人体鼻窦腔中悬铃木微纤维吸入暴露的数值模拟分析与过敏机制研究

针对悬铃木(Platanus orientalis L.)微纤维引发过敏性鼻炎(AR)的机制不明问题，西安交通大学团队通过CFD模拟24例鼻腔模型，首次揭示纤维长度/长径比(β)与气流速率对沉积分布的影响，发现术后患者(FESS)鼻腔更易沉积90 μm纤维于前庭区，为个性化防护和靶向给药提供理论依据。

　　

每年春夏之交，城市街头飘散的悬铃木果毛不仅是环境公害，更是引发过敏性鼻炎(AR)和哮喘的隐形杀手。这些直径仅微米级的脆性纤维，单株果实可释放数百万根，却能穿透人体鼻腔防线。尽管已知其携带强致敏花粉，但纤维如何在复杂鼻窦结构中沉积的科学机制始终成谜——传统研究多聚焦球形颗粒，而忽视纤维独特的旋转-平移耦合运动特性，导致术后患者(FESS)等高危人群缺乏精准防护策略。

西安交通大学第二附属医院联合澳大利亚研究团队在《Journal of Aerosol Science》发表突破性成果。研究者创新性地建立包含24例真实鼻腔模型（含16例FESS术后）的三维动态传输模型，首次实现悬铃木纤维在人体鼻窦的全路径可视化追踪。通过计算流体力学(CFD)耦合离散相模型，精确模拟纤维受惯性碰撞(IP=Qd_ae
²
)和湍流分散双重驱动的运动轨迹，揭示其与球形颗粒(d_ae
=4-12 μm)沉积规律的显著差异。样本来自34±3.5岁的双侧FESS手术患者，采用高分辨率CT重建个体化鼻腔几何结构，并通过粒子图像测速技术(PIV)验证模型可靠性。

【鼻窦模型构建】
基于16例慢性鼻窦炎伴鼻息肉(CRSwNP)患者的术后CT数据，分类重建三种手术范围鼻腔模型。通过对比14 μm纤维(d_ae
)在β=7/14/21时的沉积分数(DF)，验证模型与Su&Cheng实验数据的吻合度(误差<8%)。

【模型验证】
定义沉积分数(DF)为局部沉积颗粒数与入鼻颗粒数的比值。发现当100²
ml/s时，忽略湍流效应会使纤维沉积预测低估15%-22%，证实惯性碰撞与湍流分散的协同作用。

【讨论】
突破性发现90 μm纤维呈现"双刃剑"效应：虽比长纤维(β>14)更易沉积于前庭区，但FESS患者因解剖结构改变，其主鼻腔渗透量增加47%。这解释了临床观察到的术后患者季节性症状加重现象。研究首次量化纤维长径比与AR风险的非线性关系——当β从7增至21，前庭沉积占比从68%降至41%，但中鼻道沉积增加2.3倍。

【局限性】
未考虑黏液纤毛清除的动态影响，且样本量限制了个性化预测的精度。作者建议未来结合人工智能构建纤维-黏液相互作用模型。

【结论】
该研究确立悬铃木纤维沉积的三大规律：(1)惯性主导的"前庭-鼻中隔"靶向沉积模式；(2)IP参数阈值效应——当IP>1500 μm²
ml/s时，湍流分散贡献率超30%；(3)FESS术后鼻腔对β>14纤维的拦截效率下降53%。这些发现不仅为AR精准防治提供新靶点，更创立了非球形颗粒呼吸道沉积研究的范式，被期刊评为"气溶胶健康效应研究的里程碑式进展"。