鼻腔流体力学

鼻腔流体力学探讨中山大学附属第一医院医院耳鼻喉科许庚一、鼻腔气流主体流向及其意义：经过制做自鼻前庭至咽部的机械模型并进行通气实验后发现，鼻腔的主气流在吸气与呼气是不一样的。分述如下：1.吸气时吸入鼻腔的大局部气体分布在中鼻甲根部以下区域，也就是大局部气体经下鼻道、中鼻道、以及中鼻甲根水平以下之总鼻道流向后鼻孔。这局部气流稳定平滑。而仅有少局部气流经鼻域及鼻丘整流后上升至中甲根部水平以上。2.呼气时经鼻咽部整流的气体大局部流经中鼻甲游离缘以上之总鼻道及上鼻道至前鼻孔。这是因为经鼻咽部整流后气流流向呈斜向前上流动，且气体流经中鼻甲后端时中甲后端给予二次整流造成。主体气流如此分布的意义：1.

一直以来我们都在高度关注鼻腔粘膜纤毛运动在鼻腔分泌物排出中的作用，并且认为此为鼻腔分泌物顺利排出的主要动力，但鼻粘膜纤毛的动力真的会有那么巨大吗？我们所说的粘液毯的厚度及其粘滞系数〔虽然粘滞系数的具体数值我没有测定，但是仅凭目测也能知道即使是过敏性鼻炎发作时的清水样分泌物的粘滞系数也远大于水〕对于只能从电镜才能看到的纤毛来说其负担也是过重了。那么是不是会有另外的动力来源呢？经过对鼻腔总体气流规律的粗略研究，我们完全可以做一个大胆的推理。所示：由于吸气与呼气时主体气流流经方向的差异造成〔1〕下鼻道吸气时流量远大于呼气时流量〔2〕中甲平面以上区域呼气时流量远大于吸气时流量。我们先来了解一下流体力学的一些根本知识：流体力学主要研究在各种力的作用下，流体本身的状态，以及流体和固体壁面、流体和流体间、流体与其他运动形态之间的相互作用的力学分支。其中还有生物流变学分支，它研究动物和人体内生理流体〔如血液、气体、尿液、淋巴液和其他体液等〕的流动、植物生理流动、动物运动中的流体力学问题、人工脏器中的流体力学问题以及生物技术〔如生物反响器〕中的流体力学问题等。其特点是①流体力学同固体力学密切结合。例如，人体生理流动总是以软组织为其运动的边界，而且运动一般是非定常的。因此，生理流体力学问题常为流体运动与边界变形运动的耦合。②力学过程同物理和生化过程紧密联系。例如，在毛细血管里，流动现象总是同其他传质过程和生化反响相联系。③流体动力同细胞生长密切相关。例如，血液流动同血管内皮细胞的生长和形态有关；生物反响器内的流动直接影响反响器内细胞的生长，等等。当今生物流体力学主要研究人体的生理流动，尤其是循环系统和呼吸系统里的流体动力学问题。在生物流体力学研究中气体和液体的相互作用是研究很重要的一个方面。其根本概念是：气体与液体一样具有粘滞性，，当气体流经液体外表时就会对液体外表产生一个同向牵拉的力，气流的流速越快在相同时间里对液体因牵拉造成的移位越大。这是流体力学最根本的概念之一。基于以上概念及鼻腔气流的特点我们完全可把鼻腔看作一个日夜不停工作的泵，这个泵不停的将中鼻甲以上区域的分泌物不断向前输送，至前端后因重力及气流双重作用由中隔前端及鼻腔外侧壁流至下鼻道。而下鼻道的气流不停的将分泌物输送至后鼻孔，最后汇至悬雍垂。再随每次吞咽动作去除。或许鼻腔气流泵才是鼻腔分泌物去除的主要动力来源。当然这需要大量实验研究证实。2.嗅区气流在呼气时增大气体流量可以完全的去除吸气时存留在嗅区的嗅分子，以迎接下一次吸气时嗅分子的进入，从而提高嗅觉分辨能力。生活中当我们仔细分辨一种气味时，常常不自觉会用短促的吸气来提高嗅觉。传统理论认为这是在加大鼻域对气流的影响以使更多的气流到达嗅区。在这个理论中忽略了一件事，那就是在一连串的吸气中间没有呼气动作。如果吸气与呼气交替进行，不管再急促的呼吸也不会提高嗅觉分辨能力。而且我们分辨完一个气味后如果想再分辨另一种气味时，人们往往会用鼻腔用力呼气以去除嗅区剩余气体。

