Effects of Pulmonary Fibrosis and Surface Tension on Alveolar Sac Mechanics in Diffuse Alveolar Damage

纤维化 肺纤维化 病理 肺表面活性物质 表面张力 增生 弥漫性肺泡损伤 医学 材料科学 化学 急性呼吸窘迫 内科学 物理 生物化学 量子力学
作者
Long Chen,Weiwei Tao,Wei Ji,Yan Lu,Xia Zhao
出处
期刊:Journal of biomechanical engineering [ASME International]
卷期号:143 (8) 被引量:4
标识
DOI:10.1115/1.4050789
摘要

Abstract Diffuse alveolar damage (DAD) is a characteristic histopathologic pattern in most cases of acute respiratory distress syndrome and severe viral pneumonia, such as COVID-19. DAD is characterized by an acute phase with edema, hyaline membranes, and inflammation followed by an organizing phase with pulmonary fibrosis and hyperplasia. The degree of pulmonary fibrosis and surface tension is different in the pathological stages of DAD. The effects of pulmonary fibrosis and surface tension on alveolar sac mechanics in DAD are investigated by using the fluid–structure interaction (FSI) method. The human pulmonary alveolus is idealized by a three-dimensional honeycomb-like geometry, with alveolar geometries approximated as closely packed 14-sided polygons. A dynamic compression-relaxation model for surface tension effects is adopted. Compared to a healthy model, DAD models are created by increasing the tissue thickness and decreasing the concentration of the surfactant. The FSI results show that pulmonary fibrosis is more influential than the surface tension on flow rate, volume, P–V loop, and resistance. The lungs of the disease models become stiffer than those of the healthy models. According to the P–V loop results, the surface tension plays a more important role in hysteresis than the material nonlinearity of the lung tissue. Our study demonstrates the differences in air flow and lung function on the alveolar sacs between the healthy and DAD models.
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