значительную неоднородность функционирования легких, проявляющуюся в регионарных различиях и изменении общих характеристик вентиляции, кровотока и газообмена. Однако биомеханика неоднородности остается во многом неизвестной, что препятствует прогнозированию (оценке) ее физиологических последствий. На основе исследования математической модели в диссертации выявлены механизмы некоторых физиологических проявлений неоднородности легких.

Гетерогенность и протяженность легких имеет большое значение не только для физиологии дыхания, но также для процессов возникновения и прохождения звука в легких. Понимание этих процессов откроет перспективу разработки акустических методов диагностики легочных заболеваний [Вовк И.В. и соавт., 1994-2002; Коренбаум Л.И. и соавт., 19952003; \Vodicka а1., 1989-2003]. Для прояснения механизмов этих процессов в диссертации впервые поставлена и исследована проблема влияния особенностей структуры легких на их акустические свойства.

В настоящее время при математическом описании механики легких используют два типа моделей: компартментальные и континуальные модели. Компартментальный подход к биомеханике дыхания лучше разработан теоретически и его применяют в экспериментальных и диагностических целях. Совершенствование методов определения характеристик легких и диагностики на основе корректного использования таких моделей остается актуальной проблемой. В диссертационной работе компартментальный подход выбран как основа разработки прибора и экспериментальных исследований реакции легких на гравитационные воздействия.

Континуальный подход в механике легких разработан хуже, чем компартментальный. С позиций континуального подхода получены решения лишь ряда задач о статических деформациях легких (см. обзоры в [17, 20]), проведены исследования динамики движения газов в воздухоносных путях [Т. Рес11еу, 1978; I. РгесИэе^, 1978-1980, И.В. Вовк, 1999-2001], распространения дыхательных шумов из трахеи [И.В. Вовк, 1994-1995].

Однако до сих пор не разработана континуальная модель динамики легочной паренхимы и не определена взаимосвязь механики легких с легочным кровообращением. Отсутствует теория акустических свойств легких. Недостаточно исследовано действие гравитации на регионарные функции легких и в частности, на механику дыхания и легочное кровообращения. Все эти проблемы неразрешимы в рамках компартментальных моделей биомеханики дыхания. Поэтому разработка и исследование континуальных моделей является одним из актуальных направлений механики легких. Как и в моделях других биологических сплошных сред [С.А. Регирер, 1980], важно учитывать, что легкие являются гетерогенной многофазной средой. В диссертационной работе для построения такой модели легких выбран математический аппарат механики гетерогенных сред [Р.И. Нигматулин, 1978]. В литературе уже были предложены упрощенные модели акустики легких, в которых учитывали наличие двух фаз - газа и ткани (см. гл. 1). Но только в работах [Дьяченко А.И., Любимов Г.А., 1986-1988] уравнения акустики были основаны на разработанном более реалистичном представлении о легочной паренхиме как о четырехфазной сплошной среде, учитывающем обмен массой и импульсом с окружающей средой (рис. 1).

Рис. 1. Легочная паренхима, рассматриваемая как многофазная сплошная среда. Обоснование этого представления о легочной паренхиме и вывод уравнений представлены в разделе 2.1. диссертации.

Другим важным направлением современной механики дыхания является акустика (осдилляторная механика) легких. Уже существуют несколько методов экспериментального исследования механики дыхания и диагностики легочных заболеваний, в которых регистрируют механические колебания в дыхательном тракте. В методе вынужденных колебаний используются искусственно созданные колебания с частотой порядка 10 Гц, а при аускультации легких выслушиваются дыхательные шумы с частотами порядка 100-1000 Гц. Разрабатываются и другие акустические методы. Развитие и практическое использование акустических методов исследования легких в значительной степени сдерживаются отсутствием их теории. Теория, связывающая измеряемые величины и более привычные для физиолога и врача характеристики дыхательного тракта, явится важным вкладом в систему трактовки результатов измерений. Создание теоретических основ акустики легких в виде моделей, построенных с учетом распределенности легких и описывающих колебательные процессы в дыхательном тракте на частотах от долей Герц до тысяч Герц, выбрано в диссертации как основное направление работы.

Целью данной работы является создание математических моделей механики легких для анализа динамических процессов в системе дыхания с учетом пространственной распределенности легких и проведение на их основе теоретических и экспериментальных исследований колебательных процессов, в том числе при различных гравитационных воздействиях.

Основные задачи работы: 1) Обосновать применение и разработать два типа континуальных моделей для решения различных задач о поведении пространственных структур, составляющих легкие: а) континуальные модели легочной паренхимы; б) модели движения газа в воздухоносных путях.

2) Исследовать акустические свойства легких на основе построенных моделей.

3) Провести экспериментальные исследования гравитационных воздействий на механику дыхания человека с помощью разработанной модификации метода вынужденных колебаний.

4) Провести анализ результатов измерений на основе разработанных моделей механики легких.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Разработаны математические модели механики легких, рассмотренных как система с распределенными параметрами. Разработаны представления о легочной ткани как о гетерогенной вентилируемой и перфузируемой сплошной среде с характерным объемом осреднения 1 см. На их основе проведен анализ локальных различий механических процессов в легких человека.

2. Показано, что построенная теория распространения звука в легких объясняет экспериментальные данные и доказывает, что: 1) Дисперсия и затухание звука в легочной паренхиме вызваны ее вязкостью и движением газа в дыхательных путях; 2) Основным путем распространения звука от рта до грудной клетки на частотах 100-600 Гц является путь через боковую поверхность трахеи и главных бронхов и, далее, через паренхиму. На частотах ниже 30 Гц основным является путь вдоль дерева дыхательных путей.

3. Экспериментально исследованы осцилляторные параметры системы дыхания человека в условиях моделированной невесомости с помощью разработанного прибора. Показано, что при переходе из положения сидя в положение лежа происходит увеличение действительной части импеданса этой системы, а также ее осцилляторного сопротивления, упругости и инерционности. Это воздействие приводит к увеличению сопротивления и действительной части импеданса, а также к уменьшению растяжимости и мнимой части импеданса верхних воздухоносных путей.

4. На основе сопоставления экспериментальных данных и модельных расчетов доказано, что постуральные изменения дыхательного импеданса могут быть вызваны: 1) уменьшением длины и диаметра воздухоносных путей, вызванных снижением объема легких; 2) дополнительным сужением воздухоносных путей из-за фильтрации жидкости в перибронхиальное пространство; 3) сужением гортани; 4) изменением механических свойств тканей легких и грудной клетки из-за перемещения жидких сред в грудную клетку.

Научная новизна. Впервые на основе механики гетерогенных сред создана теория динамики легочной паренхимы, рассматриваемой как сплошная многофазная среда. Впервые предложена теория колебательных процессов в легких, учитывающая их пространственную распределенность, движение газа в дыхательных путях и свойства легочной паренхимы. На основе этой теории изучено прохождение звука в легких. Установлены постуральные изменения механики верхних воздухоносных путей. На основе модели осцилляторной механики пространственно распределенных легких изучены и объяснены постуральные изменения механического импеданса легких.

В результате проведенных исследований создано и разработано научное направление - анализ механических и акустических процессов в легких, рассматриваемых как гетерогенная среда с распределенными параметрами.

Практическая ценность работы

1. Разработанные математические модели механики легких использованы для анализа методов диагностики и результатов экспериментальных исследований и функциональных проб в работах, проводимых в Институте медико-биологических проблем РАН и Институте общей физики РАН.

Применение математических моделей особенно важно для оценки и прогнозирования результатов воздействий, когда возможности экспериментальных исследований ограничены: исследований с участием человека, воздействий измененной газовой среды обитания, перегрузок и невесомости, взрывной волны и т.д.

2. Созданные модели применяются и могут применяться как инструмент при разработке методов и приборов неинвазивной диагностики нарушений механики дыхания. В частности - методов акустических исследований легких и метода вынужденных колебаний.

