鼻腔流體力學(xué)

鼻腔流體力學(xué)探討中山大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)院耳鼻喉科許庚一、鼻腔氣流主體流向及其意義：經(jīng)過制做自鼻前庭至咽部的機(jī)械模型并進(jìn)行通氣實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，鼻腔的主氣流在吸氣與呼氣是不一樣的。分述如下：1.吸氣時(shí)吸入鼻腔的大局部氣體分布在中鼻甲根部以下區(qū)域，也就是大局部氣體經(jīng)下鼻道、中鼻道、以及中鼻甲根水平以下之總鼻道流向后鼻孔。這局部氣流穩(wěn)定平滑。而僅有少局部氣流經(jīng)鼻域及鼻丘整流后上升至中甲根部水平以上。2.呼氣時(shí)經(jīng)鼻咽部整流的氣體大局部流經(jīng)中鼻甲游離緣以上之總鼻道及上鼻道至前鼻孔。這是因?yàn)榻?jīng)鼻咽部整流后氣流流向呈斜向前上流動(dòng)，且氣體流經(jīng)中鼻甲后端時(shí)中甲后端給予二次整流造成。主體氣流如此分布的意義：1.

一直以來我們都在高度關(guān)注鼻腔粘膜纖毛運(yùn)動(dòng)在鼻腔分泌物排出中的作用，并且認(rèn)為此為鼻腔分泌物順利排出的主要?jiǎng)恿?，但鼻粘膜纖毛的動(dòng)力真的會(huì)有那么巨大嗎？我們所說的粘液毯的厚度及其粘滯系數(shù)〔雖然粘滯系數(shù)的具體數(shù)值我沒有測定，但是僅憑目測也能知道即使是過敏性鼻炎發(fā)作時(shí)的清水樣分泌物的粘滯系數(shù)也遠(yuǎn)大于水〕對于只能從電鏡才能看到的纖毛來說其負(fù)擔(dān)也是過重了。那么是不是會(huì)有另外的動(dòng)力來源呢？經(jīng)過對鼻腔總體氣流規(guī)律的粗略研究，我們完全可以做一個(gè)大膽的推理。所示：由于吸氣與呼氣時(shí)主體氣流流經(jīng)方向的差異造成〔1〕下鼻道吸氣時(shí)流量遠(yuǎn)大于呼氣時(shí)流量〔2〕中甲平面以上區(qū)域呼氣時(shí)流量遠(yuǎn)大于吸氣時(shí)流量。我們先來了解一下流體力學(xué)的一些根本知識：流體力學(xué)主要研究在各種力的作用下，流體本身的狀態(tài)，以及流體和固體壁面、流體和流體間、流體與其他運(yùn)動(dòng)形態(tài)之間的相互作用的力學(xué)分支。其中還有生物流變學(xué)分支，它研究動(dòng)物和人體內(nèi)生理流體〔如血液、氣體、尿液、淋巴液和其他體液等〕的流動(dòng)、植物生理流動(dòng)、動(dòng)物運(yùn)動(dòng)中的流體力學(xué)問題、人工臟器中的流體力學(xué)問題以及生物技術(shù)〔如生物反響器〕中的流體力學(xué)問題等。其特點(diǎn)是①流體力學(xué)同固體力學(xué)密切結(jié)合。例如，人體生理流動(dòng)總是以軟組織為其運(yùn)動(dòng)的邊界，而且運(yùn)動(dòng)一般是非定常的。因此，生理流體力學(xué)問題常為流體運(yùn)動(dòng)與邊界變形運(yùn)動(dòng)的耦合。②力學(xué)過程同物理和生化過程緊密聯(lián)系。例如，在毛細(xì)血管里，流動(dòng)現(xiàn)象總是同其他傳質(zhì)過程和生化反響相聯(lián)系。