بررسي عددي تاثير ضخامت مايع مخاطي درون ناي انسان بر سرعت تخليه آن

Numerical investigation of the effect of ASL depth on the mucociliary transport

در اين تحقيق به بررسي عددي اثرات ضخامت مايع مخاطي درون ناي انسان بر متوسط سرعت تخليه موكوس پرداخته شده است. در اين پژوهش از روش عددي مرز غوطه ور شبكه بولتزمن جهت حل معادلات حاكم بر جريان استفاده شده است. كليه نيروهاي وارد بر سيال مانند نيروهاي وارده از طرف مژه ها به سيال و نيروهاي وارده از طرف مرز دو سيال به هم به كمك روش مرز غوطه ور به معادلات حاكم اضافه و حل شده اند. همچنين موكوس به عنوان يك سيال ويسكوالاستيك در نظر گرفته شده و از مدل اولدرويد-بي جهت مدل سازي آن استفاده شده است. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد، بيشترين سرعت تخليه موكوس زماني اتفاق مي افتد كه ضخامت ناحيه PCL به اندازه حالت طبيعي آن يعني m? 6 باشد اما افزايش و يا كاهش ضخامت لايه PCL از مقدار طبيعي آن و همچنين افزايش ضخامت لايه موكوس باعث كاهش سرعت تخليه موكوس مي گردد. نتايج همچنين نشان مي دهند كه كاهش نسبت ويسكوزيته موكوس يكي از عواملي است كه نقش مهمي در افزايش سرعت تخليه موكوس را ايفا مي كند و كاهش سرعت تخليه موكوس به علت افزايش ضخامت ناحيه هاي PCL و موكوس را تا حد زيادي مي‌توان با كاهش نسبت ويسكوزيته موكوس، جبران نمود.

In this paper 2D numerical model is used to study the effect of depth of airway surface liquid (ASL) on the mucociliary transport. An immersed boundary-lattice Boltzmann method is used to solve the momentum equation. In this study mucus is considered as the viscoelastic fluid and Oldroyd-B model is used as the constitutive equation of it. Immerse boundary method is used to study the propulsive effect of the cilia and also the effects of mucus– periciliary layer interface. Our results show that mean mucus velocity is maximized when the PCL depth is equal to the standard value of it, i.e. 6 ?m. By increasing or decreasing the depth of PCL or increasing the depth of mucus layer, mean mucus velocity is reduced. Our study also shows that mucus viscosity ratio can play an important role on the muco-ciliary clearance. It means that by increasing the Newtonian part of mucus viscosity or by decreasing elastic contribution of the mucu, mean mucus velocity increases significantly. So reducing mucus velocity results from changing ASL depth can be completely modified by increasing the Newtonian part of mucus viscosity.