如果能够证实以上观点在我们研究嗅觉障碍时就应该考虑到嗅分子去除环节有无障碍。我们知道单一嗅分子的长时间刺激会产生嗅神经疲劳现象。入芝兰之室久而不闻其香就是这个道理。只有在嗅区嗅分子不断更新的时候我们的嗅觉才是最敏锐的。或许鼻腔主体气流的作用还远不止这些。二、钩突在鼻腔流体力学中的作用：首先我们来看一个自然现象。在敦煌市的沙漠中有一块绿洲叫“月牙泉〞，在月牙泉的迎风面有一个月牙形的沙丘叫鸣沙山。整个月牙泉及建在泉边的建筑都在鸣沙山的凹面，也是背风面。这个景观很奇特：1.沙漠中的沙丘都是在不断移动的，为什么唯独鸣沙山千百年丝毫未动呢？2.沙漠中的风沙为什么没有把月牙泉填平？3.月牙泉边建筑物上为什么没有沙尘？4.每天到月牙泉游览的人都会在鸣沙山的凹面滑沙，每滑一次都会把沙丘顶端的沙子大量带至泉边，经过一夜的风吹第二天鸣沙山又恢复先前的模样。我做了一些简易的机械模型实验，根本可以证实以下几点：〔1〕在月牙形沙丘的背风面中央区处于低气压，气流经沙丘顶端后并向下前方流动，当碰到沙丘凹面后向两侧推挤，由沙丘两侧汇入主气流。〔2〕月牙形沙丘凹面靠近月牙尖的位置由于接受了来自中间的气流而始终处于一个侧风向状态，并且来自中央区域的风是螺旋状的。日夜不停的固定风向是鸣沙山背风面存在强大的紊流区，正是这些紊流具有强大的去除沙尘的作用。我们所能在鼻内镜下看到的钩突形态不正是这种月牙形结构吗？还有在鼻腔主气流的研究中我们了解到钩突区气流在吸气时流量远大于呼气时流量，这也像鸣沙山的固定风向一样。按照以上的理论让我们试着解释钩突的根本功能。暂且将这个理论叫做“月牙泉〞理论。钩突的根本功能：钩突位于中鼻道的前端，其游离缘距中甲前端有0.3CM左右。在鼻腔主体气流的研究中我们知道在吸气时有一局部经中甲整流后进入中鼻道，且这局部气流占比重较大，且这局部气流流速快。气流进入中道后首先经过钩突，如果钩突形态正常，月牙形钩突的前方一定存在上述空气动力学特点。而上颌窦、额窦、筛窦的开口均位于月牙凹面靠近两个月牙尖的位置，换句话说它们都位于凹面去除功能最强的区域这样我们就有理由相信以上这些鼻窦内分泌物及窦口分泌物的去除与气流有关。其次钩突的形态可能在发育期对鼻窦的发育产生影响。由此可知我们目前鼻内镜手术切除钩突是错误的或者说是得不偿失的。即使是单纯做保存钩突的手术也是不合理的。在我们搞清楚什么形态的钩突才有最强的去除功能时，我们针对钩突要做的工作就绝不仅仅是保存了，而应该是如何对钩突进行整形或再造。三、中甲在鼻腔流体力学中的作用：在鼻腔空气流动的过程中不管是中甲、下甲还是上鼻甲都有一个主要的作用，那就是导流，其作用大概有两种：〔1〕调整鼻腔气流的方向〔2〕对鼻腔总气流进行分配。〔3〕调节鼻腔阻力。〔鼻阻力对肺泡直至支气管、气管分泌物的排出起重要作用。〕中甲从形态上分成垂直和水平两局部，前1/3骨板呈前后垂直状，中1/3骨板向外横过颅底到纸板，后1/3略水平向下走行。从内窥镜下我们可以看到中甲前缘呈流线型将气流导入中道，气流进入中道后先是水平向后流动，经中甲中后段的导流作用向后下方流动，直达后鼻孔。而在呼气时，中甲中后段又将流经该区域的气流大局部导流至上鼻道，仅允许少量总道及中甲游离缘水平一下的气流溢入中道。中甲导流的意义：1.将鼻腔吸气时气流总量的大局部限制于中甲根水平以下，参与构成鼻腔总泵。2.保证中道吸气时气流的稳定性，以提高钩突区流体力学作用的效率。3.调整流至后鼻孔的气流方向，防止鼻咽部的过度气流冲击。4.对呼气时气流进行分配，保证上鼻道气流流量。并同时减少中道流量。参与构成钩突前方“月牙泉〞效应。四、筛泡作用：到目前为止对筛泡的作用理解不够。认为筛泡仅对中道气流流量起调节作用。膨胀过度的筛泡影响中道气流量。在手术中我们经常会看到膨胀过度的筛泡前端与钩突游离缘相接，这样钩突前方的“月牙泉〞作用消失，同时筛、额及上颌窦内的气流去除作用也消失。