③流體動(dòng)力同細(xì)胞生長密切相關(guān)。例如，血液流動(dòng)同血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長和形態(tài)有關(guān)；生物反響器內(nèi)的流動(dòng)直接影響反響器內(nèi)細(xì)胞的生長，等等。當(dāng)今生物流體力學(xué)主要研究人體的生理流動(dòng)，尤其是循環(huán)系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)里的流體動(dòng)力學(xué)問題。在生物流體力學(xué)研究中氣體和液體的相互作用是研究很重要的一個(gè)方面。其根本概念是：氣體與液體一樣具有粘滯性，，當(dāng)氣體流經(jīng)液體外表時(shí)就會(huì)對液體外表產(chǎn)生一個(gè)同向牽拉的力，氣流的流速越快在相同時(shí)間里對液體因牽拉造成的移位越大。這是流體力學(xué)最根本的概念之一。基于以上概念及鼻腔氣流的特點(diǎn)我們完全可把鼻腔看作一個(gè)日夜不停工作的泵，這個(gè)泵不停的將中鼻甲以上區(qū)域的分泌物不斷向前輸送，至前端后因重力及氣流雙重作用由中隔前端及鼻腔外側(cè)壁流至下鼻道。而下鼻道的氣流不停的將分泌物輸送至后鼻孔，最后匯至懸雍垂。再隨每次吞咽動(dòng)作去除?；蛟S鼻腔氣流泵才是鼻腔分泌物去除的主要?jiǎng)恿碓?。?dāng)然這需要大量實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)。2.嗅區(qū)氣流在呼氣時(shí)增大氣體流量可以完全的去除吸氣時(shí)存留在嗅區(qū)的嗅分子，以迎接下一次吸氣時(shí)嗅分子的進(jìn)入，從而提高嗅覺分辨能力。生活中當(dāng)我們仔細(xì)分辨一種氣味時(shí)，常常不自覺會(huì)用短促的吸氣來提高嗅覺。傳統(tǒng)理論認(rèn)為這是在加大鼻域?qū)饬鞯挠绊懸允垢嗟臍饬鞯竭_(dá)嗅區(qū)。在這個(gè)理論中忽略了一件事，那就是在一連串的吸氣中間沒有呼氣動(dòng)作。如果吸氣與呼氣交替進(jìn)行，不管再急促的呼吸也不會(huì)提高嗅覺分辨能力。而且我們分辨完一個(gè)氣味后如果想再分辨另一種氣味時(shí)，人們往往會(huì)用鼻腔用力呼氣以去除嗅區(qū)剩余氣體。

如果能夠證實(shí)以上觀點(diǎn)在我們研究嗅覺障礙時(shí)就應(yīng)該考慮到嗅分子去除環(huán)節(jié)有無障礙。我們知道單一嗅分子的長時(shí)間刺激會(huì)產(chǎn)生嗅神經(jīng)疲勞現(xiàn)象。入芝蘭之室久而不聞其香就是這個(gè)道理。只有在嗅區(qū)嗅分子不斷更新的時(shí)候我們的嗅覺才是最敏銳的?；蛟S鼻腔主體氣流的作用還遠(yuǎn)不止這些。二、鉤突在鼻腔流體力學(xué)中的作用：首先我們來看一個(gè)自然現(xiàn)象。在敦煌市的沙漠中有一塊綠洲叫“月牙泉〞，在月牙泉的迎風(fēng)面有一個(gè)月牙形的沙丘叫鳴沙山。整個(gè)月牙泉及建在泉邊的建筑都在鳴沙山的凹面，也是背風(fēng)面。這個(gè)景觀很奇特：1.沙漠中的沙丘都是在不斷移動(dòng)的，為什么唯獨(dú)鳴沙山千百年絲毫未動(dòng)呢？2.沙漠中的風(fēng)沙為什么沒有把月牙泉填平？