(Marco VDM/Getty Images) Keuchen kommt bei den meisten von uns häufig vor, sei es vorübergehend durch Heuschnupfen oder eine Erkältung oder längerfristig durch eine Erkrankung wie Asthma usw chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD). Aber Wissenschaftler verstehen nicht viel darüber, warum das passiert.
Neue Forschungen haben mithilfe einer Kombination aus Modellierung und hochauflösendem Video versucht, etwas Licht auf die Mechanismen des Keuchens zu werfen. Sie haben herausgefunden, dass es einen „gewalttätigen“ Prozess gibt, der dazu führen kann, dass unsere Lungenröhre diese krächzenden Geräusche erzeugt.
Mit diesen neuen Informationen hofft das Team, dass Keuchen in Zukunft besser verstanden und diagnostiziert werden kann.
„Weil das Keuchen das Atmen erschwert, übt es einen enormen Druck auf die Lunge aus“, sagt Ingenieur Alastair Gregory , von der University of Cambridge im Vereinigten Königreich.
„Die Geräusche, die mit dem Keuchen einhergehen, werden seit Jahrhunderten zur Diagnosestellung herangezogen, aber die physikalischen Mechanismen, die für das Auftreten des Keuchens verantwortlich sind, sind kaum verstanden, und es gibt kein Modell, um vorherzusagen, wann das Keuchen auftritt.“
Um dem Keuchen auf den Grund zu gehen, mussten Wissenschaftler bis zum Ende des flexiblen Systems vordringen Bronchiolen die das verzweigte Netzwerk in der Lunge bilden. Sie bauten ihren eigenen Lungenersatz, indem sie ein Gerät namens a anpassten Starling-Widerstand , bestehend aus dünnen elastischen Schläuchen unterschiedlicher Länge und Dicke.
Luft wurde mit unterschiedlicher Spannung durch die Röhren gedrückt und dann mit einem Stereoskopie-Aufbau mit mehreren Kameras gefilmt. Die Wissenschaftler konnten dann durch eine Reihe von Schwingungen in den Schläuchen (oder in der Lunge) beobachten, wie das Keuchen beginnen und anhalten kann.
„Es hat uns überrascht, wie heftig der Mechanismus des Keuchens ist“, sagt Gregory .
„Wir haben herausgefunden, dass es zwei Bedingungen für das Auftreten von Keuchen gibt: Die erste ist, dass der Druck auf die Schläuche so groß ist, dass eine oder mehrere der Bronchiolen fast kollabieren, und die zweite ist, dass Luft mit ausreichender Kraft durch die kollabierten Atemwege gedrückt wird Antriebsschwingungen.'
In beiden Fällen werden die Schwingungen durch einen Flattermechanismus aufrechterhalten, bei dem die sich bewegenden Luftwellen dieselbe Frequenz haben wie das Öffnen und Schließen der Röhre. Die gleiche Art von Resonanzszenario kann Brücken einstürzen lassen und zum Versagen der Flugzeugflügel führen, was zeigt, wie schädlich es für die Lunge sein kann.
Anschließend entwickelten die Wissenschaftler ein „Röhrengesetz“, das die Materialeigenschaften und die Geometrie der Röhren sowie die Spannung, unter der sie stehen, berücksichtigt, um zu berechnen, wann Schwingungen auftreten könnten. Wenn das Gesetz an die menschliche Lunge angepasst werden kann, könnten wir eine neue Möglichkeit haben, Keuchen zu analysieren und sowohl die Art als auch den Ort schwerwiegender Bronchialprobleme zu identifizieren.
Es wird noch mehr Arbeit nötig sein, um das System zu verfeinern und pfeifende Geräusche besser zu erfassen, aber die Forscher sind zuversichtlich, dass ein einfacher Audioaufzeichnungsaufbau unter bestimmten Umständen Röntgenstrahlen ersetzen könnte MRT Scans, deren Durchführung teuer und zeitaufwändig ist.
„Da Keuchen mit so vielen Erkrankungen verbunden ist, ist es schwierig, anhand des Keuchens sicher zu sagen, was mit einem Patienten nicht stimmt. Deshalb arbeiten wir daran, zu verstehen, wie Keuchgeräusche erzeugt werden, damit Diagnosen spezifischer sein können.“ sagt Ingenieur Anurag Agarwal , von der Universität Cambridge.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Offene Wissenschaft der Royal Society .