Introduzione

In questo articolo confronterò diversi parametri prima e dopo gli impianti virtuali per verificare se ci sono miglioramenti. Prima, però, vorrei spiegare le cause della ENS, perché prima di trovare delle soluzioni è necessario comprendere correttamente il problema. Nel secondo paragrafo definirò gli obiettivi. Quali parametri penso di poter migliorare con questi impianti virtuali.

Nell’articolo parlerò di diverse regioni della cavità nasale; per maggiore chiarezza, ecco un’illustrazione.I
n rosso la parte anteriore, che è l’inizio della cavità nasale, in verde il meato medio, dove si trovano i turbinati medi, e infine in blu il meato inferiore, dove si trovano i turbinati inferiori.

Cause della ENS

La sindrome del naso vuoto può essere causata dal taglio parziale o completo dei turbinati inferiori o medi. Può persino essere causata da un’ustione della mucosa. Il taglio provoca una perdita di volume, vale a dire un aumento dello spazio vuoto e una riduzione della superficie mucosa. L’ustione influisce negativamente sulla salute della mucosa. Tutto ciò ha numerosi effetti:

• L’aumento dello spazio vuoto provoca:
  • Una modifica nella distribuzione del flusso d’aria: in caso di turbinectomia inferiore, la maggior parte del flusso d’aria viene ridiretta nel meato medio [1].
  • Un aumento dell’area trasversale, che riduce la velocità del flusso d’aria e influisce negativamente sul Wall Shear Stress. Un WSS inferiore comporta una minore evaporazione del muco dovuta al passaggio dell’aria, con conseguente riduzione dell’effetto rinfrescante sulla mucosa. Infatti, il passaggio del muco dallo stato liquido a quello gassoso comporta un consumo di energia che raffredda la mucosa. Ed è proprio questo raffreddamento a essere rilevato dai recettori TRPM8, dandoci la sensazione del flusso d’aria [2]. L’aumento dell’area trasversale riduce inoltre la resistenza nasale.

• La riduzione della superficie mucosa provoca:
  • Una riduzione del numero di recettori TRPM8, semplicemente perché i recettori si trovano nella mucosa e, quanto meno è estesa la mucosa, tanto meno numerosi sono i recettori.
  • Una riduzione della produzione di muco, per lo stesso motivo: le ghiandole che producono il muco si trovano nella mucosa [3].
  • Una riduzione del numero di vasi sanguigni, che può diminuire la temperatura della mucosa. Semplicemente perché la mucosa viene mantenuta alla temperatura corretta grazie al flusso sanguigno.

• Il taglio dei turbinati disturba il ciclo nasale, perché una parte consistente dei turbinati è scomparsa. Il ciclo nasale è il fenomeno che consiste nella vasodilatazione dei turbinati prima da un lato e poi dall’altro, nell’arco di un ciclo di alcune ore. Tuttavia, sembra che l’utilità del ciclo nasale sia ancora sconosciuta [4]. Il fenomeno di vasodilatazione/vasocostrizione ha però un altro ruolo molto importante: adattare l’area trasversale in base all’attività fisica. Infatti, durante l’attività fisica il flusso d’aria aumenta e, in risposta a ciò, i turbinati diminuiscono di volume attraverso il fenomeno della vasocostrizione [5].

Obiettivi degli impianti virtuali

Ciò che sembra impossibile fare con gli impianti è aumentare la superficie mucosa: un impianto sposta semplicemente la mucosa. In alcuni casi può creare una piccola quantità di superficie mucosa tendendola, ma non può comportare un aumento significativo.
Ciò che è possibile fare è ridurre lo spazio vuoto e quindi diminuire l’area trasversale. L’obiettivo è progettare gli impianti in modo da:

• Ottenere una distribuzione migliore del flusso d’aria tra il meato medio e quello inferiore, perché sembra che questo parametro abbia un grande impatto sui sintomi della ENS [1].
• Ottenere una distribuzione migliore del WSS tra le due regioni e aumentarlo nella regione interessata dalla turbinectomia. Il WSS svolge infatti un ruolo fondamentale nella percezione del flusso d’aria, come ho spiegato nelle cause della ENS. In questo studio [1], i ricercatori hanno riscontrato una correlazione tra il valore del WSS nel meato inferiore e la sensazione di soffocamento. “Tra i 6 elementi dell’ENS6Q, i disturbi di “soffocamento” e di “naso percepito come troppo aperto” erano significativamente correlati al picco del WSS nella regione del turbinato inferiore”
  È interessante notare che non hanno riscontrato alcuna correlazione tra la resistenza nasale e i sintomi della ENS. “La resistenza nasale non era correlata all’ENS6Q né a nessun altro punteggio dei sintomi”.

Posizionamento degli impianti virtuali

Gli impianti virtuali sono mostrati in rosso; possiamo dire che nella cavità nasale sinistra ci sono 3 impianti: uno sul pavimento, uno sulla parete nasale e uno piccolo nel setto. A destra c’è un impianto piuttosto grande; si noti che non so se sia possibile realizzarlo, perché è posizionato dietro il mio impianto esistente e la forma che ho progettato è enorme.
Progettando questi impianti ho cercato di ripristinare la distanza "ideale" tra le pareti. Lasciatemi spiegare cosa intendo per distanza “ideale” tra le pareti. Quando osserviamo la TAC di una cavità nasale sana, possiamo vedere che la distanza tra due pareti è quasi la stessa ovunque. L’ho misurata: è compresa tra 1,5 e 3 mm. Ho quindi progettato questi impianti in modo che tendessero verso questi valori, senza raggiungerli ovunque a causa di vincoli tecnici. Ho cercato di rispettare ciò che si potrebbe fare in termini di impianto, con molti dubbi riguardo all’impianto destro.

Variazione dell’area trasversale

Dopo l’impianto virtuale, non sorprende che l’area trasversale sia diminuita e che sia un po’ più regolare lungo tutta la cavità nasale.
Si noti che i valori dei gruppi di controllo sono tratti da questo studio [6], ma ho misurato personalmente alcune TAC di soggetti sani e ho trovato valori compresi tra 250 e 300 mm² di area trasversale totale, invece dei 200 mm² indicati nello studio. Quindi non so quali siano i valori normali. Forse si tratta di un intervallo compreso tra 200 e 300 mm², non lo so. L’area dipende anche dalla posizione del corpo e dall’attività fisica, ma presumo che quasi tutte le TAC vengano eseguite in posizione sdraiata. I valori ottenuti sono quindi comparabili.

Risultati

Linee di flusso

Prima degli impianti virtuali

Nel precedente articolo non avevo mostrato il lato destro; possiamo vedere che su questo lato la distribuzione del flusso d'aria è leggermente migliore.

Dopo gli impianti virtuali

Possiamo vedere che non c'è quasi alcun cambiamento nella distribuzione del flusso d'aria. Forse nella vista del lato sinistro ci sono un po' più di linee di flusso nel meato inferiore. Ma non si tratta di un miglioramento enorme.

Velocità

Prima degli impianti virtuali

Dopo gli impianti virtuali

Tutte le superfici con una velocità del flusso d'aria superiore a 2,5 m/s sono in rosso. Il picco è a 3,24 m/s.
Anche qui non si osserva un reale miglioramento della velocità.

Sforzo di taglio sulla parete

Prima degli impianti virtuali

Dopo gli impianti virtuali

Tutte le pareti con un WSS superiore a 0,1 Pa sono in rosso. Il picco è intorno a 0,9 Pa.
Qui possiamo vedere un cambiamento reale: nelle aree in cui sono stati posizionati gli impianti virtuali, le pareti sono più «colorate». Ciò significa che il WSS è maggiore.

In queste sezioni possiamo vedere chiaramente che l'impianto virtuale ha aumentato il WSS. Ora sono presenti colori blu e persino gialli, il che significa che il WSS è aumentato da quasi 0 Pa a valori compresi tra 0,025 e 0,07 Pa.

