易经系传别讲 部分——上善若水无争

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1、颗粒物在阻塞性气管内的沉积影响研究(作者：H.Y.Luo,Y.Liu_,X.L.Yang作者单位：香港九龙红磡湾香港理工大学机械工程系收到论文时间：2007年3月19日翻译：高山明翻译时间：2010年4月)内容提要：一种近似找到人体肺部颗粒物沉积影响的研究方法是了解颗粒物在支气管的运动过程。慢性阻塞性肺病（COPD)是人类最普通的疾病之一，它导致肺部炎症的产生，从而使得气管变窄、空气流通受阻。阻塞性气管显著地改变气流速度，使得颗粒物沉积现象加重。为了研究空气受阻对颗粒物沉积的影响，根据维贝尔二十三代模型理论[《人肺的形

2、态测定法》，纽约学术出版社1963年出版，作者斯普林格，柏林。]建立四个四代三维肺模型。所有这些三维不可压缩薄片状纳维—斯托克斯方程运用基于结构化六面体网片构造计算流体动力学语言解题器求解。之后，一个对称的四代气管模型用作参考，另三个模型被分别作为一代气管进行气流阻塞试验。计算结果表明阻塞性气管对阻流下游颗粒物的沉积具有重大影响。支气管内斜式速度剖面就是通过喉部调节，结果更多的颗粒物对该分流器官进行冲击，从而造成更高的沉积效率。关键词：颗粒物沉积慢性阻塞性肺病四代支气管1.导言肺尘埃沉病是一种灰尘吸入肺部引起的肺病。典

3、型的肺尘埃沉病并发症是慢性阻塞性肺病（COPD)，也称之为慢性阻塞性肺疾。对颗粒物在人的呼吸道沉积详尽知识的了解，既是理解污染物污染程度的一个重大问题，也是评估吸入药物疗法效果的一个重大问题。一种近似找到人体肺部颗粒物沉积影响的研究方法是树立颗粒物在支气管运动的理解。这个问题的基本物理理论可以从流场和粒子在支气管沉积类型中获得。慢性阻塞性肺病最普通的症状就是慢性支气管炎和肺气肿。支气管炎通常导致支气管发炎，造成黏液分泌过多和支气管壁充血，这就阻碍了气流在肺部通道的自由流通。这种炎证改变了气管分支构造（即支气管不再是对称

4、性的或有规律地对称性的气管）。从先前的研究成果来看（刘等人，2002年，2003年；杨等人2006年），这种空气在人类肺部的流速和次流速类型对管径、分支构造非常敏感，气管阻塞显著地改变了流场。为了对毒性颗粒物进行健康风险评估和评价治疗用气溶胶药物的疗效，了解颗粒物在支气管沉积效率至关重要。对单和双对称性构造气管的试验性颗粒物沉积研究（约翰逊和施罗德，1979年；金和伊格莱西亚斯，1989年）表明沉积效率只是任意给定分支几何学进气斯托克斯数的一种函数。相反，对稳定的稀流体颗粒物悬浮液三维计算机模拟显示由于次流影响，颗粒物

5、沉积效果不但取决于进气斯托克斯和雷诺尔德数（张和克莱恩斯等人，2001年），而且与几何学因素(李等人，1996年;海斯特拉和霍夫曼，1997年;巴拉斯哈兹等人，1999年；科莫等人，2000年）和局部斯托克斯和雷诺尔德数有关（科莫等人，2000年）。科莫等人（2000年）和张等人(2002年a)进一步总结出一个双分支气管不足以分析颗粒物在大支气管的传输和沉积，因此建立了三分支气管9模型（张等人，2002年b）,这个模型揭示了第三分支气管的沉积过程或许比第二分支气管更具有价值。但是，这些研究绝大多数集中在对称构造气管，缺

6、乏阻塞性气管对颗粒物沉积影响的研究。某些研究者已完成对现实的肺气管颗粒物沉积实验（伊莎阿克斯等人，2006年；冯塔纳等人，2005年；凡·珥特玻汝根等人，2005年）。然而，现实的肺气管是不规则的，有许多几何学因素影响颗粒物沉积，很难评估单个阻塞因素对颗粒物沉积的影响。由于气溶胶药品通常用于治疗慢性阻塞性肺病病人，了解阻塞性气管对颗粒物沉积的影响更具有现实意义。为了不失概括性，我们决定首先使用维贝尔模型。在研究过程中，采用一个对称的四代气管模型作为参考，另三个模型在第二代或第三代气管用作阻塞实验。我们的目标就是研究阻塞

7、性气管在不同的斯托克斯数和雷诺尔德斯数时对颗粒物沉积效率的影响。2.数字方法为了研究慢性阻塞性肺病对颗粒物沉积效率的影响，研究过程中建立四个不同的气管模型。未阻塞模型，标为模型1，根据维贝尔（1963年）二十三代模型第五至第八代模型建立，以资参考。所有的构造相角为70°，详尽的几何学参数在表1中列出。模型示意图见图1。图1中，T表示气管，D表示分流器。粗体实线代表参考模型1，细线代表其它三种模型。模型2中，第二代气管（T6-1）之一的直径平滑地缩短至气管原始直径的一半。模型3(T7-1)和模型4(T7-2)，横向的第三

8、代和向中央延伸的第四代气管之一，直径相应地缩短至各自气管原始直径的一半。凹室曲线的母线方程式是y是受阻气管的半径，x是沿着受阻气管的轴向距离，R是受阻气管的原始直径，L是受阻气管的长度。9表1模型的几何学参数气管代数直径（mm）长度（mm）T53.510.7T62.89.0T72.37.6T81.866.4图1计算模型示意图9发生