3. Создан прибор, основанный на методе вынужденных колебаний и определении параметров осцилляторной механики дыхания. Прибор пригоден для измерения параметров осцилляторной механики дыхания в условиях космического полета. Исследования динамики параметров осцилляторной механики дыхания в начальный период пребывания человека в условиях моделированной невесомости прояснили характер адаптационных процессов в кардиореспираторной системе. Разработанный прибор, можно использовать для диагностики заболеваний легких и контроля состояния кардиореспираторной системы в экстремальных условиях. Результаты, полученные при создании этого прибора, используются в работе по проекту Международного научно-технического центра №0702 «Прибор для ранней диагностики легочной функции методом вынужденных колебаний»

4. Начиная с 1992 г. результаты используются в курсе лекций "Физические процессы в органах и тканях", разработанном и читаемом автором диссертации на кафедре физики живых систем Московского Физико-Технического Института (Университета). Программа курса лекций утверждена на заседании кафедры 03.02.1997 г. Результаты работы можно также использовать при подготовке специалистов в области биомеханики и биоакустики.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на научных семинарах в ИОФ РАН, ИМБП РАН, Московских семинарах по физиологии дыхания (1991, 1994, 1996), Рабочих совещаниях по биомеханике в Институте Механики МГУ (Москва, 1984, 1992, 1994, 1996, 2002) и Институте Физиологии РАН (С.-Петербург, 1985, 1993, 1997), 6-м Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (Ташкент, 1986), Рабочем совещании "Биомеханика мягких тканей" (Пущино, 1988), 9-й и 10-й Всесоюзной конференциях по космической биологии и авиакосмической медицине (Калуга, 1990, Москва, 1994), Первом Всемирном Конгрессе по Биомеханике (Сан-Диего, США, 1990), 41-м Конгрессе Международной Астронавтической Федерации (Дрезден, ГДР, 1990), Республиканской научно-технической конференции "Новые возможности современного медицинского приборостроения" (Киев, 1991), Восьмом Международном Конгрессе по Биореологии (Иокогама, Япония, 1992), 14-м Конгрессе Международного Общества Биомеханики (Париж, Франция, 1993), 6-й и 7-й Школах по экспериментальной и клинической физиологии дыхания (Бологое, 1994, 1998), Симпозиуме "Динамика биологических жидкостей" (Лидс, Великобритания, 1994), 2-м Всемирном Конгрессе по Биомеханике (Амстердам, Нидерланды, 1994), Конгрессе по медицинской физике (Ницца, Франция, 1997), Всесоюзных и Всероссийских Конференциях по проблемам биомеханики (1979, 1983, 1996, 1998, 2002).

По результатам диссертационной работы опубликовано 46 работ.

Заключение диссертации по теме «Биомеханика», Дьяченко, Александр Иванович

ВЫВОДЫ

1. Разработаны математические модели механики легких, рассмотренных как система с распределенными параметрами. Разработаны представления о легочной ткани как о гетерогенной вентилируемой и перфузируемой сплошной среде с характерным объемом осреднения 1 см3. На их основе проведен анализ локальных различий механических процессов в легких человека.

2. Разработаны модели колебательных процессов в легких в диапазоне частот от долей Гц до 600 Гц. Построена теория распространения звука в легочной паренхиме, которая объясняет экспериментальные данные: увеличение скорости при увеличении частоты звука; увеличение скорости высокочастотных волн и уменьшение затухания низкочастотных волн при растяжении легких. Движение газа в мелких дыхательных путях вызывает дисперсию звука в легочной паренхиме. Затухание звука обусловлено вязкостью паренхимы.

3. На основе разработанной математической модели распространения звука в легких сопоставлены два основных пути распространения звука от трахеи до грудной клетки: 1) вдоль дерева дыхательных путей; 2) через боковую поверхность дыхательных путей и паренхиму.

Показано, что на низких частотах (примерно до 30 Гц) основная часть звуковой энергии доходит до грудной клетки по дыхательным путям. На частотах 100-600 Гц наибольший вклад в ускорение грудной клетки вносит звуковая волна, излучаемая трахеей и главными бронхами и приходящая к грудной клетке по паренхиме. На более высоких частотах звуковая волна, излучаемая стенками крупных дыхательных путей, сильно затухает в паренхиме, а сами стенки становятся более "жесткими", поэтому звук распространяется в основном вдоль воздухоносных путей.

4. Экспериментальное исследование осцилляторных параметров системы дыхания человека в условиях моделированной невесомости с помощью разработанного прибора показало, что при переходе из положения сидя в положение лежа происходит увеличение действительной части импеданса этой системы, а также ее осцилляторного сопротивления, упругости и инерционности. Было установлено, что это воздействие приводит к увеличению сопротивления и действительной части импеданса, а также к уменьшению растяжимости и мнимой части импеданса верхних воздухоносных путей.

5. Предложенная модель механики дыхания показала, что дыхательный импеданс, а также осцилляторные сопротивление, инерционность и упругость зависят от объема легких, диаметра и механических свойств стенок дыхательных путей и от свойств тканей легких и грудной клетки.

6. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных показало, что увеличение осцилляторных параметров системы дыхания в положении лежа может быть вызвано:

- увеличение сопротивления: уменьшением длины и диаметра воздухоносных путей, вызванным снижением объема легких; дополнительным сужением воздухоносных путей из-за фильтрации жидкости в перибронхиальное пространство; увеличением инерционности тканей легких и грудной клетки из-за перемещения жидких сред в грудную клетку; сужением гортани; увеличение инерционности: дополнительным сужением воздухоносных путей; сужением гортани; увеличением массы легких и грудной клетки;

- увеличение упругости: увеличением сопротивления и упругости тканей легких и грудной клетки, что может быть вызвано увеличением кровенаполнения и фильтрацией жидкости в ткани легких и грудной клетки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Легкие млекопитающих представляют собой уникальную среду, в которой тесно соседствуют газ и тканевые структуры, различающиеся по плотности на три порядка, постоянно осуществляется вентиляция воздухом и перфузия кровью. В обзоре литературы (гл. 1) были представлены различные явления, в которых проявляется эта особенность легких: 1) неоднородность механических напряжений и деформаций, легочного кровотока и газообмена, вызванные действием гравитации (раздел 1.2.); распространение звука (раздел 1.6), реакция легких на скачок давления и взрывное повреждение (раздел 1.8.). Для анализа таких процессов применяются различные модели, в которых легкие рассматриваются как система с распределенными параметрами (разделы 1.3, 1.5 - 1.8). Кроме того, в механике дыхания применяются прямые и обратные компартментальные модели (разделы 1.3, 1.4, 1.7). Среди всех методов экспериментального исследования механики дыхания наиболее широко обратные модели применяются в методе вынужденных колебаний (МВК). В диссертации МВК использован для экспериментального исследования действия гравитации на механику дыхания и идентификации Я-1-Е-модели. Поэтому в разделе 1.4. подробно описан метод, применяемые обратные модели и известные результаты.

В диссертации основное внимание было уделено разработке и исследованию математических моделей легких, учитывающих их пространственную протяженность. Модели применены для анализа колебательных и других процессов в легких.

Основные модели обоснованы в гл. 2. Легкие, рассматриваемые как система с распределенными параметрами, включают два типа распределенных структур: легочную ткань (паренхиму) и ветвящееся дерево воздухоносных путей.

Сначала построена математическая модель динамики легочной паренхимы, рассматриваемая как многофазная сплошная среда. Оригинальное представление входов в дыхательные пути и кровеносные сосуды в виде поверхностных фаз позволило применить строгий и мощный аппарат механики гетерогенных сред. В результате получена система уравнений, описывающая пространственное распределение скоростей, механических напряжений и других характеристик динамики легочной паренхимы. Далее на основе оценок получена упрощенная система уравнений, описывающая поведение легочной паренхимы в задачах, когда можно пренебречь нагревом паренхимы и перемещением газа относительно ткани через поры Кона и коллатерали. Оценки показали, что в задачах о спокойном и форсированном дыхании, а также в задачах о распространении звука с частотами до 1000 Гц паренхима является изотермической средой.

