مدلسازی آلودگی هوا با مدل آنالوگ الکتریکی و تاثیر آن بر قلب

زمینه و هدف: آلودگي هوا و آلودگي محیط نه تنها برای سلامت افرادی که دچار بیماریهای قلبي هستند، مضر هست؛بلكه برای افراد سالم نیز خطرات بسیار جدی را در پي دارد. اغلب مطالعاتي که در این زمینه صورت گرفته است، نشانداده میزان مرگ و میر ناشي از عارضه قلبي در افرادی که در شهرهای آلوده زندگي ميکنند، نسبت به کساني که در هواو محیط سالمتر قرار دارند، بیشتر است؛ اما موضوع قابل توجه اینكه آلودگي شدید هوا و محیط در کوتاه مدت، احتمالخطر ابتلا به بیماریهای قلبي و مرگ ناشي از آنها را به خصوص در افرادی که مستعد این بیماریها هستند و یا سابقهاینگونه بیماریها را به هر دلیلي دارند، افزایش مي دهد. ذرات معلق هوا، جز اصلي آلودگي هوا، به عنوان عامل اصلياثرات زیان آور آلودگي هوا بر سلامت انسان در نظر گرفته شده است. هدف این پژوهش بررسي و مدلسازی آلودگي هواو محیط به عنوان یک عامل ریسک مستقل برای بیماریهای قلبي هست. در این پژوهش با مدلسازی قلب و آلودگيهوا و محیط به روش مدار معادل آنالوگ الكتریكي ميتوان اثرات آلودگي را روی قلب بررسي کرد. در عمل انجام بسیاریاز آزمایشات روی موجود زنده از جمله قلب انسان خطرناک، هزینه بر و خلاف اصول هست. یكي از اهداف اصلي مدلسازیاین است که مي توان آزمایشاتي که بر روی سیستم اصلي تاثیرگذار هست، را روی مدل که شبیه سیستم اصلي هست رابا کمترین هزینه انجام داد. در این خصوص مي توان با مدلسازی قلب با المان های الكتریكي، آزمایشات مختلف را رویمدل که شبیه سیستم اصلي (در این پژوهش قلب انسان) انجام داد و با کمترین هزینه اثرات روی مدل که شبیه سیستماصلي است را بررسي کرد.مواد و روش ها: در این پژوهش برای مدل سازی قلب انسان و بررسي تاثیر آلودگي بر قلب از روش معادل آنالوگاستفاده شده است. در این خصوص مي توان از مدار معادل الكتریكي (مقاومت، سلف و خازن) یا معادل مكانیكي (جرم،فنر و دمپر) استفاده کرد. در این پژوهش به علت اینكه مدار معادل آنالوگ الكتریكي کاربردی و متداولتر است، برایمدلسازی قلب از روش مدار معادل آنالوگ الكتریكي استفاده مي شود.آلودگي هوا نه تنها برای سلامت افرادی که دچار بیماری های قلبي هستند، مضر هست؛ بلكه برای افراد سالم نیز خطراتبسیار جدی را در پي دارد. اغلب مطالعاتي که در این زمینه صورت گرفته است، نشان داده میزان مرگ و میر ناشي ازعارضه قلبي در افرادی که در شهرهای آلوده زندگي مي کنند، نسبت به کساني که در هوای سال متر قرار دارند، بیشتراست؛ اما موضوع قابل توجه اینكه آلودگي شدید هوا در کوتاه مدت، احتمال خطر ابتلا به بیماری های قلبي و مرگ ناشياز آنها را به خصوص در افرادی که مستعد این بیماریها هستند و یا سابقه اینگونه بیماری ها را به هر دلیلي دارند،افزایش مي دهد. ذرات معلق هوا، جز اصلي آلودگي هوا، به عنوان عامل اصلي اثرات زیان آور آلودگي هوا بر سلامت انساندر نظر گرفته شده است. هدف این پژوهش بررسي و مدلسازی آلودگي هوا به عنوان یک عامل ریسک مستقل برای بیماری های قلبي هست. در این خصوص در این پژوهش ابتدا قلب با المان های الكتریكي مدل مي شود، سپس با مدل سازیآلودگي هوا با مدل آنالوگ الكتریكي، تاثیر آلودگي هوا روی قلب مورد بررسي قرار مي گیرد. در این پژوهش، برایمدل سازی قلب و آلودگي هوا ابتدا به تعریف متغیرهای اصلي و ثانویه پرداخته مي شود، سپس متغیرهای عرضي و عبوریمعرفي مي شود؛ پس از آن درجه اعتبار مدل، فرضیات مدل مورد بررسي قرار مي گیرد و در نهایت مدل قلب و آلودگيهوا به صورت توامان بررسي مي شود و تاثیر آلودگي هوا بر قلب مورد بررسي قرار مي گیرد. در نهایت با توجه به مدل بهدست آمده راهكارهایي برای کاهش تاثیر آلودگي هوا بر قلب مورد اشاره قرار مي گیرد.