Einführung

In diesem Artikel werde ich viele Parameter vor und nach den virtuellen Implantaten vergleichen, um festzustellen, ob es Verbesserungen gibt. Zuvor möchte ich jedoch die Ursachen von ENS erklären, denn bevor man Lösungen findet, muss man das Problem richtig verstehen. Im zweiten Absatz werde ich Ziele definieren. Welche Parameter glaube ich, mit diesen virtuellen Implantaten verbessern zu können?

In diesem Artikel werde ich über verschiedene Bereiche der Nasenhöhle sprechen. Zur besseren Verständlichkeit folgt hier eine Abbildung. I
n Rot der vordere Bereich, also der Beginn der Nasenhöhle, in Grün der mittlere Nasengang, in dem sich die mittleren Nasenmuscheln befinden, und schließlich in Blau der untere Nasengang, in dem sich die unteren Nasenmuscheln befinden.

Ursachen von ENS

Das Empty-Nose-Syndrom kann durch eine teilweise oder vollständige Entfernung der unteren oder mittleren Nasenmuscheln verursacht werden. Es kann sogar durch eine Verbrennung der Schleimhaut verursacht werden. Die Entfernung führt zu einem Volumenverlust, das heißt zu einer Zunahme des Freiraums und einer Verringerung der Schleimhautoberfläche. Die Verbrennung beeinträchtigt die Gesundheit der Schleimhaut. All dies hat zahlreiche Auswirkungen:

• Die Zunahme des Freiraums verursacht:
  • Eine Veränderung der Verteilung des Luftstroms; bei einer Entfernung der unteren Nasenmuschel wird der größte Teil des Luftstroms in den mittleren Nasengang umgeleitet [1].
  • Eine Zunahme der Querschnittsfläche, wodurch die Geschwindigkeit des Luftstroms sinkt und die Wandschubspannung negativ beeinflusst wird. Eine geringere WSS bedeutet eine geringere Verdunstung des Schleims aufgrund des Luftstroms, was zu einer geringeren Kühlwirkung der Schleimhaut führt. Der Übergang des Schleims vom flüssigen in den gasförmigen Zustand verbraucht nämlich Energie, wodurch die Schleimhaut abgekühlt wird. Und diese Abkühlung wird von den TRPM8-Rezeptoren erkannt und vermittelt uns das Gefühl des Luftstroms [2]. Die Zunahme der Querschnittsfläche verringert außerdem den nasalen Widerstand.

• Die Verringerung der Schleimhautoberfläche verursacht:
  • Eine Verringerung der Anzahl der TRPM8-Rezeptoren, ganz einfach, weil sich die Rezeptoren in der Schleimhaut befinden und eine geringere Schleimhautfläche auch weniger Rezeptoren bedeutet.
  • Eine Verringerung der Schleimproduktion, denn auch die schleimproduzierenden Drüsen befinden sich in der Schleimhaut [3].
  • Eine Verringerung der Anzahl der Blutgefäße, wodurch die Temperatur der Schleimhaut sinken kann. Die Schleimhaut wird nämlich durch den Blutfluss auf der richtigen Temperatur gehalten.

• Die Entfernung der Nasenmuscheln stört den nasalen Zyklus, weil ein großer Teil der Nasenmuscheln verschwunden ist. Der nasale Zyklus ist ein Phänomen, bei dem sich die Nasenmuscheln im Verlauf eines mehrere Stunden dauernden Zyklus abwechselnd auf der einen und der anderen Seite durch Vasodilatation erweitern. Der Nutzen des nasalen Zyklus scheint jedoch noch immer unbekannt zu sein [4]. Das Phänomen der Vasodilatation/Vasokonstriktion hat jedoch eine weitere sehr wichtige Funktion: Es passt die Querschnittsfläche an die körperliche Aktivität an. Bei körperlicher Aktivität nimmt der Luftstrom zu. Daraufhin verringern die Nasenmuscheln durch Vasokonstriktion ihr Volumen [5].

