The 36 reference contexts in paper G. Fedorovich V., Г. Федорович В. (2016) “Модель мукоцилиарной очистки легких // Model of mucociliary clearance of the lung” / spz:neicon:pulmonology:y:2016:i:2:p:222-230

  1. Start
    165
    Prefix
    Очистка вдыхаемого воздуха от механических примесей осуществляется при взаимодействии ряда механизмов. В монографии
    Exact
    [1]
    Suffix
    выделены и описаны основные из них, непосредственно направленные на элиминацию вредоносных веществ. Наиболее важными являются отложение вдыхаемых частиц в дыхательных путях и мукоцилиарный клиренс осевших частиц.
    (check this in PDF content)

  2. Start
    1245
    Prefix
    а часто и ведущую) роль в патогенезе многих болезней органов дыхания, поэтому актуальными и чрезвычайно важными являются понимание этого механизма, развитие методов диагностики состояния и прогнозирование различных эффектов воздействия (включая лечебные) на него. Существенный прогресс в этой области достигнут в последние десятилетия, в т. ч. в связи с выходом монографии
    Exact
    [1]
    Suffix
    , в которой дано практически полное (на современном этапе) описание механизмов осаждения пылевых частиц и их последующего выведения, факторов, влияющих на эти процессы в норме, и патологии.
    (check this in PDF content)

  3. Start
    6063
    Prefix
    Конструирование адекватных математических моделей позволяет проводить клинические исследования таким образом, чтобы они приводили к значимым выводам, экономили время и силы, легко интерпретировались и давали ясные результаты. Модели процессов оседания частиц на стенках дыхательных путей легких разрабатываются достаточно интенсивно во многих работах
    Exact
    [2–4]
    Suffix
    . По-видимому, наиболее эффективно инерционное осаждение частиц, движущихся по криволинейным траекториям в самозакрученных вихревых потоках воздуха [3]. Определяющим здесь является эффект центробежного выноса аэрозолей на периферию потока воздуха в дыхательных путях.
    (check this in PDF content)

  4. Start
    6230
    Prefix
    Модели процессов оседания частиц на стенках дыхательных путей легких разрабатываются достаточно интенсивно во многих работах [2–4]. По-видимому, наиболее эффективно инерционное осаждение частиц, движущихся по криволинейным траекториям в самозакрученных вихревых потоках воздуха
    Exact
    [3]
    Suffix
    . Определяющим здесь является эффект центробежного выноса аэрозолей на периферию потока воздуха в дыхательных путях. Частицы больших диаметров (> 10 мкм) захватываются в верхних дыхательных путях – трахее, зональных внелегочных бронхах, внутрилегочных субсегментарных бронхах.
    (check this in PDF content)

  5. Start
    8953
    Prefix
    или за счет увеличения интервалов между сменами; здесь же определяется интервал между рабочими сменами, необходимый для полноценной очистки легких после вдыхания пылевых частиц в зависимости от их диаметра. Материалы и методы Морфофункциональные и клеточные основы мукоцилиарной системы, ее развитие и регуляция подробно описаны, например, в главах 3 и 5 монографии
    Exact
    [1]
    Suffix
    . Рассмотрим те характеристики строения и физиологические особенности этой системы, которые используются в модели мукоцилиарной очистки легких от осевших пылевых частиц. Морфометрическая модель ТБД и ее модификации Впервые модель ТБД, позволяющая рационально структурировать описание различных отделов дыхательной системы легких, представлена Э.
    (check this in PDF content)

  6. Start
    9320
    Prefix
    Рассмотрим те характеристики строения и физиологические особенности этой системы, которые используются в модели мукоцилиарной очистки легких от осевших пылевых частиц. Морфометрическая модель ТБД и ее модификации Впервые модель ТБД, позволяющая рационально структурировать описание различных отделов дыхательной системы легких, представлена Э.Вейбелем
    Exact
    [5]
    Suffix
    . Модель предполагает последовательное деление каждого дыхательного пути на 2. При этом сохраняется самоподобие (фрактальность) структуры ТБД. Сама по себе эта модель не содержит чего-либо революционного, однако в разделе книги «Геометрия и размеры воздухоносных путей кондуктивной (воздухопроводящей) и транзиторной (переходной) зон» прослеживается детальное соответствие данных р
    (check this in PDF content)

  7. Start
    12067
    Prefix
    С появлением более точных методов исследования морфометрической структуры ТБД, в частности – компьютерной томографии высокого разрешения, стали развиваться более реалистические модели. Одна из целей – привести структуру модели в соответствие с изображениями реальных легких
    Exact
    [6–8]
    Suffix
    . В этих работах учитывается, что деление ветвей реального ТБД отличается от идеального парного ветвления и, начиная с I поколения – долевых бронхов, появляется трихотомическое деление, а также разветвление в форме неправильной дихотомии (когда дочерние бронхи существенно различаются в диаметре).
    (check this in PDF content)

  8. Start
    12476
    Prefix
    работах учитывается, что деление ветвей реального ТБД отличается от идеального парного ветвления и, начиная с I поколения – долевых бронхов, появляется трихотомическое деление, а также разветвление в форме неправильной дихотомии (когда дочерние бронхи существенно различаются в диаметре). В отличие от симметричной модели Э.Вейбеля, более реалистическая статистическая модель
    Exact
    [9]
    Suffix
    асимметрична и присваивает рекуррентный индекс, длину и диаметр индивидуально для каждой генерации ТБД. Помимо внутренних причин – стремления к построению все более реалистических моделей, переход к асимметричным статистическим моделям позволяет лучше описывать измеряемые характеристики легких – динамическое сопротивление легких и эластичность легочной ткани [10].
    (check this in PDF content)

  9. Start
    12863
    Prefix
    Помимо внутренних причин – стремления к построению все более реалистических моделей, переход к асимметричным статистическим моделям позволяет лучше описывать измеряемые характеристики легких – динамическое сопротивление легких и эластичность легочной ткани
    Exact
    [10]
    Suffix
    . Кроме того, с использованием таких моделей в работах [11, 12] описан наблюдаемый эффект аномально длительного (> 1 суток) удержания ингалированных частиц. В упомянутой работе [10] даны параметры модели, подобранные для максимального соответствия модельного ТБД с реальной анатомической структурой (image%assisted modeling).
    (check this in PDF content)

  10. Start
    12928
    Prefix
    Помимо внутренних причин – стремления к построению все более реалистических моделей, переход к асимметричным статистическим моделям позволяет лучше описывать измеряемые характеристики легких – динамическое сопротивление легких и эластичность легочной ткани [10]. Кроме того, с использованием таких моделей в работах
    Exact
    [11, 12]
    Suffix
    описан наблюдаемый эффект аномально длительного (> 1 суток) удержания ингалированных частиц. В упомянутой работе [10] даны параметры модели, подобранные для максимального соответствия модельного ТБД с реальной анатомической структурой (image%assisted modeling).
    (check this in PDF content)

  11. Start
    13058
    Prefix
    моделей, переход к асимметричным статистическим моделям позволяет лучше описывать измеряемые характеристики легких – динамическое сопротивление легких и эластичность легочной ткани [10]. Кроме того, с использованием таких моделей в работах [11, 12] описан наблюдаемый эффект аномально длительного (> 1 суток) удержания ингалированных частиц. В упомянутой работе
    Exact
    [10]
    Suffix
    даны параметры модели, подобранные для максимального соответствия модельного ТБД с реальной анатомической структурой (image%assisted modeling). Данные из этой работы по средним значениям диаметров ветвей различных генераций ТБД приведены точками на рис. 1.
    (check this in PDF content)

  12. Start
    13611
    Prefix
    Видно, что с помощью зависимости (1) с d0= 1,4 см неплохо описываются результаты моделирования вплоть до 11-й генерации, т. е. бронхи и бóльшая часть бронхиол. При этом диаметры терминальных бронхиол в ≈2 раза занижены по сравнению с данными статистической модели
    Exact
    [10]
    Suffix
    . Для первоначальных оценок соотношение (1) можно использовать и для i> 11, при необходимости диаметры ветвей в этой части ТБД следует уточнять в соответствии с [10]. Если морфометрическую модель предполагается использовать для описания очистки легких от осевших частиц пыли, то значимым представляется введение в эту модель характеристик механизмов очистки.
    (check this in PDF content)

