Untersuchungen an Nasenmodellen zum Einfluss ... · sowie eine zu starke Erweiterung des vorderen...

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Aus der Klinik für Hals-Nasen-Ohrenkrankheiten, Kopf- und Halschirurgie

(Direktor: Univ.- Prof. Dr. med. W. Hosemann)

der Medizinischen Fakultät der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald

Untersuchungen an Nasenmodellen zum Einfluss rhinochirurgischer

Maßnahmen auf die Atemströmung

Inaugural - Dissertation

zur

Erlangung des akademischen

Grades

Doktor der Medizin

(Dr. med.)

der Medizinischen Fakultät

der

Ernst-Moritz-Arndt-Universität

Greifswald

2009

vorgelegt von:

Simone Forkel

geb. am 27.02.1961

in Chemnitz

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Dekan: Prof. Dr. rer. nat. Heyo K. Kroemer

1. Gutachter: Prof. Dr. med. G. Mlynski

2. Gutachter: Prof. Dr. med. H. Behrbohm

(3. Gutachter:)

Ort, Raum: Greifswald, Hörsaal der HNO-Klinik

Tag der Disputation: 19.01.2010

3

Abkürzungsverzeichnis

ARM Akustische Rhinometrie

RMM Rhinomanometrie

RRM Rhinoresistometrie

∆p Druckdifferenz

Volumengeschwindigkeit

Viskosität der Flüssigkeit

l Länge des Rohres

r Radius des Rohres

d Durchmesser

w mittlere Strömungsgeschwindigkeit

A Querschnittsfläche

P0 Gesamtdruck

Dichte

h Höhe

g Fallbeschleunigung

p statischer Druck

Re Reynoldssche Zahl

Zähigkeitskonstante der Flüssigkeit

Massendichte der Flüssigkeit

kinematische Viskosität

Reibungskoeffizient

dh hydraulischer Durchmesser

U Umfang

R Atemwiderstand , Strömungswiderstand

I-Zacke Querschnittsfläche des Isthmus

C-Senke Querschnittsfläche zwischen unterer Muschel und Septumschwellkörper

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0.Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis ...................................................................................................... 2

0.Inhaltsverzeichnis .......................................................................................................... 4

1. Einleitung...................................................................................................................... 6

2. Zielstellung ................................................................................................................... 7

3. Literaturübersicht ......................................................................................................... 8

3.1. Entwicklung der rhinologischen Funktionsdiagnostik .......................................................... 8

3.2. Entwicklung der Septumchirurgie ....................................................................................... 9

3.3. Nasenmuschelchirurgie .................................................................................................... 10

3.4. Entwicklung der experimentellen Untersuchung der nasalen Atemströmung ..................... 14

4. Die Nase als Strömungskanal ..................................................................................... 17

5. Physikalische Grundlagen ............................................................................................ 20

5.1. Strömungsphysikalische Begriffe ...................................................................................... 20

5.2. Strömungsphysikalische Gesetzmäßigkeiten ..................................................................... 22

6. Material und Methoden .............................................................................................. 28

6.1. Anfertigen der Modelle .................................................................................................... 28

6.2. Rhinoresistometrische Messung der Modelle .................................................................... 29

6.2.1. Prinzip der Rhinoresistometrie .......................................................................................................... 29

6.2.2. Durchführung der rhinoresistometrischen Untersuchungen ............................................................. 31

6.3. Akustisch – rhinometrische Messung der Modelle ............................................................. 33

6.3.1. Prinzip der Akustischen Rhinometrie ................................................................................................. 33

6.3.2. Durchführung der akustisch rhinometrischen Messungen ................................................................ 34

6.4. Strömungsexperimentelle Untersuchung der Modelle ....................................................... 35

7. Ergebnisse................................................................................................................... 37

7.1. Befunde der Rhinoresistometrie ....................................................................................... 37