Ziele der virtuellen Implantate

Was mit Implantaten offenbar nicht möglich ist, ist eine Vergrößerung der Schleimhautoberfläche; ein Implantat verschiebt die Schleimhaut lediglich. In manchen Fällen kann es durch Dehnung etwas Schleimhautoberfläche schaffen, aber eine wesentliche Vergrößerung ist nicht möglich.
Möglich ist hingegen, den Freiraum und damit die Querschnittsfläche zu verringern. Ziel ist es, die Implantate so zu gestalten, dass sie:

• eine bessere Verteilung des Luftstroms zwischen dem mittleren und dem unteren Nasengang ermöglichen, da dieser Parameter offenbar einen großen Einfluss auf die ENS-Symptome hat [1].
• eine bessere Verteilung der WSS zwischen den beiden Bereichen ermöglichen und sie in dem von der Entfernung der Nasenmuschel betroffenen Bereich erhöhen. Denn die WSS spielt, wie ich bei den Ursachen von ENS erklärt habe, eine wichtige Rolle für die Wahrnehmung des Luftstroms. In dieser Studie [1] fanden die Forschenden eine Korrelation zwischen dem WSS-Wert im unteren Nasengang und dem Gefühl des Erstickens. „Von den 6 Punkten des ENS6Q korrelierten die Beschwerden „Erstickungsgefühl“ und „Nase fühlt sich zu offen an“ signifikant mit der maximalen WSS im Bereich der unteren Nasenmuschel.“
  Interessanterweise fanden sie keine Korrelation zwischen dem nasalen Widerstand und den ENS-Symptomen. „Der nasale Widerstand korrelierte weder mit dem ENS6Q noch mit einem anderen Symptomscore.“

Positionierung der virtuellen Implantate

Die virtuellen Implantate sind rot dargestellt. Wir können sagen, dass sich drei Implantate in der linken Nasenhöhle befinden: eines am Boden, eines in der Nasenwand und ein kleines in der Nasenscheidewand. Rechts befindet sich ein ziemlich großes Implantat. Beachten Sie, dass ich nicht weiß, ob dieses Implantat überhaupt eingesetzt werden kann, da es hinter meinem bereits vorhandenen Implantat platziert ist und die von mir entworfene Form sehr groß ist.
Mit diesen Implantaten wollte ich den „idealen“ Abstand zwischen den Wänden wiederherstellen. Lassen Sie mich erklären, was ich unter dem „idealen“ Abstand zwischen den Wänden verstehe. Wenn wir den CT-Scan einer gesunden Nasenhöhle betrachten, sehen wir, dass der Abstand zwischen zwei Wänden fast überall gleich ist. Ich habe ihn gemessen: Er liegt zwischen 1,5 und 3 mm. Daher habe ich die Implantate so gestaltet, dass sie sich diesen Werten annähern, ohne sie aufgrund technischer Einschränkungen überall zu erreichen. Ich habe versucht, das umzusetzen, was im Hinblick auf die Implantation möglich wäre, wobei ich beim rechten Implantat große Zweifel habe.

Veränderung der Querschnittsfläche

Nach dem virtuellen Implantat ist es nicht überraschend, dass die Querschnittsfläche abgenommen hat und über die gesamte Nasenhöhle hinweg etwas regelmäßiger ist.
Beachten Sie, dass die Werte der Kontrollgruppen dieser Studie [6] entnommen wurden. Ich habe jedoch selbst einige CT-Scans gesunder Personen vermessen und Werte zwischen 250 und 300 mm² für die gesamte Querschnittsfläche erhalten, statt der in der Studie genannten 200 mm². Daher weiß ich nicht, welches die normalen Werte sind. Vielleicht liegt der Bereich zwischen 200 und 300 mm², ich weiß es nicht. Die Fläche hängt außerdem von der Körperposition und der körperlichen Aktivität ab, aber ich gehe davon aus, dass fast alle CT-Scans im Liegen durchgeführt werden. Die ermittelten Werte sind daher vergleichbar.

