دکتر فرزانه صف شکن عضو هیت علمی دانشگاه رشت و فارغ التحصیل دکتری تخصصی مهندسی پزشکی –  بیومکانیک دانشگاه صنعتی امیر کبیر که در رساله ی دکترای خود خواص مکانیکی نای انسان را بررسی کرده اند، در خصوص مطالعات مربوط به ارزیابی خواص مکانیکی و مدلسازی نای انسان گفتند: تاکنون در مورد انسان، مطالعه کاملی برای بررسی خواص مکانیکی همه اجزای اصلی نای انجام نشده است. 

نای انسان ممکن است در معرض صدمات مختلفی قرار گیرد که منجر به  تنگی نای و یا تضعیف خواص مکانیکی دیواره آن می شوند و اختلال در عبور هوا و مشکلات تنفسی را به دنبال خواهند داشت. در درمان اکثر ضایعات تنگی نای، از روش جراحی رزکسیون- آناستوموز استفاده می‌شود که در آن، پس از برداشتن بخش آسیب‌دیده، دو بخش باقی‌مانده به هم متصل می‌شوند. علاوه بر محدودیت در طول قابل برداشت از نای، جراحی نای می‌تواند منجر به کشیدگی و کاهش قابلیت تغییر شکل نای در پاسخ به فشارهای تنفسی شود. همچنین در برخی موارد، عوارض دراز مدتی همچون تنگی  مجدد نای، تشکیل بافت گرانوله و غیره برای این روش درمانی گزارش شده اند. دیگر روش­های درمانی همچون استفاده از ایمپلنت یا استنت هم با مشکلاتی همچون جابجایی یا تخریب ایمپلنت، عفونت، تشکیل بافت گرانوله، تنگی مجدد و غیره همراه بوده اند.

 در میان روش‌های درمانی جایگزین، مهندسی بافت نای روشی امیدبخش به نظر می‌رسد که موفقیت در آن، مستلزم طراحی و ساخت داربست‌هایی با رفتار مکانیکی مشابه با نای طبیعی می‌باشد.  به ‌منظور مطالعه طراحی داربست‌هایی با خواص مکانیکی مناسب، شناخت خواص مکانیکی نای انسان ضروری است.

گذشته از مطالعات اولیه‌ای که به دنبال تعیین آزمایشگاهی قانون لوله‌ای نای (رابطه فشار-حجم کل نای) بودند، مطالعات اخیر، با در نظر گرفتن نای به عنوان یک ساختار کامپوزیتی، به مشخصه یابی مکانیکی اجزای مختلف نای (غضروف، بافت همبند و ماهیچه صاف) پرداخته‌اند. ‌مروری بر مطالعات گذشته بر روی خواص الاستیک نای نشان می دهد که تنها در سه مطالعه انجام‌شده بر روی نای گوسفند و بز، هر سه بافت اصلی دخیل در رفتار مکانیکی نای یعنی غضروف، ماهیچه صاف و بافت همبند مورد ارزیابی مکانیکی قرارگرفته‌اند و تاکنون در مورد انسان، مطالعه کاملی برای بررسی خواص مکانیکی همه اجزای اصلی نای انجام نشده است. از این گذشته، در معدود مطالعات انجام‌شده بر روی غضروف و ماهیچه صاف نای انسان، تعداد ناکافی نمونه‌های مورد بررسی، کاربرد نتایج این مطالعات را با محدودیت مواجه می‌کند. رفتار ویسکوالاستیک اجزای منفرد نای نیز تاکنون مورد بررسی قرار نگرفته است. درواقع، بیشتر مطالعات ویسکوالاستیک انجام‌شده بر روی نای، به ویسکوالاستیسیته خلط (سیال موجود در سطح داخلی مسیر تنفسی) و یا رفتار فشار- حجم (قانون لوله‌ای) وابسته به زمان پرداخته‌اند.

با توجه به نیاز موجود به داده­های دقیق و کامل در مورد خواص مکانیکی نای انسان، در مطالعه ای بر روی 30 نمونه استحصال شده از بیماران مرگ مغزی و اهداکننده عضو (پس از طی مراحل قانونی و با کسب رضایت از بستگان درجه یک)، به ارزیابی مکانیکی اجزای نای انسان با استفاده از آزمایش‌های کشش و آسودگی تنش و نیز مدل‌سازی رفتار مکانیکی این بافت‌ها با استفاده از معادلات بنیادین هایپرالاستیک و ویسکوالاستیک پرداختیم. تاثیر پارامترهای سن و جنسیت بر خواص مکانیکی نای انسان نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین، رفتار مکانیکی نای در شرایط مختلف نیز مورد شبیه سازی اجزای محدود قرار گرفت. نتایج این پژوهش را می‌توان در طراحی و ساخت داربست‌های مهندسی بافت نای و نیز بهینه ‌سازی جراحی رزکسیون-آناستوموز نای انسان مورد استفاده قرار داد.

 

 

F. Safshekan, M. Tafazzoli- Shadpour, M. Abdouss, and M. B. Shadmehr, “Viscoelastic properties of human tracheal tissues,” J. Biomech. Eng., Sep. 2016.

 

F. Safshekan, M. Tafazzoli-Shadpour, M. Abdouss, and M. Shadmehr, “Mechanical Characterization and Constitutive Modeling of Human Trachea: Age and Gender Dependency,” Materials (Basel)., vol. 9, no. 6, p. 456, 2016.

 

F. Safshekan, M. Tafazzoli-Shadpour, M. Abdouss, M.B. Shadmehr and F. Ghorbani, "Mechanical investigation of human tracheal cartilage", Tanaffos (Respiration) 16(2):107-114

 

F. Safshekan, M. Tafazzoli-Shadpour, M. Abdouss, M.B. Shadmehr and F. Ghorbani, "Viscoelastic Behavior of human tracheal cartilage", 1th International Iranian Conference on Biomedical Engineering Conference (ICBME 2016).