Anche qui c'è più WSS, soprattutto sul lato destro. Posso dire che si tratta davvero di un cambiamento positivo: concretamente, questo miglioramento del WSS dovrebbe migliorare la percezione del flusso d'aria nel meato inferiore. Gli impianti virtuali hanno semplicemente avvicinato le pareti al flusso d'aria. Penso che sia una buona strategia: identificare il flusso d'aria e poi avvicinare le pareti al flusso d'aria per aumentare il WSS, rispettando al contempo la distanza minima tra le pareti (1,5-3 mm).

Umidità del flusso d'aria

Prima degli impianti virtuali

Dopo gli impianti virtuali

Possiamo vedere che non c'è quasi alcun cambiamento nell'umidità del flusso d'aria.

Temperatura del flusso d'aria

Prima degli impianti virtuali

Dopo gli impianti virtuali

Nell'ultima sezione c'è un po' meno verde e giallo, il che significa che la temperatura del flusso d'aria è leggermente più alta dopo gli impianti virtuali. La temperatura nella barra graduata è espressa in Kelvin, quindi è necessario sottrarre 273 per ottenere la temperatura in Celsius. Prima, inoltre, bisogna moltiplicare per 100. Ad esempio, in rosso la temperatura è pari a 3,096*100= 309,6°K e poi 309,6 - 273 = 36,6°C.

Resistenza nasale e simmetria del flusso d'aria

Se i risultati CFD si trovano nel quadrato verde, è molto probabile che la resistenza nasale e la simmetria del flusso d'aria siano normali. La resistenza R è sull'asse orizzontale e la simmetria del flusso d'aria theta (𝚹) è sull'asse verticale. È possibile vedere come vengono calcolati questi indicatori in questo studio [7].

Simmetria del flusso d'aria

Prima degli impianti virtuali, la portata è di 7 l/min a sinistra e di 7,3 l/min a destra. Ciò corrisponde a una 𝚹 di 1,028, un valore molto buono: il flusso è quasi uguale nella cavità nasale destra e in quella sinistra. Dopo gli impianti virtuali, la portata è di 6,9 l/min a sinistra e di 7,68 l/min a destra. Ciò corrisponde a una 𝚹 di 1,097, un valore leggermente meno buono, ma comunque normale secondo Flowgy. Quindi, se volessi correggere questo aspetto, dovrei progettare un impianto più piccolo a destra o più grande a sinistra.

Resistenza nasale

La resistenza nasale R viene calcolata sulla base di diversi parametri, come la differenza di pressione tra l'ambiente e la faringe (delta P), la portata, la densità dell'aria e l'area delle narici. Quando l'aria attraversa la cavità nasale, subisce una perdita di pressione dovuta all'attrito sulle pareti: è il delta P.
Prima degli impianti virtuali, il valore è 4,7, mentre dopo è 6,94. Non sorprende che il valore sia aumentato, perché gli impianti virtuali hanno ridotto l'area della sezione trasversale in alcune regioni della cavità nasale.
Si tratta piuttosto di un fatto positivo, perché secondo il grafico il valore rientrava appena nella norma. Dopo gli impianti, i valori sono progrediti leggermente nella direzione giusta. Va però notato che il valore assoluto di R non è molto preciso, perché dipende da numerosi parametri della simulazione. È solo un indicatore per vedere se l'intervento virtuale ha modificato il valore nella direzione giusta. Inoltre, questo valore non sembra avere alcun impatto sui sintomi dell'ENS, come ho menzionato nel paragrafo sugli «obiettivi». Penso comunque che sia positivo rientrare nella norma, perché la resistenza nasale è utile per una normale funzionalità polmonare [8].

Conclusione

Uno degli obiettivi non è stato raggiunto: la distribuzione del flusso d'aria non è migliorata. Non so davvero come migliorarla, soprattutto sul lato sinistro, dove è particolarmente scarsa.
Tuttavia, gli impianti virtuali hanno migliorato notevolmente il WSS, il che è positivo. Anche la temperatura del flusso d'aria e la resistenza nasale sono leggermente aumentate.
Penso quindi che questo tipo di impianto possa essere utile, soprattutto per la percezione del flusso d'aria.

Riferimenti

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, e 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, capitolo 19, p. 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, paragrafo 8