【原创】鼻腔流体力学初探

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部分气体分布在中鼻甲根部以下区域，也就是大部分气体经下鼻道、中鼻道、以及中鼻甲根水平以下之总鼻道流向后鼻孔。这部分气流稳定平滑。而仅有少部分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部分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。

吸气时气流分布


呼气时气流分布


鼻腔气流泵

如上图所示：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基本知识：
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（如生物反应器）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应相联系。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；生物反应器内的流动直接影响反应器内细胞的生长，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。其基本概念是：气体与液体一样具有粘滞性，，当气体流经液体表面时就会对液体表面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。这是流体力学最基本的概念之一。
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。再随每次吞咽动作清除。或许鼻腔气流泵才是鼻腔分泌物清除的主要动力来源。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清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清除嗅区残余气体。 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清除环节有无障碍。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。