  13. Start
    13792
    Prefix
    При этом диаметры терминальных бронхиол в ≈2 раза занижены по сравнению с данными статистической модели [10]. Для первоначальных оценок соотношение (1) можно использовать и для i> 11, при необходимости диаметры ветвей в этой части ТБД следует уточнять в соответствии с
    Exact
    [10]
    Suffix
    . Если морфометрическую модель предполагается использовать для описания очистки легких от осевших частиц пыли, то значимым представляется введение в эту модель характеристик механизмов очистки.
    (check this in PDF content)

  14. Start
    15262
    Prefix
    в результате как острых, так и длительных хронических воспалительных отеков слизистой оболочки и других процессов нарушения слизеобразования в легких, этот объем может возрастать в ≤10 раз – до Ymax≈100 мл в сутки (10–3см3/ с). Наблюдается общая закономерность: от главных (проксимальных) бронхов к мелким (дистальным) бронхам снижается количество желез, бокаловидных клеток
    Exact
    [1]
    Suffix
    . Можно предположить, что с этим связано снижение производства ТБС с ростом номера генерации. В каждой из цилиарных клеток, осуществляющих мукоцилиарную эскалацию, содержится ≈200 ресничек.
    (check this in PDF content)

  15. Start
    16735
    Prefix
    Соответственно, от главных (проксимальных) бронхов к мелким (дистальным) бронхам снижается высота эпителия, но увеличивается количество мышечных волокон. По техническим причинам непосредственному наблюдению доступен только верхний отдел (трахея) легких
    Exact
    [13–16]
    Suffix
    . В экспериментах с использованием различной техники получены значения скорости эскалации ТБС в трахее в диапазоне от 3,6 до 21,5 мм / мин: • по данным о движении радиоактивных частиц в трахее [13]: 12 мм / мин ≈2• 10–2см / с; • аналогичные измерения с ингаляцией радиоактивных частиц и последующим отслеживанием по изображению, даваемому γ-камерой [14]: 5,5 мм /
    (check this in PDF content)

  16. Start
    16945
    Prefix
    В экспериментах с использованием различной техники получены значения скорости эскалации ТБС в трахее в диапазоне от 3,6 до 21,5 мм / мин: • по данным о движении радиоактивных частиц в трахее
    Exact
    [13]
    Suffix
    : 12 мм / мин ≈2• 10–2см / с; • аналогичные измерения с ингаляцией радиоактивных частиц и последующим отслеживанием по изображению, даваемому γ-камерой [14]: 5,5 мм / мин ≈10–2см / с.
    (check this in PDF content)

  17. Start
    17118
    Prefix
    В экспериментах с использованием различной техники получены значения скорости эскалации ТБС в трахее в диапазоне от 3,6 до 21,5 мм / мин: • по данным о движении радиоактивных частиц в трахее [13]: 12 мм / мин ≈2• 10–2см / с; • аналогичные измерения с ингаляцией радиоактивных частиц и последующим отслеживанием по изображению, даваемому γ-камерой
    Exact
    [14]
    Suffix
    : 5,5 мм / мин ≈10–2см / с. В работе [14] отслеживались движение частиц в главных бронхах. В них скорость снижается почти в 2 раза – до 2,4 мм / мин (≈4• 10–3см / с); • интерпретация результатов с ингаляцией и последующей очисткой легких [15].
    (check this in PDF content)

  18. Start
    17167
    Prefix
    различной техники получены значения скорости эскалации ТБС в трахее в диапазоне от 3,6 до 21,5 мм / мин: • по данным о движении радиоактивных частиц в трахее [13]: 12 мм / мин ≈2• 10–2см / с; • аналогичные измерения с ингаляцией радиоактивных частиц и последующим отслеживанием по изображению, даваемому γ-камерой [14]: 5,5 мм / мин ≈10–2см / с. В работе
    Exact
    [14]
    Suffix
    отслеживались движение частиц в главных бронхах. В них скорость снижается почти в 2 раза – до 2,4 мм / мин (≈4• 10–3см / с); • интерпретация результатов с ингаляцией и последующей очисткой легких [15].
    (check this in PDF content)

