雾化器压降对呼吸模式及气道气溶胶沉积的影响机制研究与个性化治疗应用

研究人员针对雾化器压降如何影响患者特异性呼吸模式及气溶胶肺部沉积分布这一关键问题，通过结合健康受试者呼吸动力学测试与CFD（计算流体力学）模拟，系统评估了三种雾化器（喷射式与两种网状式）对呼吸流量曲线和1-10 μm颗粒沉积的影响。研究发现喷射式雾化器的高压降显著降低吸气峰流速，使5-10 μm大颗粒更易沉积于下呼吸道，为个性化吸入治疗的数字孪生模型构建提供了关键参数。

　　

吸入疗法是呼吸系统疾病治疗的重要手段，但长期以来存在一个被忽视的关键问题：雾化器设备自身的物理特性如何影响患者的呼吸模式？这种影响又会如何改变药物气溶胶在肺部的沉积分布？传统研究多聚焦于气溶胶颗粒特性或患者呼吸参数的单方面影响，却鲜少关注"设备-患者-沉积"三者的动态交互作用。捷克布尔诺大学医院的研究团队在《Journal of Aerosol Science》发表的研究，首次系统揭示了雾化器压降通过改变呼吸模式而影响气溶胶沉积的机制，为精准吸入治疗提供了新视角。

研究采用多学科交叉方法：首先通过Fluke 922压差传感器精确测量三种临床常用雾化器（Pari LC Sprint Star喷射式、Aerogen Ultra和eFlow Rapid网状式）的压降特性；随后招募10名健康男性志愿者，使用SpiroSonic Smart超声肺活量计记录自发呼吸与"慢而深"呼吸模式下的流量-时间曲线；最后基于LRRI提供的真实人体气道模型（包含7级分支），运用Simcenter Star-CCM+ 2210软件进行瞬态uRANS（非定常雷诺平均Navier-Stokes）模拟，追踪1-10 μm单分散颗粒的沉积规律。

【3.1 雾化器压降】
压力测试显示喷射式雾化器Pari LC Sprint Star在20 L/min流量时出现吸气阀关闭现象，导致压降剧烈波动（标准差达测量值30%），而两种网状雾化器则呈现线性压降曲线。这种差异直接导致后续呼吸模式的显著分化。

【3.2 呼吸模式分析】
自发呼吸时，喷射式雾化器使吸气时间延长57%（1.83s→2.87s），潮气量(TV)降低21%（0.98L→0.77L），形成独特的"低流量长吸气"模式。统计检验证实其流量曲线与无设备状态差异极显著（p=7.4×10^-99
），而两种网状雾化器间无统计学差异（p=0.0699）。

【3.3 气道沉积】
CFD模拟揭示：5 μm颗粒在喷射式雾化器作用下穿透7级分支的比例达87.1%，显著高于网状雾化器（62.5%）和无设备状态（24.6%差异）。这种效应在10 μm颗粒中更显著，但1-2.5 μm颗粒的沉积不受设备类型影响。

讨论部分指出，喷射式雾化器通过其高阻力特性"被动调节"患者呼吸，实现了类似"慢呼吸"的沉积优化效果，而实际"慢而深"呼吸指令因患者依从性差异（变异系数达0.15-0.18）反而效果不稳定。该发现对精准医疗具有双重意义：一方面提示现有体外测试标准需纳入设备-呼吸交互作用；另一方面为数字孪生模型提供了关键参数——只需测量患者TV（潮气量）和T_i
（吸气时间）两个参数，即可通过研究建立的归一化模型预测个性化沉积模式。

研究也存在若干局限：仅采用单一男性气道模型，未考虑呼气相沉积损失，且未模拟真实雾化器的多分散颗粒分布。未来研究需拓展至患者特异性气道和病理模型，并开发结合实时呼吸监测的智能雾化系统，真正实现"设备-患者-疾病"三位一体的个性化吸入治疗。