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模拟肺泡腔内的涂层流动和表面活性剂动力学。 (英语) Zbl 1448.92005年

小结:我们推导了肺泡腔内涂层流动的新模型,其中考虑了肺泡表面活性剂的产生、2型细胞的再循环及其降解。由于肺泡涂层的厚度远小于肺泡的平均半径,我们采用经典的润滑近似来描述肺表面活性物质存在时的液膜动力学,肺表面活性物质是一种表面张力降低剂,因此可以防止肺塌陷。在润滑极限下,我们导出了两个耦合的抛物型偏微分方程的退化系统,该方程描述了肺泡内涂膜厚度的时间演变以及界面处表面活性剂浓度的时间演变。我们使用与实验测量一致的参数值进行了数值模拟。随着Marangoni效应的显著性,发现表面活性剂浓度的任何初始不均匀性都会导致表面活性剂的快速重新分布,并伴随着膜厚的变化,随后膜厚缓慢松弛到平衡状态,在此期间表面活性剂含量保持相对均匀。

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92-10 生物学相关问题的数学建模或模拟
92C30型 生理学(一般)
92立方35 生理流量
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参考文献:

[1] Matthay MA、Folkesson HG、Clerici C(2002),肺上皮液转运和肺水肿的解决。《生理学评论》82(3):569-600·doi:10.1152/physrev.00003.2002年
[2] Shier D、Butler J、Lewis R(2007)《人体解剖与生理学》。波士顿麦格劳-希尔
[3] Mason RJ(2006),肺泡II型细胞生物学。呼吸学11(补充):S12-S15·doi:10.1111/j.1440-1843.2006.00800.x
[4] West JB、Elliott AR、Guy HJ、Prisk GK(1997)《空间肺功能》。JAMA 277(24):1957-1961·doi:10.1001/jama.1997.03540480057039
[5] Bryndina I,Vasilieva N(2014)模拟微重力对具有不同应激抵抗力的动物肺表面活性剂和水平衡的影响。2014年8月2日至10日,第40届空间研委会科学大会,俄罗斯莫斯科,摘要F4.4-17-14
[6] Williams MC、Cao Y、Hinds A、Rishi AK、Wetterwald A(1996)T1α蛋白由成年大鼠的肺泡I型细胞、脉络丛和睫状上皮细胞进行发育调节和表达。美国呼吸细胞分子生物学杂志14(6):577-585·doi:10.1165/ajrcmb.14.6.8652186
[7] Verkman AS、Matthay MA、Song Y(2000),水通道和肺生理学。美国生理学杂志肺细胞分子生理学278(5):L867-L879·doi:10.1152/ajplung.2000.278.5.L867
[8] Crapo JD、Young SL、Fram EK、Pinkerton KE、Barry BE、Crapo RO(1983)哺乳动物肺泡区细胞的形态特征。Am Rev Respir Dis 128(2P2):S42-S46
[9] Haies DM、Gil J、Weibel ER(1981)大鼠肺细胞的形态计量学研究。I.实质细胞群体的数值和尺寸特征。Am Rev Respir Dis 123(5):533-541
[10] Carnielli VP,Zimmermann LJ,Hamvas A,Cogo PE(2009),新生儿肺表面活性物质动力学:来自稳定同位素研究的新见解。围产期杂志29:S29-S37·doi:10.1038/jp.2009.32
[11] Notter RH、Gupta R、Schwan AL、Wang Z、Shkoor MG、Walther FJ(2016)含有SP-B和SP-C肽以及新型抗磷脂酶脂类或甘油磷脂的合成肺表面活性剂。同行J 4:e2635·doi:10.7717/peerj.2635
[12] Fehrenbach H(2001)《肺泡上皮II型细胞:肺泡的保护者再访》。呼吸研究2(1):33·doi:10.1186/rr36
[13] Castranova V,Rabovsky J,Tucker JH,Miles PR(1988)肺泡II型上皮细胞:一种多功能肺细胞。毒理学应用药理学93(3):472-483·doi:10.1016/0041-008X(88)90051-8
[14] Warren NJ,Tawhai MH,Crampin EJ(2009),气道上皮钙诱导液体分泌的数学模型。《Theor生物学杂志》259(4):837-849·Zbl 1402.92190号 ·doi:10.1016/j.jtbi.2009.04.026
[15] Walther FJ、Hernandez-Juviel JM、Waring AJ(2014)《合成肺表面活性剂的气溶胶输送》。同行J 2:e403·doi:10.7717/peerj.403
[16] Halpern D、Jensen OE、Grotberg JB(1998)《表面活性剂和液体输送到肺部的理论研究》。应用物理学杂志85:333-352·doi:10.1152/jappl.1998.85.1.333
[17] Halpern D、Fujioka H、Takayama S、Grotberg JB(2008)《液体和表面活性剂进入肺部气道》。Respir生理神经生物学163:222-231·doi:10.1016/j.resp.2008.05.012
[18] Taranets RM(2017)球面几何中薄膜方程的强解。https://arxiv.org/pdf/1709.10496 ·Zbl 1418.35217号
[19] Kang D,Sangsawang N,Zhang G(2016)双退化抛物方程的弱解。https://arxiv.org/pdf/1610.06303