В диссертации рассмотрены процессы, сопровождающиеся небольшими потоками газа в дыхательных путях. Это использовано в разделах 2.2 и 2.3, где получены уравнения, описывающие звуковые волны и импеданс в одиночной податливой трубке и ветвящемся дереве воздухоносных путей. С помощью упрощенной системы уравнений механики паренхимы и движения газа в дыхательных путях, в разделе 2.4 обоснованы уравнения распространения возмущений в легочной паренхиме. Естественно, что при анализе акустических процессов с частотами порядка 100 Гц и выше, используется представление о легких как о системе с распределенными параметрами. На частотах порядка 10 Гц и ниже можно использовать модели с сосредоточенными параметрами. Тем не менее, модель механики легочной паренхимы, рассматриваемой как жидкостно-подобная вентилируемая и перфузируемая сплошная среда, позволяет глубже понять некоторые особенности гравитационно-зависимого распределения вентиляции и кровотока в легких (раздел 2.5).

На основе построенных моделей в гл. 3 исследован процесс распространения звука в легких. Предложенная теория распространения звука в легочной паренхиме (раздел 3.1) учитывает эффекты: 1) сжимаемость альвеолярного газа и упругость "скелета" паренхимы, 2) вязкость паренхимы, 3) выход газа через воздухоносные пути. На основе этой теории объяснены некоторые экспериментальные данные о распространении звука в легких. Далее рассмотрена задача о распространении звука вдоль воздухоносных путей по воздуховодам, состоящим из воздуха в бронхах и податливых стенок бронхов, с учетом влияния паренхимы, окружающей бронхи. Вычисления потоков звуковой энергии показали, что в диапазоне акустических частот от 40 до 600 Гц основная часть поданной в трахею энергии уходит от стенок трахеи и главных бронхов в окружающую их паренхиму. Эти расчеты были использованы при построении следующей модели распространения звука от трахеи до грудной клетки. Анализ этой модели показал, что на частотах 100-600 Гц большая часть звука, доходящего до грудной клетки - это звук, дошедший по паренхиме. На основе модели были проведены расчеты амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) дыхательного тракта. Мы также построили экспериментальную установку для регистрации АЧХ у человека. Теоретическая АЧХ хорошо совпала с экспериментальной в диапазоне частот 80-400 Гц. На более высоких частотах, по-видимому, проявляется снижение вязкости с ростом частоты. Математическая модель распространения звука в легких, построенная в диссертации, указывает на определенные свойства дыхательного тракта, влияющие на его АЧХ. При регистрации АЧХ дыхательного тракта величины акустических сигналов обычно больше, чем при регистрации собственных дыхательных шумов. По этим причинам полагаем, что регистрация АЧХ в различных точках поверхности грудной клетки может стать основой акустического метода оценки состояния легких и, возможно, диагностики таких патологий, как отек и эмфизема легких.

В основном рассмотренные модели относятся к классу прямых моделей, т.е. предназначены для исследования механизмов того или иного процесса. Кроме прямых моделей, в диссертации использованы также обратные модели. Эти модели применяются для определения параметров систем по экспериментальным данным. Мы выбрали простые В.-1-Е-модели в качестве обратных моделей при анализе собственных экспериментальных данных о постуральных изменениях импеданса системы дыхания и верхних воздухоносных путей. Поскольку на использованных частотах до 19 Гц длина волны намного больше размера рассматриваемых структур, то определяемые параметры обратной модели содержательны. Обратные модели использованы как составная часть матобеспечения разработанного прибора для исследования механики дыхания методом вынужденных колебаний (раздел 4). Прибор позволяет быстро найти механические импедансы системы дыхания, верхних дыхательных путей, системы дыхания с коррекцией на верхние дыхательные пути на частотах 7-19 Гц, а также вычислить следующие параметры осцилляторной механики дыхания: сопротивление, растяжимость, инерционность. Определение импеданса и параметров верхних дыхательных путей является преимуществом нашего прибора, так как позволяет выявить изменение состояния этих путей и окружающих их тканей. Это важно, например, при развитии отека.

В настоящее время полученные результаты (уравнения, алгоритмы, программы, методы калибровки и т.д.) используются автором диссертации и другими в работе по проекту Международного научно-технического центра 0702 "Прибор для ранней диагностики легочной функции методом вынужденных колебаний".

В диссертационной работе разработанная модификация метода вынужденных колебаний и прибор использован для экспериментального исследования постуральных изменений импеданса системы дыхания и верхних воздухоносных путей у здоровых добровольцев (раздел 5). Обнаружено, что действительная часть импеданса системы дыхания, а также соответствующие осцилляторные сопротивления в положении лежа больше, чем в положении сидя. Осцилляторная упругость и инерционность увеличиваются в положении лежа. Найдены постуральные изменения механики верхних воздухоносных путей. Этот эффект или даже его возможность ранее нигде не отмечались. Причиной изменения свойств верхних воздухоносных путей в положении лежа могут быть увеличение кровенаполнения и фильтрация жидкости в тканях головы. В диссертационной работе использована еще одна экспериментальная модель кратковременной невесомости - водная иммерсия. Как и горизонтальное положение, водная иммерсия существенно увеличивает осцилляторное сопротивление дыханию. Результаты исследования осцилляторной механики дыхания в условиях моделированной невесомости позволяют предположить, что в реальной невесомости увеличится осцилляторное сопротивление, упругость и инерционность системы внешнего дыхания. Оценочное количество измерений, достаточных для достоверного определения изменений механики дыхания в невесомости с помощью использованного варианта прибора, составляет 6-30 для различных параметров.

Анализ механизмов найденных постуральных изменений дыхательного импеданса мы провели на основе разработанной прямой модели механики пространственно распределенных легких (раздел 6). Эта модель включает дерево протяженных ветвящихся податливых воздухоносных путей и на конце дерева сосредоточенный элемент, представляющий вязкостное сопротивление, упругость и инерционность ткани легких и грудной клетки. На модели установлено, что при пропорциональном уменьшении длины и диаметра воздухоносных путей осцилляторное сопротивление увеличивается, а инерционность и упругость снижаются. При дополнительном снижении только диаметра воздухоносных путей сопротивление дополнительно увеличивается, инерционность увеличивается, а упругость снижается по сравнению с исходными значениями. Рост упругости и вязкости стенок дыхательных путей приводит к росту дыхательного сопротивления и снижению инерционности и упругости системы дыхания. Роль механических характеристик легких и грудной клетки в формировании осцилляторных свойств системы дыхания зависит от механических свойств стенок дыхательных путей. При высокой упругости стенок дыхательных путей осцилляторная упругость пропорциональна тканевой упругости, осцилляторное сопротивление пропорционально тканевому сопротивлению. Но если упругость стенок дыхательных путей мала, то увеличение упругости легких и грудной клетки незначительно влияет на осцилляторную упругость системы дыхания, а увеличение тканевого сопротивления может уменьшить осцилляторное сопротивление всей системы дыхания. Такие нетривиальные эффекты связаны с тем, что между тканью и точкой измерения (входом в дыхательные пути) лежит протяженное дерево дыхательных путей с упругими, вязкими и инерционными стенками, инерционным и сжимаемым воздухом в дыхательных путях. Поэтому изменение какого-либо свойства на дистальном (удаленном ото рта) конце дерева может привести совсем к другому изменению на проксимальном конце (у рта).

Сопоставление расчетных данных раздела 6 и экспериментальных данных раздела 5 выявило причины увеличения осцилляторного сопротивления, инерционности, упругости в положении лежа. В приборах для диагностики легочной функции методом вынужденных колебаний аналогичное применение прямых моделей легких, рассматриваемых как система с распределенными параметрами, также может быть полезным. Сопоставление диагностических данных и данных расчетов позволит оценить, насколько разумны предположения о тонкостях патологического процесса.

