یک نظریه در مورد حرکت "برآمدگی" مایع درون یک سیلندر ممکن است به داروهای بهبود یافته برای بیماری های ریوی منجر شود.

همان طور که کشش سطحی باعث می‌شود جریان باریکی از شیر آب به قطرات تجزیه شود، همانطور هم می‌تواند باعث شود مخاط پوشاننده لوله ها (mucus) در ریه های ما، نواحی با ضخامت افزایش یافته به نام کولار (collar) تشکیل دهند. کولارها می‌توانند همان‌ طور که به سمت پایین جاری می شوند، ضخیم شوند تا به انسدادهایی تبدیل شوند که مجاری هوایی را مسدود می‌کنند. مطالعات نظری اندکی هستند که در مورد ویسکوپلاستیسیته ی کولارها توضیح داده اند- یعنی وقتی به آرامی فشار داده شود فنر مانند است اما وقتی فراتر از به اصطلاح تنش تسلیم خود (yield stress) فشار داده شود، به طور دائمی تغییر شکل می‌دهد. اکنون جیمز شِمیلت James Shemilt و همکارانش در دانشگاه بریتیش کلمبیای کانادا، تکنیک های عددی و تحلیلی را به کار گرفته اند تا اثرات ویسکوپلاسیته را روی جریان کولار مدل سازی کنند[1]. آنها شرایطی را تعیین کردند که منجر به یک کولار پایدار می‌شود که با جاری شدن به سمت پایین بزرگ نمی‌شود، نتایجی که در نهایت ممکن است برای توسعه داروهایی برای بیماریهای ریه مثل فیبروز کیستیک مفید باشد.

گروه معادله ای را استخراج کردند که یک کولار ویسکوپلاستیک در حال چکه کردن را توصیف می‌کند و آن را با فرضیه یک پوشش مایع نازک و کشش سطحی قوی حل کردند. یک نتیجه کلیدی این بود که اگر ضحامت لایه نازک جلوی کولار کمتر از یک مقدار بحرانی باشد، کولار می‌تواند پایدار باقی مانده و به یک مسدود کننده مجرای هوا تبدیل نشود. در حالیکه در مقابل، در سیال نیوتنی کلاسیک (غیر ویسکوپلاستیک) که به خوبی مطالعه شده، فقط یک ضخامت وجود دارد که از این حالت پایدار پشتیبانی می‌کند، بنابراین هر تغییر ضخامت جزئی باعث می‌شود کولار بزرگ یا کوچک شود.

شمیلت میگوید مدلی مورد نیاز است که دربرگیرنده ویژگی های بیشتری از مخاط مجرای هوا باشد تا اثرات مکانیکی مایع روی ریه ها به طور کامل درک شود. اما او می‌گوید این تحقیق ممکن است به تلاشهایی جهت بهبود داروهای فیبروز کیستیک که ویژگیهای مکانیکی مخاط را هدف قرار می‌دهند، مرتبط باشد.

1. J. D. Shemilt et al., “Viscoplasticity can stabilize liquid collar motion on vertical cylinders,” Phys. Rev. Fluids 10, 103301 (2025).

منبع:

Model of Fluid Draining in Lung Airways

ترجمه خبر: بهناز ساربانها