气道分叉中薄层宾汉流体的曲率驱动输运
流体动力学
2024-06-11 v4 生物物理
计算物理
组织与器官
摘要
支气管壁上的黏液形成一层薄的非牛顿流体。黏液的角色之一是通过捕获吸入的污染物来保护肺部。它由黏液纤毛清除输运至咽喉-咽分叉，并在此被消除。由于其与空气界面的波纹状，黏液层受到与其流变学相互作用的表面张力。目前仍不清楚这些力是否会影响黏液位移，若会影响，则在何种条件下以及该位移如何发生。在本工作中，我们将黏液建模为位于理想化、多尺度气道分叉壁上的薄宾汉流体层。我们使用润滑理论和 3D 模拟分析所得物理系统。理论分析使我们能够刻画系统的非线性行为，并确定表面张力可移动宾汉流体的几何条件。随后使用 3D 模拟量化理想化气道分叉中对应于支气管分叉尺度的范围内的效应。我们的结果表明，表面张力效应可在气道分叉中位移过厚的黏液层，这是阻塞性肺病理（哮喘、BPCO、囊性纤维化等）中的典型情形。此外，我们的结果表明该运动可破坏黏液纤毛清除和层厚均匀性，从而增加肺部感染风险。
引用
@article{arxiv.2112.11084,
title = {Curvature-driven transport of thin Bingham fluid layers in airway bifurcations},
author = {Cyril Karamaoun and Haribalan Kumar and Médéric Argentina and Didier Clamond and Benjamin Mauroy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.11084},
year = {2024}
}