2) снижении скорости потока
3) остановке дыхания
4) закупорке бронхов
Переход ламинарного движения в турбулентное определяется прежде всего числом Рейнольдса: Re = ρvL/η, где ρ — плотность среды, v — средняя скорость потока, L — характерный размер канала, η — динамическая вязкость. При увеличении скорости число Рейнольдса возрастает, инерционные силы начинают преобладать над силами вязкости, и упорядоченное послойное движение сменяется вихревым. Для прямой цилиндрической трубки ориентировочно считают поток ламинарным при Re < 2000, переходным при Re около 2000–4000 и турбулентным при более высоких значениях, хотя в дыхательных путях границы зависят от их разветвления и неровности стенок.
Турбулентный поток сопровождается дополнительными потерями давления, неравномерным распределением скоростей и образованием акустических колебаний. В дыхательной системе это может проявляться шумным дыханием, свистящими хрипами и увеличением работы дыхательных мышц, особенно в области гортани, трахеи и крупных бронхов. Снижение скорости уменьшает число Рейнольдса и способствует сохранению ламинарного режима, а при остановке дыхания движение воздуха отсутствует. Закупорка бронха не является универсальным самостоятельным условием турбулентности, однако сужение просвета может локально увеличить скорость струи и вызвать турбулентность за участком стеноза.
| Критерий | Ламинарный режим | Переходный режим | Турбулентный режим | Значение для дыхательных путей |
|---|---|---|---|---|
| Число Рейнольдса | Обычно менее 2000 | Примерно 2000–4000 | Обычно более 4000 | Пороговые значения ориентировочны и зависят от геометрии дыхательных путей |
| Влияние скорости | Невысокая скорость поддерживает упорядоченное течение | Изменение скорости может вызвать неустойчивость потока | Увеличение скорости усиливает вихреобразование | При форсированном вдохе или выдохе вероятность турбулентности возрастает |
| Движение частиц | Параллельные слои перемещаются с минимальным перемешиванием | Появляются участки нарушения слоистой структуры | Возникают хаотические вихри и интенсивное перемешивание | Неоднородность потока особенно выражена в местах разветвления бронхов |
| Сопротивление потоку | Потеря давления преимущественно связана с вязкостью | Вязкостные и инерционные потери сопоставимы | Потеря давления непропорционально возрастает со скоростью | Турбулентность повышает энергетическую стоимость дыхания |
| Акустические признаки | Движение воздуха обычно бесшумное | Могут возникать слабые дополнительные шумы | Формируются выраженные шумы и свистящие компоненты | Шумное дыхание может наблюдаться при сужении верхних дыхательных путей |
| Влияние сужения просвета | При неизменном расходе скорость относительно ниже | За зоной сужения поток становится неустойчивым | Возможна локальная турбулентная струя и вихри | При бронхообструкции турбулентность формируется преимущественно локально и зависит от скорости воздуха |
В клинической физиологии режим потока оценивают не только по скорости, но и с учетом диаметра дыхательных путей, плотности и вязкости газа. При одинаковом объемном расходе уменьшение просвета повышает линейную скорость воздуха, что может усилить турбулентность в зоне сужения. Поэтому характер дыхательного шума отражает сочетание скорости потока и состояния просвета дыхательных путей, а не один изолированный фактор. Увеличение скорости остается непосредственной причиной роста числа Рейнольдса и перехода к турбулентному режиму.