Математическая модель выбора режимов дыхания при искусственной вентиляции легких

Abstract

Заболевание COVID-19 поражает в первую очередь нижние дыхательные пути и у 20% инфицированных вирус SARS-CoV-2 проникает глубоко в легкие. При этом состояние больного стремительно ухудшается, и наиболее тяжелых пациентов необходимо срочно доставить в отделения интенсивной терапии и подключить к аппаратам искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Искусственная вентиляция легких необходима в тех случаях, когда инфицированный уже не может вдыхать самостоятельно достаточное количество кислорода и выдыхать накопленный углекислый газ. В этих случаях аппараты ИВЛ берут на себя функцию дыхательной системы. Методы искусственной вентиляции легких требуют не только экспериментального, но и теоретического обоснования. Для исследования предлагается математическая модель функциональной системы дыхания, в которой процесс дыхания подается как управляемая динамическая система и с помощью которой можно прогнозировать в динамике дыхательного цикла процесс газообмена в легочных структурах при различных возмущающих воздействиях. Для расширения области применения учитываются особенности процесса, которые характерны для рассматриваемых условий. Предложено дополнить модель уравнениями, учитывающими эластичность легких и сопротивление легочных структур. Поскольку существенна возможность получения количественных и качественных характеристик процесса массопереноса газов при различных видах искусственной вентиляции легких, предложено уравнение для описания различных видов легочного дыхания. Реализация предложенной модели позволит получить данные по исследованию процесса динамики респираторных газов при искусственной вентиляции легких, которые будут способствовать решению практических задач по оптимизации параметров технических аппаратов искусственной вентиляции легких. Дальнейшее сочетание такой модели с моделью развития вирусного заболевания может, в случае наличия соответствующего массива индивидуальных данных, оказать существенную поддержку в выборе режимов ИВЛ при осложненном течении вирусного заболевания.