نتایج : 1- مدل سازی قلب انسان با روش مدار معادل آنالوگ الكتریكي. 2- تعریف متغیرهای اصلي، ثانویه، عرضي وعبوری برای قلب انسان. 3- مدل سازی قلب انسان با المان های الكتریكي. 4- مدل سازی آلودگي هوا و محیط و بررسيتاثیر آلودگي روی سیستم قلب انسان. 5- بررسي راهكارهای کاهش اثر آلودگي روی قلب انسان. 6- یكي از اهداف اصليمدل سازی پیش بیني رفتار سیستم اصلي هست. در این خصوص با ایجاد مدل آنالوگ الكتریكي مي توان عملكرد قلب راپیش بیني کرد. هدف اصلي مدل سازی، انجام تست هایي هست که انجام آنها روی سیستم اصلي هزینه بر و خطرناکاست و با انجام این تست ها روی مدل مي توان هزینه را کاهش داد. در این خصوص مي توان به جای تست روی قلبانسان، انواع تست را روی مدل قلب انجام داد و نتیجه را مشاهده کرد.نتیجه گیری: در این پژوهش در ابتدا تاریخچه ای از تاثیر آلودگي هوا بر بیماری های قلبي مورد اشاره قرار گرفت؛ سپسنحوه کلي مدل سازی مورد بررسي قرار گرفت پس از آن نحوه عملكرد قلب و مدل سازی قسمت های قلب با المان هایالكتریكي مورد بررسي قرار گرفت. در قسمت بعدی با استفاده از روابط ریاضي و تشابه این روابط در قلب و المان هایالكتریكي، المان های الكتریكي مشابه قلب معین شد. در این حالت مدل کامل الكتریكي قلب به دست آمد. در این حالتتاثیر آلودگي هوا با استفاده از مدار معادل آنالوگ الكتریكي مورد بررسي قرار گرفت و آلودگي هوا روی قلب مدل شد. دراین حالت مشاهده شد که آلودگي هوا مي تواند موجب کاهش حجم خون عبوری شود؛ چراکه آلودگي موجب اشغال حجمقلب و رگ مي شود و کاهش سطح مقطع رگ باعث افزایش مقاومت و کاهش خون رساني به بدن مي شود. در این حالتبرای اینكه بدن حجم خون قبل از آلودگي را به اندام های بدن برساند، باید فشار خون را بالا ببرد. در این حالت آلودگيدرکوتاه مدت باعث افزایش کوتاه مدت فشار خون مي شود و در صورتي که آلودگي به صورت بلند مدت برقرار باشد،مي تواند باعث افزایش دائم فشار خون مي شود که خطرناک است. به علاوه در این مدلسازی بیان شد که افزایش آلودگيموجب افزایش اینرسي در قلب ميشود و این افزایش موجب تغییر نوع جریان از لایه ای به گردابي مي شود که باعثکاهش خون رساني مي شود. مورد بعدی این است که افزایش آلودگي موجب کاهش ظرفیت قلب مي شود که باعث کاهشخون رساني به اندام ها مي شود. در نتیجه آلودگي تاثیرات بسیار گسترده ای روی قلب دارد. در این حالت تاثیر این آلودگيدر بلند مدت بسیار گسترده تر هست. در این حالت اولین و ساده ترین راهكار برای کاهش اثرات آلودگي برای کلیه افراداین است که آلودگي هوا و محیط کاهش یابد. ممكن است هر نفر در آلودگي هوا تاثیر نداشته باشد؛ ولي با کاهش آلودگيمحیط مي توان اثرات آلودگي را کاهش داد. راهكار دوم این است که در زمان های مشخص خون از آلودگي پاک شود ورسوبات قلبي و عروقي با استفاده از داروهای مناسب کاهش یابد. استفاده از ماسک باعث کاهش ورود آلودگي به بدن مي شود که موثر است. در استفاده از ماسک باید دقت داشت که ذرات معلق در بدن از نظر اندازه به سه نوع ریز، متوسطو درشت تقسیم مي شوند. استفاده از ماسک ها معمولاً در برابر ذرات ریز تاثیر زیادی ندارند؛ مگر اینكه از ماسک های نانویا فیلتر دار استفاده شود؛ لذا با این راهكارها مي توان تا حدود زیادی از تاثیر آلودگي هوا روی قلب کاست و با استفاده ازشبیه سازی مدل به دست آمده تاثیر هر کدام از عوامل را بررسي کرد.

کلیدواژه ها:

مدل سازی ، قلب انسان ، مدار معادل آنالوگ الكتریكي ، آلودگي هوا