NEW POSSIBILITIES FOR HUMAN LUNGS VENTILATION FUNCTION CONTROL IN SPECIAL PHYSIOLOGY TASKS USING TRACHEAL NOISES OF FORCED EXPIRATION

Abstract

Some types of human professional activities are associated with the influence of adverse environmental factors, therefore, the study of the human body response both in acute situations and in case of prolonged exposure to such factors is necessary to identify early signs of functional distress and prevent the disease development. The purpose of the paper is to assess the ability to control changes in the human lungs ventilation function under extreme physical loads and a bronchodilation test using the developed acoustic parameters of forced expiratory tracheal noise. Materials and Methods. The authors examined three groups of volunteers: professional divers (n=25) before and after scuba diving, testers (n=11) while modeling the physiological effects of prolonged null-gravity condition, and healthy persons (n=29) during bronchodilation test. Results. The authors revealed significant individual dynamics of tracheal noise duration of forced expiration after diving in modern respiratory equipment of closed type in 28 % (7/25) of divers. They also found multidirectional correlations between the dynamics of the duration of forced expiratory tracheal noises under specific diving and the dynamics of spirometric indicators reflecting the state of the ventilation function in divers. It was found that the specific band energies of forced expiratory noise were characterized by multidirectional sensitivity to the extreme effects under study: postural simulations of null-gravity condition for 3 days revealed a decrease in specific energy in 800–1000 Hz and an increase in 1400–1600, 1600–1800 Hz; during bronchodilation test, an increase in specific energy was found in 1600–1800 Hz, and in case of diving, a decrease in energy in 1400–1600 Hz. Conclusion. Monitoring of changes in the lungs ventilation function using the acoustic parameters of forced expiratory noise seems promising for individual monitoring of a human state under extreme conditions. Keywords: ventilation function, forced expiration, tracheal noises, extreme effects, signal processing. Некоторые виды профессиональной деятельности человека связаны с воздействием неблагоприятных факторов внешней среды, поэтому изучение ответных реакций организма как в острых ситуациях, так и при длительном воздействии необходимо для выявления ранних признаков функционального неблагополучия и профилактики развития заболеваний. Цель исследования. Оценить возможности контроля изменений вентиляционной функции легких человека при экстремальных физических воздействиях и бронходилятационной пробе с помощью разработанных акустических параметров трахеальных шумов форсированного выдоха (ФВ). Материалы и методы. Обследовано 3 группы добровольцев: профессиональные водолазы (n=25) до и после подводного погружения, испытатели (n=11) при моделировании физиологических эффектов длительной невесомости и здоровые лица (n=29) при проведении бронходилятационной пробы. Результаты. Выявлена значимая индивидуальная динамика продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха после погружения в современном дыхательном снаряжении замкнутого типа у 28 % (7/25) водолазов. Обнаружены разнонаправленные корреляционные взаимосвязи между динамикой продолжительности трахеальных шумов форсированного выдоха со специфическими факторами погружения и динамикой спирометрических показателей, отражающих состояние вентиляционной функции у водолазов. Установлено, что удельные полосовые энергии шумов форсированного выдоха характеризуются разнонаправленной чувствительностью к исследуемым экстремальным воздействиям: при постуральном моделировании невесомости в течение 3 сут выявлено снижение удельной энергии в полосе частот 800–1000 Гц и рост – в полосах 1400–1600, 1600–1800 Гц; при бронходилятационной пробе обнаружен рост удельной энергии в полосе частот 1600–1800 Гц, а при водолазном погружении – снижение энергии в полосе частот 1400–1600 Гц. Выводы. Мониторинг изменений вентиляционной функции легких с помощью акустических параметров шумов форсированного выдоха представляется перспективным для индивидуального контроля состояния человека при экстремальных воздействиях. Ключевые слова: вентиляционная функция, форсированный выдох, трахеальные шумы, экстремальные воздействия, обработка сигналов.