Почему свистят наши легкие: любопытное исследование

[VAOZ]

Свистящее дыхание — обычное явление, с которым сталкивается большинство из нас, будь то временное явление из-за чего-то вроде сенной лихорадки или простуды, или более длительное из-за такого состояния, как астма или хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ). Но ученые не очень понимают, почему это происходит.

В рамках исследования использовалось сочетание моделирования и видео с высоким разрешением, ученые попытаться пролить свет на механизмы «свистящего дыхания». Было обнаружено, что существует особый «жестокий» процесс, который может заставить наши легкие издавать эти хрипящие звуки. Команда надеется, что благодаря этой информации в будущем можно будет лучше диагностировать хрипы в груди.

«Поскольку хрипы затрудняют дыхание, они оказывают огромное давление на легкие», — поясняет Аластер Грегори из Кембриджского университета в Великобритании. «Звуки, связанные с хрипом, использовались для постановки диагноза на протяжении веков, но физические механизмы, ответственные за возникновение хрипов, до сих пор изучены плохо, и у нас нет модели для прогнозирования того, когда и как они могут происходить».

Чтобы разобраться в причинах свистящего дыхания, ученым нужно было добраться до конца гибких бронхиол, образующих в легких ветвящуюся сеть. Исследователи создали собственный заменитель легких, приспособив для этой цели устройство, называемое резистором Старлинга, состоящее из тонких эластичных трубок разной длины и толщины.

Воздух проходил через трубки с разной степенью натяжения, пока его движение снимала многокамерная стереоскопическая установка. Затем ученые наблюдать, как возникают хрипы и как система поддерживает их посредством серии колебаний в трубках-легких.

«Нас удивило, насколько силен механизм хрипов», — говорит Грегори. «Мы обнаружили, что существует два условия возникновения хрипов. Первое – когда давление на трубки таково, что одна или несколько бронхиол практически разрушаются, а второе – когда воздух проходит через сжатые дыхательные пути с достаточной силой, чтобы возбудить колебания».

В любом случае, колебания поддерживаются с помощью механизма трепетания, в котором бегущие волны воздуха имеют ту же частоту, что и открытие-закрытие трубки. Такой же резонансный сценарий может разрушать мосты и приводить к поломке крыльев самолета, что демонстрирует, насколько опасным это явление может быть для легких.

Ученые разработали «закон трубки», который учитывает свойства материала и геометрию ходов легких, а также величину напряжения, под которым они находятся, чтобы рассчитать, когда могут возникнуть колебания. Если закон можно будет адаптировать к легким человека, у нас появится новый способ анализа хрипов и определения как типа, так и локализации серьезных бронхиальных проблем.

Потребуется дополнительная работа, чтобы настроить систему и лучше улавливать хрипящие звуки, но исследователи надеются, что простой анализ аудиозаписи может в некоторых обстоятельствах заменить рентгеновские снимки и МРТ-сканирование, которые дороги и требуют много времени – а ведь оно часто играет критическую роль.