Virtuele implantaten, tweede ronde met Flowgy

Inleiding

In dit artikel vergelijk ik veel parameters vóór en na de virtuele implantaten om te zien of er verbeteringen zijn. Maar eerst wil ik de oorzaken van ENS uitleggen, want voordat we oplossingen vinden, is het noodzakelijk het probleem goed te begrijpen. In de tweede paragraaf definieer ik de doelstellingen. Welke parameters denk ik met deze virtuele implantaten te kunnen verbeteren?

In het artikel bespreek ik verschillende gebieden in de neusholte. Ter verduidelijking volgt hier een illustratie.I
n rood het voorste deel, het begin van de neusholte; in groen de middelste neusgang, waar de middelste neusschelpen zich bevinden; en ten slotte in blauw de onderste neusgang, waar de onderste neusschelpen zich bevinden.

Oorzaken van ENS

Het Empty Nose Syndrome kan worden veroorzaakt door het gedeeltelijk of volledig verwijderen van de onderste of middelste neusschelpen. Het kan zelfs worden veroorzaakt door verbranding van het slijmvlies. De verwijdering veroorzaakt volumeverlies, dat wil zeggen een toename van de leegte en een afname van het slijmvliesoppervlak. De verbranding heeft een negatieve invloed op de gezondheid van het slijmvlies. Dit alles heeft veel gevolgen:

• De toename van de leegte veroorzaakt:
  • Een verandering in de verdeling van de luchtstroom: bij een onderste turbinectomie wordt het grootste deel van de luchtstroom naar de middelste neusgang omgeleid [1].
  • Een toename van het dwarsdoorsnedeoppervlak, waardoor de snelheid van de luchtstroom afneemt en de Wall Shear Stress negatief wordt beïnvloed. Minder WSS betekent minder verdamping van het slijm door de passage van de luchtstroom, wat leidt tot een geringer verkoelend effect op het slijmvlies. De overgang van slijm van vloeibare naar gasvormige toestand kost namelijk energie, waardoor het slijmvlies afkoelt. En het is deze afkoeling die door de TRPM8-receptoren wordt gedetecteerd en ons het gevoel van luchtstroom geeft [2]. De toename van het dwarsdoorsnedeoppervlak vermindert ook de nasale weerstand.

• De afname van het slijmvliesoppervlak veroorzaakt:
  • Een afname van het aantal TRPM8-receptoren, simpelweg omdat de receptoren zich in het slijmvlies bevinden en er minder receptoren zijn naarmate er minder slijmvlies is.
  • Een afname van de slijmproductie, want ook de klieren die slijm produceren bevinden zich in het slijmvlies [3].
  • Een afname van het aantal bloedvaten, waardoor de temperatuur van het slijmvlies kan dalen. Het slijmvlies wordt namelijk dankzij de bloedstroom op de juiste temperatuur gehouden.

• Het verwijderen van de neusschelpen verstoort de neuscyclus, omdat een groot deel van de neusschelpen is verdwenen. De neuscyclus is het verschijnsel waarbij de neusschelpen afwisselend aan de ene en de andere kant vaatverwijding ondergaan, gedurende een cyclus van enkele uren. Het nut van de neuscyclus lijkt echter nog steeds onbekend [4]. Het fenomeen van vaatverwijding/-vernauwing heeft echter nog een andere, zeer belangrijke rol: het aanpassen van het dwarsdoorsnedeoppervlak aan de lichamelijke activiteit. Tijdens lichamelijke activiteit neemt de luchtstroom namelijk toe; als reactie daarop nemen de neusschelpen in volume af door het fenomeen van vaatvernauwing [5].

Doelstellingen van de virtuele implantaten

Wat met implantaten niet mogelijk lijkt, is het vergroten van het slijmvliesoppervlak: een implantaat verplaatst het slijmvlies alleen maar. In sommige gevallen kan het door het uit te rekken een klein beetje slijmvliesoppervlak creëren, maar het kan geen grote toename veroorzaken.
Wat wel mogelijk is, is de leegte verkleinen en dus het dwarsdoorsnedeoppervlak verkleinen. Het doel is de implantaten zo te ontwerpen dat ze:

• Een betere verdeling van de luchtstroom tussen de middelste en de onderste neusgang geven, omdat deze parameter een grote invloed lijkt te hebben op de symptomen van ENS [1].
• Een betere verdeling van de WSS tussen de twee gebieden geven en deze verhogen in het gebied dat door de turbinectomie is aangetast. WSS speelt namelijk een belangrijke rol bij de gewaarwording van de luchtstroom, zoals ik heb uitgelegd bij de oorzaken van ENS. In deze studie [1] vonden de onderzoekers een verband tussen de WSS-waarde in de onderste neusgang en het gevoel van verstikking. “Van de 6 items in ENS6Q waren de klachten “verstikking” en “de neus voelt te open” significant gecorreleerd met de piek-WSS in het gebied van de onderste neusschelp”
  Interessant genoeg vonden ze geen verband tussen de nasale weerstand en de symptomen van ENS. “De nasale weerstand correleerde niet met ENS6Q of met enige andere symptoomscore”.

