Искусственная вентиляция легких может быть спасением для пациентов, страдающих заболеваниями легких, такими как хроническая обструктивная болезнь легких, астма и пневмония. К сожалению, использование аппаратов ИВЛ для поддержки дыхания может вызвать дальнейшее повреждение легких, особенно у пожилых пациентов.
Теперь группа исследователей из Университета Джорджии и Университета Содружества Вирджинии разработала компьютерную модель, чтобы помочь ученым лучше понять изменения в функции легких и механике дыхания с возрастом. Они говорят, что их работа может привести к улучшению протоколов лечения пациентов, которым требуется искусственная вентиляция легких. Изучение, "Влияние старения на динамику воздушного потока и функцию легких в бронхиолах человека," был опубликован вчера в журнале PLOS ONE.
"В целом наша динамическая функция легких и дыхательная механика ухудшаются с возрастом," сказал Рамана Пидапарти, профессор и заместитель декана по академическим программам инженерного колледжа UGA, который выступал в качестве старшего автора исследования. "Наше исследование демонстрирует и количественно оценивает влияние старения на динамику воздушного потока и емкость легких. Понимание этих основных механизмов может помочь нам разработать способы более эффективного лечения пожилых пациентов."
Несмотря на преимущества использования искусственной вентиляции легких для помощи или замены самостоятельного дыхания, терапия может привести к широкому спектру осложнений, известных под общим названием повреждение легких, вызванное вентилятором, или ВИЛИ. Эти осложнения включают утечку воздуха, кислородное отравление и структурные повреждения легких. Смертность пожилых пациентов, которым требуется искусственная вентиляция легких, составляет около 53 процентов.
Хотя ученые знают, что функция легких снижается с возрастом, Пидапарти говорит, что исследователям было трудно узнать об основных изменениях механических характеристик легочной ткани с течением времени и о том, как эти изменения связаны с VILI.
Ученые UGA и VCU особенно интересовались эластичностью легких, способностью легочной ткани поглощать прилагаемую силу, возникающую в результате механической вентиляции. Легкие с низкой эластичностью жесткие и требуют большего давления для достижения заданного объема, что затрудняет дыхание.
Используя данные МРТ и компьютерной томографии, ученые UGA и VCU создали модели трахеобронхиального дерева, бронхиол и альвеолярных мешков у 50-летних и 80-летних, где эффекты старения более выражены. Исследователи выполнили компьютерное моделирование, чтобы оценить функцию легких моделей при ИВЛ.
Исследователи обнаружили, что растяжимость легких у 80-летнего пациента увеличилась на 41 процент по сравнению с 50-летним, предполагая, что для наполнения легких пожилого пациента воздухом требовалась дополнительная работа. Кроме того, моделирование показало, что пожилые люди значительно более восприимчивы к ВИЛИ из-за изменений механических свойств легких, измеряемых давлением, напряжением сдвига стенки и деформацией тканей.
Исследование является частью более крупного исследования воспаления легких и его связи с повреждением легких, вызванным вентилятором. Команда изучает, как давление воздуха, создаваемое аппаратами искусственной вентиляции легких, оказывает давление на легочную ткань и как этот стресс может привести к воспалению и дальнейшему повреждению.
Авторы исследования говорят, что полученные результаты важны для использования ИВЛ у пожилых пациентов.
"Конечная цель нашего исследования – определить оптимальные настройки потока воздуха для механической вентиляции легких для конкретного пациента, которые поддерживают дыхание, не причиняя вреда пациенту," сказал Пидапарти.