Завершая Заключение к диссертации необходимо отметить, что в разрабатываемом направлении - исследовании механики легких, рассматриваемой как система с распределенными параметрами, остается много нерешенных задач. По-видимому, разработанные в диссертации модели, в частности - континуальная модель механики легочной паренхимы, будут теоретическим фундаментом дальнейших исследований.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Дьяченко, Александр Иванович, 2003 год

1. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1975. 328 с.

2. Асямолова Н.М., Баранов В.М., Волков М.Ю., Котов А.Н., Шабельников

3. B.Г. Показатели форсированного выдоха у здорового человека в условиях моделированной невесомости. // Косм.биол., 1985, N 6. - С. 34-27.

4. Баранов В.М., Дьяченко А.И. Информативность метода вынужденных колебаний в исследованиях механики дыхания. // Успехи физиологических наук, 1991. -N3. С. 25-40.

5. Басовский В.Г., Вовк И.В., Вовк О.И. Распространение звука в бронхиальном дереве человека. Часть II. Анализ численных результатов // Акустический вестник (г. Киев), 2000, т. 3, N 4, С. 11-20.

6. Виницкая P.C., Барлебен А. Методика определения сопротивления дыхания методом прерывания воздушного потока // Медицинская техника, 1990. N 1,1. C. 17-19.

7. Вовк И.В., Залуцкий К.Э., Красный Л.Г. Акустическая модель респираторного тракта человека. // Акустический журнал, 1994,- Т. 40, N 5. -С. 762-767.

8. Вовк И.В., Гринченко В.Т., Олейник В.Н. Проблемы моделирования акустических свойств грудной клетки и измерения шумов дыхания. // Акустический журнал, 1995, том 41, № 5, с.758-768.

9. Вовк И.В., Гринченко В.Т., Дахнов C.J1., Влияние физиологических особенностей дыхательных путей на характеристики шумов дыхания. // Акустический вестник (г. Киев), 1998, т. 1, N 3, С. 14-23.

10. Вовк И.В., Вовк О.И. Распространение звука в бронхиальном дереве человека. Часть I. Теория. // Акустический вестник (г. Киев), 2000, т. 3, N 2, С. 19-31.

11. Генин A.M., Дьяченко А.И. Дыхание при измененной гравитации. // Физиология дыхания: (Основы современной физиологии) // Ред. И.С. Бреслав, Г.Г. Исаев. СПб.: Наука. 1994. - С. 654-665.

12. Дворецкий Д.П., Ткаченко Б.И. Гемодинамика в легких,- М.: Медицина, 1987, 288 с.

13. Дьяченко А.И. Механика квазистационарного одномерного потока в разветвленной системе коллапсобильных сосудов // В сб. "Труды МФТИ", сер. "Общая и прикладная физика", 1979, вып. 11, с. 133-138.

14. Дьяченко А.И. Влияние механических свойств легочной паренхимы на распределение вентиляции в легких человека. Математическая модель // Биомеханика (София), 1981, т. 10, с. 30-35.

15. Дьяченко А.И. Влияние давления крови в легочной артерии на газообмен в функционально неоднородных легких // Бюллетень экспер. биол. и мед., 1981, N 5, с. 564-566.

16. Дьяченко А.И. Механические колебания легких: Математические модели. // Сб.: Механика легких, дыхания и речеобразования. Современные проблемы биомеханики. Вып. 8. М.: Наука. 1991, с. 34-52.

17. Дьяченко А.И., Шабельников В.Г., Теоретический анализ влияния состояния малого круга кровообращения на распределение вентиляционно-перфузионных отношений и газообмен в легких // Космич. биология и авиакосм, мед., 1980, N 3, с. 68-71.

18. Дьяченко А.И., Шабельников В.Г., Произвольный контроль вертикального распределения вентиляции в легких человека и биомеханика дыхания // Тез. Докл. 1 Всес. конф. по физиол. киберн. М., 1981, с. 62-63.

19. Дьяченко А.И., Шабельников В.Г., Математическая модель гравитационного распределения вентиляции и кровотока в легких человека // В кн.: Биомеханика дыхания, кровообращения и биологических тканей, Рига, "Зинатне", 1981, с. 156-163.

20. Дьяченко А.И., Шабельников В.Г. Математические модели действия гравитации на функции легких.- М.: Наука, 1985.- 280 с. (Пробл косм, биол., т. 51).

21. Дьяченко А.И., Любимов Г.А. Уравнения динамики легочной паренхимы, рассматриваемой как многофазная сплошная среда // В кн.: Механика и научно-технический прогресс. Т. 2. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1987, с. 244260.

22. Дьяченко А.И., Любимов Г.А. Биомеханика дыхания // В сб.: Биомеханика: проблемы и исследования. Рига, 1988, с. 248-257.

23. Дьяченко А.И., Любимов Г.А. Система уравнений для описания динамических задач, связанных с механикой легочной паренхимы. // Изв. АН СССР. МЖГ. 1988а. N 3, с. 21-29.

24. Дьяченко А.И., Любимов Г.А. Распространение звука в легочной паренхиме. // Изв. АН СССР. МЖГ. 19886. N 5, с. 3-15.

25. Дьяченко А.И., В.М. Баранов, Ю.Г. Дорофеев И. Кениг, Г.Накке. Влияние моделированной невесомости на осцилляторную механику дыхания. // Авиакосмическая и экологическая медицина, 1994, N 5, с. 16-20.

26. Зеливянская Л.И., Немеровский Л.И. К вопросу определения акустического импеданса дыхательного аппарата человека // Новости медицинского приборостроения. М., 1970. Т 2. С. 136-140.

27. Зильбер А.П. Регионарные функции легких. Петрозаводск, 1971. 280 с.

28. Зильбер H.A. Осцилляторная механика дыхания. В сб.: Современные проблемы клинической физиологии дыхания, Л., 1987, С. 34-44.

29. Ильин С.Г., Коломиец A.B., Парашин В.Б., Тиманин Е.М., Клочков Б.Н., Розенблюм Л.А. Биомеханика ударной травмы легких // Механика легких, дыхания и кровообращения. М.: Наука, 1991, (Современные проблемы биомеханики, вып. 8), с. 3-11.

30. Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973, 496 с.

31. Каро К., Педли Т., Шротер Р., Сид У. Механика кровообращения. М.: Мир, 1981.624 с.

32. Кузнецова В.К., Любимов Г.А. Оценка физических свойств легких человека на основе исследования сопротивления дыхательных путей // Физиология человека. 1985. Т. 11. № 1. С. 55-68.

33. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М., Физматгиз, 1953. 787 с.

34. Любимов Г.А. Модели легких человека и исследование с их помощью механики дыхания // Труды математического института им. В.А. Стеклова, 1998, т. 223, с. 196-206.

35. Любимов Г.А. Обоснование модели неоднородного легкого для описания форсированного выдоха // Изв. АН МЖГ, 1999а, N 5, с. 29-38.

36. Любимов Г.А. Механика кашля // Физиология человека, 1999, т. 25, N 6, с. 81-88.

37. Немеровский Л.И. Пульмофонография. М.: Медицина, 1981. 160 с.

38. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978, 336 с.

39. Олийнык В.Н. О механизмах формирования акустических свойств легочной паренхимы. // Акустический вестник (г. Киев), 2001, т. 4, N 3, С. 53-66.

40. Одинцов С.Г. Методические погрешности измерений локальных механических колебаний тела человека // Методы вибрационной диагностики реологических характеристик мягких материалов и биологических тканей: Сб. научн. тр. // ИПФ АН СССР. Горький, 1989, с. 18.

41. Рабинович Е.З. Гидравлика. М.: Недра, 1977, 304 с.

42. Регирер С.А. Лекции по биологической механике. М.: МГУ, 1980, 144 с.

