可顺应性气道树中的壁面剪应力分布
生物物理
2021-10-18 v3 计算物理
流体动力学
组织与器官
摘要
支气管中的气流对支气管黏液施加剪应力，可使黏液移动。气-黏液相互作用在咳嗽与胸部理疗（CP）中起着重要作用。其在何种条件下诱发黏液位移仍不清楚。然而，气-黏液相互作用证明了常用于帮助在流行疾病中引流黏液的常见胸部理疗技术的合理性。因此，确定肺内剪应力的分布对于理解这些疗法的效果并潜在地提高其效率至关重要。我们建立了一个数学模型，研究由流出气道树的气流所诱导的壁面剪应力（WSS）分布。该模型考虑了决定WSS的主要物理过程，尤其是气道的可顺应性、空气惯性与树状结构。我们表明，树内WSS分布依赖于气道变形的动力学与空气惯性。树内WSS分布呈现一个最大值，其幅值与位置取决于气流量及气道周围“组织”压力。为刻画树状分叉处WSS的行为，我们推导了与分叉处气道尺寸缩减相关的新的解析判据。我们的结果表明，在胸部理疗操作中调节气流与组织压力或许至少能部分地控制肺内的气-黏液相互作用。
引用
@article{arxiv.2011.09740,
title = {Wall shear stress distribution in a compliant airway tree},
author = {Jonathan Stéphano and Benjamin Mauroy},
journal= {arXiv preprint arXiv:2011.09740},
year = {2021}
}