典型男性OSAHS患者上气道气流运动特性的数值模拟

目的研究典型男性阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合症(OSAHS)患者在平静呼吸时上气道气流运动特性,以及气流对软腭和悬雍垂作用的动力特点。方法基于患者CT影像数据建立可靠的上气道流场几何模型,以临床睡眠监测数据作为数值模拟边界条件的依据,采用低雷诺数的湍流模型计算获得一个完整呼吸周期内上气道气流运动规律。结果 OSAHS患者在呼吸过程中,上气道气流流动形式有显著差异。在吸气阶段,上气道腔内流速可达9.808 m/s,最大负压可达-78.856 Pa,鼻腔顶部出现局部回流,软腭受到的最大气流压力为-10.884 Pa,悬雍垂受到的最大气流压力为-51.946 Pa,气流对软腭和悬雍垂造成的最大剪切应力分别为78和311 mPa。在呼气阶段,上气道腔内最大流速为10.330 m/s,最大负压为-51.921 Pa,口咽部和鼻腔顶部均出现局部回流,且口咽部顺时针回流现象显著,软腭受到的最大气流压力为2.603 Pa,悬雍垂受到的最大气流压力为-18.222 Pa,软腭和悬雍垂受到的最大剪切应力分别为51和508 mPa。结论口咽部是易塌陷的部位,一个呼吸循环过程的数值模拟可以捕捉到上气道流场显著的回流特征,上气道回流直接影响软腭和悬雍垂所受的力,同时也关系到患者呼吸的流畅程度。

大鼠OSAHS模型的建立及其上气道流场特性的数值模拟分析

目的研究大鼠上气道狭窄动物模型的构建方法及上气道狭窄后气流运动特性。方法将3月龄大鼠32只随机分为对照组和模型组,模型组每只大鼠在麻醉状态下给予0.1 mL透明质酸钠溶液软腭悬雍垂黏膜下注射处理。对照组和模型组在同等环境中饲养3月后,对两组动物分别进行CT扫描及呼吸检测。运用计算流体力学方法对比分析对照鼠和模型鼠上气道流场特性。结果 (1)模型组较对照组鼻咽部气道最小截面积明显减少,气道明显狭窄(P<0.05);(2)模型鼠呼吸急促、呼吸周期不稳定、咽腔呼吸波动较强;(3)在呼吸过程中,对照鼠鼻咽气道壁面最大剪应力分布较分散;而模型鼠鼻咽气道壁面最大剪应力分布较集中。结论软腭黏膜下注射透明质酸钠诱发了上气道狭窄,气道狭窄的动物模型与阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(OSAHS)病理学特征类似。上气道狭窄将导致呼吸困难,呼吸周期延长,且剪应力对咽部组织(特别是软腭及悬雍垂)的损伤作用更强,这加剧了咽部组织的力学重建。