43. Ржевкин С.Н. Курс лекций по теории звука. М., 1960.

44. Сидоренко Л. А., Корнилов A.A. Парадоксальные результаты при пульмофонографических исследованиях и их трактовка в клинике туберкулеза легких // В сборн.: Пульмофонография в диагностике бронхолегочной патологии. 1985. Депон. МРЖ, N 9, Разд. 11.

45. Скучик Е. Простые и сложные колебательные системы. М.: Мир, 1971, с.115-141

46. Тихонов М.А., Кондаков А.В., Волков М.Ю., Асямолова Н.М. Влияние 7-суточной иммерсии на объем закрытия легких // Косм, биология и авиакосм. * медицина, 1983, N 1, с. 37-40.

47. Уэст Дж. ( West J.B.) Физиология дыхания. М.: Мир, 1988.-200 с.

48. Цибаров В.А., Яковлев А.В. Легкое как гетерогенная среда // Вестник СПбГУ, 1999. Сер. 1, вып. 2, N 8, с. 103-108.

49. Шик Л.Л. Легочный газообмен.- В кн.: Руководство по клинической физиологии дыхания. Л.: Медицина 1980, с. 108-182.

50. Шишкин Г.С., Цзо Н.А., Петрунев С.А. Экспериментальное исследование возможностей метода пульмофонографии. В сборн.: Пульмофонография в диагностике бронхолегочной патологии. 1985. Депон. МРЖ, N 9, Разд. 11.

51. Шкундин С.З., Кремлева О.А., Румянцева В.А. Теория акустической анемометрии. М.: Издательство Академии горных наук, 2001, 239 с.

52. Adler A., Cowley Е.А., Bates J.H.T., Eidelman D.H. Airway-parenchymal interdependence after airway contraction in rat lung explants // J. Appl. Physiol. 1998, v. 85, N l,p. 231-237.

53. Adler A., Bates J.H. A micromechanical model of airway-parenchymal interdependence. // Ann. Biomed. Eng., 2000 v. 28, N 3, p. 309-317.

54. Agostony E. Mechanics of the pleural space. // Physiol. Rev., 1972, 52, p. 57« 128.

55. Aliverti A., Delacca R.L., Pedotti A. Transfer impedance of the respiratory system by forced oscillatory technique and optoelectronic plethysmography // Ann. Biomed. Eng. 2001, v. 29, N 1, P. 71-82.

56. Allen J.L., Fredberg J.J., Keefe D.H., Frantz I.D. III. Alveolar pressure magnitude and asynchrony during high-frequency oscillations of excised rabbit lungs. Am. Rev. Respir. Dis., 1985, v. 132, p. 343-349.

57. Alpert M., Montenegro H, Stern K. Oscillatory Rrs & Crs compared to conventional Raw & Cp // Proc. 34th ACEMB, Houston, Tex., Sept. 21-23, 1981. Bethesda, Md. 1981. V. 23. P. 51.

58. Argyros G.J. Management of primary blast injury // Toxicology, 1997, v. 121, l,p. 105-15.

59. Avanzoli G., Barbini P. Comments on estimating respiratory mechanical parameters in parallel compartment models // IEEE Trans., Ser. BME. 1982. V. 29. N 12. P. 772-774.

60. Avanzoli G., Barbini P., Cappello A., Cevenini G., Chiari L. A new approach for tracking respiratory mechanical parameters in real-time. // Ann. Biomed. Eng., 1997, v. 25, p. 154-163.

61. Bates J.H.T., Daroczy B., Hantos Z. A comparison of interrupter and forced oscillation measurements of respiratory resistance in the dog // Appl. Physiol., 1992, v. 72, N 1, p. 46-52.

62. Benade A.H. On the propagation of sound waves in a cylindrical conduit // J. Acoust. Soc. Am., 1968, v. 44, N 2 p. 616-623

63. Behrakis P.K., Baydur A., Jaeger M., Milic-Emily J. Lung mechanics in sitting and horizontal body positions // Chest, 1983, v. 83, p. 643-646.

64. Bobbaers H., Clement J., Van de Woestijne K.P. Dynamic viscoelastic properties of the canine trachea // J. Appl. Physiol., 1978, v. 44, N2, p. 137-143.

65. Brown F.T. The transient response of fluid lines // Trans. ASME. J. Basic Eng. 1962, v. 84, N4, p. 547-553.

66. Bunk D.A., W.J. Federspiel, Jackson A.C. Influence of bifurcations on forced oscillations in an airway model // Trans. ASME. J. Biomech. Eng. 1992. v. 114, N 2, p. 216-221.

67. Butler J.P., Lehr J.L. Drazen J.M. Longitudinal elastic wave propagation in pulmonary parenchyma // J. Appl. Physiol. 1987, v. 62, N 4, p. 1349-1355.

68. Cala S.J., Edyvean J., Engel L.A. Abdominal compliance parasternal activation, and chest wall motion//J. Appl. Physiol. 1993, v. 74, N 3, p. 1398-1405.

69. Chen H., Wang Z., Ning X., Xu H., Xiao K. Animal study on lung injury caused by simulant segmented shock waves // Chin. J. Traumatol., 2001, v. 4, N 1, p. 37-39.

70. Chowienzyk P.J., Rees P.J., Payne J., Clark T.J.H. A new method for computerassisted determination of airways resistance // J. Appl. Physiol. 1981. V. 50. N 3. P. 672-678.

71. Clarysse I., Demedts M. Human esophageal pressures and chest wall configuration in upright and head-down posture // J. Appl. Physiol., 1985, v. 59, p. 401-407.

72. Commander K.W., Prosperetti A. Linear pressure waves in bubbly liquids: comparison between theory and experiments // J. Acoust. Soc. Am., 1989, v. 85, N 2, p. 732-746.

73. Croteau J.R., Cook C.D. Volume-pressure and length-tension measurements in human tracheal and bronchial segments // J. Appl. Physiol., 1961, v. 76, N 1, p. 170172.

74. Cutillo A.G., Renzetti A.D. Jr. Mechanical behavior of the respiratory frequency in health and disease // Bull. Europ. Physiopath. Resp. 1983. V. 19. P. 293-326.

75. Daroczy B., Hantos Z., Klebniczki J. An adaptive filtering technic for the determination of forced oscillatory impedance //Bull. Europ. Physiopath. resp. 1980, v. 16. N5. P. 186-187.

76. Daroczy B., Hantos Z. An improved forced oscillatory estimation of respiratory impedance // Int. J. Bio-Med. Comput., 1982. V. 13. N 3. P. 221-235.

77. Delavault E., Saumon G., Georges R. Characterization and validation of forced input method for respiratory impedance measurement // Respirat. Physiol. 1980. V. 40. N. 1. P. 119-136.

78. Denny E., Schroter R.C. Viscoelastic behavior of a lung alveolar duct model // Trans. AS ME J. Biomech. Eng. 2000, v. 122, N 2, p. 143-151

79. Dorkin H.L., Jackson A.C., Streider D.J., Dawson S.V. Interaction of oscillatory and unidirectional flows in straight tubes and in airway cast. // J Appl. Physiol. 1982. V. 52. P. 1097-1105.

80. Dorkin H.L., Lutchen K.R., Jackson A.C. Human respiratory input impedance from 4 to 200 Hz: physiological and modeling considerations // J Appl. Physiol., 1988, V. 64, N2, p. 823-831.

81. Dubois A.B., Brody A.W., Lewis D.H., Burgess B.F., Jr. Oscillation mechanics of lungs and chest in man. // J. Appl. Physiol., 1956, v. 8, p. 587-594.

82. D'yachenko A. Effect of pulmonary circulation on lung mechanics // Abstracts of • the First World Congress of Biomechanics. San Diego, USA, August 30- September 4, 1990. V. 2, p. 370.

83. D'yachenko A. Postural changes in rheological properties of respiratory tissues // Abstr. Eighth International Congress of Biorheology, Yokohama, Japan, August 3-8, -Biorheology, V. 29, N 1, p. 115, 1992.