[20] Jensen OE,Grotberg JB(1992),在粘性薄膜上扩散的不溶表面活性剂:冲击演变和薄膜破裂。流体力学杂志240:259-288·Zbl 0816.76029号 ·doi:10.1017/S0022112092000090
[21] Gaver DP,Grotberg JB(1990)薄膜上局部表面活性剂的动力学。流体力学杂志213:127-148·兹伯利0698.76132 ·doi:10.1017/S0022112090002257
[22] Chugunova M,King JR,Taranets R(2017)表面活性剂滴在粘性薄膜上的界面动力学。欧洲应用数学杂志28(4):656-686·Zbl 1375.35368号 ·doi:10.1017/S0956792516000474
[23] Chugunova M,Taranets R(2013),简并系统的非负弱溶液,模拟表面活性剂在薄膜上的扩散。应用数学研究速成1:102-126·Zbl 1263.35136号
[24] Venables JA(2000)表面和薄膜工艺简介。剑桥大学出版社·doi:10.1017/CBO9780511755651
[25] Escher J,Hillairet M,Laurençot P,Walker C(2011)退化抛物线系统的全局弱解,模拟不溶性表面活性剂的扩散。印第安纳大学数学杂志60:1975-2019·Zbl 1261.35071号 ·doi:10.1512/iumj.2011.60.4447
[26] Escher J、Hillairet M、Laurençot P、Walker C(2012)《含可溶性表面活性剂和重力的薄膜方程:稳态的建模和稳定性》。数学Nachr 285(2-3):210-222·Zbl 1323.76010号 ·doi:10.1002/mana.201010009
[27] Garcke H,Wieland S(2006):表面活性剂在粘性薄膜上的扩散:耦合简并系统的非负解。SIAM数学分析杂志37(6):2025-2048·Zbl 1102.35056号 ·doi:10.1137/040617017
[28] Borgas MS,Grotberg JB(1988),薄膜上的单层流动。流体力学杂志193:151-170·Zbl 0643.76032号 ·doi:10.1017/S0022112088002095
[29] Lucassen J,Hansen RS(1967)单层覆盖表面上的波浪阻尼。二、。块-面扩散交换对波纹特性的影响。《胶体界面科学杂志》23:319-328·doi:10.1016/0021-9797(67)90175-0
[30] Kang D,Nadim A,Chugunova M(2016)旋转球体上粘性薄膜的动力学和平衡。流体力学杂志791:495-518·Zbl 1339.76017号 ·文件编号:10.1017/jfm.2016.67
[31] Kang D、Nadim A、Chugunova M(2017年),Marangoni对覆盖有轴向或径向热梯度球体的薄液膜的影响。物理流体29(7):072106·doi:10.1063/1.4991580
[32] Rausch SMK、Haberthür D、Stampanoni M、Schittny JC、Wall WA(2011)真实三维牙槽几何中的局部应变分布。《Ann Biomed Eng》39(11):2835-2843·doi:10.1007/s10439-011-0328-z
[33] Nadim A(1996)《表面流变学简明介绍》,应用于稀释粘稠液滴乳液。化学工程通讯148-150:391-407·doi:10.1080/00986449608936527
[34] Carney DE、Bredenberg CE、Schiller HJ、Picone AL、McCann UG、Gatto LA、Bailey G、Fillinger M、Nieman GF(1999)《机械通气期间肺容积变化的机制》。美国Respir Crit Care Med杂志160(5):1697-1702·doi:10.1164/ajrccm.160.5.9812031
[35] Edmonstone BD,Matar OK,Craster RV(2004)载有表面活性剂的薄膜沿斜面向下流动。工程数学杂志50(2):141-156·Zbl 1073.76002号 ·网址:10.1007/s10665-004-3689-6
[36] Parra E,Kinoshita K,Needham D(2016)《空气-水界面天然和合成肺表面活性剂的微量移液管技术研究:SP-B模拟肽的存在促进膜聚集,形成紧密堆积的板层,以及髓鞘生长。朗缪尔32(41):10570-10581·doi:10.1021/acs.langmuir.6b01420
[37] Podgórski A,GradoáL(1993)肺泡流体动力学自清洁的改进数学模型。Ann Occup Hyg 37(4):347-366
[38] Zelig D,Haber S(2002),肺泡的流体动力清洗。SIAM应用数学杂志63(1):195-221·Zbl 1022.76060号 ·doi:10.1137/S0036139901386090
[39] Wei HH,Fujioka H,Hirschl RB,Grotberg JB(2005)部分充满液体的振荡肺泡中的流动和表面活性剂传输模型。物理流体17(3):031510·Zbl 1187.76557号 ·doi:10.1063/1.1830487
[40] Nouraeyan N、Lambrinakos-Raymond A、Leone M、Sant’Anna G(2014)《新生儿使用表面活性剂:分娩方法回顾》。《Can J Respir Ther》50(3):91-95
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