Численное моделирование и исследование воздействия линейных ускорений на работу кровеносной системы

О.В. Лаврова (Новосибирск)

Стационарные и динамические линейные ускорения служат одним из негативных факторов для лётчиков и космонавтов, т.к. нарушают гемодинамические параметры кровеносной системы. Вместе с тем экспериментальные исследования такой задачи трудоёмки и опасны. Целью работы было исследование влияния на работу кровеносной системы человека линейных ускорений.

В работе содержатся результаты исследования данного вопроса по двум направлениям. Во-первых, собран материал и выполнен анализ экспериментальных данных в области авиационно - космической биологии и медицины о физиологических особенностях воздействия ускорений на человеческий организм. Во-вторых, выполнено численное моделирование и исследование распределения крови в организме человека при воздействии на него линейных ускорений.

В результате анализа литературы выявлены основные механизмы воздействия ускорений на организм человека (а также меры компенсации негативных последствий): появление инерционной составляющей; изменение гидростатического давления; наличие весовой перегрузки на костно - мышечный аппарат. Установлено, что наибольшие физиологические отклонения зафиксированы в работе кровеносной системы.

Исходная математическая модель расчета описывает расходно - напорные характеристики эквивалентной гидравлической системы большого круга кровообращения и представляет собой систему уравнений Бернулли, составленную для пяти характерных групп потребителей: 1 - голова, 2 - руки, 3 - миокард, 4 - мышцы туловища и внутренние органы, 5 - мышцы ног, позволяющую определять минутный объем крови по всем тканям организма.

В процессе численного исследования был выполнен расчёт и анализ данных о влиянии на работу кровеносной системы величины линейного ускорения, действующего на человека. Данные получены на усовершенствованной модели расчета в диапазоне a = -10 ... 0 ... +10 g для трех базовых положений тела: стоя, сидя, лежа, и объединены по четырем основным группам потребителей: голова, руки, туловище и ноги. Результаты расчетов качественно и количественно согласуются с известными физиологическими данными. В частности, установлены количественные перераспределения крови между тканями для характерных пороговых значений в областях с положительной, отрицательной перегрузкой. Отдельно исследованы изменения гемодинамических параметров при использовании различных противоперегрузочных костюмов, а также при изменении вязкостных свойств крови.