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(shí)驗(yàn)室最常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物之一，常被用來做嗅覺神經(jīng)科學(xué)的研究。嗅覺的產(chǎn)生起源于鼻腔，它強(qiáng)烈地依賴于呼吸時(shí)鼻腔內(nèi)的空氣流動(dòng)與鼻粘膜對(duì)氣味的吸收模式特征。而鼻腔內(nèi)的空氣流動(dòng)與氣味吸收模式又在一定程度上取決于鼻腔本身的結(jié)構(gòu)特征。
　　為了研究大鼠呼吸時(shí)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(duì)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(gè)大鼠的鼻腔氣道模型，然后采用計(jì)算流體力學(xué)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(duì)MRI圖像中的鼻腔氣道進(jìn)行人為的加寬并重建出另一個(gè)具有較寬氣道的大鼠模型氣道模型，繼續(xù)采用與第一個(gè)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(gè)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(jié)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(diǎn)：包括吸氣時(shí)鼻腔內(nèi)具有“之”字形流線，而呼氣時(shí)“之”字形流線偏少；用力吸氣時(shí)有更多的氣流進(jìn)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(diǎn)：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??；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(dá)嗅上皮區(qū)域。
　　而鼻腔氣道寬

4、度少量擴(kuò)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(kuò)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(jìn)入嗅上皮區(qū)域的氣流量增加約3％。對(duì)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(dá)到一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　這些氣味在兩個(gè)鼻腔模型內(nèi)吸收模式的巨大差異可能會(huì)導(dǎo)致鼻腔對(duì)氣味的嗅覺識(shí)別產(chǎn)生明顯差異。從而說明，早期文獻(xiàn)