84. D'yachenko A. A theoretical analysis of effect of pulmonary capyllary filling on lung elasticity // Abstr. 9th International Congress of Biorheology, Big Sky, USA, July 23-28, Biorheology, V. 32, N 2-3, p. 373, 1995.

85. D'yachenko A., Shabelnikov V.G. Effect of gravity-induced changes in pulmonary blood volume on ventilation // 34-th Congress IAF, Budapest, 1983, Reports: p. 142-145.

86. Eyles J.G., Pimmel R.L. Estimating respiratory mechanical parameters in parallel compartment models // IEEE Transact. Biomed. Engineer. 1981. V. 28. N4. P. 313-317.

87. Eyles J.G., Pimmel R.L. Fullton J.M. et al. Parameter estimates in five-element respiratory mechanical model // IEEE Transact. Biomed. Engineer. 1982. V. 29. N 6. P. 460-463.

88. Fahy B.G., Barnas G.M., Nagle S.E., Flowers J.L., Njoku M.J., Agarwal M.Effects of Trendelenburg and reverse Trendelenburg postures on lung and chestwall mechanics. // J. Clin. Anesth., 1996, v. 8, N 3, p. 236-244.

89. Feng Z.C., Poon C.-S. Pendelluft flow in symmetric airway bifurcations. // Trans. Asme. J. Biomech. Eng. 1998.-120. N4. - p. 463-467.

90. Fixley M.S., Roussos C.S., Murfy B. et al. Flow dependence of gas distribution and the pattern of inspiratory muscle contraction. // J. Appl. Physiol., 1978, v. 45, p. 733-741.

91. Forkert L. Effect of regional chest wall restriction on regional lung function. // J. Appl. Physiol., 1980, v. 49, p. 655-662.

92. Franken H., Clement J., Van de Woestijne K.P. Superposition of constant and oscillatory flows in a rigid cylindrical tube: influence of entrance effects // IEEE Trans. Biomed. Eng., 1986, v. 33, p. 412-419.

93. Fredberg J.J. Spatial considerations in oscillation mechanics of the lung // Federation Proc., 1980, v. 39, p. 2747-2754.

94. Fredberg J.J. Respiration acoustics // 34th ASEMB, Houston, Tex., Sept. 21-23, 1981, Bethesda, Md., 1981, v. 23, p. 45. ® Fredberg J.J., Hoenig A. Mechanical response of the lungs at high frequencies //

95. ASME J. Biomech. Eng., 1978, v. 100, N 2, p. 57-66.

96. Fredberg J.J., Mead J. Impedance of intrathoracic airway models during low frequency periodic flow // J. Appl. Physiol., 1979, v. 47, p. 347-351.

97. Fredberg J.J., Moore, J. A. The distributed response of complex branching duct networks //J. Acoust. Soc. Am. 1978, v. 63, N 3, p. 954-961.

98. Fredberg J.J., Wohl M.E.B., Glass G.M. Dorkin H.L. Airway area by acoustic reflections measured at the mouth // J. Appl. Physiol. 1980, v. 48, p. 749-758.

99. Fung Y.C., Sobin S.S. Elasticity of the pulmonary alveolar sheet. // Circul. Res., 1972, v. 30, p. 470-490.

100. Fung Y.C., Yen RT., Tao Z.L., Liu S.Q. A Hypothesis on the mechanism of trauma of lung tissue subjected to impact load // Trans. ASME: J. Biomech. Eng., 1988, v. 110, N l.,C. 50-56.

101. Gavriely N., Palti Y., Alrog G., Grotberg J.E. Measurement and theory of wheezing breath sounds. // J. Appl. Physiol., 1984, v. 57, N 2, p. 481-492.

102. Genin A.M., D'yachenko A., Shabelnikov V.G. Gravitational effects on ventilation-perfusion relations and gas exchange in man's lungs. In: Abstr. Fifth Ji Annual Meeting IUPS Commission on Gravitational Physiology, Moscow, July 2629, 1983. P. 90.

103. Grotberg J.B. Pulmonary flow and transport phenomena // Annu. Rev. Fluid Mech. 1994, v. 26, p. 529-571.

104. Grimal Q., Watzky A., Naili S. A one-dimensional model for the propagation of transient pressure waves through the lung // J. Biomech., 2002, v. 35, p. 1081-1089.

105. Guelke R.W., Bunn. Transmission line theory applied to sound wave propagation in tubes with compliant walls // Acoustica, 1981, v. 48, p. 101-106.

106. Habib R.H., Chalker R.B., Suki B., Jackson A.C. Airway geometry and wallmechanical properties estimated from subglottal input impedance in humans // J. Appl. Physiol., 1994, v. 77, N 1, p. 441-451.

107. Hanna L.M., Scherer P.W. Measurement of local mass transfer coefficients in a cast model of the human upper respiratory tract. // Trans. ASME: J.Biomech. Eng., 1986, v. 108, N 1, p. 12-18.

108. Hanson J.S., Tabakin B.S., Caldwell E.J. Response of lung volumes and ventilation to posture change and upright exercise // J Appl. Physiol., 1962, v.17, p. 783-786.

109. Hantos Z., Darozy B., Suki B. et al. Forced oscillatory impedance of the respiratory system at low frequencies // J. Appl. Physiol. 1986. V. 60. N 1. P. 128132.

110. Harper P., Kraman S.S., Pastercamp H., Wodicka G.R. An acoustic model of the respiratory tract // IEEE Trans. Biomed. Eng., 2001, v. 48, N 5, p. 543-550.

111. Hoppin F.G., Hughes J.M.B., Mead J. Axial forces in the bronchial tree // J. Appl. Physiol. 1977, v. 42, p. 773-781.

112. Horowitz J.G., Siegel S.D., Primiano F.P., Chester E.H. Computation of respiratory impedance from forced sinusoidal oscillations during breathing // Computers biomed. Res., 1983. V. 16. N. 6. P. 499-521.

113. Horsfield K., Cumming G. Morphology of the bronchial tree in man // J. Appl. Physiol., 1968, v. 24, p. 373-383.

114. Horsfield K., Dart G., Olson D.E., Filley G.F., Cumming G. Models of the huan bronchial tree // J. Appl. Physiol., 1971, v. 31, N 2, p. 207-217.

115. Jackson A.C. Serial distribution of airway geometry from acoustic impedance data // Federation Proc. 1980, v. 39, p. 2741-2746.

116. Jackson A.C., Butler J.P., Millet F.J., Hoppin F.J., Jr.; Dawson S.V. Airway geometry by analysis of acoustic pulse response measurements // J. Appl. Physiol., 1977, v. 43, p. 523-536.

117. Jackson A.C., Tabrizi M., Watson J.W., Kotlicoff M.I. Oscillatory mechanics in the dog lung: 4-64 Hz. // 36 ASEMB, Columbus, Ohio. September 12-14, 1983, Bethesda, Md., 1983, v. 25. P. 209.

118. Jackson A.C., Tabrizi M., Kotlicoff M.I., Voss J.R. Airway pressures in an asymmetrically branched airway model of the dog respiratory system. // J. Appl. Physiol., 1984, v. 57, N 4, p. 1222-1230.

119. Jackson A.C., Krevans J.R. Tracheal cross-sectional areas from acoustic reflection in dogs // J. Appl. Physiol., 1984, v. 57, N2, p. 351-353.

120. Jackson A.C., Lutchen K.R., Dorkin H.L. Inverse modeling of dog airway and respiratory system impedances // J. Appl. Physiol., 1987, v. 62, N 6, p. 2273-2282.

121. Jackson A.C., Giurdanella C.A., Dorkin H.L. Density dependence of respiratory system impedances between 5 and 320 Hz in humans // J. Appl. Physiol., 1989, v. 67. N 6. P. 2323-2330.

