一氧化氮(Nitric Oxide,NO)在鼻腔鼻窦功能中具有抗细菌、抗真菌、抗病毒作用、促进鼻粘膜腺体分泌、维持黏膜粘液纤毛运输、调节鼻黏膜血管张力等重要生理作用,鼻腔鼻窦内NO浓度改变及异常分布与鼻腔鼻窦疾病的发生发展关系密切。目前NO在国内外已被较广泛用于监测鼻-鼻窦的免疫和炎症情况,但人鼻腔鼻窦NO浓度分布和流动情况并不十分清楚,鼻-鼻窦炎症与鼻腔鼻窦中NO浓度分布及水平的关系尚不明确,现主要通过鼻呼出气NO浓度检测来间接了解正常和炎症状态下鼻腔鼻窦NO浓度分布情况,并通过这个检测值来研究推断NO浓度分布变化与鼻-鼻窦炎之间的相互影响和关联,但是这个检测值目前国内外的研究结果存在较大差异,未能形成统一并大家认可的参考标准值,而且鼻腔鼻窦结构复杂,鼻呼出气NO浓度并不能真正代替鼻腔鼻窦具体各处的NO浓度分布,所以本研究从生物力学角度建立鼻腔鼻窦NO浓度分布数值模型研究平台,利用计算流体动力学的方法,模拟分析研究人正常情况下和鼻窦炎手术前后鼻腔鼻窦NO浓度分布和流动情况。本研究主要有以下内容:第一节:目的:为研究鼻腔鼻窦内NO浓度分布,了解与之密切相关的鼻腔气流情况。方法:获取一志愿者鼻腔鼻窦CT高分辨图像,建立数值模型,行数值模拟计算,对气流场特征进行分析。结果:总鼻道和中鼻道气流最大,下鼻道次之,嗅裂区最小。结论:总鼻道气流起通气作用,中鼻道气流很可能起将上颌窦内排出的NO带到鼻腔和上下呼吸道的作用,嗅裂区气流为嗅觉服务。第二节:目的:研究健康人鼻腔鼻窦NO浓度分布、流动情况和NO分布在鼻腔鼻窦功能中所起的生理作用,并对数值模型模拟计算结果进行可信性验证;通过数值模拟,找到无创、直接求得鼻腔各处和上颌窦内NO浓度的方法。方法:在第一节的数值模型基础上,增加上颌窦内NO和空气混合,进行数值模拟计算,对NO在鼻腔鼻窦鼻咽部的气流场特征进行分析;通过计算鼻呼出气NO浓度与上颌窦NO浓度比值与网查文献的二者比值进行比较,验证模型计算结果的可信性。通过设定不同大小的上颌窦NO浓度值,数值模拟计算得到相应鼻呼出气NO浓度,检验二者是否呈正比例直线关系,并计算比值k。结果:呼气期进入对侧的NO量非常少,越近鼻窦口NO浓度越高,自上颌窦口向远处形成浓度梯度,越靠近鼻腔和鼻咽外侧壁浓度越高。NO在鼻腔随呼吸气流流动,吸气和呼气时气流大多局限于中鼻道,向后下进入鼻咽部,向前下出前鼻孔。呼气初期NO才能几乎布满鼻腔。吸气期鼻咽部的NO浓度相对较高;通过本研究的数值模拟计算鼻呼出气NO浓度和上颌窦NO浓度比值与网查文献二者比值相比较,前者在后者的范围内;前鼻孔呼出气NO浓度与上颌窦NO浓度为正比例直线相关,并计算出比值k。结论:NO对对侧鼻腔NO浓度影响很小,NO在健康人鼻腔鼻咽部的浓度分布有梯度,各处并不相同,并随呼吸时间而变化,不同浓度在不同的部位发挥其生理作用,鼻腔鼻窦数值模拟可以进行鼻腔鼻窦NO浓度分布个性化的定性定量分析。经本研究数值模拟计算鼻呼出气NO浓度和上颌窦NO浓度比值与网查文献二者比值相比较,认为本研究的数值模拟计算结果可信。通过数值模拟的方法由可测知的鼻呼出气NO浓度计算得到鼻窦NO浓度,这是一种无创、直接、方便的测量方法,因实际临床中的二者比值与计算出的比值k是相一致的,我们可以通过对比值k的研究,来研究鼻腔鼻窦NO的分布。第三节:目的:研究鼻腔不同体积流速对呼气期鼻腔NO浓度分布和鼻呼出气NO浓度值的影响,对不同流速引起鼻NO浓度分布改变与鼻-鼻窦炎的发生和治疗的相关性进行基础研究。