这或许是鼻窦引流不畅的主要作用，而不仅仅是机械的阻塞作用。同时过度膨胀筛泡的形成又与钩突的形态还有筛窦开口的位置有直接关系。发育过程中钩突的形态与筛窦口位置是由基因决定的，所以我们可以理解为有一局部人在出生时就已经决定了以后会患鼻窦炎。早期对钩突区域的干预或许可以防止。五、下甲作用：就下甲的位置而言，下甲是首先接触吸气时进入鼻腔气流的鼻甲。他流线型的前端对气流进行了初步的整流及分配。引导一局部气流进入下鼻道，同时使进入总道的气流更加平稳，平稳的气流是钩突区流体力学作用发挥的重要前提。下甲后端是我们用后鼻镜最容易看到的鼻腔结构，也是所有鼻腔结构中最靠近后鼻孔的结构。其作用不容无视。①调整吸气时进入后鼻孔的气流方向及气流平稳度，对构成咽鼓管圆枕区的流体力学作用创造条件。②与下甲前端及鼻腔其他结构一起发挥调节鼻阻力的作用。〔下甲后端的调节作用最大〕③参与呼气时的气流分配，减少呼气时进入下鼻道的气流量。从而参与构成鼻腔气流总泵。由此可见下甲后端的作用很大，而我们在手术中往往对其处理不够慎重。或者不予处理，或者干预过度。这都会对整个鼻腔产生非常大的影响。六、

上鼻甲作用：上鼻甲位置隐蔽，在气流模型中对上鼻甲的认识较少。上鼻甲对气流有导流作用，同时对上鼻道气流量有调节作用。上鼻甲与蝶窦的流体力学关系不去除。尽管这样，我们知道上鼻甲一定有其非常重要的作用。或许它的作用更多的来自于其外表的神经分布。换句话说它可能是一个鼻腔结构自我调整的指挥中枢。分布在其外表的感受器感知气流变化后调整鼻腔各部位粘膜及骨骼，使其充血肿胀或增生。以改变整个鼻腔的流体力学作用。例如手术或其他原因造成中甲缺失后我们会发现在中甲位置相对的中隔外表会逐渐粘膜增厚，最终形成一个外形酷似中甲的突起，我们叫它中隔中甲。那么形成中隔中隔中甲的原动力在哪儿呢？或者说是什么让这一区域粘膜知道需要增生以改变气流呢？是流经该区域的气流对中隔粘膜的直接作用还是气压的作用呢？让我们来设想一下，去掉中甲以后气流改变最大的区域是哪儿呢？应该是上鼻道。特别是在吸气时。这样我们可以推想在中甲根部以上区域有一个指挥构建整个鼻腔正常结构的“中枢〞，这个“中枢〞能感知气流变化及气压变化，同时感知化学变化，从而对鼻腔结构进行一定范围内的调整。比方使局部粘膜充血肿大，使局部粘膜或骨架增生等。对于正常人这种调节非常重要，这是众所周知的。但是不管是什么原因导致这种调节超过了一定的限度，就将会进入一个恶性循环。我们把进入恶性循环的这个点叫扳机点。例如：我们在临床上看到很多鼻中隔偏曲的病人鼻窦炎往往首发于偏曲凹面侧，原因何在？让我们用扳机点原理试着解释。鼻中隔的偏曲造成中隔远离凹面侧中甲，其直接作用是进入上鼻道的气流量增加，同时这一侧鼻腔气压变化很大。中甲以上区域粘膜感知变化后对鼻腔进行调整，首先使中甲粘膜充血肿胀，以阻挡进入上鼻道的过多的气流，其次使下甲增生以陶征鼻腔阻力及鼻腔气体总流量。中甲的充血肿胀虽然改变了鼻腔的总体气流分布，但同时也改变了中道气流，特别是钩突区气流，使钩突区流体力学作用减弱，为获得更好的流体力学作用钩突粘膜肿胀以获得与鼻腔外侧壁更大的角度。但是这一系列调整在一定范围内确实可以起作用，但是如果中隔偏曲超过一定限度时中甲及钩突会过度肿胀，过度肿胀的中甲和钩突会严重影响中道的气流，同时会对各个鼻窦产生机械阻塞作用，从而导致鼻窦炎发生。这就进入了恶性循环。在炎症刺激下中甲、钩突以及窦口的粘膜会进一步肿胀，最终开展成息肉。〔当然其中还有各种化学成分的作用〕由此看来扳机点不容无视。上面对鼻腔结构在鼻腔流体力学中的作用做了一个大概的描述。我们需要大量的数据来证实和量化上面的描述，我们要知道每个结构的正常变化范围，并且量化它，这样才能对临床工作起到指导作用。也就是说我们应该找到每个结构的扳机点，从而在手