  19. Start
    17387
    Prefix
    В работе [14] отслеживались движение частиц в главных бронхах. В них скорость снижается почти в 2 раза – до 2,4 мм / мин (≈4• 10–3см / с); • интерпретация результатов с ингаляцией и последующей очисткой легких
    Exact
    [15]
    Suffix
    . В трахее скорость может меняться в пределах 1,7–8,1 мм / мин ≈0,3–1,3 • 10–4см / с. В использованной модели предполагалось снижение этой скорости на≈3 порядка в терминальных бронхиолах.
    (check this in PDF content)

  20. Start
    17819
    Prefix
    Заключения по мукоцилиарной эскалации в дистальных отделах легких человека – результат решения обратной задачи как по скорости производства ТБС, так и по скорости ее выведения. Наблюдения здесь единичны
    Exact
    [16]
    Suffix
    . Общие закономерности аналогичны наблюдаемым для производства ТБС: эффективность работы ресничек цилиарного аппарата, определяющая скорость транспорта, снижается от проксимальных отделов дыхательных путей к дистальным.
    (check this in PDF content)

  21. Start
    18279
    Prefix
    Эти утверждения подтверждаются изучением анатомических особенностей ТБД: чем дистальнее, тем реснички клеток короче и реже. Наибольших размеров и плотности они достигают в больших воздушных путях
    Exact
    [1]
    Suffix
    . Основным источником данных для построения моделей мукоцилиарной эскалации являются ингаляционные эксперименты. Анализ результатов таких экспериментов позволил наработать некоторые представления, успешно использующиеся для объяснения основных особенностей мукоцилиарной эскалации.
    (check this in PDF content)

  22. Start
    18621
    Prefix
    Анализ результатов таких экспериментов позволил наработать некоторые представления, успешно использующиеся для объяснения основных особенностей мукоцилиарной эскалации. Следует отметить модель, предложенную в
    Exact
    [11]
    Suffix
    и развитую в работах [12, 17]. В [17] приводятся подробные данные по скоростям движения ТБС в дистальных отделах ТБД. Эти данные приведены на рис. 2 (точки). Использовалась статистическая морфометрическая модель ТБД.
    (check this in PDF content)

  23. Start
    18647
    Prefix
    Анализ результатов таких экспериментов позволил наработать некоторые представления, успешно использующиеся для объяснения основных особенностей мукоцилиарной эскалации. Следует отметить модель, предложенную в [11] и развитую в работах
    Exact
    [12, 17]
    Suffix
    . В [17] приводятся подробные данные по скоростям движения ТБС в дистальных отделах ТБД. Эти данные приведены на рис. 2 (точки). Использовалась статистическая морфометрическая модель ТБД.
    (check this in PDF content)

  24. Start
    18659
    Prefix
    Анализ результатов таких экспериментов позволил наработать некоторые представления, успешно использующиеся для объяснения основных особенностей мукоцилиарной эскалации. Следует отметить модель, предложенную в [11] и развитую в работах [12, 17]. В
    Exact
    [17]
    Suffix
    приводятся подробные данные по скоростям движения ТБС в дистальных отделах ТБД. Эти данные приведены на рис. 2 (точки). Использовалась статистическая морфометрическая модель ТБД. Параметры модели подбирались для наилучшего согласования с экспериментами по медленной очистке легких от аэрозолей калиброванных размеров.
    (check this in PDF content)

  25. Start
    19031
    Prefix
    Использовалась статистическая морфометрическая модель ТБД. Параметры модели подбирались для наилучшего согласования с экспериментами по медленной очистке легких от аэрозолей калиброванных размеров. Детерминистская модель
    Exact
    [18]
    Suffix
    приводит к близким результатам (сплошная линия на графике). Они хорошо интерполируются зависимостью: vi= v0•2–2i/3.(2) По данным [11] для трахеи принимается величина скорости эскалации v0= 6,3 мм / мин (≈10–2см / с).
    (check this in PDF content)

  26. Start
    19175
    Prefix
    Параметры модели подбирались для наилучшего согласования с экспериментами по медленной очистке легких от аэрозолей калиброванных размеров. Детерминистская модель [18] приводит к близким результатам (сплошная линия на графике). Они хорошо интерполируются зависимостью: vi= v0•2–2i/3.(2) По данным
    Exact
    [11]
    Suffix
    для трахеи принимается величина скорости эскалации v0= 6,3 мм / мин (≈10–2см / с). Дополнение модели Э.Вейбеляописанием потоков ТБС Для оценок мукоцилиарных потоков в ветвях различной генерации ТБД стоит использовать балансные соображения и некоторые достаточно правдоподобные предположения относительно параметров, определяющих их величину.
    (check this in PDF content)

  27. Start
    19786
    Prefix
    Обозначим через Jiобъемный поток ТБС на выходе из канала i-той генерации. Очевидно, что: Ji= 2•Ji + 1+ Si•γi,(3) где Si= π• di • li– площадь внутренней поверхности канала i-той генерации; li≈3• di – длина канала (в 3 раза больше диаметра, как и в
    Exact
    [5]
    Suffix
    ); γi– удельная (на единицу площади) скорость производства ТБС в канале i-той генерации. На выходе из ТБД суммарный объемный поток ТБС равен его суммарной продукции в ТБД: J0≈10–3– 10–4см3/ с.
    (check this in PDF content)

  28. Start
    21959
    Prefix
    Распределение согласуется с отмеченной анатомической особенностью – убывание высоты слоя ТБС при переходе от проксимальных к дистальным отделам ТБД. Высота слоя ТБС меняется в ≤2 раза на уровне терминальных бронхиол. Приблизительно такое убывание толщины слоя ТБС отмечено в главе 3 монографии
    Exact
    [1]
    Suffix
    . С помощью приведенных характеристик механизма мукоцилиарной эскалации даются достаточно адекватные оценки реальных потоков ТБС. Например, на выходе из нулевой генерации ТБД (трахеи) скорость оценивается при использовании данных непосредственных измерений [11]: v0≈6 мм / мин = 10–2 см / с.
    (check this in PDF content)

  29. Start
    22237
    Prefix
    С помощью приведенных характеристик механизма мукоцилиарной эскалации даются достаточно адекватные оценки реальных потоков ТБС. Например, на выходе из нулевой генерации ТБД (трахеи) скорость оценивается при использовании данных непосредственных измерений
    Exact
    [11]
    Suffix
    : v0≈6 мм / мин = 10–2 см / с. Принимая диаметр d0≈1,4 см и толщину слоя h0≈ 7• 10–4см, получим оценку потока J0≈3• 10–5см3/ с (≈3 мл в сутки). Этот результат по порядку согласуется с приведенными средними значениями для здорового человека.
    (check this in PDF content)

  30. Start
    24513
    Prefix
    Они зависят от уровня физических энергозатрат при работе: в случаях, сопровождающихся незначительным физическим напряжением, Umin≈7 м3, а при больших физических усилиях величина Uможет вырасти на порядок – до Umax≈70 м3
    Exact
    [19]
    Suffix
    . Эти величины зависят от продолжительности рабочей Федорович Г.В.Модель мукоцилиарной очистки легких Рис. 3. Распределение высоты слоя ТБС по генерациям ТБД Figure 3. Distribution of bronchial mucus thickness in bronchial tree Таблица 1 Предельная масса частиц, выносимых из i\той генерации ТБД при мукоцилиарной эскалации Table 1 Critical mass of particles eliminated via mucociliary escalator
    (check this in PDF content)