122. Jackson A.C., Suki B., Ucar M., Habib R. Branching airway network models for ^ analyzing high-frequency lung input impedance // J. Appl. Physiol., 1993, v. 75, N 1, p. 217-227.

123. JafFrin H.J., Kesic P. Airway resistance: a fluid mechanical approach // J. Appl. Physiol., 1974, v. 36, N 3, p. 354-361.

124. Jahed M., Bhadat P.K., Gu Q., Kraman S.S., Lai-Fook S.J. Transverse and longitudinal elastic wave propagation in inflated lungs // Abstracts Ann. Meeting APS/ASPET, 1988, 146.12. Montreal, Canada, 9-13 Oct. 1988.

125. Jahed M., Lai-Fook S.J., Bhagat P.K. Effect of vascular volume and edema on wave propagation in canine lungs //J. Appl. Physiol. 1990, v. 68, N 5, p. 2171-2176.

126. Jahed M., Lai-Fook S.J. Stress wave velocity measured in intact pig lungs with cross-spectral analysis. // J. Appl. Physiol., 1994, v. 76, N 2, p. 565-571.

127. Jiang Tian-Xi, Cauberghs M., Van de Woestijne K.P. Resistance and reactance of the excised human larynx, trachea, and main bronchi // J. Appl. Physiol. 1987. V. 63. N 5. P. 1788-1795.

128. Kamm R.D. Airway wall mechanics // Annu. Rev. Biomed. Eng., 1999, v. 01, p. 47-72.

129. Kimmel E., Sen M., Fredberg J.J. Lung tissue resistance and hysteric moduli of ^ lung parenchyma. // J. Appl. Physiol., 1995, v. 79, N 2, P 461-466.

130. Kinefuchi Y., Susuki T., Takiquchi M., Yamasaki Y. Parameter estimation of respiratory impedance measured by forced complex-wave oscillations // Tokai J. Exp. and Clin. Med. 1987. V. 12. N 1. P. 27-38.

131. Kobayashi H., Abe T., Kawashiro T. et al. Estimation of the distribution profile of airway resistance in the lungs // Comput. and Biomed. Res., 1987, v. 20, P. 507-525.

132. Korenbaum V.I., Kulakov Y.V., Tagiltsev A.A. A new approach to acoustical evaluation of human espiratory sounds // Biomedical Instrumentation & Technology, 1998, v. 32, p. 147-156.

133. Kotlicoff M.I., Jackson A.C., Watson J.W. Oscillatory mechanics of the respiratory system in ozone-exposed rats // J. Appl. Physiol. 1984. V. 56. N 1. P. 182186.

134. Koulich V., Lge J.L., Hsia C.C.W., Johnson R.L., Jr. A porous medium model of alveolar gas diffusion II J. Porous Media, 1999, v.2, N 3, p. 263-275.

135. Kraman S.S. Speed of low-frequency sound through lungs of normal humans // J. Appl. Physiol. 1983, v. 55, p. 1862-1867.

136. Macklem P.T., Murfy G. The forces applied to the lung in health and disease // Amer. J. Med., 1974, v. 57, p. 371-377.

137. Mahagnah M., Gavriely N. Gas density does not affect pulmonary acoustic transmission in normal men. // J. Appl. Physiol., 1995, v. 78, N 3, p. 928-937.

138. Maksym G.N., Kearney R.E., Bates J.H. Nonparametric block-structured modeling of lung tissue strip mechanics // Ann. Biomed. Eng. 1998, v. 26, N 2, p.242

139. Menon A.S., Weber M.E., Chang H.K. Effect of larynx on oscillatory flow in the central airways: a model study //J Appl. Physiol. 1985, v. 59, N 1, p. 160-169.

140. Menon A.S., Weber M.E., Chang H.K. Velocity profiles in central airways with endotracheal intubation: a model study // J Appl. Physiol. 1986, v. 60, N 3, p. 876884.

141. Michaelson E.D., Grassman E.D., Peters W.R. Pulmonary mechanics by spectral analysis of forced random noise //J. Clin. Invest. 1975. V. 56. P. 1210-1230.

142. Michels D.B., Friedman P.J., West J.B. Radiographic comparison of human lung shape during normal gravity and weightlessness // J. Appl. Physiol., 1979, v. 47, p. 851-857.

143. Michels D.B., West J.B. Distribution of pulmonary ventilation and perfusion during short periods of weightlessness // J. Appl. Physiol., 1978, v. 45, p. 987-998.

144. Miller T.K., Pimmel R.L. Standard errors on respiratory mechanical parameters obtained by forced random excitation // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1983. V. 30. N 12. P. 826-832.

145. Miserocchi G., Nigrini D., Pistolesi M. et al. Intrapleural liquid flow down a gravity-dependent hydraulic pressure gradient// J. Appl. Physiol., 1988, v. 64, p. 577584.

146. Murphy B.G., Macklem P. Stress at the pleural surface // Respirat. Physiol., 1976, v. 28, p. 65-74.

147. H.G. Nacke, H. Haase, J. Konig, A.I. D'yachenko, V.M. Baranov. A device for measurement a respiratory impedance under space conditions. // Proc. 41st Congr. Int. Astr. Fed., IAF/IAA-90-549, Dresden, Germany, October 1990.

148. Nagels J., Landser F.J., Van der Linden L., Clement J., Van de Woestijne K.P. Mechanical properties of lungs and chest wall during sponaneous breathing // J. Appl. Physiol. 1980, v. 49, p. 408-416.

149. Navajas D., Farre R., Rotger M.M., Milich-Emili J., Sanchis J. Effect of body posture on respiratory impedance. // J. Appl. Physiol. 1988. V. 64. N 1. P. 194199.

150. Navajas D., Maksym G.N., Bates J.H.T. Dynamic viscoelastic nonlinearity of lung parenchymal tissue // J. Appl. Physiol. 1995, V. 79. N 1. P. 348-356.

151. Olsen C.R., Stevens A.E., Mcllroy M.B. Rigidity of tracheae and bronchi during muscular constriction. J. Appl. Physiol., 1967, v, 23?, N1, p. 27-34.

152. Olson D.E., Dart G.A., Filley M.F. Pressure drop and fluid regime of air inspired into the human lung // J. Appl. Physiol., 1970, v. 28, N 4, p. 482-494.

153. Oostveen E., Peslin R., Gallina C., Zwart A. Flow and volume dependence of respiratory mechanical properties studied by forced oscillation // J. Appl. Physiol., 1989, v. 67, N 6. P. 2212-2218.

154. Otis A.B., McKerrow C.B., Bartlett R.A. et al. Mechanical factors in distribution of pulmonary ventilation. J. Appl. Physiol., 1956, v.8, p. 427-443.

155. Paiva M., M. Estenne, L.A. Engel. Lung volumes, chest wall configuration, and pattern of breathing in microgravity. J. Appl. Physiol. 1989. v. 67, N 4. p. 1542-1550.

156. Park S.S. A new approach to measurement of lung mechanics // Lung. 1989. V. 167, N3. P. 137-140.

157. Pustercamp H., Wodicka G.R., Kraman S.S., Harper P. Distributed acoustic model of the entire respiratory tract // J. Acoust. Soc. Am., 1999, v. 106, N 4, p. 21832183.

158. Patel S., Lu S., Doerschuk P.C., Wodicka G.R. Sonic phase delay from trachea to chest wall: spatial and inhaled gas dependency. // Med.&Biol.Eng.&Comput., 1995, v. 33, p. 571-574.

159. Pedersen O.F., Nielsen T.M. The compliance curve for the flow limiting segments of the airway // Acta physiol scand., 1977, v. 100, N 2, p. 139-153.

160. Permutt S., Caldini P. Tissue pressure and fluid dynamics of the lung // Fed. Proc., 1976, v. 35, p. 1876-1885.

161. Peslin R, Papon J.,, Duvivier C., Richalet J. Frequency response of the chest: modeling and parameter estimation // J. Appl. Physiol. 1975. V. 39. N 4. P. 523-534.

