modelele cu mai multe compartimente
modelele cu mai multe compartimente sunt următorul pas către modelarea mai realistă a biomecanicii respiratorii. Acestea cuprind toate abordările care se caracterizează prin componente multiple cu dimensiuni reduse atât pentru zona conductivă, cât și pentru zona respiratorie a plămânului și marchează trecerea de la abordările fenomenologice pure la modele motivate fizic în biomecanica respiratorie. În general, modelele cu mai multe compartimente sunt motivate de ideea că o descriere dimensională redusă este cel mai eficient mod de a descrie biomecanica respiratorie la nivel de organ și conștientizarea faptului că lipsa informațiilor regionale trebuie depășită pentru a permite concluzii precise într-un cadru clinic.
modelele cu mai multe compartimente fenomenologice pure se caracterizează printr-o dispunere paralelă a modelelor cu un singur compartiment cu valori distribuite ale parametrilor pentru rezistență și conformitate echivalente extinse de modelele care guvernează dinamica recrutării / derecruitmentului. Aceleași ipoteze sunt valabile ca și pentru modelele cu un singur compartiment, cu excepția presupunerii că comportamentul este mediat pe întregul organ (a se vedea secțiunea „modele cu un singur compartiment”). Parametrii de model necesari sunt încă identificați prin montarea la măsurătorile pacientului.
modelele cu mai multe compartimente motivate fizic, pe de altă parte, sunt construite pe baza fizicii subiacente. Se fac ipoteze specifice pentru a permite descrierea dimensională redusă atât a zonei conductoare, cât și a zonei respiratorii. Reprezentările unidimensionale, zero-dimensionale sau bazate pe impedanță ale segmentelor unice ale căilor respiratorii ale zonei conducătoare (vezi secțiunea „modele reduse ale zonei conducătoare”) sunt apoi combinate cu o structură arborescentă realistă morfologic folosind fie date din mulaje pulmonare, fie algoritmi de creștere a copacilor care generează un arbore al căilor respiratorii care umple spațiul într-o geometrie a corpului pulmonar bazată pe imagistică specifică pacientului. În plus, fiecare segment al căilor respiratorii poate fi echipat cu o reprezentare a dinamicii de recrutare/derecrutare bazată pe o variabilă suplimentară care descrie starea de deschidere și progresia acesteia. Zona respiratorie de la capetele terminale ale arborelui căilor respiratorii sau în aranjamentele paralele ale modelelor cu un singur compartiment poate fi, de asemenea, potrivită ecuațiilor fenomenologice pure ale țesutului pulmonar folosind, de exemplu, ecuațiile de conformitate exponențială menționate anterior sau poate fi derivată din descrieri motivate fizic ale țesutului pulmonar, de exemplu, pe baza modelelor de conducte alveolare (vezi secțiunea „modele reduse ale zonei respiratorii”). O extensie recentă importantă legată de zona de conducere în modelele cu mai multe compartimente este luarea în considerare a interacțiunii dintre compartimentele vecine unice, cunoscută și sub numele de interdependență pulmonară, adăugând stabilitate realistă spațiilor de aer unice de umflare/dezumflare.
în esență, toate modelele cu mai multe compartimente sunt o relație funcțională între presiune și debit în zona conductivă și respiratorie și permit o rezoluție spațială a cantităților calculate în diferite regiuni ale plămânului. Cu posibilitatea de a respecta proprietățile materialelor distribuite spațial și presiunile de redeschidere a pragurilor variabile la nivel regional, precum și efectele gravitaționale, acestea permit o examinare mai realistă a funcției pulmonare. Aranjamentele paralele simple ale modelelor cu un singur compartiment sunt încă reprezentări fenomenologice ale mecanicii pulmonare care trebuie să fie adecvate măsurătorilor și, prin urmare, sunt ușor de adaptat la un anumit pacient. Pentru o potrivire satisfăcătoare, calitatea măsurătorilor disponibile este decisivă. Caracterul predictiv al acestor modele suferă de faptul că nu se înțelege ce se întâmplă în scenarii dincolo de cele în care sunt disponibile date adecvate. Concluziile privind presiunile mai mari decât cele măsurate sunt atunci doar o extrapolare matematică mai sofisticată, fără cunoștințe mai profunde despre potențialele puncte critice ale comportamentului sistemului și, prin urmare, periculoase pentru predicție într-o aplicație clinică.
modelele cu mai multe compartimente bazate fizic permit o perspectivă mai profundă asupra fluxului de aer într-o rețea de segmente de căi respiratorii conforme și umflarea țesutului pulmonar elastic (visco -). În aceste modele, descrierile conducerii și ale zonei respiratorii sunt derivate din dinamica fluxului de aer fizic și din mecanica țesuturilor și extinse prin toate capacitățile necesare pentru a descrie comportamentul plămânului. Acestea pot include interdependența, precum și dinamica recrutării/derecrutării. Verificarea în raport cu reprezentările mecanice continue ale zonei conducătoare arată că rezultatele modelelor cu dimensiuni reduse sunt în acord și chiar capabile să ia în considerare în mod adecvat efectele turbulențelor. Cu toate acestea, modelele cu dimensiuni reduse sunt rapide în calculul lor și furnizează date de presiune și debit ușor de interpretat într-un cadru clinic. Aceste modele permit o privire mai atentă în cutia neagră a modelării pulmonare și, prin urmare, sunt mai puternice decât abordările pure de montare în ceea ce privește prezicerea stărilor critice sau extrem de benefice ale funcției pulmonare. Acestea necesită doar câteva date pentru calibrarea specifică pacientului, ceea ce înseamnă că pot furniza date fiabile în întregul interval de presiune fiziologică în respirație. Mai mult, este posibilă integrarea informațiilor specifice pacientului din imagistica medicală sub forma contururilor pulmonare care servesc ca o limitare a arborelui căilor respiratorii cultivate artificial.
până în prezent, mai multe întrebări în biomecanica respiratorie au fost investigate cu succes folosind modele cu mai multe compartimente. Cel mai important, dinamica redeschiderii regiunilor pulmonare prăbușite în sindromul de detresă respiratorie acută a fost evaluată ca o funcție a redeschiderii presiunii și a timpului de manevră. În acest context s-au putut determina momentele optime, presiunile și durata umflăturilor profunde în timpul ventilației mecanice. Mai mult, a fost posibil să se prevadă limitările fluxului într-un arbore sănătos al căilor respiratorii, precum și efectul bronhoconstricției eterogene și al eterogenității țesuturilor regionale asupra ventilației regionale în plămânii bolnavi. În plus, ar putea fi studiată propagarea unui dop lichid într-o rețea complexă de căi respiratorii cu dimensiuni reduse și ar putea fi determinată dependența de frecvență asociată comportamentului căilor respiratorii și a țesutului pulmonar. Investigațiile menționate mai sus abordează conceptele de bază ale închiderii/redeschiderii ciclice și suprasolicitării în timpul ventilației mecanice a pacienților în stare critică. Modelele cu mai multe compartimente au permis cu succes identificarea modurilor de ventilație minim dăunătoare în acest context.