  31. Start
    25209
    Prefix
    Таблица 1 Предельная масса частиц, выносимых из i\той генерации ТБД при мукоцилиарной эскалации Table 1 Critical mass of particles eliminated via mucociliary escalator according to a bronchial generation i78 9 101112 131415161718 Yi,г в сутки9,499,339,128,868,538,127,596,946,115,063,752,09 Оригинальные исследования смены (8 ч) и должны быть скорректированы при использовании т. н. защиты временем
    Exact
    [20]
    Suffix
    . Для расчета пылевой нагрузки целесообразно принять интенсивность дыхания, соответствующей максимальному значению: U = Umax. Если в воздухе рабочей зоны содержатся пылевые частицы с массовой концентрацией μ, то их масса в суточном объеме дыхания равна μ• Umax.
    (check this in PDF content)

  32. Start
    25688
    Prefix
    При расчете возможностей мукоцилиарной очистки легких от осевших частиц следует учитывать место их оседания в ТБД. Оно зависит от размера частиц, соответствующие результаты можно найти в
    Exact
    [3]
    Suffix
    (табл. 2). Даны номера генерации ТБД (2-я колонка табл. 2) в которых преимущественно оседают частицы с заданным диаметром (1-я колонка табл. 2). В 3-й колонке табл. 2 приведены значения коэффициентов Kmax,определяющих распределение по генерациям ТБД возможной интенсивности очистки, согласно формуле (7).
    (check this in PDF content)

  33. Start
    26979
    Prefix
    При использовании этих данных в целях нормирования предельно допустимой концентрации (ПДК) пылевой нагрузки необходимо ввести гигиенический запас (≈10) для слабофиброгенных пылевых частиц и ≈50 – для высокофиброгенной пыли
    Exact
    [20]
    Suffix
    . Как видно из табл. 2, результат будет различен для пылевых частиц разного диаметра: для слабофиброгенных частиц диаметром 1 мкм ПДК≈2 мг / м3, для частиц диаметром 10–20 мкм ПДК≈4 мг / м3; для высокофиброгенных частиц – 0,4 и 0,8 мг / м3соответственно.
    (check this in PDF content)

  34. Start
    27521
    Prefix
    Если фактическая пылевая нагрузка не превышает контрольный уровень, условия труда считаются допустимыми, т. е. продолжение работы в этих условиях считается безопасным. При превышении контрольных пылевых нагрузок рекомендуется использовать «защиту временем»
    Exact
    [20]
    Suffix
    . Надо сказать, что это общепринятая, но слишком поверхностная оценка. Здесь не учитывается реально важный фактор – временны′е характеристики мукоцилиарной очистки легких; этот вопрос будет рассмотрен далее.
    (check this in PDF content)

  35. Start
    29085
    Prefix
    ТБД; т. к. осаждение происходит быстро (за несколько циклов вдох–выдох) по сравнению с очисткой легких, плотность осаждения можно факторизовать, полагая, что q (x,t) = Q(x)•H(t).(13) Функцией H(t)описана временна′я зависимость поступления пылевых частиц в легкие, а Q(x)– распределение осевших частиц вдоль генераций ТБД. Оно непосредственно связано с найденной в
    Exact
    [3]
    Suffix
    вероятностью осаждения Piчастиц в генерациях ТБД через скорость воздухообмена в легких U и концентрацию частиц R во вдыхаемом воздухе: Q(x) = U•R•Pi /li .(14) Входящая в уравнение (12) скорость мукоцилиарной эскалации в генерациях ТБД определяется зависимостью (2).
    (check this in PDF content)

  36. Start
    32832
    Prefix
    Полученные значения среднего времени выхода вполне согласуются с результатами по временнóй зависимости выходного потока для приведенных различных режимов ингаляции. Применительно к проблеме нормирования пылевой нагрузки и планирования мероприятий по «защите временем» работника
    Exact
    [20]
    Suffix
    необходимо учитывать не только массу пыли во вдыхаемом воздухе, но и структуру цикла – время работы с вдыханием запыленного воздуха и длительность перерыва между рабочими сменами. Последний должен быть достаточным для вывода осевших пылевых частиц из самых глубоких (в зависимости от диаметра частиц) областей ТБД.
    (check this in PDF content)