7.1.1. Befunde bei simulierter Septumkorrektur auf der konkaven Seite der Deviation ............................. 37

7.1.2. Befunde bei simulierter Septumkorrektur auf der konvexen Seite der Deviation ............................ 39

7.1.3. Befunde bei Größenreduktion der Nasenmuscheln ........................................................................... 40

5

7.1.4. Befunde bei Simulation einer Erweiterung des Isthmus nasi ............................................................. 41

7.2. Befunde der akustischen Rhinometrie .............................................................................. 42

7.2.1. Befunde bei simulierter Septumkorrektur auf der konkaven Seite der Deviation ............................. 42

7.2.2. Befunde bei simulierter Septumkorrektur auf der konvexen Seite der Deviation ............................. 43

7.2.3. Befunde bei Größenreduktion der Muscheln ..................................................................................... 44

7.2.4. Befunde bei Simulation einer Erweiterung der Isthmusstenose ........................................................ 45

7.3. Strömungsexperimentelle Ergebnisse ............................................................................... 46

7.3.1. Strömungsverhalten auf der konvexen Seite einer Septumdeviation ............................................... 46

7.3.2. Strömungsverhalten auf der konkaven Seite einer Septumdeviation ............................................... 50

7.3.3. Strömungsverhalten in einer Nasenseite mit Isthmusstenose ........................................................... 52

8. Diskussion ................................................................................................................... 55

8.1. Funktionsdiagnostische und strömungsexperimentelle Ergebnisse auf der konkaven Seite

der Deviation vor und nach Septumbegradigung ..................................................................... 56

8.2. Strömungsverlauf und funktionsdiagnostische Befunde bei Septumdeviationen mit

verschiedenem Ausmaß auf der konvexen Seite der Deviation ................................................ 58

8.3. Funktionsdiagnostische und strömungsexperimentelle Ergebnisse auf der konvexen Seite

der Deviation vor und nach Septumbegradigung ..................................................................... 59

8.4. Funktionsdiagnostische und strömungsexperimentelle Ergebnisse bei Größenreduktion der

Muscheln ............................................................................................................................... 60

8.5. Funktionsdiagnostische und strömungsexperimentelle Ergebnisse bei Isthmuserweiterung 60

8.6. Vergleich der funktionsdiagnostischen Messergebnisse mit den Strömungsexperimentellen

Untersuchungen ..................................................................................................................... 61

9. Zusammenfassung ...................................................................................................... 64

Literaturverzeichnis ........................................................................................................ 67

Abbildungsverzeichnis ..................................................................................................... 75

Tabellenverzeichnis ......................................................................................................... 76

Anhang: Messwerte zu den Versuchen ............................................................................ 77

Rhinoresistometrische Messwerte .......................................................................................... 77

Akustisch-rhinometrische Messwerte ...................................................................................... 80

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1. Einleitung

Die behinderte Nasenatmung ist ein in der täglichen Praxis des HNO-Arztes häufig

vorkommendes Beschwerdebild. Ursache für die nasale Obstruktion ist ein erhöhter

Atemwiderstand.

Der nasale Atemwiderstand macht ca. 50 % des Gesamtatemwiderstandes aus (1). Ein

adäquater Nasenwiderstand ist die Voraussetzung für eine normale Nasen- und

Lungenfunktion.

Die respiratorische Funktion der Nase besteht in der Konditionierung der Atemluft, das heißt

deren Anfeuchtung, Reinigung und Temperierung. Eine Voraussetzung zur Erfüllung dieser

Funktion ist eine unbehinderte Luftpassage durch die Nase.

Pathologische Veränderungen, wie knorpelige und knöcherne Einengungen des

Nasenlumens oder Dysregulationen der Schleimhautgefäße können den Atemstrom durch

die Nase beeinträchtigen und einen pathologischen Nasenwiderstand verursachen.

Vermehrte Turbulenz wirkt sich ebenfalls ungünstig auf den nasalen Atemwiderstand aus

und behindert langfristig die Anfeuchtung der Luft [WIESMILLER et al. (2)].