3.月牙泉邊建筑物上為什么沒有沙塵？4.每天到月牙泉游覽的人都會(huì)在鳴沙山的凹面滑沙，每滑一次都會(huì)把沙丘頂端的沙子大量帶至泉邊，經(jīng)過一夜的風(fēng)吹第二天鳴沙山又恢復(fù)先前的模樣。我做了一些簡易的機(jī)械模型實(shí)驗(yàn)，根本可以證實(shí)以下幾點(diǎn)：〔1〕在月牙形沙丘的背風(fēng)面中央?yún)^(qū)處于低氣壓，氣流經(jīng)沙丘頂端后并向下前方流動(dòng)，當(dāng)碰到沙丘凹面后向兩側(cè)推擠，由沙丘兩側(cè)匯入主氣流?！?〕月牙形沙丘凹面靠近月牙尖的位置由于接受了來自中間的氣流而始終處于一個(gè)側(cè)風(fēng)向狀態(tài)，并且來自中央?yún)^(qū)域的風(fēng)是螺旋狀的。日夜不停的固定風(fēng)向是鳴沙山背風(fēng)面存在強(qiáng)大的紊流區(qū)，正是這些紊流具有強(qiáng)大的去除沙塵的作用。我們所能在鼻內(nèi)鏡下看到的鉤突形態(tài)不正是這種月牙形結(jié)構(gòu)嗎？還有在鼻腔主氣流的研究中我們了解到鉤突區(qū)氣流在吸氣時(shí)流量遠(yuǎn)大于呼氣時(shí)流量，這也像鳴沙山的固定風(fēng)向一樣。按照以上的理論讓我們試著解釋鉤突的根本功能。暫且將這個(gè)理論叫做“月牙泉〞理論。鉤突的根本功能：鉤突位于中鼻道的前端，其游離緣距中甲前端有0.3CM左右。在鼻腔主體氣流的研究中我們知道在吸氣時(shí)有一局部經(jīng)中甲整流后進(jìn)入中鼻道，且這局部氣流占比重較大，且這局部氣流流速快。氣流進(jìn)入中道后首先經(jīng)過鉤突，如果鉤突形態(tài)正常，月牙形鉤突的前方一定存在上述空氣動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)。而上頜竇、額竇、篩竇的開口均位于月牙凹面靠近兩個(gè)月牙尖的位置，換句話說它們都位于凹面去除功能最強(qiáng)的區(qū)域這樣我們就有理由相信以上這些鼻竇內(nèi)分泌物及竇口分泌物的去除與氣流有關(guān)。其次鉤突的形態(tài)可能在發(fā)育期對鼻竇的發(fā)育產(chǎn)生影響。由此可知我們目前鼻內(nèi)鏡手術(shù)切除鉤突是錯(cuò)誤的或者說是得不償失的。即使是單純做保存鉤突的手術(shù)也是不合理的。在我們搞清楚什么形態(tài)的鉤突才有最強(qiáng)的去除功能時(shí)，我們針對鉤突要做的工作就絕不僅僅是保存了，而應(yīng)該是如何對鉤突進(jìn)行整形或再造。三、中甲在鼻腔流體力學(xué)中的作用：在鼻腔空氣流動(dòng)的過程中不管是中甲、下甲還是上鼻甲都有一個(gè)主要的作用，那就是導(dǎo)流，其作用大概有兩種：〔1〕調(diào)整鼻腔氣流的方向〔2〕對鼻腔總氣流進(jìn)行分配。〔3〕調(diào)節(jié)鼻腔阻力。〔鼻阻力對肺泡直至支氣管、氣管分泌物的排出起重要作用?！持屑讖男螒B(tài)上分成垂直和水平兩局部，前1/3骨板呈前后垂直狀，中1/3骨板向外橫過顱底到紙板，后1/3略水平向下走行。從內(nèi)窺鏡下我們可以看到中甲前緣呈流線型將氣流導(dǎo)入中道，氣流進(jìn)入中道后先是水平向后流動(dòng)，經(jīng)中甲中后段的導(dǎo)流作用向后下方流動(dòng)，直達(dá)后鼻孔。