عنوان پایان‌نامه
شبیه‌سازی رفتار یک کیسه هوایی (alveolus) آسیب دیده در سندروم حاد تنفسی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3575;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80515;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3575;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 80515
- تاریخ دفاع
- ۲۸ دی ۱۳۹۵
- دانشجو
- مسعود الهی فر
- استاد راهنما
- امیر نجات
- چکیده
- سندروم حاد تنفسی، بیماری است که در آن، کیسه های هوایی با محلولی غنی از پروتئین پر می شوند. پر شدن کیسه های هوایی با مایع موجب کاهش میزان تبادل گاز های تنفسی و افزایش کار مورد نیاز جهت تنفس می شود. غالب بیماران مبتلا به سندروم حاد تنفسی قادر به تامین این کار نیستند و نیازمند مراقب با دستگاه تنفس مصنوعی می باشند. اما با بررسی های انجام شده، مشخص شده است که تنفس مصنوعی از طریق بیش از حد باد کردن شش ها، خود یکی از عوامل ایجاد و یا وخامت این بیماری است. در ابتدای شناخت سندرم حاد تنفسی، نرخ مرگ و میر ناشی از آن در حدود 70% بوده است، که با افزایش آگاهی و مشاهدات در آناتومی و فیزیولوژی افراد سالم و بیمار، آسیب شناسی بیماری و بهبود مانور های درمانی با دستگاه تنفس مصنوعی، نرخ مرگ و میر در این بیماری کاهش یافته است، بگونه ای که هم اکنون این عدد به کمتر از 40% رسیده است، با این حال این عدد هنوز بالاست. با اطمینان می توان گفت که با بیشتر شدن آگاهی در مورد مکانزیم این بیماری و نحوه عملکرد دستگاه تنفس مصنوعی بر شش ها، می توان نرخ مرگ و میر را کاهش داد. هدف اصلی این مطالعه بررسی اثر افزایش فشار بر سیستم تنفس در بیماری حاد تنفسی است. به این منظور از مدل سازی مستقیم و غیر مستقیم جهت بررسی اثر افزایش فشار بر میزان تبادل گاز و تغییر در بافت ریه استفاده شده است. در مدل سازی مستقیم، تبادل گاز های اکسیژن و دی اکسید کربن در محل تماس هوای دم و جریان خون، تحت فشارهای متفاوت هوای دم در کیسه های هوایی سالم و بیمار با استفاده از نرم افزار کامسول شبیه سازی شده است. در شبیه سازی های انجام شده، علاوه بر انتقال مولکول های اکسیژن و دی اکسید کربن، واکنش آنها با مولکول های هموگلوبین و اثر یون های هیدروژن بر این واکنش ها نیز در نظر گرفته شده است. علاوه بر این تبادل گازهای تنفسی در یک کیسه هوایی با شکل ایده آل کروی که بخشی از آن با مایع پر شده بود، شبیه سازی شده است. در شبیه سازی های انجام شده مشخص شد که افزایش فشار ایجاد شده در ورودی سیستم تنفس بوسیله دستگاه تنفس مصنوعی از طریق افزایش سطح تماس مستقیم هوا و دیواره کیسه های هوایی سبب افزایش تبادل گاز می شود و افزایش فشار بطور مستقیم تاثیر چندانی در تبادل گاز ندارد. به عبارت دیگر نقش دستگاه تنفس مصنوعی تهویه هوای داخل شش ها و بازگشایی مجاری گرفته آن ها است. دستگاه تنفس مصنوعی ضمن دمیدن هوا به داخل ریه، موجب انتقال انرژی به آن می شود. بخشی از این انرژی با تغییر شکل بافت ریه، در آن ذخیره می شود. میزان این انرژی ذخیره شده می تواند به عنوان معیاری جهت تنظیم دستگاه تنفس مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد. به همین منظور با استفاده از مدل سازی غیر مستقیم، روشی برای تخمین انرژی ذخیره شده در ریه، بدون نیاز به انجام مانور خاصی با دستگاه تنفس مصنوعی و تنها به کمک اطلاعات خروجی از آن ابداع شده است. در این روش از یک مدل کلی برای ریه، مشهور به مدل آر سی، استفاده شده است و پارامترهای مجهول این مدل، با استفاده از برنامه تهیه شده در نرم افزار متلب، بصورت لحظه ای در طول سیکل دم محاسبه می شود و در نهایت با جمع آن ها انرژی کرنش در بافت ریه بدست می آید.
- Abstract
- Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a disease in which alveoli are filled with a protein rich liquid. Flooding of alveoli result in low gas exchange, and increase work of breath. Most of patients inflicted by ARDS can’t supply the energy of breathing and need to be helped by ventilation machine. But investigations has revealed that artificial ventilation can cause or worsen ARDS, through over-inflation of alveoli. At the beginning of ARDS introduction, its mortality rate was about 70%, which by accumulation of knowledge and observation in anatomy and physiology of healthy and sick people, disease pathology, and enhanced ventilation maneuvers, the mortality rate is reduced. Now it’s about 40%, but it is still high. It’s for sure that understanding the mechanisms in which this disease and ventilation machine act on the respiratory system, contributes to lower mortality rates. The main goal of this study is to understand the role of increased air pressure in ventilation. For this purpose, direct and inverse lung modeling techniques have been used. In direct modeling, oxygen and carbon dioxide exchange between inflation air and blood flow at the surface of healthy and sick alveoli, under different inflow pressures was simulated. In these simulations, beside oxygen and carbon dioxide molecules, their reaction with hemoglobin molecules and the effect of hydrogen protons on this reaction is considered in the modeling. Also gas exchange in partially flooded alveoli, were simulated. According to these simulations, it has been revealed that increased air pressure at the entrance of the respiratory system, increases gas exchange through increasing the surface area in which air and blood flows contact directly, and it has no significant effect by itself. In other words, the role of ventilation machine is to ventilate the lungs and recruit their obstructed airways. Energy transfers into the lungs as the air is forced into the respiratory system. Part of this energy stores in the lung tissue as it deforms. The amount of energy stored in lung can be used as a criterion to adjust working properties of ventilation machine. For this purpose, using the inverse lung modeling, a method for estimating the stored energy in the lung tissue, which depends only on the standard output of ventilation machine and needs no special machine maneuvers, was devised. In this method a lump model of lung, known as RC model, was used and its parameters were evaluated locally during inflation cycle and then they were used to work out the strain energy of the lung tissue. Keywords: strain energy, gas exchange, acute respiratory distress syndrome, respiratory system, work of breath.