Wenn konservative Therapiemaßnahmen nicht zu einer anhaltenden Beschwerdelinderung

führen, sind chirurgische Maßnahmen indiziert. Um die erforderlichen rhinochirurgischen

Schritte sinnvoll planen zu können, ist es wichtig, die für die funktionelle Störung

verantwortlichen Strukturen in der Nase genau zu identifizieren und die Auswirkungen

verschiedener Operationsschritte auf die Funktion der Nase zu kennen. Dies wiederum

erfordert rhinologisch-funktionsdiagnostische Methoden, mit deren Hilfe Aussagen zur

respiratorischen Funktion der Nase möglich sind.

Die uns derzeit zur Verfügung stehenden diagnostischen Verfahren sind unter anderem die

anteriore und posteriore Rhinoskopie, die Nasenendoskopie, die Rhinomanometrie bzw.

Rhinoresistometrie und die akustische Rhinometrie.

Trotzdem ist die Beurteilung der tatsächlichen Nasenatmungsbehinderung schwierig, da

objektive Nasenfunktionsdiagnostik, endoskopischer Befund und subjektiv empfundene

Beschwerden häufig differieren [BACHMANN et al. (3), KIM et al. (4), NAITO et al. (5), MC

CAFFREY (6), PINKPANK (7), ARUNACHALAM et al. (8), CONSTANDINIDES (9)]. Grund

dafür ist zum einen, dass die gegenwärtig vorhandene Funktionsdiagnostik nicht alle

Aufgaben der Nase erfassen kann. So stehen uns Methoden zur routinemäßigen Diagnostik

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der Konditionierung der Atemluft noch nicht zur Verfügung. Zum anderen können fehlerhafte

Messungen oder Ergebnisinterpretationen dafür verantwortlich gemacht werden.

Chirurgische Eingriffe zur Verbesserung der Nasenatmung werden häufig durchgeführt. Zu

den operativen Verfahren, die auf eine Senkung des nasalen Atemwiderstandes abzielen,

zählen die Chirurgie der medialen und lateralen Nasenwand sowie die Chirurgie der

Klappenregion. Es gibt nur wenige Arbeiten, welche die Ergebnisse solcher Operationen

aufarbeiten. Über die Auswirkungen der verschiedenen chirurgischen Maßnahmen auf den

nasalen Atemstrom ist wenig bekannt. Daher ist der Evidenzgrad für alle beschriebenen

Techniken gering.

Ziel der funktionellen Nasenchirurgie sollte nicht einfach nur sein, die Nase zu weiten,

sondern die innere Nase so zu konfigurieren, dass weitgehend normale

Strömungsverhältnisse ermöglicht werden, welche Voraussetzung für die respiratorische

Funktion der Nase sind.

Einblicke in die komplizierten Strömungsverhältnisse, die in der Nase vor und nach

Operationen herrschen, sind mit den gegenwärtigen diagnostischen Maßnahmen nur

teilweise möglich. Mittels Rhinomanometrie kann die Beziehung zwischen Druck und

Volumenstrom gemessen werden. Gleiches ist mit der Rhinoresistometrie möglich, hier

können aber zusätzlich auch Aussagen zum Strömungscharakter gemacht werden. Die

Akustische Rhinometrie erlaubt Rückschlüsse auf die Geometrie der Nase und ermöglicht

die Lokalisation von Engstellen in der Strombahn sowie eine Objektivierung der Ursachen für

pathologische Turbulenzen. Bei Kombination der RMM bzw. RRM mit der AR sind bessere

Einsichten in den Zusammenhang zwischen Bau und Funktion der Nase möglich.

2. Zielstellung

Ziel der Arbeit ist die Erweiterung der Kenntnisse über den Zusammenhang zwischen Bau

und Funktion der Nase. Sie sollen dazu beitragen, bessere Voraussagen über die

funktionellen Auswirkungen von Operationsschritten bei der funktionellen Rhinochirurgie

treffen zu können.