Plaatsing van de virtuele implantaten

De virtuele implantaten worden in rood weergegeven. We kunnen zeggen dat er 3 implantaten in de linker neusholte zijn: één op de bodem, één in de neuswand en een klein implantaat in het neustussenschot. Rechts bevindt zich een vrij groot implantaat. Houd er rekening mee dat ik niet weet of dit implantaat mogelijk is, omdat het achter mijn bestaande implantaat is geplaatst en de vorm die ik heb ontworpen enorm groot is.
Met het ontwerpen van deze implantaten heb ik geprobeerd de "ideale" afstand tussen de wanden te herstellen. Laat me uitleggen wat ik bedoel met de “ideale” afstand tussen de wanden. Wanneer we een CT-SCAN van een gezonde neusholte bekijken, zien we dat de afstand tussen twee wanden bijna overal hetzelfde is. Ik heb deze gemeten: de afstand ligt tussen 1,5 en 3 mm. Daarom heb ik deze implantaten zo ontworpen dat ze naar deze waarden toe neigen, zonder ze vanwege technische beperkingen overal te bereiken. Ik heb geprobeerd rekening te houden met wat implantatietechnisch mogelijk zou zijn, maar ik heb grote twijfels over het implantaat aan de rechterkant.

Verandering van het dwarsdoorsnedeoppervlak

Na het virtuele implantaat is het niet verrassend dat het dwarsdoorsnedeoppervlak is afgenomen en dat het door de hele neusholte heen iets regelmatiger is geworden.
Merk op dat de waarden van de controlegroepen afkomstig zijn uit deze studie [6], maar ik heb zelf enkele CT-SCANs van gezonde personen gemeten en waarden tussen 250 en 300 mm² voor het totale dwarsdoorsnedeoppervlak gevonden, in plaats van de 200 mm² uit de studie. Ik weet dus niet wat de normale waarden zijn. Misschien ligt het bereik tussen 200 en 300 mm², maar ik weet het niet. Het oppervlak hangt ook af van de lichaamshouding en lichamelijke activiteit, maar ik ga ervan uit dat bijna alle CT-scans liggend worden gemaakt. De verkregen waarden zijn daarom vergelijkbaar.

Resultaten

Stroomlijnen

Vóór de virtuele implantaten

In het vorige artikel had ik de rechterzijde niet laten zien; we kunnen zien dat de luchtstroom aan deze zijde iets beter verdeeld is.

Na virtuele implantaten

We kunnen zien dat er vrijwel geen verandering is in de verdeling van de luchtstroom. Misschien zijn er in het linkerzijaanzicht iets meer stroomlijnen in de onderste neusgang. Maar het is geen enorme verbetering.

Snelheid

Vóór de virtuele implantaten

Na virtuele implantaten

Alle oppervlakken met een luchtsnelheid van meer dan 2,5 m/s zijn rood. De piek ligt bij 3,24 m/s.
Ook hier geen echte verbetering van de snelheid.

Wandschuifspanning

Vóór de virtuele implantaten

Na virtuele implantaten

Alle wanden met een WSS van meer dan 0,1 Pa zijn rood. De piek ligt rond 0,9 Pa.
Hier zien we wel een echte verandering: in de gebieden waar de virtuele implantaten zijn geplaatst, zijn de wanden meer “gekleurd”. Dat betekent dat de WSS hoger is.

In deze doorsneden kunnen we duidelijk zien dat het virtuele implantaat de WSS heeft verhoogd. Er is nu een blauwe en zelfs gele kleur, wat betekent dat de WSS is toegenomen van bijna 0 Pa tot waarden tussen 0,025 en 0,07 Pa.

Hetzelfde geldt hier: er is meer WSS, vooral aan de rechterzijde. Wat ik kan zeggen, is dat dit echt een positieve verandering is. Concreet zou deze verbetering van de WSS het gevoel van de luchtstroom in de onderste neusgang moeten verbeteren. De virtuele implantaten hebben de wanden eenvoudigweg dichter bij de luchtstroom gebracht. Ik denk dat het een goede strategie is om de luchtstroom te identificeren en de wanden vervolgens dichter bij de luchtstroom te brengen om de WSS te verhogen, met behoud van de minimale afstand tussen de wanden (1,5 - 3 mm).

Luchtvochtigheid

Vóór de virtuele implantaten

Na virtuele implantaten

We kunnen zien dat er vrijwel geen verandering is in de luchtvochtigheid.