Ergebnisse

Stromlinien

Vor den virtuellen Implantaten

Im vorherigen Artikel hatte ich die rechte Seite nicht gezeigt. Wir sehen, dass die Verteilung des Luftstroms auf dieser Seite etwas besser ist.

Nach virtuellen Implantaten

Wir sehen, dass sich die Verteilung des Luftstroms kaum verändert hat. Vielleicht gibt es in der Ansicht der linken Seite etwas mehr Stromlinien im unteren Nasengang. Es handelt sich jedoch nicht um eine große Verbesserung.

Geschwindigkeit

Vor den virtuellen Implantaten

Nach virtuellen Implantaten

Alle Flächen mit einer Luftstromgeschwindigkeit von mehr als 2,5 m/s sind rot dargestellt. Der Spitzenwert liegt bei 3,24 m/s.
Auch hier gibt es keine wirkliche Verbesserung der Geschwindigkeit.

Wandschubspannung

Vor den virtuellen Implantaten

Nach virtuellen Implantaten

Alle Wände mit einer WSS von mehr als 0,1 Pa sind rot dargestellt. Der Spitzenwert liegt bei etwa 0,9 Pa.
Hier können wir eine deutliche Veränderung erkennen: In den Bereichen, in denen die virtuellen Implantate platziert sind, sind die Wände stärker „eingefärbt“. Das bedeutet, dass die WSS höher ist.

An diesen Schnitten ist deutlich zu erkennen, dass das virtuelle Implantat die WSS erhöht hat. Jetzt sind blaue und sogar gelbe Bereiche zu sehen, was bedeutet, dass die WSS von fast 0 Pa auf Werte zwischen 0,025 und 0,07 Pa angestiegen ist.

Auch hier gibt es mehr WSS, insbesondere auf der rechten Seite. Ich kann sagen, dass dies wirklich eine positive Veränderung ist. Konkret sollte diese Verbesserung der WSS das Gefühl des Luftstroms im unteren Nasengang verbessern. Die virtuellen Implantate haben die Wände einfach näher an den Luftstrom herangebracht. Ich denke, dass dies eine gute Strategie ist: Zuerst den Luftstrom identifizieren und dann die Wände näher an den Luftstrom heranbringen, um die WSS zu erhöhen und dabei den Mindestabstand zwischen den Wänden (1,5–3 mm) einzuhalten.

Luftfeuchtigkeit des Luftstroms

Vor den virtuellen Implantaten

Nach virtuellen Implantaten

Wir können sehen, dass sich die Luftfeuchtigkeit des Luftstroms kaum verändert hat.

Temperatur des Luftstroms

Vor den virtuellen Implantaten

Nach virtuellen Implantaten

Im letzten Schnitt gibt es etwas weniger Grün und Gelb, was bedeutet, dass die Temperatur des Luftstroms nach den virtuellen Implantaten etwas höher ist. Die Temperatur auf der Farbskala wird in Kelvin angegeben, daher muss man 273 abziehen, um die Temperatur in Celsius zu erhalten. Zuvor muss man außerdem mit 100 multiplizieren. Im roten Bereich beträgt die Temperatur beispielsweise 3,096*100 = 309,6 °K und anschließend 309,6 - 273 = 36,6 °C.

Nasaler Widerstand und Symmetrie des Luftstroms

Wenn Ihre CFD-Ergebnisse im grünen Quadrat liegen, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit für einen normalen nasalen Widerstand und eine normale Luftstromsymmetrie. Der Widerstand R ist auf der horizontalen Achse und die Luftstromsymmetrie theta (𝚹) auf der vertikalen Achse dargestellt. Wie diese Indikatoren berechnet werden, können Sie hier in dieser Studie sehen [7].

