大鼠鼻腔內(nèi)流場及氣味吸收模式的數(shù)值模擬研究.pdf

1、大鼠作為實驗室最常用的實驗動物之一，常被用來做嗅覺神經(jīng)科學的研究。嗅覺的產(chǎn)生起源于鼻腔，它強烈地依賴于呼吸時鼻腔內(nèi)的空氣流動與鼻粘膜對氣味的吸收模式特征。而鼻腔內(nèi)的空氣流動與氣味吸收模式又在一定程度上取決于鼻腔本身的結構特征。
　　為了研究大鼠呼吸時鼻腔內(nèi)的氣流場與氣味吸收模式，以及鼻腔氣道的寬度改變對其鼻腔內(nèi)的氣流場及氣味吸收模式的影響，本文首先基于大鼠鼻腔氣道的MRI掃描圖像重建出一個大鼠的鼻腔氣道模型，然后采用計算流體力學方

2、法模擬了大鼠在生理范圍內(nèi)的三種不同呼吸速率條件下的鼻腔內(nèi)的氣流場模式以及三種不同溶解性氣味在鼻腔內(nèi)的氣味吸收模式，特別定量考查了在嗅上皮區(qū)域的上述模式。然后對MRI圖像中的鼻腔氣道進行人為的加寬并重建出另一個具有較寬氣道的大鼠模型氣道模型，繼續(xù)采用與第一個大鼠鼻腔同樣的方法與條件模擬了寬氣道鼻腔模型內(nèi)的氣流場與氣味吸收模式。最后定量比較了兩個鼻腔模型內(nèi)尤其是嗅上皮區(qū)域的氣流場與氣味吸收模式的差異。
　　模擬結果展現(xiàn)了不同呼吸速率條

3、件下大鼠鼻腔內(nèi)的氣流場特點：包括吸氣時鼻腔內(nèi)具有“之”字形流線，而呼氣時“之”字形流線偏少；用力吸氣時有更多的氣流進入嗅上皮區(qū)域等。以及不同溶解性氣味在鼻腔粘膜內(nèi)的吸收模式特點：包括不易溶于水的氣味在鼻粘膜內(nèi)的吸收量少，并且吸收通量從鼻腔上游至下游的梯度小；而易溶于水的氣味在鼻粘膜內(nèi)的吸收量大，并且吸收通量從上游至下游的梯度大，以至于氣味分子難以傳輸?shù)轿挥诒乔幌掠蔚男嵘掀^(qū)域，必須用力吸氣才有氣味到達嗅上皮區(qū)域。
　　而鼻腔氣道寬

4、度少量擴張后引起了大鼠鼻腔模型內(nèi)的流場與氣味吸收模式的明顯變化。僅僅34μm的氣道寬度擴張就引起大鼠鼻腔內(nèi)整體平均速度下降約10％，而在嗅上皮區(qū)域平均速度增加約12％，進入嗅上皮區(qū)域的氣流量增加約3％。對于氣味在鼻粘膜內(nèi)的吸收影響則根據(jù)氣味溶解性、鼻腔位置以及吸氣速率的不同有很大差別，其中引起的最大吸收差異達到一個數(shù)量級。
　　這些氣味在兩個鼻腔模型內(nèi)吸收模式的巨大差異可能會導致鼻腔對氣味的嗅覺識別產(chǎn)生明顯差異。從而說明，早期文獻