Степанов Е.В., Коваль А.В.

Лазерный спектральный анализ изотопического состава СО₂ вблизи 2.05 мкм

Аннотация:
Рассмотрены вопросы высокоточного лазерного спектрального анализа относительного содержания изотопомеров ¹²СО₂ и ¹³СО₂ в ближнем ИК-диапазоне, вблизи 2.05 мкм. Описаны система и алгоритм обработки спектральной информации, предназначенные для анализа изотопического состава выдыхаемого воздуха и базирующиеся на использовании перестраиваемых диодных лазеров. Представлены двухканальная оптическая схема анализатора и специализированная цифровая система управления. Предложен алгоритм обработки спектральных данных, предназначенный для определения разницы изотопического состава воздушных газовых смесей, и проведено численное моделирование его работы. Определено несколько спектральных участков, оптимальных для проведения анализа относительного содержания ¹²СО₂ и ¹³СО₂ в выдыхаемом воздухе, лежащих вблизи 4880 см^-1. Использование предлагаемой схемы спектрофотометра и разработанного алгоритма ведет к уменьшению влияния таких помех, как интерференция на оптических элементах, поглощение в открытой атмосфере, медленный дрейф огибающей лазерного импульса, несбалансированность спектральных каналов. Чувствительность сравнительного анализа изотопического содержания СО₂ в пробах выдыхаемого воздуха, достижимая с помощью применяемой схемы спектрофотометра, оценивается величиной 0.1 %. Предлагаемый подход может быть применен для сравнительного изотопического анализа любых других газообразных молекул, обладающих сходными спектральными свойствами.
(скачать PDF)
Ключевые слова: анализ изотопного состава, спектры пропускания СО₂, лазерный спектральный анализ, изотопические дыхательные тесты
Keywords: isotopic content analysis, CO₂ transmission spectra, laser spectral analysis, isotopic breath tests

Степанов Е.В.

Аннотация:
Рассмотрены физические принципы лазерного спектрального анализа относительного содержания молекул орто- и параводы, предназначенного для исследования спин-селективных процессов в газовых средах. Описан анализатор относительного содержания спиновых изомеров молекулы воды, основанный на использовании перестраиваемого диодного лазера. Принцип действия прибора базируется на высокоточном измерении поглощения в отдельных колебательно-вращательных линиях молекулы Н₂O, расположенных в ближнем ИК-диапазоне. Прибор может применяться для исследований и контроля различных спин-селективных процессов в парах воды как в открытой атмосфере, так и в герметичных объемах при пониженном общем давлении. Эффективность разработанного метода диагностики продемонстрирована в применении к диагностике процессов спин-селективной адсорбции в нанопористых полимерных сорбентах. Реализованное сочетание относительной простоты анализа исследуемого молекулярного объекта с высокой точностью измерения параметров аналитических линий поглощения предоставляет возможность для вариации в широких пределах условий наблюдения спин селективных процессов в молекулах орто- и параводы.
(скачать PDF)
Ключевые слова:диодная лазерная спектроскопия, спиновые изомеры воды, орто- и паравода, лазерный спектральный анализ.
Keywords: diode laser spectroscopy, water spin isomers, ortho- and parawater, laser spectral analysis

Дьяченко А.И., Шулагин Ю.А., Степанов Е.В., Зизина А.Г., Кротов В.П., Петров В.М., Бурковская Т.Е.

Мониторинг биологического эффекта радиационного воздействия у приматов по выделению эндогенного СО с выдыхаемым воздухом и гематологическим
параметрам

Аннотация:
Целью данного исследования была разработка метода неинвазивной оценки эффекта радиационного воздействия на живые организмы с помощью лазерного анализа со-держания эндогенного СО в выдыхаемом воздухе, а также апробация данной техники в эксперименте при остром радиационном воздействии на обезьян. Контрольная и тестируемая группы состояли каждая из двух обезьян вида макака-резус. Тестируемая группа подвергалась острому гамма-облучению в дозе 1.32 Гр, накапливаемой в течение 6 час. С помощью лазерного анализатора определялись изменения выделения эндогенного СО у животных с выдыхаемым воздухом. Для этого обезьяны помещались в вентилируемый гермообъем. Было обнаружено увеличение выделения эндогенного СО на третий день после радиационного воздействия. Потребление кислорода и выделение углекислого газа не изменилось после воздействия. Отмечено, что острое радиационное воздействие интенсивностью 1.32 Гр вызывает гематологические изменения (снижение лейкоцитов и гематокрита) у макак-резус. Наблюдаемые изменения выделения СО предшествуют гематологическим изменениям состава крови.
(скачать PDF)
Ключевые слова:эндогенный СО, гемоглобин, лейкоциты, ретикулоциты, радиация, математическое моделирование, техника мониторинга, лазерный спектральный ана лиз, перестраиваемые диодные лазеры.
Keywords: endogeneous CO, hemoglobin, leukocytes, reticulocytes, radiation, mathematical modeling, monitoring technique, laser spectral analysis, tunable diode lasers

Бабарсков Е.В.

