Purely elastic instabilities in the airways and oral area

2021 ◽  
Vol 928 ◽  
Author(s):  
Ramkarn Patne

The present study considers a shear-thinning viscoelastic liquid layer sheared by the air and flowing past a deformable-solid layer in the presence of a surfactant at the air–liquid interface to model the airflow in the oral area and airways. The stability analysis reveals the existence of purely elastic and unconditionally unstable ‘liquid elastic’ and ‘solid elastic’ modes. The mechanism responsible for the destabilisation of the solid elastic mode is the shear stresses exerted by the air on the liquid and by the liquid on the deformable solid while for the liquid elastic mode, the mechanism is the first normal stress difference across the air–liquid interface. The liquid and solid elastic modes undergo resonance, resulting in the ‘resonance mode’ of instability. The resonance mode exhibits a much higher growth rate than the liquid and solid elastic modes. The shear-thinning characteristic of the liquid and presence of the surfactant leads to enhancement in the growth rate of the resonance mode. An estimate shows a good correlation between the exhaled fluid particle (i.e. droplets and aerosols) diameters and the wavelength of the perturbations with maximum growth rate. In essence, the present analysis predicts that the airflow in the airways and oral area could lead to an elastic instability arising due to the elastic nature of the saliva, mucus and underlying muscle layers.

Pneumologie ◽  
2011 ◽  
Vol 65 (12) ◽  
Author(s):  
M Selmansberger ◽  
AG Lenz ◽  
M Schmidmeir ◽  
O Eickelberg ◽  
T Stoeger ◽  
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2020 ◽  
Author(s):  
S. Runft ◽  
L. Burigk ◽  
A. Lehmbecker ◽  
K. Schöne ◽  
D. Waschke ◽  
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2021 ◽  
Vol 33 (6) ◽  
pp. 062103
Author(s):  
Meisam Pourali ◽  
Martin Kröger ◽  
Jan Vermant ◽  
Patrick D. Anderson ◽  
Nick O. Jaensson

Langmuir ◽  
2021 ◽  
Author(s):  
Jin Tae Park ◽  
Govind Paneru ◽  
Masao Iwamatsu ◽  
Bruce M. Law ◽  
Hyuk Kyu Pak

Molecules ◽  
2021 ◽  
Vol 26 (9) ◽  
pp. 2639
Author(s):  
Frauke Stanke ◽  
Sabina Janciauskiene ◽  
Stephanie Tamm ◽  
Sabine Wrenger ◽  
Ellen Luise Raddatz ◽  
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The cystic fibrosis transmembrane conductance regulator (CFTR) gene is influenced by the fundamental cellular processes like epithelial differentiation/polarization, regeneration and epithelial–mesenchymal transition. Defects in CFTR protein levels and/or function lead to decreased airway surface liquid layer facilitating microbial colonization and inflammation. The SERPINA1 gene, encoding alpha1-antitrypsin (AAT) protein, is one of the genes implicated in CF, however it remains unknown whether AAT has any influence on CFTR levels. In this study we assessed CFTR protein levels in primary human lung epithelial cells grown at the air-liquid-interface (ALI) alone or pre-incubated with AAT by Western blots and immunohistochemistry. Histological analysis of ALI inserts revealed CFTR- and AAT-positive cells but no AAT-CFTR co-localization. When 0.5 mg/mL of AAT was added to apical or basolateral compartments of pro-inflammatory activated ALI cultures, CFTR levels increased relative to activated ALIs. This finding suggests that AAT is CFTR-modulating protein, albeit its effects may depend on the concentration and the route of administration. Human lung epithelial ALI cultures provide a useful tool for studies in detail how AAT or other pharmaceuticals affect the levels and activity of CFTR.


2021 ◽  
pp. 105122
Author(s):  
Thuc Nguyen Dan Do ◽  
Kim Donckers ◽  
Laura Vangeel ◽  
Arnab K. Chatterjee ◽  
Philippe A. Gallay ◽  
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HNO ◽  
2021 ◽  
Author(s):  
F. Wiest ◽  
A. Scherzad ◽  
P. Ickrath ◽  
N. Poier ◽  
S. Hackenberg ◽  
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Zusammenfassung Hintergrund Die E‑Zigarette erfreut sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit. Die Frage nach der Toxizität ist jedoch noch nicht eindeutig geklärt, und es herrscht global Unsicherheit im Umgang mit der E‑Zigarette. Ziel Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Propylenglykol, ein Hauptbestandteil der Liquide, in Bezug auf mögliche akute Entzündungsreaktionen, zyto- und genotoxische Auswirkungen auf humane Nasenschleimhautzellen zu untersuchen. Material und Methoden Die Nasenschleimhautzellen wurden von zehn Probanden im Air-Liquid-Interface kultiviert und anschließend mit unterschiedlichen Konzentrationen des Propylenglykols bedampft. Die Analyse erfolgte mittels Trypanblau-Test, Comet-Assay, Mikrokerntest und IL-6- und IL-8-Sandwich-ELISA. Ergebnis Der Trypanblau-Test zeigte keine Reduktion der Vitalität. Im Sandwich-ELISA konnte kein Anstieg der IL-6- und IL-8-Konzentrationen nachgewiesen werden. Im Comet-Assay zeigte das Olive Tail Moment eine Schädigung im Vergleich zur Negativkontrolle in allen untersuchten Konzentrationen. Zudem zeigte sich eine dosisabhängige Schädigung. Im Mikrokerntest konnte ein Unterschied zwischen dem Reinstoff und der Negativkontrolle gefunden werden. Schlussfolgerung Es zeigten sich möglicherweise reparable DNS-Schädigungen im Comet-Assay. Im Mikrokerntest konnten diese nur in der Reinstoffkonzentration bestätigt werden. Es sollte ein restriktiver Umgang mit der E‑Zigarette erfolgen, bis insbesondere Langzeitstudien vorliegen. Zudem ist eine eindeutige Deklaration der Inhaltsstoffe der Liquide durch die Hersteller zu fordern, um weitergehende Schädigungspotenziale untersuchen zu können.


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