Efectos de la variación en la duración de la inhalación y la tasa respiratoria en el flujo de las vías respiratorias humanas
Autores: Gaddam, Manikantam G.; Santhanakrishnan, Arvind
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Efectos de la variación en la duración de la inhalación y la tasa respiratoria en el flujo de las vías respiratorias humanas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudios
Flujo
Vía aérea
Deposición
Simulaciones
Reynolds
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los estudios sobre el flujo a través de las vías respiratorias humanas han demostrado que el tiempo de inhalación (IT) y las estructuras de flujo secundarias pueden desempeñar roles importantes en la deposición de partículas. Sin embargo, los efectos de variar el IT junto con la frecuencia respiratoria (RR) sobre el flujo en las vías respiratorias siguen siendo desconocidos. Utilizando simulaciones numéricas tridimensionales de flujo oscilatorio a través de un modelo idealizado de las vías respiratorias (que consiste en una boca, glotis, tráquea y bifurcación doble simétrica) a un número de Reynolds de la tráquea (Re) de 4200, investigamos cómo variar la relación de IT al tiempo de respiración (BT) del 25% al 50% y la RR de 10 respiraciones por minuto (bpm) correspondiente a un número de Womersley (Wo) de 2.41 hasta 1000 bpm (Wo = 24.1) impacta en las características del flujo en las vías respiratorias. Independientemente de IT/BT, el flujo axial durante la inhalación en las secciones transversales de la tráquea fue no uniforme para Wo = 2.41, en comparación con una distribución centralmente concentrada para Wo = 24.1. Para un dado Wo y IT/BT, tanto los componentes de flujo axial como los secundarios (laterales) se dividieron de manera desigual entre las ramas izquierda y derecha de una bifurcación. Independientemente de Wo, IT/BT y la generación de vías respiratorias, la dispersión lateral fue un mecanismo de transporte más fuerte que el flujo axial. Se observó una discrepancia en la relación de flujo oscilatorio Re/Wo2 = 2 L/D (L = longitud de carrera; D = diámetro de la tráquea) para IT/BT != 50%, ya que L cambió con IT/BT. Desarrollamos un término de longitud de carrera adimensional modificado que incluye IT/BT. Mientras que las fuerzas viscosas y la aceleración convectiva fueron dominantes para Wo más bajos, la aceleración no uniforme fue dominante para Wo más altos.
Descripción
Los estudios sobre el flujo a través de las vías respiratorias humanas han demostrado que el tiempo de inhalación (IT) y las estructuras de flujo secundarias pueden desempeñar roles importantes en la deposición de partículas. Sin embargo, los efectos de variar el IT junto con la frecuencia respiratoria (RR) sobre el flujo en las vías respiratorias siguen siendo desconocidos. Utilizando simulaciones numéricas tridimensionales de flujo oscilatorio a través de un modelo idealizado de las vías respiratorias (que consiste en una boca, glotis, tráquea y bifurcación doble simétrica) a un número de Reynolds de la tráquea (Re) de 4200, investigamos cómo variar la relación de IT al tiempo de respiración (BT) del 25% al 50% y la RR de 10 respiraciones por minuto (bpm) correspondiente a un número de Womersley (Wo) de 2.41 hasta 1000 bpm (Wo = 24.1) impacta en las características del flujo en las vías respiratorias. Independientemente de IT/BT, el flujo axial durante la inhalación en las secciones transversales de la tráquea fue no uniforme para Wo = 2.41, en comparación con una distribución centralmente concentrada para Wo = 24.1. Para un dado Wo y IT/BT, tanto los componentes de flujo axial como los secundarios (laterales) se dividieron de manera desigual entre las ramas izquierda y derecha de una bifurcación. Independientemente de Wo, IT/BT y la generación de vías respiratorias, la dispersión lateral fue un mecanismo de transporte más fuerte que el flujo axial. Se observó una discrepancia en la relación de flujo oscilatorio Re/Wo2 = 2 L/D (L = longitud de carrera; D = diámetro de la tráquea) para IT/BT != 50%, ya que L cambió con IT/BT. Desarrollamos un término de longitud de carrera adimensional modificado que incluye IT/BT. Mientras que las fuerzas viscosas y la aceleración convectiva fueron dominantes para Wo más bajos, la aceleración no uniforme fue dominante para Wo más altos.