Luftstromsymmetrie

Vor den virtuellen Implantaten beträgt der Durchfluss links 7 l/min und rechts 7,3 l/min. Dies entspricht einem 𝚹 von 1,028, was sehr gut ist: Der Luftstrom ist in der rechten Nasenhöhle nahezu gleich stark wie in der linken. Nach den virtuellen Implantaten beträgt der Durchfluss links 6,9 l/min und rechts 7,68 l/min. Dies entspricht einem 𝚹 von 1,097, was etwas weniger gut, laut Flowgy aber noch normal ist. Wenn ich dies korrigieren wollte, müsste ich rechts ein kleineres oder links ein größeres Implantat entwerfen.

Nasenwiderstand

Der nasale Widerstand R wird anhand mehrerer Parameter berechnet, beispielsweise der Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Rachen (Delta P), dem Durchfluss, der Luftdichte und der Fläche der Nasenlöcher. Wenn die Luft durch die Nasenhöhle strömt, kommt es aufgrund der Reibung an den Wänden zu einem Druckverlust – dies ist Delta P.
Vor den virtuellen Implantaten beträgt der Wert 4,7 und danach 6,94. Es ist nicht überraschend, dass der Wert gestiegen ist, da die virtuellen Implantate den Querschnitt in bestimmten Bereichen der Nasenhöhle verkleinert haben.
Das ist eher positiv, denn laut Diagramm lag der Wert zuvor nur knapp innerhalb des Normbereichs. Nach den Implantaten haben sich die Werte etwas in die richtige Richtung entwickelt. Beachten Sie jedoch, dass der absolute Wert von R nicht sehr präzise ist, da er von zahlreichen Parametern in der Simulation abhängt. Er dient lediglich als Indikator dafür, ob die virtuelle Operation den Wert in die richtige Richtung verändert hat. Außerdem scheint dieser Wert, wie ich im Abschnitt „Ziele“ erwähnt habe, keinen Einfluss auf die ENS-Symptome zu haben. Dennoch halte ich es für gut, im Normbereich zu liegen, da der nasale Widerstand für eine normale Lungenfunktion wichtig ist [8].

Fazit

Eines der Ziele wurde nicht erreicht: Die Verteilung des Luftstroms hat sich nicht verbessert. Ich weiß nicht genau, wie ich sie verbessern könnte, insbesondere auf der linken Seite, wo sie besonders schlecht ist.
Die virtuellen Implantate haben jedoch die WSS deutlich verbessert, was positiv ist. Außerdem sind die Temperatur des Luftstroms und der nasale Widerstand etwas höher.
Daher denke ich, dass diese Art von Implantat nützlich sein kann, insbesondere für die Wahrnehmung des Luftstroms.

Quellen

1. Investigation of the abnormal nasal aerodynamics and trigeminal functions among empty nose syndrome patients, Chengyu Li, PhD, Alexander A. Farag, MD, Guillermo Maza, MD, Sam McGhee, Michael A. Ciccone, Bhakthi Deshpande, MA, Edmund A. Pribitkin, MD, Bradley A. Otto, MD und Kai Zhao, PhD
2. Empty Nose Syndrome Pathophysiology: A Systematic Review, Jeanie Sozansky BS, Steven M. Houser MD,
3. Submucosal glands, Wikipedia
4. The nasal cycle in health and disease, J. Hanif
5. Sataloff's Comprehensive Textbook of Otolaryngology: Head & Neck Surgery, Robert T Sataloff, Kapitel 19, S. 286
6. Computational fluid dynamics and trigeminal sensory examinations of empty nose syndrome patients, Chengyu Li , Alexander A Farag , James Leach , Bhakthi Deshpande, Adam Jacobowitz , Kanghyun Kim , Bradley A Otto , Kai Zhao
7. Robust nondimensional estimators to assess the nasal airflow in health and disease, E. Sanmiguel-Rojas M. A. Burgos C. del Pino M. A. Sevilla-García F. Esteban-Ortega
8. Surgery of the turbinates and “empty nose” syndrome, Marc Oliver Scheithauer, Absatz 8