Luchttemperatuur

Vóór de virtuele implantaten

Na virtuele implantaten

Er is in de laatste doorsnede iets minder groen en geel, wat betekent dat de temperatuur van de luchtstroom na de virtuele implantaten iets hoger is. De temperatuur op de schaalbalk wordt weergegeven in Kelvin, dus je moet 273 aftrekken om de temperatuur in Celsius te verkrijgen. Daarvoor moet je de waarde ook met 100 vermenigvuldigen. Zo is de temperatuur in het rood bijvoorbeeld gelijk aan 3,096*100= 309,6°K en vervolgens 309,6 - 273 = 36,6°C.

Nasale weerstand en symmetrie van de luchtstroom

Als je CFD-resultaten zich in het groene vierkant bevinden, is de kans groot dat je een normale neusweerstand en een normale symmetrie van de luchtstroom hebt. De weerstand R staat op de horizontale as en de symmetrie van de luchtstroom theta (𝚹) op de verticale as. Je kunt hier in dit onderzoek zien hoe deze indicatoren worden berekend [7].

Symmetrie van de luchtstroom

Vóór de virtuele implantaten bedraagt het debiet 7 l/min aan de linkerzijde en 7,3 l/min aan de rechterzijde. Dit komt overeen met een 𝚹 van 1,028, wat zeer goed is: de luchtstroom is vrijwel gelijk in de rechter- en linker neusholte. Na de virtuele implantaten bedraagt het debiet 6,9 l/min aan de linkerzijde en 7,68 l/min aan de rechterzijde. Dit komt overeen met een 𝚹 van 1,097, wat iets minder goed is, maar volgens Flowgy nog steeds normaal. Als ik dit zou willen corrigeren, zou ik een kleiner implantaat aan de rechterzijde of een groter implantaat aan de linkerzijde moeten ontwerpen.

Neusweerstand

De neusweerstand R wordt berekend op basis van verschillende parameters, zoals het drukverschil tussen de omgeving en de keelholte (delta P), het debiet, de luchtdichtheid en het oppervlak van de neusgaten. Wanneer de lucht door de neusholte stroomt, ondergaat deze een drukverlies door de wrijving tegen de wanden; dit is de delta P.
Vóór de virtuele implantaten bedraagt de waarde 4,7 en daarna 6,94. Het is niet verrassend dat de waarde is toegenomen, omdat de virtuele implantaten de dwarsdoorsnede in bepaalde delen van de neusholte hebben verkleind.
Dit is eerder positief, omdat de waarde volgens de grafiek maar net binnen de norm lag. Na de implantaten zijn de waarden iets in de goede richting opgeschoven. Houd er echter rekening mee dat de absolute waarde van R niet erg nauwkeurig is, omdat deze afhankelijk is van veel parameters in de simulatie. Het is slechts een indicator om te zien of de virtuele operatie de waarde in de goede richting heeft veranderd. Bovendien lijkt deze waarde geen invloed te hebben op de ENS-symptomen, zoals ik in de alinea “doelstellingen” heb vermeld. Toch denk ik dat het goed is om binnen de norm te vallen, omdat neusweerstand belangrijk is voor een normale longfunctie [8].

Conclusie

Een van de doelstellingen is niet bereikt: de verdeling van de luchtstroom is niet verbeterd. Ik weet niet echt hoe ik dit kan verbeteren, vooral aan de linkerzijde, waar de situatie bijzonder slecht is.
De virtuele implantaten hebben de WSS echter sterk verbeterd, wat positief is. Ook zijn de temperatuur van de luchtstroom en de neusweerstand iets hoger.
Daarom denk ik dat dit type implantaat nuttig kan zijn, vooral voor het gevoel van de luchtstroom.

Referenties

1. Onderzoek naar de abnormale nasale aerodynamica en trigeminale functies bij patiënten met het empty nose-syndroom, 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 en Kai Zhao, PhD
2. Pathofysiologie van het empty nose-syndroom: een systematische review, Jeanie Sozansky BS, Steven M. Houser MD,
3. Submucosale klieren, Wikipedia
4. De neuscyclus bij gezondheid en ziekte, J. Hanif
5. Sataloffs uitgebreide leerboek voor otolaryngologie: hoofd- & halschirurgie, Robert T Sataloff, hoofdstuk 19, p. 286
6. Computationele vloeistofdynamica en trigeminale sensorische onderzoeken bij patiënten met het empty nose-syndroom, Chengyu Li , Alexander A Farag , James Leach , Bhakthi Deshpande, Adam Jacobowitz , Kanghyun Kim , Bradley A Otto , Kai Zhao
7. Robuuste dimensieloze schatters om de nasale luchtstroom bij gezondheid en ziekte te beoordelen, E. Sanmiguel-Rojas M. A. Burgos C. del Pino M. A. Sevilla-García F. Esteban-Ortega
8. Chirurgie van de neusschelpen en het “empty nose”-syndroom, Marc Oliver Scheithauer, alinea 8