Mit Hilfe von Nasenmodellen lassen sich der Atemstrom und dessen

Strömungseigenschaften experimentell gut darstellen und beobachten. In dieser Arbeit sollen

anhand von Nasenmodellen Auswirkungen pathologischer Veränderungen auf den

Atemluftstrom in der menschlichen Nase untersucht werden. An den Modellen sollen

8

rhinochirurgische Operationen simuliert und deren funktioneller Effekt experimentell

untersucht werden.

Dazu ist vorgesehen, Nasenmodelle mit typischen pathologischen Veränderungen vor und

nach Simulation von operativen Schritten funktionsdiagnostisch zu untersuchen und parallel

dazu das Strömungsverhalten im Strömungsexperiment zu dokumentieren.

3. Literaturübersicht

3.1. Entwicklung der rhinologischen Funktionsdiagnostik

Erste Versuche zur objektiven Beurteilung der Nasenatmung wurden bereits in der zweiten

Hälfte des 19. Jahrhunderts beschrieben. DONDERS (10) machte 1859 erste Mitteilungen

über Druckverhältnisse in der Nase. Die erste Beschreibung einer standardisierten passiven

Rhinometrie geht auf KAYSER (11) 1895 zurück. Er untersuchte den nasalen Zyklus mit

Hilfe eines unter Druck stehenden 2- Liter-Sackes.

Eine hygroskopische Methode zur Abschätzung der Nasendurchgängigkeit beschreibt

ZWAARDEMAKER 1889 (12). Dabei wird die quantitative Ausdeutung der durch

Kondensation entstehenden „Atemflecke“ auf einem vor die Nase gehaltenen Spiegel als

Maß der nasalen Durchgängigkeit verwendet. Am bekanntesten wurde die 1904 entwickelte

Glatzelsche Scheibe.

Andere Autoren beurteilten nasale Geräusche, die durch forcierte Atmung entstanden [1925

ZARNIKO (13), 1910 SPIESS (14)].

SPIESS berichtete schon 1900 über die klinische Anwendung der posterioren

Rhinomanometrie. Dabei wurden Verfahren der passiven Rhinorheometrie angewandt, d.h.

Volumenflüsse wurden unter Ausschaltung der spontanen Atmung durch die Nase gepresst

bzw. gesaugt. Bei einem bestimmten Druck konnte der sich ergebende Volumenstrom

gemessen werden bzw. bei einem gegebenen Volumenstrom der Druck bestimmt werden.

ZWAARDEMAKER 1925 (15) ließ die Patienten spontan ein definiertes Volumen durch die

Nase ausatmen und maß dabei die Druckdifferenz.

Ende der 50-iger Jahre machten die Entwicklung des Pneumotachographen und der Einsatz

von Bildwandlern die aktive Rhinomanometrie möglich [ASCHAN et al. (16)]. Dabei werden

9

am spontan atmenden Patienten der nasale Atemstrom und die narinochoanale

Druckdifferenz als Druck-Flow-Kurve in einem x-y-Diagramm aufgezeichnet. Die Messung

des choanalen Druckes erfolgt bei der aktiven anterioren Rhinomanometrie mit einem

Druckschlauch am Ostium externum nasi und bei der aktiven posterioren Rhinomanometrie

über eine Drucksonde im Oropharynx. Zur Vereinheitlichung rhinomanometrischer Methoden

im internationalen Maßstab wurden erstmals 1984 in Brüssel Standardisierungsrichtlinien

durch CLEMENT et al. (17) festgelegt. Seither gilt die aktive anteriore Rhinomanometrie

aufgrund ihrer guten Reproduzierbarkeit [SILKHOFF et al. (18), CARNEY et al. (19)] als

Methode der Wahl zur Quantifizierung der nasalen Obstruktion.