而在呼氣時(shí)，中甲中后段又將流經(jīng)該區(qū)域的氣流大局部導(dǎo)流至上鼻道，僅允許少量總道及中甲游離緣水平一下的氣流溢入中道。中甲導(dǎo)流的意義：1.將鼻腔吸氣時(shí)氣流總量的大局部限制于中甲根水平以下，參與構(gòu)成鼻腔總泵。2.保證中道吸氣時(shí)氣流的穩(wěn)定性，以提高鉤突區(qū)流體力學(xué)作用的效率。3.調(diào)整流至后鼻孔的氣流方向，防止鼻咽部的過度氣流沖擊。4.對呼氣時(shí)氣流進(jìn)行分配，保證上鼻道氣流流量。并同時(shí)減少中道流量。參與構(gòu)成鉤突前方“月牙泉〞效應(yīng)。四、篩泡作用：到目前為止對篩泡的作用理解不夠。認(rèn)為篩泡僅對中道氣流流量起調(diào)節(jié)作用。膨脹過度的篩泡影響中道氣流量。在手術(shù)中我們經(jīng)常會(huì)看到膨脹過度的篩泡前端與鉤突游離緣相接，這樣鉤突前方的“月牙泉〞作用消失，同時(shí)篩、額及上頜竇內(nèi)的氣流去除作用也消失。這或許是鼻竇引流不暢的主要作用，而不僅僅是機(jī)械的阻塞作用。同時(shí)過度膨脹篩泡的形成又與鉤突的形態(tài)還有篩竇開口的位置有直接關(guān)系。發(fā)育過程中鉤突的形態(tài)與篩竇口位置是由基因決定的，所以我們可以理解為有一局部人在出生時(shí)就已經(jīng)決定了以后會(huì)患鼻竇炎。早期對鉤突區(qū)域的干預(yù)或許可以防止。五、下甲作用：就下甲的位置而言，下甲是首先接觸吸氣時(shí)進(jìn)入鼻腔氣流的鼻甲。他流線型的前端對氣流進(jìn)行了初步的整流及分配。引導(dǎo)一局部氣流進(jìn)入下鼻道，同時(shí)使進(jìn)入總道的氣流更加平穩(wěn)，平穩(wěn)的氣流是鉤突區(qū)流體力學(xué)作用發(fā)揮的重要前提。下甲后端是我們用后鼻鏡最容易看到的鼻腔結(jié)構(gòu)，也是所有鼻腔結(jié)構(gòu)中最靠近后鼻孔的結(jié)構(gòu)。其作用不容無視。①調(diào)整吸氣時(shí)進(jìn)入后鼻孔的氣流方向及氣流平穩(wěn)度，對構(gòu)成咽鼓管圓枕區(qū)的流體力學(xué)作用創(chuàng)造條件。②與下甲前端及鼻腔其他結(jié)構(gòu)一起發(fā)揮調(diào)節(jié)鼻阻力的作用。〔下甲后端的調(diào)節(jié)作用最大〕③參與呼氣時(shí)的氣流分配，減少呼氣時(shí)進(jìn)入下鼻道的氣流量。從而參與構(gòu)成鼻腔氣流總泵。由此可見下甲后端的作用很大，而我們在手術(shù)中往往對其處理不夠慎重。或者不予處理，或者干預(yù)過度。這都會(huì)對整個(gè)鼻腔產(chǎn)生非常大的影響。六、

上鼻甲作用：上鼻甲位置隱蔽，在氣流模型中對上鼻甲的認(rèn)識較少。上鼻甲對氣流有導(dǎo)流作用，同時(shí)對上鼻道氣流量有調(diào)節(jié)作用。上鼻甲與蝶竇的流體力學(xué)關(guān)系不去除。盡管這樣，我們知道上鼻甲一定有其非常重要的作用。或許它的作用更多的來自于其外表的神經(jīng)分布。換句話說它可能是一個(gè)鼻腔結(jié)構(gòu)自我調(diào)整的指揮中樞。分布在其外表的感受器感知?dú)饬髯兓笳{(diào)整鼻腔各部位粘膜及骨骼，使其充血腫脹或增生。以改變整個(gè)鼻腔的流體力學(xué)作用。