Аннотация:
Статья посвящена математическому моделированию процесса газообмена моноокси-да углерода (СО) между альвеолярным воздухом и кровью легочных капилляров, на основе которого предлагаются новые методы исследования диффузионной способности легких. В частности, построена модель газообмена СО при проведении диффузионного теста с учетом образования карбоксигемоглобина (COHb) и предложен неинвазивный метод исследования легочной гемодинамики. Проведено математическое моделирование процесса газообмена эндогенного СО с учетом циклической вентиляции легких, в результате которого предложен оригинальный метод измерения диффузионной способности альвеолярно-капиллярной мембраны и альвеолярного объема легких без использования тестовых газовых смесей. Предложены алгоритмы экспериментального определения соотношения между равновесной концентрацией СО в выдыхаемом воздухе и содержанием COHb в крови, а также общей массы гемоглобина.
(скачать PDF)
Ключевые слова: монооксид углерода, гемоглобин, карбоксигемоглобин, газообмен, диффузионная способность легких, альвеолярный объем легких, объем крови легоч- ных капилляров, легочная гемодинамика, дифференциальная диагностика, математи- ческое моделирование
Keywords: carbon monoxide, hemoglobin, carboxyhemoglobin, gas exchange, lung diffusion capacity, alveolar volume, volume of blood pulmonary capillaries, lung hemodynemics, differential diagnostic, mathematical modeling

Дьяченко А.И., Михайловская А.Н.

Респираторная акустика (обзор)

Аннотация:
Статья содержит обзор работ по распространению и генерации звука в лёгких. Пред-ставлены экспериментальные данные и математические модели. В соответствии с со-временными взглядами лёгочная ткань рассматривается как пористая сплошная среда. Большое внимание уделено распространению звука от трахеи до поверхности грудной клетки. Рассмотрены современные акустические методы исследования дыхательной системы. Даны акустические характеристики лёгочных и трахеальных шумов, в том числе трахеальных шумов форсированного выдоха. Подробно обсуждаются механизмы генерации звука в лёгких: турбулентность потока в дыхательных путях; генерация звука при завихрениях воздушного потока, возникающих до наступления турбулентности; неустойчивость мягкой стенки дыхательных путей и потока газа (флаттер); генерация везикулярных звуков в процессе релаксации механических напряжений в лёгочной ткани. Отмечено, что в разных условиях могут реализовы-ваться все указанные механизмы. Понимание механизмов генерации лёгочных шумов и их связи с биомеханическими характеристиками лёгких явится основой для дальнейшего развития аускультативной диагностики бронхолёгочных заболеваний.
(скачать PDF)
Ключевые слова: акустика, респираторная система, математическое моделирование, распространение звука, дыхательные шумы, акустические методы диагностики, аускультация лёгких, механизмы генерации легочных звуков, турбулентность, срыв вихрей, флаттер
Keywords: acoustics, respiratory system, mathematical modeling, sound transmission, lung sounds, auscultation, computerized diagnostic methods, lung sounds, auscultation of the lung, mechanisms of sound generation, turbulence, vortex shedding, flatter

Коренбаум В.И., Дьяченко А.И., Почекутова И.А., Кирьянова Е.В., Шулагин Ю.А., Осипова А.А., Михайловская А.Н., Попова Ю.А., Костив А.Е., Шин С.Н.

Анализ физических факторов, влияющих на продолжительность шумов форсированного выдоха, регистрируемых над трахеей

Аннотация:
На основе анализа данных нескольких независимых экспериментов установлено, что продолжительность трахеальных шумов форсированного выдоха в полосе 200–2000 Гц увеличивается с ростом сопротивления дыхательных путей и плотности ды-хательной газовой смеси. Выявленный вид этой зависимости от плотности дыхательной газовой смеси позволяет связать основной механизм их шумообразования с турбулентностью потока. Плотность и адиабатическая сжимаемость дыхательной газовой смеси оказывают различное влияние на низко-, средне- и высокочастотные полосовые продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха.
(скачать PDF)
Ключевые слова:дыхательные шумы, форсированный выдох, продолжительность, сопротивление, дыхательные газовые смеси, статистический анализ, моделирование, механизмы
Keywords:lung sounds, forced exhalation, duration, resistance, breathing gas mixtures, statistical processing, simulation, mechanisms

Касоев С.Г.

О гидродинамической природе шумов сердечно-сосудистой системы

Аннотация:
В рамках теории дипольных источников звуков сердечно-сосудистой системы, ранее развитой автором для исследования тонов сердца, рассмотрены шумы артерий как проявление импульсов силы при вихреобразовании за препятствием в артерии. Рассмотрен весь процесс от возникновения вихря за препятствием до его отрыва потоком. Для описания этого сложного гидродинамического явления привлечены дополнительные предположения. Описаны условия, при которых отрывается вихрь, и оценена периодичность этого явления. Модель представляет импульс силы, возникающий при отрыве вихря, как акустический диполь, ближнее поле которого создает на грудной поверхности поле нормальной скорости. Простая модель стетоскопа использована для получения зависимости звукового давления в чашечке стетоскопа от параметров артерий и величины стеноза. Для полученного поля диполя найден оптимальный размер чашечки стетоскопа. Проведена сравнительная оценка звукового давления в чашечке стетоскопа с известными данными. Приведенная теория и сделанные оценки находятся в удовлетворительном соответствии с наблюдаемыми явлениями и позволяют объяснить многие рассматриваемые явления.
(скачать PDF)
Ключевые слова:аускультация, шумы артерий, стеноз, возникновение вихрей, отрыв вихрей, шумы сердца, акустический диполь, стетоскоп
Keywords:auscultation, artery bruits, stenos, vortex generation, vortex separation, heard murmurs, acoustic dipole, stethoscope