Seit ihrer Einführung durch HILBERG et al. (20) 1989 steht die akustische Rhinometrie zur

Verfügung. Sie beruht auf der computergestützten Analyse von Reflexionen, die durch ein

nasal appliziertes Schallsignal erzeugt und durch die Geometrie des Naseninnenraumes

spezifisch verändert werden. Mit diesem Verfahren werden Querschnitte und Volumina in der

Nasenhaupthöhle berechnet.

Eine Weiterentwicklung der Rhinomanometrie stellt die von MLYNSKI et al. (21) seit ca.

1988 erarbeitete Methode der Rhinoresistometrie dar. Als weitere Parameter neben

Volumenfluss und Druckdifferenz können damit auch der Strömungscharakter, der

hydraulische Durchmesser als Maß für die Weite der Nase sowie die Wandbeschaffenheit

bezüglich der Turbulenzauslösung beurteilt werden.

3.2. Entwicklung der Septumchirurgie

Nachdem KILLIAN 1904 (22) seine Methode über die submuköse Septumresektion

publizierte, war diese über 60 Jahre Standardoperation zur Behandlung von

Septumdeviationen. Typische postoperative Folgen der Operationsmethode waren jedoch

Septumperforationen, Einsattelungen des Nasenrückens aufgrund instabiler Septen und

Schleimhautatrophien. Bereits 1978 wiesen BEWARDER und PIRSIG (23) in einer

umfangreichen Studie auf die Spätergebnisse der Methode hin, trotzdem wurde dieses

operative Vorgehen noch bis in die 80iger Jahre an deutschen HNO-Kliniken praktiziert.

Studien zu Langzeitergebnissen nach submuköser Septumresektion sind in einer

tabellarischen Übersicht bei MLYNSKI (24) dargestellt.

Bereits METZENBAUM (25) beschrieb 1929 ein knorpelschonendes Verfahren und kritisierte

die submuköse Septumresektion als unphysiologisches Verfahren.

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Mit der Beschreibung der Septumplastik 1948 durch COTTLE (26) begann die moderne

subperichondrale Septumchirurgie, durch die die Möglichkeit bestand, das chirurgische

Vorgehen der individuellen Pathologie in allen Bereichen der Nasenscheidewand

anzupassen.

Die Frequenz der nach submuköser Septumresektion in 3-24,5% der Fälle auftretenden

Septumperforationen konnten mit dem Verfahren nach COTTLE auf 0-5% gesenkt werden.

[SCHWAB, PIRSIG (27)]

Ebenso konnten die Probleme der ungenügenden Septumkorrektur in den vorderen Anteilen

durch das Vorgehen nach COTTLE gelöst werden, Einsattelungen des Naserückens wird

durch die dreischichtige Rekonstruktion des Septums begegnet.

Insgesamt sind die Ergebnisse nach Septumkorrektur aber auch heute noch nicht

zufriedenstellend. So fand MLYNSKI (24) nach einer Literaturrecherche zu

Langzeitergebnissen der Septumplastik nach Cottle unter Einbeziehung von 14

Veröffentlichungen, dass sich die Nasenatmung der operierten Patienten nur in

durchschnittlich 68% der Fälle gebessert hat. In ca. 20 – 30% der Fälle war keine Besserung

der nasalen Obstruktion zu verzeichnen, in bis zu 33% der Fälle wurde über postoperative

Trockenheit der Schleimhaut und Borkenbildung berichtet.

Als Ursachen werden neben Rezidivdeviationen eine falsche präoperative Analyse, ein

Überschätzen der Deviation und Unterschätzen der Schleimhautpathologie als

Obstruktionsursache [SCHWAB, PIRSIG (27)] eine zu starke Begradigung des Septums

sowie eine zu starke Erweiterung des vorderen Cavum nasi durch operative Maßnahmen an

der unteren Muschel angeführt [MLYNSKI (24) (28)].

