Вплив в'язкості повітря на поширення звуку в бронхіальному дереві людини

Abstract

В рамках довгохвильового наближення побудовано фізичну модель поширення звуку по транзиторній зоні респіраторного тракту людини. При цьому основна увага приділялась вивченню впливу в'язкої взаємодії бронхіального повітря, що коливається внаслідок акустичного збудження, зі стінкою бронха. Для того щоб уникнути розгляду ефектів піддатливості стінок та випромінювання звуку в легеневу паренхіму, в даному дослідженні респіраторні повітропроводи моделювались жорсткостінними трубками. З'ясовано, що урахування в'язкості повітря призводить до появи не лише затухання, але й яскраво вираженої дисперсії звукових хвиль, які поширюються в елементах бронхіального дерева. Зі зменшенням калібру бронха ці явища стають все більш відчутними. Урахування в'язкості також суттєво впливає на характер частотних залежностей вхідного імпедансу кінцевих бронхіол, навантажених на систему респіраторних повітропроводів. Крім того, показано, що імпеданс кінцевої бронхіоли залежить від граничних умов на вході респіраторного тракту з боку голосової щілини (відкриті або зімкнуті голосові зв'язки).

В рамках длинноволнового приближения построена физическая модель распространения звука по транзиторной зоне респираторного тракта человека. При этом основное внимание уделялось изучению влияния вязкого взаимодействия бронхиального воздуха, колеблющегося вследствие акустического возбуждения, со стенкой бронха. Для того чтобы избежать рассмотрения эффектов податливости стенок и излучения звука в легочную паренхиму, в данном исследовании респираторные воздуховоды моделировались жесткостенными трубками. Выяснено, что учет вязкости воздуха приводит к появлению не только затухания, но и ярко выраженной дисперсии звуковых волн, распространяющихся в элементах бронхиального дерева. С уменьшением калибра бронха эти явления становятся все более ощутимыми. Учет вязкости также существенно влияет на характер частотных зависимостей входного импеданса конечных бронхиол, нагруженных на систему респираторных воздуховодов. Кроме того, показано, что импеданс конечной бронхиолы зависит от граничных условий на входе респираторного тракта со стороны голосовой щели (открытые или сомкнутые голосовые связки).

Within the long-wave approximation the physical model of the sound propagation through a transitional zone of human respiratory tract is developed. At that the basic notice was given to the analysis of influence of a viscous interaction between the bronchial air, that oscillates owing to acoustic excitation, and the wall of the bronchus. To avoid consideration of effects of compliance of the walls and the sound radiation into pulmonary parenchyma, in the given study the respiratory airways were modelled by tubes having rigid walls. It is clarified that account of viscosity of air results in appearance of not only damping, but also profoundly expressed dispersion of sound waves diffusing in elements of a bronchial tree. With decrease of calibre of a bronchus these phenomena become more and more appreciable. Account of viscosity also essentially influences the nature of frequency dependences of an input impedance of terminal bronchioles loaded at a system of respiratory airways. Besides, it is shown that the impedance of terminal bronchiole depends on boundary conditions on an input of a respiratory tract at the part of a voice slot (opened or closed vocal chords).