ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
дм
3
/мин, а при очень тяжелой физической работе оно может достичь 4 дм
3
/мин.
Сущность процесса
тепловлагообмена
, происходящего в легких, состоит в том, что вдыхаемый человеком воздух неза-
висимо от его исходных температурно-влажностных параметров принимает параметры альвеолярного воздуха, т.е. темпера-
туру внутренней части тела человека (около 37 °С) и полностью насыщается водяными парами. Парциальное давление водя-
ных паров в альвеолярном воздухе постоянно и равно 6,3 кПа.
Температурно-влажностные параметры выдыхаемого человеком воздуха являются постоянными и несколько отличают-
ся от параметров альвеолярного воздуха вследствие влияния мертвого пространства дыхательных путей. С учетом этого при
испытаниях и оценке ИДА считают, что температура выдыхаемого воздуха равна 36…37 °С и относительная влажность
94…98 %, а в качестве расчетной принята его
удельная энтальпия
(
теплосодержание
), равное 140 кДж на 1 кг сухого возду-
ха.
При дыхании человека в нормальных микроклиматических условиях (температура воздуха 15…25 °С, относительная
влажность 40…60 %) теплосодержание вдыхаемого воздуха ниже, чем выдыхаемого. Поэтому из организма через легкие от-
водится определенное количество теплоты и водяных паров, что способствует сохранению нормального теплового баланса
организма. При вдыхании из атмосферы или из ИДА воздуха, имеющего удельную энтальпию выше, чем 140 кДж/кг, проис-
ходит поступление теплоты извне через органы дыхания и накопление ее в организме, что является неблагоприятным для
человека фактором.
2.3. МОДЕЛЬ ВНЕШНЕГО ДЫХАНИЯ ЧЕЛОВЕКА
Основные сведения из физиологии дыхания человека являются основанием для построения математической модели
внешнего дыхания человека, которая необходима для понимания принципов и техники защиты органов дыхания человека
при помощи ИДА. Как указывалось выше, характер внешнего дыхания и взаимосвязь между его отдельными параметрами у
разных индивидуумов неодинаковы. Поэтому при выводе математических зависимостей необходимо применять определен-
ные условности и допущения, усреднение некоторых показателей, что не должно отражаться на правильном описании ос-
новной сущности физиологического процесса внешнего дыхания.
Решение задачи начинают с построения математической модели вентиляционной функции легких [2]. При дыхательных
движениях грудной клетки создается пульсирующий поток воздуха, изменение объема которого во времени описывается
спирограммой, а объемного расхода – пневмотахограммой (см. рис. 13). Из трех видов пневмотахограмм, встречающихся
при дыхании большинства людей, наиболее характерна куполообразная, которую и принимают при выборе модели вентиля-
ционной функции легких.
Для куполообразной пневмотахограмы можно с достаточным приближением допустить, что перемещение воздуха из
атмосферы в легкие, а затем обратно осуществляется по закону гармонического колебательного движения, т.е. по закону
синуса, а создаваемый легкими поток воздуха является синусоидальным потоком.
Синусоидальная зависимость обладает следующими достоинствами:
– она выражается простым математическим уравнением, причем дифференцирование зависимости изменения объема
во времени (спирограммы) для получения объемного расхода потока (пневмотахограммы) приводит к кривой такого же вида
– синусоиде, сдвинутой на четверть периода;
– объемные расходы потока воздуха для синусоидальной зависимости и куполообразной пневмотахограммы близки
между собой и находятся в диапазоне значений, приведенных выше для платообразной и треугольной пневмотахограмм;
– пульсирующий поток воздуха, близкий к синусоидальному, воспроизводится при помощи обычного кривошипно-
шатунного механизма, что важно при создании стендов-имитаторов дыхания для испытания ИДА.
Изменение объема легких
V
при дыхании описывается уравнением
τπ= nVV 2sin5,0
д
, (1)
где
V
д
– дыхательный объем (вдоха или выдоха), л;
n
– частота дыхания, мин
–1
; τ – время, мин.
Скорость изменения объема легких
w
(дм
3
/мин) или объемный расход воздуха при дыхании выражается формулой (2):
( )
[ ]
τπ+ππ=τππ=
τ
= nnVnnV
d
dV
w 22sin2cos
дд
, (2)
а легочная вентиляция (дм
3
/мин) – формулой (3):
nVw
дл
=
. (3)
Тогда, учитывая, что при инженерных расчетах привязка к начальной фазе синусоидального потока не имеет значения,
уравнение (1) можно записать в следующем виде:
τπ= nww sin14,3
л
. (4)
Из данных уравнений вытекают три следствия:
1) средний объемный расход потока воздуха при вдохе и выдохе
nVww
дл
22 ==
; (5)
2) максимальный объемный расход потока при вдохе и выдохе
wnVww 57,114,314,3
длmax
===
; (6)
3) одни и те же значения
w
л
,
w
и
w
max
получаются при разных
V
д
и
n
и зависят от их произведения.
Необходимо отметить, что вывод зависимостей (1) – (6) произведен, исходя из допущения, что объемы вдыхаемого и
выдыхаемого воздуха равны между собой и характеризуются изменением геометрической вместимости легких. На самом
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 16
- 17
- 18
- 19
- 20
- …
- следующая ›
- последняя »
