Пермские ученые изучили процессы оседания промышленной пыли в легких человека
Загрязнение атмосферного воздуха химическими веществами и пылевыми частицами негативно воздействует на здоровье человека, в том числе на его дыхательную систему. Современные методы медицинской диагностики лишь в момент обследования могут адекватно оценить текущее состояние пациента. Применение же математического моделирования позволяет исследователям и врачам долгосрочно прогнозировать различные изменения в организме при воздействии внешних факторов. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из Федерального научного центра управления рисками изучили, как воздух с частицами промышленной пыли движется в носовой полости и дыхательных путях легких человека. В России работы по этой тематике ведутся лишь в нескольких научных организациях. Математическая модель, разработанная учеными, — это часть большого исследования функциональных нарушений в органах и системах человеческого организма.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Математическая биология и биоинформатика». Носовая полость человека выполняет жизненно важные защитные функции – нагревание вдыхаемого воздуха и его очищение от пыли. Эти факторы необходимо учитывать при моделировании возникновения и развития заболеваний, таких как пневмония, силикоз, бронхит.
Разработанная учеными математическая модель позволяет изучить турбулентное (вихревое) течение воздуха с твердыми частицами пыли разных форм и размеров в верхних дыхательных путях.
«Нагревание и очищение происходит благодаря сложному анатомическому строению носовой полости. Она представляет собой искривленную сеть каналов с многочисленными выступами и неровностями. При вдохе воздух нагревается и поступает в легкие более теплым, что предотвращает возникновение многих заболеваний. Пылевые частицы, контактируя со слизистой оболочкой, частично оседают на стенках, и со временем выводятся из организма, более мелкие фракции могут проникать в легкие», – объясняет заведующий кафедрой «Математическое моделирование систем и процессов» ПНИПУ, доктор физико-математических наук Петр Трусов.
Для исследования ученые разработали трехмерную модель правой части носовой полости человека. Она основана на томографических снимках 30 здоровых взрослых людей, не имеющих анатомических аномалий. Модель позволила изучить процесс нагревания воздуха в носу при различной температуре окружающей среды (от + 25 до –25 градусов) без твердых частиц, а также исследовать течение воздуха с пылинками различных размеров и их оседание в носовой полости.
«Мы рассматривали конкретный состав пыли, образованной в результате работы отрезного станка на машиностроительном производстве. При данной технологической операции образуется большое количество частиц, 67 процентов которых имеет размер от 10 до 800 микрометров, что можно сравнить с размером микроорганизмов или толщиной волоса», – рассказывает научный руководитель ФНЦ, академик РАН Нина Зайцева.
Выяснено, что почти 99 процентов частиц размером более 10 мкм оседают в носовой полости человека, не достигая носоглотки. Чем меньше диаметр и масса пылинок, тем хуже они «улавливаются» носом. Так, в носовой полости оседает 68 процентов частиц размером 5-7 мкм и 47 процентов диаметром 4-5 мкм. Более мелкие частицы (менее 2,5 мкм) способны проникать в легкие. Обладая разрушающим токсическим действием, они становятся причиной возникновения заболеваний нижних дыхательных путей. При исследовании влияния пыли на состояние здоровья человека таким частицам необходимо уделять особое внимание.
Для лечения заболеваний носовой полости ученые рекомендуют использовать аэрозоли с дисперсной фазой более восьми мкм, чтобы лекарство оставалось в носу и не проникало дальше. Разработка ученых ПНИПУ и Федерального научного центра управления рисками является важной частью комплексной модели для описания работы дыхательной системы человека. Она позволит проводить дальнейшие исследования по течению воздуха в легких человека, моделировать возникновение и развитие различных заболеваний дыхательных путей и легких.
Telegram 
Дзен 
VK Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Астробиологи с помощью сложных трехмерных климатических моделей доказали, что растительная жизнь на Земле способна просуществовать еще около 1,8 миллиарда лет. Это значительно дольше, чем предсказывали предыдущие расчеты.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно