scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-17-3-39-47scbmt-1289Research ArticleМЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS AND TECHNOLOGIES OF BIOMEDICAL RESEARCHТехнология повышения функциональных резервов организма на основе биоакустической стимуляции дыхательной системыA Technology for Increasing the Functional Reserves of the Body Based on Bioacoustic Stimulation of the Respiratory SystemДраганС. П.DraganS. P.

Драган Сергей Павлович, д.т.н.

123182, Российская Федерация, Москва, ул. Живописная, 46

Sergey P. Dragan*, Dr. Sci. (Tech.)

123182, Russian Federation, Moscow, Zhivopisnaya Str., 46

s.p.dragan@rambler.ruРазинкинС. М.RazinkinS. M.

Разинкин Сергей Михайлович, д.м.н., проф.

123182, Российская Федерация, Москва, ул. Живописная, 46

Sergey M. Razinkin, Dr. Sci. (Med.), Prof.

123182, Russian Federation, Moscow, Zhivopisnaya Str., 46

razinkinsm@fmbcfmba.ruЕрофеевГ. Г.ErofeevG. G.

Ерофеев Геннадий Григорьевич, к.м.н.

123182, Российская Федерация, Москва, ул. Живописная, 46

Gennadiy G. Erofeev, Cand. Sci. (Med.)

123182, Russian Federation, Moscow, Zhivopisnaya Str., 46

erofeevgg@fmbcfmba.ruФГБУ «Государственный научный центр РФ — Федеральный медицинский биофизический центр имени А.И. Бурназяна» ФМБА РоссииРоссияState Scientific Center of the Russian Federation — Burnazyan Federal Medical Biophysical Center of the Federal Medical and Biological Agency of RussiaRussian Federation2021140920211733947Copyright © Драган С.П., Разинкин С.М., Ерофеев Г.Г., 20212021Драган С.П., Разинкин С.М., Ерофеев Г.Г.Dragan S.P., Razinkin S.M., Erofeev G.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1289

Одним из перспективных подходов к повышению функциональных резервов организма человека является технология, основанная на воздействии низкочастотных колебаний на дыхательную систему. Для реализации такой технологии необходимо обосновать оптимальные режимы биоакустической стимуляции дыхательной системы. Поэтому целью проведенного исследования являлось теоретико-экспериментальное обоснование технологии повышения функциональных резервов организма на основе биоакустической стимуляции дыхательной системы. Измерения акустического импеданса осуществляли на полигармоническом звуковом сигнале в диапазоне частот от 3-х до 51-го Гц с шагом 3 Гц на всех трех фазах дыхания: полный вдох с задержкой дыхания, глубокий выдох с задержкой дыхания и свободное носовое поверхностное дыхание без задержки. После определения резонансных частот дыхательного тракта в течение двух недель проведены шесть сеансов биоакустической стимуляции на группе из 20-ти испытателей, включая плацебо-воздействие. В группе воздействия уровень звукового давления составлял 130 дБ, а в контрольной группе — 60 дБ, что ниже порога слышимости на этих частотах. Шестикратное воздействие сканирующим тональным сигналом с уровнем звукового давления 130 дБ в диапазоне частот 22–36 Гц привело к увеличению резонансной частоты дыхательной системы, снижению коэффициента поглощения звуковых колебаний дыхательной системой и увеличению сопротивления дыхательной системы звуковой волне. Эти эффекты объясняются тем, что в результате воздействия произошло открытие резервных альвеол и увеличение площади поперечного сечения альвеолярных ходов и дыхательных бронхиол. Анализ результатов экспериментов в обеих группах в динамике шести сеансов стимуляции свидетельствует о том, что их значения для контрольной группы испытателей практически не изменялись на всех сроках наблюдения. В то время как аналогичные показатели в группе воздействия имеют существенное отличие от фоновых значений. Показано, что для повышения функциональных резервов организма можно ограничиться двумя процедурами биоакустической стимуляции.

A technology based on the effect of low-frequency vibrations on the respiratory system is a promising approach to increasing the functional reserves of the human body. To implement such a technology, it is necessary to justify the optimal modes of bioacoustic stimulation of the respiratory system. Therefore, the aim of the study was a theoretical and experimental justification of the technology to increase the functional reserves of the body based on bioacoustic stimulation of the respiratory system. Acoustic impedance was measured on a polyharmonic sound signal in the frequency range from 3 Hz to 51 Hz with a step of 3 Hz in all three phases of respiration: a full breath with a breath hold, a deep breath with a breath hold and free nasal surface breathing without a delay. After determining the resonant frequencies of the respiratory tract for two weeks, six sessions of bioacoustic stimulation were conducted on a group of 20 testers, including placebo exposure. In the exposure group, the sound pressure level was 130 dB, and in the control group - 60 dB, which is below the audibility threshold at these frequencies. Six-fold exposure to a scanning tone signal with a sound pressure level of 130 dB led to an increase in the resonant frequency of the respiratory system, a decrease in the absorption coefficient of sound vibrations by the respiratory system, and an increase in the resistance of the respiratory system to the sound wave. These effects can be explained by the fact that, as a result of exposure, reserve alveoli were discovered and the cross-sectional area of the alveolar passages and respiratory bronchioles increased. An analysis of the results of experiments in both groups in the dynamics of six stimulation sessions suggests that their values for the control group of testers practically did not change at all periods of observation. At the same time, similar indicators in the exposure group have a significant difference from the background values. It was shown that, in order to increase the functional reserves of the body, two bioacoustic stimulation treatments can be sufficient.

функциональные резервы организмадыхательная системабиоакустическая стимуляциярезервы дыханияжизненная емкость легкихfunctional reserves of the bodyrespiratory systembioacoustic stimulationrespiratory reserveslung capacityReferencesБогомолов А.В., Драган С.П. Математическое обо- снование акустического метода измерения импеданса дыхательного тракта. Доклады Академии наук. 2015;464(5):623.Bogomolov A.V., Dragan S.P. Matematicheskoye obosnovaniye akusticheskogo metoda izmereniya impedansa dykhatel’nogo trakta [The mathematical justifi cation of the acoustic method of measuring the impedance of the respiratory tract]. Doklady Akademii nauk [Reports of the Academy of Sciences]. 2015;464(5):623. (In Russian).Богомолов А.В., Драган С.П., Ерофеев Г.Г. Математическая модель поглощения звука лёгкими при акустической стимуляции дыхательной системы. Доклады Академии наук. 2019;487(1):97–101.Bogomolov A.V., Dragan S.P., Yerofeyev G.G. Matematicheskaya model’ pogloshcheniya zvuka logkimi pri akusticheskoy stimulyatsii dykhatel’noy sistemy [Mathematical model of lung sound absorption during acoustic stimulation of the respiratory system]. Doklady Akademii nauk [Reports of the Academy of Sciences]. 2019;487(1):97–101. (In Russian).Богомолов А.В., Зинкин В.Н., Драган С.П., Кукушкин Ю.А., Солдатов С.К., Шишов А.А. Способ эргономической квалиметрии средств индивидуальной защиты человека от воздушной акустической вибрации. Патент на изобретение RU № 2521849, 29.05.2013.Bogomolov A.V., Zinkin V.N., Dragan S.P., Kukushkin Yu.A., Soldatov S.K., Shishov A.A. Sposob ergonomicheskoy kvalimetrii sredstv individual’noy zashchity cheloveka ot vozdushnoy akusticheskoy vibratsii [The method of ergonomic qualimetry of personal protective equipment against airborne acoustic vibration]. Invention patent RU No. 2521849, 29.05.2013. (In Russian).Гридин Л.А. Современные представления о физиологических и лечебно-профилактических эффектах действия гипоксии и гиперкапнии. Медицина. 2016;4(3(15)):45–68.Gridin L.A, Sovremennyye predstavleniya o fi ziologicheskikh i lechebno-profi lakticheskikh effektakh deystviya gipoksii i giperkapnii [Modern views on the physiological and therapeutic- prophylactic effects of hypoxia and hypercapnia]. Meditsina. 2016;4(3(15)):45–68. (In Russian).Гридин Л.А., Богомолов А.В., Кукушкин Ю.А. Методологические основы исследования физической работоспособности человека. Актуальные проблемы физической подготовки силовых структур. 2011;1:10–19.Gridin L.A., Bogomolov A.V., Kukushkin Yu.A. Metodologicheskiye osnovy issledovaniya fi zicheskoy rabotosposobnosti cheloveka [Methodological foundations of the study of human physical performance]. Aktual’nyye problemy fi zicheskoy podgotovki silovykh struktur [Actual problems of physical training of power structures]. 2011;1:10–19. (In Russian).Дворников М.В., Кленков Р.Р. Пути использования скрининг-диагностики для оценки функционального здоровья лиц экстремальных профессий. Вестник неврологии, психиатрии и нейрохирургии. 2017;7:44–53.Dvornikov M.V., Klenkov R.R. Puti ispol’zovaniya skrining-diagnostiki dlya otsenki funktsional’nogo zdorov’ya lits ekstremal’nykh professiy [Ways to use screening diagnostics for assessing the functional health of people in extreme professions]. Bulletin of neurology, psychiatry and neurosurgery. 2017;7:44–53. (In Russian).Драган С.П., Богомолов А.В., Ерофеев Г.Г. Способ диагностики состояния дыхательного тракта. Патент на изобретение RU № 2572750, 20.01.2016.Dragan S.P., Bogomolov A.V., Yerofeyev G.G. Sposob diagnostiki sostoyaniya dykhatel’nogo trakta [A method for diagnosing the condition of the respiratory tract]. Invention patent RU No. 2572750, 20.01.2016. (In Russian).Драган С.П., Богомолов А.В., Ерофеев Г.Г. Устройство для импедансных исследований функции внешнего дыхания. Патент на полезную модель RU № 14848, 10.12.2014.Dragan S.P., Bogomolov A.V., Yerofeyev G.G. Ustroystvo dlya impedansnykh issledovaniy funktsii vneshnego dykhaniya [Device for impedance studies of the function of external respiration]. Utility model patent RU № 14848, 10.12.2014. (In Russian).Драган С.П., Богомолов А.В., Разинкин С.М., Корчажкина Н.Б., Ерофеев Г.Г., Ивашин В.А. Способ повышения функциональных резервов организма. Патент на изобретение RU № 2587970, 27.01.2015.Dragan S.P., Bogomolov A.V., Razinkin S.M., Korchazhkina N.B., Yerofeyev G.G., Ivashin V.A. Sposob povysheniya funktsional’nykh rezervov organizma [A way to increase the functional reserves of the body]. Invention patent RU No. 2587970, 27.01.2015. (In Russian).Драган С.П., Богомолов А.В., Разинкин С.М., Корчажкина Н.Б., Ерофеев Г.Г., Ивашин В.А. Устройство для звуковой стимуляции дыхательной системы. Патент на полезную модель RU № 154260, 27.01.2015.Dragan S.P., Bogomolov A.V., Razinkin S.M., Korchazhkina N.B., Yerofeyev G.G., Ivashin V.A. Ustroystvo dlya zvukovoy stimulyatsii dykhatel’noy sistemy [Device for sound stimulation of the respiratory system]. Utility model patent RU No. 154260, 27.01.2015. (In Russian).Драган С.П., Ерофеев Г.Г., Богомолов А.В., Шулепов П.А. Акустическая импедансометрия в задачах определения резонансных характеристик респираторного тракта для биоакустической стимуляции лёгких спортсменов. Медицинская наука и образование Урала. 2018;19(3(95)):50–55.Dragan S.P., Yerofeyev G.G., Bogomolov A.V., Shulepov P.A. Akusticheskaya impedansometriya v zadachakh opredeleniya rezonansnykh kharakteristik respiratornogo trakta dlya bioakusticheskoy stimulyatsii logkikh sportsmenov [Acoustic impedanometry in determining the resonance characteristics of the respiratory tract for bioacoustic stimulation of lung athletes]. Meditsinskaya nauka i obrazovaniye Urala [Medical science and education of the Urals]. 2018;19(3(95)):50–55. (In Russian).Дьяченко А.И., Миняев В.И., Миняева А.В. Методы исследования роли торакального и абдоминального компонентов системы дыхания и вентиляции легких. Вестник Тверского государственного университета. Серия: Биология и экология. 2007;6:15–21.D’yachenko A.I., Minyayev V.I., Minyayeva A.V. Metody issledovaniya roli torakal’nogo i abdominal’nogo komponentov sistemy dykhaniya i ventilyatsii legkikh [Research methods for the role of the thoracic and abdominal components of the respiratory and ventilation systems]. Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Biologiya i ekologiya [Bulletin of Tver State University. Series: Biology and Ecology]. 2007;6:15–21. (In Russian).Дьяченко А.И., Михайловская А.Н. Респираторная акустика (обзор). Труды ИОФАН. 2012;68:136–181.D’yachenko A.I., Mikhaylovskaya A.N. Respiratornaya akustika (obzor) [Respiratory acoustics (review)]. Trudy IOFAN [Proceedings of the Institute of General Physics named after A.M. Prokhorov of the RAS]. 2012;68:136–181. (In Russian).Исупов И.Б., Сягайло Ю.А., Мазембах А.А. Функциональные характеристики респираторной системы людей различного возраста. Природные системы и ресурсы. 2018;8(4):15–20.Isupov I.B., Syagaylo Yu.A., Mazembakh A.A. Funktsional’nyye kharakteristiki respiratornoy sistemy lyudey razlichnogo vozrasta [Functional characteristics of the respiratory system of people of different ages]. Prirodnyye sistemy i resursy [Natural systems and resources]. 2018;8(4):15–20. (In Russian).Кондаков Н.С., Авдюшенко С.А. Диагностика физиологических резервов для увеличения эффективности и безопасности тренировочного процесса спортсменов. Известия Российской Военно-медицинской академии. 2019;38(S3):85–88.Kondakov N.S., Avdyushenko S.A. Diagnostika fi ziologicheskikh rezervov dlya uvelicheniya effektivnosti i bezopasnosti trenirovochnogo protsessa sportsmenov [Diagnosis of physiological reserves to increase the efficiency and safety of the training process of athletes]. Izvestiya Rossiyskoy Voyenno-meditsinskoy akademii [Bulletin of the Russian Military Medical Academy]. 2019;38(S3):85–88. (In Russian).Разинкин С.М. Адаптационный и функциональный резервы психофизиологического состояния организма. Вестник неврологии, психиатрии и нейрохирургии. 2009(11):10–15.Razinkin S.M. Adaptatsionnyy i funktsional’nyy rezervy psikhofi ziologicheskogo sostoyaniya organizma [Adaptation and functional reserves of the psychophysiological state of the body]. Bulletin of neurology, psychiatry and neurosurgery. 2009(11):10–15. (In Russian).Самойлов О.В., Пономаренко Г.Н., Енин Л.Д. Низкочастотная биоакустика. СПб: Реверс, 1994:215.Samoylov O.V., Ponomarenko G.N., Yenin L.D. Nizkochastotnaya bioakustika [Low frequency bioacoustics]. Sankt-Peterburg: Revers Publ., 1994:215. (In Russian).Уйба В.В., Котенко К.В., Степанов В.С. Биологическое действие инфразвука (гигиенические и медико-биологические аспекты). Под ред. акад. РАМН Л.А. Ильина. М., 2012:384.Uyba V.V., Kotenko K.V., Stepanov V.S. Biologicheskoye deystviye infrazvuka (gigienicheskie i mediko-biologicheskie aspekty) [The biological effect of infrasound (hygienic and medico-biological aspects)]. Ed. by Acad. of RAS L.A. Il’ina. Moscow, 2012:384. (In Russian).Ушаков И.Б., Богомолов А.В. Информатизация программ персонифицированной адаптационной медицины. Вестник Российской академии медицинских наук. 2014;69(5–6):124–128.Ushakov I.B., Bogomolov A.V. Informatizatsiya programm personifi tsirovannoy adaptatsionnoy meditsiny [Informatization of personifi ed adaptive medicine programs]. Vestnik Rossiyskoy akademii meditsinskikh nauk (Bulletin of RAMS). 2014;69(5–6):124–128. (In Russian).Яцык В.З., Болотин А.Э., Парамзин В.Б., Паеусов С.А. Эффективность комплексного применения дыхательных упражнений в процессе развития выносливости у биатлонистов. Физическая культура, спорт: наука и практика. 2019(1):30–36.Yatsyk V.Z., Bolotin A.E., Paramzin V.B., Payeusov S.A. Effektivnost’ kompleksnogo primeneniya dykhatel’nykh uprazhneniy v protsesse razvitiya vynoslivosti u biatlonistov [The effectiveness of the integrated use of breathing exercises in the development of endurance in biathletes]. Fizicheskaya kul’tura, sport: nauka i praktika [Physical culture, sports: science and practice]. 2019(1):30–36. (In Russian).Beketova H.V., Savinova K.B., Dybohay O.D., Mishcherska H.D. The infl uence of the health saving technologies on the health of the children of the primary-school age. Modern pediatrics. 2018;8(96):17–21.Beketova H.V., Savinova K.B., Dybohay O.D., Mishcherska H.D. The infl uence of the health saving technologies on the health of the children of the primary-school age. Modern pediatrics. 2018;8(96):17–21.Carley D.W., Applebaum R., Basner R.C., Onal E., Lopata M. Respiratory and arousal responses to acoustic stimulation. Clinical Investigations. 1997;112(6):1567–1571.Carley D.W., Applebaum R., Basner R.C., Onal E., Lopata M. Respiratory and arousal responses to acoustic stimulation. Clinical Investigations. 1997;112(6):1567–1571.Cohen A., Berstein A.D. Acoustic transmission of the respiratory system using speech stimulation. IEEE Trans Biomed Eng. 1991; 38(2):126–132.Cohen A., Berstein A.D. Acoustic transmission of the respiratory system using speech stimulation. IEEE Trans Biomed Eng. 1991; 38(2):126–132.Dragan S.P., Bogomolov A.V. A method for acoustic impedance spectroscopy of the respiratory tract. Biomedical Engineering. 2016;49(5):278–282.Dragan S.P., Bogomolov A.V. A method for acoustic impedance spectroscopy of the respiratory tract. Biomedical Engineering. 2016;49(5):278–282.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.