09:00 
?Впервые ученые напрямую измерили, как курение изменяет механическое поведение легочной ткани человека.
Опубликованное в Journal of the Royal Society Interface исследование, проведенное инженером-механиком из Калифорнийского университета в Риверсайде Моной Эскандари, исследует паренхиму легких человека, которая представляет собой мягкую губчатую ткань, составляющую основную часть органа легкого. Исследователи обнаружили, что курение существенно укрепляет эту ткань, напоминая фиброз - заболевание, которое рубцует и уплотняет легкие.
Используя легкие человека от доноров, которые были либо подходящими для трансплантации, либо предназначенными для исследовательского использования, исследователи удалили небольшие квадратные образцы паренхимы, а затем механически растянули ткань, измеряя, сколько силы она сопротивлялась.
Различия между курильщиками и некурящими были поразительными. По мере растяжения ткань курильщиков стала значительно жестче, сопротивляясь расширению сильнее, чем здоровая ткань. Это siпо аналогии с тем, как рубцовая ткань постепенно затрудняет дыхание у людей, страдающих фиброзом.
Хотя легкие расширяются во многих направлениях одновременно с каждым вдохом, предыдущие исследования растягивали ткань только в одном направлении или полностью полагались на модели на животных. Вместо этого лаборатория Эскандари провела испытания на растяжение, расширяя ткань по нескольким осям одновременно, чтобы лучше имитировать механику реального дыхания.
Исследование также показало, что легкие механически неоднородны. Ткань, взятая из верхних областей легкого, как правило, была более жесткой, чем ткань из нижних областей, даже в той же доле.
Исследователи считают, что гравитация может потенциально объяснить разницу. Поскольку люди стоят вертикально, верхние легкие испытывают различные долгосрочные силы, чем нижние легкие.
Эта неравномерная механика может иметь важные медицинские последствия. Полученные данные могут помочь объяснить, почему некоторые формы повреждения легких, включая повреждение легких, вызванное аппаратом ИВЛ, dне равномерно распределены по всему органу. Некоторые регионы могут быть более уязвимы к перенапряжению, чем другие.
Исследователи также измерили, сколько энергии теряет легочная ткань во время повторных циклов растяжения. Человеческая легочная ткань рассеивала больше энергии, чем исследователи обычно наблюдают у мышей, что может помочь объяснить, почему исследования на животных не всегда точно отражают поведение легких человека.
Это различие становится все более важным, потому что ученые создают сложные вычислительные «цифровые близнецы» легких, предназначенные для имитации дыхания, прогрессирования заболевания и медицинских вмешательств. По словам Эскандари, если эти модели основаны только на данных о животных, они могут не уловить критические аспекты механики легких человека и затруднить использование результатов в клинических условиях.
Исследователи также наблюдали предварительные тенденции, свидетельствующие о том, что легкие жестче с возрастом, хотя Эскандари предупредил, что необходимы дополнительные образцы доноровперед тем, как делать определенные выводы. Донорские легкие человека, подходящие для такого рода тестирования, встречаются редко, что ограничивает размер исследования.
Несмотря на это, в работе представлен один из самых подробных механических наборов данных, собранных для паренхимы легких человека. Полученные результаты могут в конечном итоге улучшить вычислительные модели легких, стратегии вентиляции и инструменты хирургического планирования, предназначенные для прогнозирования того, как больные легкие реагируют на физический стресс.
Эскандари является основателем лаборатории биомеханики экспериментального и вычислительного здоровья (bMECH) в UCR для изучения вопросов о механике биологических тканей. Ее передовые исследования недавно были опубликованы в новой книге автора бестселлеров New York Times Мэри Роуч «Replaceable You: Adventures in Human Anatomy», в которой исследуется эволюция механической поддержки дыхания.
Мы пытаемся понять, с какими биологическими материалами мы работаем. Если нам нужны аппараты ИВЛ и прогностические инструменты, которые действительно отражают то, как людиповторить, эти технологические достижения должны быть основаны на данных о легких человека."
Мона Эскандари, инженер-механик, UC Riverside