方法:在第二部分的数值模型基础上,改变数值模型的鼻咽入口体积流速条件,计算鼻腔和鼻呼出气NO浓度分布变化。结果:如果NO的上颌窦源固定数值输出,呼气体积流速或流量越大,鼻腔内NO浓度梯度越小,分布范围越小,鼻呼出气NO浓度越低,前鼻孔处NO也有浓度梯度。结论:鼻腔内NO浓度分布、鼻呼出气NO浓度与鼻气体体积流速和流量密切相关,呈负相关。鼻呼出气测定应统一测量时的呼出气体积流速或流量和测量头的朝向和深度,并且测量时间越短越好,有利于鼻呼出气NO浓度测量值的标准形成和统一。第四节:目的:通过对上颌窦口大小变化后对鼻腔鼻窦NO浓度分布的研究,了解窦口大小变化对鼻窦炎的发生发展的影响和行窦口开放手术后迁延不愈及反复的原因。方法:在第二部分数值模型的基础上,改变一侧上颌窦口大小,分别建立五个不同大小窦口的模型,并再建立两个包括上颌窦的不同窦口大小的模型,计算不同模型鼻腔、前鼻孔的NO浓度分布和窦腔内NO浓度分布。结果:窦口越小,NO在鼻腔侧窦口周围浓度梯度越小,鼻腔内NO浓度越低,分布范围越小,鼻呼出气NO浓度越小。窦口越大,窦腔侧窦口周围越近窦口浓度越低,浓度梯度越明显。结论:黏膜肿胀、息肉形成等病因使窦口缩小是引起鼻窦炎的重要原因。鼻呼出气NO浓度检测可作为检测上颌窦口通畅与否或大小的指标。窦口开放过大是引起上颌窦内炎症迁延不愈或反复的重要原因之一。第五节:目的:通过模拟上颌窦积脓、外伤、手术等导致上颌窦腔容积的改变,研究其对鼻腔NO浓度分布的影响。方法:在第二部分数值模型的基础上,改变上颌窦体积,建立四个不同体积的数值模型,其余条件不变,计算鼻腔NO浓度分布。结果:上颌窦体积变化但鼻腔内NO浓度分布基本无差异。上颌窦体积缩小时,产生NO的黏膜表面积相对体积缩小较慢,可能对NO在鼻腔和鼻呼出气中的浓度影响不大。结论:在手术或外伤导致的上颌窦体积变小,可能不影响鼻腔内的NO浓度分布及其生理功能,但炎症引起的上颌窦体积变小需进一步研究。第六节:目的:通过对中鼻道横径大小变化对鼻腔和鼻呼出气NO浓度的影响,来了解鼻窦炎时中鼻甲手术和中鼻道病变是否会对鼻腔NO浓度分布和鼻呼出气NO浓度产生影响。方法:在第二部分数值模型的基础上,将中鼻道容积横向扩大,计算鼻腔NO浓度分布和鼻呼出气NO浓度与第二部分的健康人结果相比较。结果:数值模拟中鼻道横径变宽,除中鼻道外其他部位的NO浓度均升高。结论:中鼻道扩大导致鼻腔鼻咽部NO浓度升高,会影响上下呼吸道的生理功能。建议在鼻窦炎术前术后测量鼻呼出气NO浓度时结合中鼻道横径是否有变化,有利于鼻呼出气NO浓度值的统一和差异减小,能够更准确的反映鼻窦炎术后恢复情况和窦口的开放情况。第七节:鼻窦炎上颌窦黏膜内NO与一氧化氮合酶含量研究目的:通过检测鼻窦黏膜内NO及一氧化氮合成酶的量,间接了解鼻窦炎状态下鼻窦内NO浓度是否升高,分析鼻窦炎时鼻呼出气NO浓度降低原因,并且分析NO参与鼻窦炎致病机理。方法:检测鼻窦炎和对照组窦腔黏膜标本中的NO和一氧化氮合成酶的量,进行比较和统计学分析。结果:真菌性鼻窦炎组NO和一氧化氮合成酶的量最高,慢性鼻窦炎组次之,对照组最低。结论:NO浓度变化是鼻窦炎致病重要因素之一;鼻窦炎时鼻窦内NO浓度很可能也升高,结合之前的窦口大小对鼻腔NO浓度影响的数值研究,鼻窦炎的鼻呼出气NO浓度降低,很大可能是由于是由于窦口变小所致。