162. Peslin R., Duvivier C., Hannhart B. Respiratory mechanical impedances. -Methodology and interpretation//Biorheology, 1984, Suppl. l,p. 183-194.

163. Peslin R., Duvivier C., Gallina C., Cervantes P. Upper airway artifact in respiratory impedance measurements. // Am. Rev. Resp. Dis. 1985. V. 132. N 3. P. 712-714.

164. Peslin R., Fredberg J.J. Oscillation mechanics of the respiratory system. In: Handbook of Physiology. The Respiratory System. Mechanics of Breathing. Bethesda. MD: Am. Phys. Soc., 1986, sect. 3, v.3, part 1, chapt. 11. P. 145-177.

165. Peslin R., Gallina C., Duviver C. Respiratory transfer impedances with pressure input at the mouth and chest. //J. Appl. Physiol. 1986. V. 61. N 1. P. 81-86.

166. Peslin R., Duvivier C., Bekkari H., Reichart E., Gallina C. Stress adaptation and low-frequency impedance of rat lungs // J. Appl. Physiol., 1990, v. 69, N 3, p. 1080

167. Peslin R., Ying Y., Gallina C., Duvivier C. Within-breath variations of forced oscillation resistance in healthy subjects. // Eur. Respir. J., 1992, v. 5, p. 86-92.

168. Peslin R., Saunder C., Gallina C., Duvivier C. Small-amplitude pressure oscillations do not modify respiratory mechanics in rabbits // J. Appl. Physiol., 1994, v. 76, N3, p. 1011-1013.

169. Phagoo S.B., Watson R/A., Silverman M., Pride N.B. Comparison of four methods of assessing airflow resistance before and after induced airway narrowing in normal subjects //J. Appl. Physiol., 1995, v. 79, N 2, P. 518-525.

170. Pizov R., Oppenheim-Eden A., Matot I., Weiss Y.G., Eidelman L.A., Rivkind A.L., Sprung C.L. Blast lung injury from an explosion on a civilian bus // Chest, 1999, v. 115, N 1, p. 165-172.

171. Pohlmann A., Sehati S., Young D. Effect of changes in lung volume on acoustic transmission through the human respiratory system // Physiol. Meas., 2001, v. 22, p. 233-243.

172. Poort K.L., Fredberg J.J. Airway area by acoustic reflection: a corrected derivation for the two-microphone method // Trans. ASME. J. Biomech. Eng., 1999, v. 121, N6, p. 663-665.

173. Powell W.R. Static mechanical properties of the trachea and bronchial tree // J. Biomech. 1975, v. 8, p. 111-117.

174. Rice D.A. Sound speed in pulmonary parenchyma // J. Appl. Physiol. 1983, v. 54, N l,p. 304-308.

175. Rice D.A., Wegman M.J., Venkatachalam V., Waring W.W., Beckerman R.L.th

176. Transit time of sound pulses in human lung in vivo. 39 ASEMB, Baltimor, Maryland, Sept. 13-16, 1986, p.50.

177. Rice D.L., Bedrossian C., Blair H.T., Miller W.C. Closing volumes with variations in pulmonary wedge pressure // Amer. Rev. Respirat. Disease, 1981, v. 123, N 5, p. 513-516.

178. Rotger M., Farre R., Peslin R., Navajas D. T model partition of lung and respiratory system impedances // J. Appl. Physiol., 1995, V. 78, N 3, P. 938-947.

179. Royston T.J., Zhang X., Mansy H. A., Sandler R.H. Modeling sound transmission through the pulmonary system and chest with application to diagnosis of a collapsed lung //J. Acoust. Soc. Am., 2002; v. Ill, N4, p. 1931-1946

180. Sasaki T., Suzuki S., Sugiyama M., Takishima T. Frequency dependence of dynamic compliance analyzed from one cycle of breathing // J. Appl. Physiol. 1980. V. 48. N l.P. 45-53.

181. Shen H., Huang J., Yamanouchi K. et al., Effect of posture on pharyngeal area measured by acoustic reflection technique // China J. Med. 1991, v. 29, N 5, p. 554558.

182. Stamenovic D., Glass G.M., Barnas J.M., Fredberg JJ. A model of imperfect elasticity of the human chest wall // Abstr. Joint Meeting of Amer. Physiol Soc. Amer. Soc. Pharm. Exper. Therap., 1988. Oct. 9-13. N 146.

183. Stein M., Hirshberg A. Medical consequences of terrorism. The conventional weapon threat // Surg. Clin. North. Am., 1999, v. 79(6): 1537-1552.

184. Stuhmiller J.H., Ho K.H., Vander Vorst M.J., Dodd K.T., Fitzpatrick T., Mayorga M. A model of blast overpressure injury to the lung // J. Biomech. 1996, v. 29(2):227-234.

185. Suki B., Peslin R., Duvivier C., Farre R. Lung impedance in healthy humans measured by forced oscillations from 0,01 to 0,1 Hz // J. Appl. Physiol., 1989, v. 67, N4. P. 1623-1629.

186. Van Noord J. A., Demedts M., Clement J., Cauberghs M., Van de Woestijne K.P. Effect of rib cage and abdominal restriction on total respiratory resistance and reactance //J. Appl. Physiol. 1986, v. 61, N 5, p. 1736-1740.

187. Van Noord J.A., Clement J., Van de Woestijne K.P., Demedts M. Total respiratory resistance and reactance as a measurement of response to bronchial challenge with histamine // Am. Rev. Respir. Dis. 1989, v. 139, p. 921-926.

188. Watson J.W., Jackson A.C., Drazen J.M. Effect of lung volume on pulmonary mechanics in guinea pigs // J. Appl. Physiol., 1986. V. 61. N 1. P. 304-311.

189. Wilson T.A., Anafi R.C., Hubmayr R.D. Mechanics of edematous lungs // J. Appl.Physiol., 2001, v. 90, N 6, p. 2088-2093.

190. Winter D.C., Pimmel R.L., Fulton J.M. Wave speed in the dog th trachea// 30 ASEMB, Los-Angeles, Cal., 5-9 Nov. 1977, p. 68.

191. Wodicka G.R., Stevens K.N., Golub H.L., Cravalho E.G., Shannon D.C. A model of acoustic transmission in the respiratory system // IEEE Trans. Biomed. Eng., 1989, v. 36, N9, p. 925-934.

192. Wodicka G.R., Stevens K.N., Golub H.L., Shannon D.C. Spectral characteristics of sound transmission in the human respiratory system // IEEE Trans, on Biomed. Eng, 1990, v. 37, N 12, p. 1130-1134.

193. Van de Woestijne K.P., Franken H., Cauberghs M. et al. A modification of the forced oscillation technique // Respir. Proc. 28th Int. Congr. Physiol. Sei., Budapest, 13-19 July, 1980. Budapest, Oxford. 1981. V. 10. P. 655-660.

194. Wouters E.F.M. Total respiratory impedance measurement by forced oscillations: a noninvasive method to assess bronchial response in occupational medicine // Exp. Lung Res., 1990, v. 16, N 1. P. 25-40.

195. Yap J.C.H., Watson R.A., Gilbey S., Pride N.B. Effect of posture on respiratory mechanics in obesity // J. Appl. Physiol., 1995, v. 79, N 4, p. 1199-1205.

196. Yuan H., Suki B., Lutchen K.R. Sensitivity analysis for evaluating nonlinear models of lung mechanics // Ann. Biomed. Eng. 1998, v. 26, N 2, p. 230-241.

197. Zhang R., Zhang L. Estimation and Sensitivity analysis of volume-independent parameters in pulmonary mechanics. // Space medicine & medical engineering (China), 1993, v. 6, N 1, p. 39-48.

198. Zong Y.J., Yager D., Fung Y.C. Measurement of the mechanical properties of the human lung tissue. // Trans. ASME. J. Biomech Eng., 1987, v. 109, p. 169-174.