به گزارش روز یکشنبه گروه علم و آموزش ایرنا از دانشگاه تهران، در مطالعه تازه پژوهشگران دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران، تأثیر لایه مخاطی دستگاه تنفسی و شرایط هوای تنفسی بر سرنوشت قطرات واردشده به حفره بینی مورد ارزیابی قرار گرفت.
بهرنگ سجادی، دانشیار دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تهران، درباره ضرورت این پژوهش توضیح داد: حفره بینی نقش اساسی در فیلتراسیون هوای تنفسی دارد و به عنوان سدی طبیعی در برابر ورود ذره‌ها، قطره‌ها و ریزموجودات (میکروارگانیسم‌ها) به بخش‌های پایینی دستگاه تنفسی انسان عمل می‌کند. عملکرد این سد طبیعی در مقابل برخی موارد، مانند ریزگردها، مطلوب و در بعضی دیگر، مانند گروهی از داروهای تنفسی، نامطلوب است.
وی ادامه داد: همچنین قطره‌هایی که افراد در حین صحبت کردن، تنفس، سرفه و عطسه در هوا پخش می‌کنند، ممکن است وارد مجاری تنفسی میزبان‌های آسیب‌پذیر شوند و با سازوکارهای مختلف در حفره بینی نشست کرده یا از آن عبور و به بخش‌های پایینی دستگاه تنفسی نفوذ کنند. سرنوشت قطره‌های استنشاقی به عامل‌های مختلفی از جمله لایه مخاطی لزج بینی و شرایط هوای تنفس‌شده بستگی دارد و ارزیابی رفتار آنها، برای کمینه کردن پیامدهای منفی مواد مضر استنشاقی بر تندرستی انسان یا ایجاد سیستم‌های نوآورانه در داروهای تنفسی، ضروری است.
این پژوهشگر حوزه سیستم‌های تهویه مطبوع، درباره روش انجام این مطالعه گفت: در این مطالعه، رفتار قطره‌های ریز آب در مجاری تنفسی بینی یک انسان بالغ و سالم طی فرآیند تنفس با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین برای دستیابی به نتایج واقعی، تأثیر لایه مخاطی لزج داخل حفره بینی و رطوبت هوای تنفسی بر رفتار قطره‌ها در نظر گرفته شده است.
عضو هیأت علمی دانشگاه تهران در توضیح دستاوردهای این پژوهش گفت: نتایج نشان می‌دهد هنگامی که قطره‌ها وارد حفره بینی می‌شوند، با لایه مخاطی تعامل می‌کنند که می‌تواند به نشست قطره‌ها و حذف آنها از جریان هوا بینجامد. لایه مخاطی به دلیل باریک بودن مجاری، هوای استنشاقی را گرم می‌کند و بر رطوبت آن می‌افزاید و بنابراین، تبخیر قطره‌ها را به شدت کاهش می‌دهد. دما و رطوبت هوای استنشاقی نیز می‌تواند بر تبخیر، انتشار و نشست قطره‌ها در حفره‌های بینی تأثیرگذار باشند. هوای خشک و سرد باعث تبخیر سریع قطره‌ها و کاهش اندازه آنها، و هوای گرم و مرطوب موجب پایداری قطره‌ها و افزایش میزان نشست آنها می‌شود.
وی با بیان اینکه اندازه قطره‌ها نیز در سرنوشت آنها مؤثر است، افزود: قطره‌های بزرگ به دلیل وجود لایه مخاطی نمی‌توانند به‌طور کامل تبخیر شوند و به احتمال زیاد در حفره بینی نشست می‌کنند. همچنین به دلیل تغییر جهت جریان هوا در دهلیز و دریچه بینی، احتمال گیر افتادن قطره‌های بزرگ در لایه مخاطی بالا است. قطره‌های بزرگ به دلیل اینرسیِ حرکتیِ زیاد، با دیواره‌های حفره بینی برخورد کرده و نشست می‌کنند.
سجادی تاکید کرد: از سوی دیگر قطره‌های کوچک می‌توانند به راحتی تغییر جهت داده و همراه جریان هوا در حفره بینی حرکت کنند. بیشتر این قطره‌ها قبل از اینکه فرصت نشست پیدا کنند، به‌طور کامل تبخیر می‌شوند یا از حفره بینی عبور کرده و وارد بخش‌های پایینی دستگاه تنفس می‌شوند. وجود لایه مخاطی به دلیل کمک به کاهش تبخیر قطره‌ها می‌تواند عبور قطره‌های کوچک را تسهیل کند.
یافته‌های این مطالعه که با همکاری محققان دانشگاه تهران و دانشگاه کلارکسن انجام گرفته است، به تازگی در «Journal of Aerosol Science» از سوی انتشارات الزویر منتشر شده و از طریق پیوند زیر در دسترس قرار دارد:
The effect of the mucus layer and the inhaled air conditions on the droplets fate in the human nasal cavity: A numerical study