肺泡导管中脉动双水平通气对流动特性的影响：增强气体交换的流体动力学机制

本研究针对机械通气中肺泡流动特性不清的问题，通过计算流体动力学（CFD）结合流固耦合（FSI）技术，对比分析了双水平通气（BLV）与脉动双水平通气（PBLV）的流动差异。研究发现PBLV通过高频脉动诱导动态涡流核心移动和三维螺旋流，显著增强肺泡内气体混合，为临床优化通气策略提供了流体力学依据。

　　

机械通气是救治呼吸衰竭患者的关键技术，但传统机械通气（CMV）易导致呼吸机相关性肺损伤（VILI），包括气压伤和容积伤。尽管高频通气技术（如HFJV、HFOV）通过降低潮气量（V_T
）减少损伤风险，但其气体交换机制尚不明确。临床研究表明，叠加高频喷射通气（SHFJV）及其改良技术脉动双水平通气（PBLV）能显著提升氧合效率，但肺泡尺度的流体动力学特征仍是未解之谜。

维也纳工业大学的研究团队通过实验测量结合三维CFD模拟，首次揭示了PBLV与BLV在肺泡流动特性上的本质差异。研究采用双流喷射呼吸机获取真实通气参数，建立包含17-23级呼吸道的肺泡导管模型，通过流固耦合方法模拟肺泡周期性扩张。关键技术包括：（1）基于实测流量数据构建动态边界条件；（2）采用FSI模拟肺泡壁变形；（3）涡核追踪技术量化流动特征。

4.1 对称平面流动分析
在BLV模式下，肺泡涡流生成后迅速稳定，涡核位置固定。而PBLV表现出显著的动态特性：每个高频脉动周期（300次/分钟）均引发涡核向肺泡中心迁移，使再循环流占比提升40%。在终末细支气管（23级），PBLV仍能诱导涡流形成，而BLV仅产生可逆径向流。

4.2 三维流动结构
PBLV产生的螺旋流呈现"俄罗斯套娃"式分层结构，其体积比BLV增大68μm。高频脉动使新鲜气流更有效穿透肺泡边缘区域，形成垂直于主流方向的三维混合。涡核线分析显示，PBLV下涡核在x-y-z三维空间的最大位移达30-68μm，显著高于BLV的静态分布。

研究结论指出，PBLV通过高频脉动产生混沌流态（Lagrangian chaos），其机制包括：（1）周期性涡核迁移增强流体掺混；（2）三维螺旋流扩大气体接触面积；（3）终末气道仍保持涡流特性。这些发现从流体力学角度解释了临床观察到的PBLV优越性，为开发新型通气模式提供了理论支撑。讨论部分强调，该研究首次建立了高频通气与肺泡微尺度流动的关联，但需进一步结合气体扩散模型（Pe数达0.12）量化实际交换效率。未来研究应关注脉动频率对肺组织应变的影响，以及非均匀肺区间的气体再分布机制。论文发表于《Computers in Biology and Medicine》。