Hava yolu kapama modelinde mukus polimerlerinin kinematik sertleşmesinin etkileri

Hava yolu kapanması olarak bilinen, insan akciğerinin hava yolu içinde bir sıvı tıkacının oluşumu, hava yolu duvarlarını kaplayan pulmoner mukusun elastoviskoplastik (EVP) özellikleri dikkate alınarak sayısal olarak incelenmiştir. Hava yolu, duvarını tek bir sıvı tabakası kaplayan bir tüp olarak modellenmiştir. Sıvı tabaka için model olarak Saramito-Herschel-Bulkley (Saramito-HB) modeli, İzotropik Kinematik Sertleşme modeli (Saramito-HB-IKH) ile birleştirilmiştir. Çalışmanın amacı, mukusun kinematik sertleşme özelliklerini incelemek ve hava yolu kapanma sürecine etkilerini değerlendirmektir. Reolojik model, sağlıklı, astım, kronik obstrüktif akciğer hastalığı (KOAH) ve kistik fibroz (KF) koşulları altında deneysel mukus verilerine uydurulmuştur. Deneysel veriler göz önünde bulundurularak, her iki model için uydurma sonuçları karşılaştırıldığında, Saramito-HB-IKH modelinin, özellikle sabit frekansta gerçekleştirilen süpürme testinin düşük deformasyon genliği bölgesinde kayıp modülünü yakalama açısından Saramito-HB modelinden üstün olduğu bulunmuştur. Uydurma işlemiyle elde edilen mukus parametreleri kullanılarak, hava yolu kapanması, başlangıçtaki bozulmamış sıvı kalınlığı ve Laplace sayısının değişen koşullarıyla simüle edilmiştir. Kinematik sertleşme modelinde tanıtılan ve dinamik olarak gelişen bir akma gerilimi olan etkin akma geriliminin evrimi, kapanma işlemi boyunca incelenmiştir. Parametrenin, diğer durumlara kıyasla KF durumu için daha hızlı biriktiği gözlemlenmiştir. Sıvı tabakanın akma bölgeleri ve hava yolu duvarındaki gerilmeler de benzer şekilde incelenmiştir. Saramito-HB-IKH modeli için akma hemen gerçekleşirken, Saramito-HB modeli için bu durum kapanmaya yakın başlamaktadır. İki model arasındaki duvar gerilmeleri karşılaştırıldığında, kinematik sertleşmenin, özellikle KF durumu için, kapanma zamanı üzerinde belirgin bir etkisi olduğu görülmüştür ve bu etki düşük Laplace sayısı ve düşük başlangıç sıvı kalınlığı koşullarında daha belirgindir. Buna ek olarak, Saramito-HB-IKH modeli, Saramito-HB modelinin yapamadığı koşullar altında, yüksek elastik modüllü KOAH ve KF durumları için kapanma davranışını yakalamaktadır. Sonuçların etkin akma gerilmesinin başlangıç değerine duyarlılığı değerlendirilmiş ve başlangıç değeri arttıkça kapanmanın geciktiği bulunmuştur. Çalışma ayrıca, bireysel mukus parametrelerinin duvar gerilmeleri ve kapanma süresi üzerindeki etkilerini de bildirmektedir. Elastik modülün kapanma süresini ve gerilmelerin büyüklükleri ile onların gradyanlarını etkilediği bulunmuştur. Polimerik viskozite özellikle kapanmadan sonra gerilmelerin gevşemesini etkilemektedir. Akma gerilmesinin, kapanma zamanını belirlemede önemli bir faktör olduğu ortaya çıkmıştır. Ancak, etkilerinin duruma bağlı olduğu ve başlangıç sıvı kalınlığı ile Laplace sayısına bağlı olduğu bulunmuştur.