Режим искусственной вентиляции легких и конструкция манжеты трубки изменяют форму воздушного потока в интубированной трахеи

Механическая вентиляция спасает жизни, но поток воздуха, который она создает внутри интубированных дыхательных путей, также может формировать условия, связанные с осложнениями во время долгосрочной поддержки. В недавнем исследовании преподаватели Политехнического института SUNY д-р Аарти Секаран (доцент кафедры машиностроения) и д-р Ахмед Абделаал (доцент кафедры машиностроительных технологий) изучили, как два практических фактора — конструкция манжеты эндотрахеальной трубки (ЭТТ) и режим вентилятора — изменяют поведение воздушного потока внутри трахеи человека.

Их статья «Вычислительная и экспериментальная характеристика потока в трахеи человека» Интубированная трахея человека, недавно опубликованная в специальном выпуске журнала MDPI Жидкости о дыхательных потоках, фокусируется на области возле манжеты ЭТТ, где могут возникнуть вторичные проблемы, такие как инфекция. Команда сравнила две геометрии манжет, обычно используемые в клинических устройствах, тип Taperguard и тип Microcuff, и оценила их в рамках двух стратегий вентиляции: вентиляции с контролем давления (PCV) и вспомогательной вентиляции с контролем объема (VCV).

Чтобы отразить реалистичную, изменяющуюся во времени физику потока, Секаран и Абделаал объединили трехмерную нестационарную вычислительную гидродинамику (URANS CFD) с экспериментальной проверкой, используя измерения потока и визуализация для подтверждения ключевых действий. Этот смешанный подход позволил им количественно оценить изменения в асимметрии потока, вторичных структурах потока и напряжении сдвига стенки — показателях, которые важны, поскольку они влияют на то, насколько сильно воздух «тянется» по поверхности дыхательных путей и как происходит транспортировка вблизи манжеты.

Главный вывод заключается в том, что режим вентиляции и геометрия манжеты взаимодействуют: конфигурация Taperguard под PCV создает значительно более высокое напряжение сдвига стенки, достигая почти вдвое того, что наблюдалось для той же манжеты под VCV. Напротив, комбинация Microcuff + VCV приводила к более низким скоростям и снижению сдвига, при этом пиковые уровни составляли около 80 процентов от тех, которые наблюдались в случае Taperguard.

В целом, исследование предоставляет проверенную, инженерно-обоснованную линзу для понимания того, как конструкция устройства и стратегия вентиляции могут существенно изменить трахеальный воздушный поток, идеи, которые могут помочь как в будущем дизайне ЭТТ, так и в принятии клинических решений.