ISBN 978-3-86853-924-0

978-3-86853-924-0, Reihe Strömungsmechanik

Karsten Haslbeck
Entstehung exhalierter Tröpfchen in den terminalen Atemwegen

165 Seiten, Dissertation Universität Hannover (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Mit jeder Exhalation werden kleinste, in der tiefen Lunge entstandene Tröpfchen an die Umgebung abgegeben. Diese Tröpfchen enthalten eine kleine Menge an Proteinen, die für eine Biomarkeranalyse zur Diagnostik und Verlaufskontrolle von Lungenerkrankungen genutzt werden könnten. Für eine genaue standardisierte Analyse ist jedoch das Verständnis der Entstehungsprozesse der exhalierten Tröpfchen erforderlich.

In dieser Arbeit wird eine in der Literatur vorgestellte Hypothese der Tröpfchenentstehung numerisch modelliert. Diese postuliert eine Tröpfchenentstehung durch eine Wiedereröffnung von kollabierten terminalen Atemwegskapillaren bei der Inspiration. Die Ergebnisse werden nach der Auswertung in Form von Tropfengrößenverteilungen dargestellt. Anhand einer systematischen Parameterstudie kann ein entscheidender Einfluss der Oberflächenspannung der Lungenflüssigkeit auf die Tropfenanzahl und Größe gezeigt werden, während die Variation anderer Parameter keinen signifikanten Einfluss darauf nimmt. Es zeigt sich kein Einfluss von beweglichen Wänden auf die Tröpfchenentstehung. Die Verifizierung der numerischen Methoden erfolgt durch ein skaliertes Modellexperiment welches eine gute Wiedergabe der Fluidbewegung in dünnen Flüssigkeitsfilmen durch die numerischen Methoden bestätigt.

Ein Vergleich der Simulationsergebnisse mit den Ergebnissen einer klinischen Studie zeigt eine sehr gute Übereinstimmung beider Tropfengrößenverteilungen. Die Größe der meisten generierten Tröpfchen liegt im submikronen Bereich. Die Ergebnisse dieser Arbeit bestärken die Hypothese der Tröpfchenentstehung in den terminalen Atemwegskapillaren als einen realistischen Entstehungsmechanismus. Das durch die Modellierung entstandene Verständnis der Entstehungsprozesse und -orte der exhalierten Tröpfchen bietet die Grundlage für eine standardisierte Analyse von Biomarkern aus der exhalierten Luft.