例如手術(shù)或其他原因造成中甲缺失后我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在中甲位置相對的中隔外表會(huì)逐漸粘膜增厚，最終形成一個(gè)外形酷似中甲的突起，我們叫它中隔中甲。那么形成中隔中隔中甲的原動(dòng)力在哪兒呢？或者說是什么讓這一區(qū)域粘膜知道需要增生以改變氣流呢？是流經(jīng)該區(qū)域的氣流對中隔粘膜的直接作用還是氣壓的作用呢？讓我們來設(shè)想一下，去掉中甲以后氣流改變最大的區(qū)域是哪兒呢？應(yīng)該是上鼻道。特別是在吸氣時(shí)。這樣我們可以推想在中甲根部以上區(qū)域有一個(gè)指揮構(gòu)建整個(gè)鼻腔正常結(jié)構(gòu)的“中樞〞，這個(gè)“中樞〞能感知?dú)饬髯兓皻鈮鹤兓?，同時(shí)感知化學(xué)變化，從而對鼻腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定范圍內(nèi)的調(diào)整。比方使局部粘膜充血腫大，使局部粘膜或骨架增生等。對于正常人這種調(diào)節(jié)非常重要，這是眾所周知的。但是不管是什么原因?qū)е逻@種調(diào)節(jié)超過了一定的限度，就將會(huì)進(jìn)入一個(gè)惡性循環(huán)。我們把進(jìn)入惡性循環(huán)的這個(gè)點(diǎn)叫扳機(jī)點(diǎn)。例如：我們在臨床上看到很多鼻中隔偏曲的病人鼻竇炎往往首發(fā)于偏曲凹面?zhèn)?，原因何在？讓我們用扳機(jī)點(diǎn)原理試著解釋。鼻中隔的偏曲造成中隔遠(yuǎn)離凹面?zhèn)戎屑?，其直接作用是進(jìn)入上鼻道的氣流量增加，同時(shí)這一側(cè)鼻腔氣壓變化很大。中甲以上區(qū)域粘膜感知變化后對鼻腔進(jìn)行調(diào)整，首先使中甲粘膜充血腫脹，以阻擋進(jìn)入上鼻道的過多的氣流，其次使下甲增生以陶征鼻腔阻力及鼻腔氣體總流量。中甲的充血腫脹雖然改變了鼻腔的總體氣流分布，但同時(shí)也改變了中道氣流，特別是鉤突區(qū)氣流，使鉤突區(qū)流體力學(xué)作用減弱，為獲得更好的流體力學(xué)作用鉤突粘膜腫脹以獲得與鼻腔外側(cè)壁更大的角度。但是這一系列調(diào)整在一定范圍內(nèi)確實(shí)可以起作用，但是如果中隔偏曲超過一定限度時(shí)中甲及鉤突會(huì)過度腫脹，過度腫脹的中甲和鉤突會(huì)嚴(yán)重影響中道的氣流，同時(shí)會(huì)對各個(gè)鼻竇產(chǎn)生機(jī)械阻塞作用，從而導(dǎo)致鼻竇炎發(fā)生。這就進(jìn)入了惡性循環(huán)。在炎癥刺激下中甲、鉤突以及竇口的粘膜會(huì)進(jìn)一步腫脹，最終開展成息肉?！伯?dāng)然其中還有各種化學(xué)成分的作用〕由此看來扳機(jī)點(diǎn)不容無視。上面對鼻腔結(jié)構(gòu)在鼻腔流體力學(xué)中的作用做了一個(gè)大概的描述。我們需要大量的數(shù)據(jù)來證實(shí)和量化上面的描述，我們要知道每個(gè)結(jié)構(gòu)的正常變化范圍，并且量化它，這樣才能對臨床工作起到指導(dǎo)作用。也就是說我們應(yīng)該找到每個(gè)結(jié)構(gòu)的扳機(jī)點(diǎn)，從而在手