|
多元非线性人体循环呼吸系统模型及其应用 |
| |
募集现象)考虑进去.
改进后的模型，不仅细化了肺循环部分，而且还将肺循环的某些血液动力学参数定义为呼吸运动的函数，肺的呼吸运动通过对这些参数的影响实时地反映到肺循环乃至整个心血管系统，从而可以动态地反映出心肺之间血液动力学的相互作用.
1.4 呼吸系统模型 在正常情况下，若无气流通过且声门打开时，肺泡内压等于外界压力，平静呼吸时，由于有气流通过，肺泡内压palv等于：
其中，pext为外界压力，平静呼吸时等于0(即大气压)，Ri，Ro为呼吸时的吸入和呼出阻力，qi，qo为吸入、呼出气体流量，通常情况下，由于呼吸产生的肺泡内压力波动约为98～196 Pa［6］，模型中取为133 Pa.
由于跨肺压ptp的定义为：
ptp=palv-pIT
其中，pIT为胸内压. ptp实际上代表肺部膨胀或收缩时产生的弹性回缩力. 根据人体肺容积－跨肺压曲线，可得出不同肺容积时所对应的跨肺压值，如Fig 3所示，则胸内压pIT就等于：
pIT=palv-ptp
由于肺部弹性回缩力的存在，胸内压通常为负(小于大气压)［1］.
根据有关文献［1,2,6］，模型中将平静呼吸时的胸内压及肺泡压表示为：
palv=0.13 . sin(2πt/T-π)
式中：T为呼吸周期，模型中取为心动周期的四倍，当心率为72 min-1时，其值为3.332 s，t1取为0.85T，其值的二分之一为吸气终点，即0.43T. 压力的单位为kPa. 这样，在平静呼吸时，胸内压pIT的变化范围约为-0.8 kPa～-0.5 kPa， 与人体实测数据相符合［6］.
改变跨肺压的变化曲线，即可反映不同肺容积、不同潮气量下的呼吸运动对肺循环及心血管系统的影响. 而改变肺泡压palv的波动幅度，可反映不同气体流量及不同呼吸阻力下呼吸运动对肺循环及体循环的影响.
另外，人取直立姿势时，由于肺受到重力作用，从肺尖到肺底胸内压约有0.735 kPa的压差，使肺的扩张程度从上到下呈梯度性缩小改变. 在模型中，我们用下式表示胸内压pIT随重力加速度的变化：
pIT=pIT0+GzlncosθnRpl
式中，pIT0为肺循环静压参考点(位于肺门下方约5 cm)处的胸内压值，可由式1-10得出，Gzlncosθn表示加速度沿第n段肺血管长度ln方向的分量，θn为该段肺血管与纵轴的夹角，Rpl为胸内压的变化梯度，其值取为25 Pa/(cm . G).
模型中还包含心率及血管张力调节机制模型，有关详细描述请参阅文献［4］.
1.5 多元非线性人体循环呼吸系统整体模型 将前述各子模型按照人体生理、解剖的先验知识连接起来，就构成了一个比较完整的人体循环呼吸系统模型，其框图如Fig 4所示. 图中亦绘出了各外力应激及抗荷措施的仿真方法，这些外部作用均可通过改变模型中的相应参数来模拟.
2 仿真结果和讨论
该模型用Pascal语言实现，可预测重力作用下循环系统内任一瞬间血液分布的变化，也可给出系统中任一部位的血流或血压曲线，还可给出心率、心输出量等生理参量的值与动态变化曲线；并可模拟外力应激及心脏辅助装置的作用，给出由此引起的血液循环系统主要生理变量的调节与变化. 运行时由左心室出发，沿着血液流动方向，经过动脉系统、外周循环系统以及静脉系统汇集至右心房，依次计算各单元的瞬时生理变量值，最后经由右心室、肺循环返回起点，完成一个周期的血液循环. 在这个周期性过程中，又有心率调节、静脉张力调节等机制进行着一系列的反馈自动调节，保证血液循环的正常进行.
利用所建之模型，我们对重力加速度生理影响及先进囊式抗荷系统防护性能进行了较为系统、全面的仿真研究，仿真结果和我国空军航空医学研究所同步进行的人体离心机实验结果及国内外已发表的典型实验数据基本吻合，证实了模型及仿真实验的有效性［7,8］.
Fig 5所示为囊式抗荷系统（BAGS）与可后仰座椅的综合防护对心血管系统影响的仿真实验结果（囊式抗荷系统由下体覆盖面积为43%的抗荷服（ECGS）及压力制度为2.4 kPa/G的正压呼吸(PBG2)组成，后仰座椅角度为45°）. 其结果与人体离心机实验结果基本相符［9,10］.仿真结果表明，该模型能有效模拟人体呼吸循环系统及其相互作用，并同生理系统在动力学特性方面具有很好的相似性. 模型不仅可以给出正常稳定状态下的各种心血管系统参数，还可模拟各种生理、病理或外部的变化和作用，因此可在一定程度上代替动物或人体实验，对探索心血管系统血流动力学机理具有上一页 [1] [2] [3] [4] 下一页
上一个医学论文： 核医学在呼吸系统中的应用
下一个医学论文： 基于人工神经网络的肺癌诊断研究
|
|
|
|
|
|
|
您现在的位置： 绿色健康网 >> 医学论文 >> 内科论文 >> 正文