Trotz dieser Probleme finden sich in der Literatur bisher keine Hinweise auf ein verändertes

methodisches Vorgehen. Die vorhandenen Studien lassen sich wegen ihres

unterschiedlichen Studiendesigns nicht vergleichen, prospektive Studien mit ausreichenden

Patientenzahlen fehlen.

3.3. Nasenmuschelchirurgie

Obwohl chirurgische Eingriffe an den Nasenmuscheln häufig praktiziert werden, besteht bis

heute Uneinigkeit über ihre klinische Wirksamkeit und ihre Langzeiteffekte.

11

Seit Mitte des 19. Jahrhunderts wurden verschiedene Techniken publiziert.

Die erste Methode zur Behandlung von vergrößerten unteren Muscheln war die

Elektrokauterisation. 1845 berichteten erstmals HEIDEL und CRUSEL [zit. bei HOL/HUIZING

(29)] über diese Technik. Sie fand vor allem nach der Einführung des Cocain als

Lokalanästhetikum weite Verbreitung, wurde aber aufgrund ihrer ernsthaften Komplikationen,

wie Synechien und Stenosen, zunehmend kritisiert.

Das durch Hitze koagulierte Gewebe wird nekrotisch, nachfolgend kommt es zur

Fibrosierung und Schrumpfung des Muschelgewebes. Es werden die

Oberflächenelektrokauterisation und die intraturbinale Anwendung unterschieden. Nachteile

der Techniken sind die Entstehung einer Mucosaatrophie mit Metaplasien und Zilienverlust

und damit die Zerstörung des mukoziliaren Transportsystems sowie die Schwierigkeit bei der

intraturbinalen Anwendung, den Effekt der Destruktion des tieferliegenden Gewebes

abzuschätzen [WENGRAF et al. (30)].

Ende des 19. Jahrhunderts wurde die Chemokoagulation der Muscheloberfläche eingeführt.

Dafür wurde anfangs Trichloressigsäure als Lösung, später Chromsäureperlen verwendet.

Die Methode wurde wieder verlassen, da erstens der Effekt der Volumenreduktion nur gering

war und die Prozedur mehrfach wiederholt werden musste und zweitens die Zerstörung der

Mucosa zu den charakteristischen Symptomen der atrophischen Rhinitis führte.

Die Resektion der unteren Nasenmuschel wurde erstmals im Jahre 1895 von JONES (31)

beschrieben. HOLMES (32) berichtete 5 Jahre später über Erfahrungen mit der

Konchektomie bei 500 Patienten. Die totale Turbinektomie wurde aufgrund ihrer nachteiligen

Langzeitergebnisse kontrovers diskutiert. Typische Folgen der totalen oder subtotalen

Muschelresektion sind Trockenheit der Nasen- und Rachenschleimhaut, fötide

Nasensekretion, Borkenbildung und Blutungen. [HOUSE (33), TREMBLE (34), SALAM (35),

WIGHT (36)]

Nach der Auffassung von HOL und HUIZING (29) ist es heute nicht mehr gerechtfertigt, die

totale oder subtotale Nasenmuschelentfernung durchzuführen, da sie mit dem Ziel des

Funktionserhaltes der unteren Muschel nicht in Einklang gebracht werden kann.

1904 führte KILLIAN die Lateralisation der unteren Muschel ein, bei der das Os turbinale

frakturiert und die Muschel nach lateral verlagert wird. Es handelt sich um eine einfach

durchführbare Technik ohne spezielle Risiken [SALAM, WENGRAF (35)], die aber auch nur

einen begrenzten Effekt zeigt. Aufgrund ihres funktionserhaltenden Charakters findet die

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Lateralisation, meist in Kombination mit anderen chirurgischen Techniken, auch heute noch

Anwendung.

Die submuköse Muschelchirurgie wurde 1908 von LINHART (37) und WÜRDEMANN (38)

beschrieben, ein Verfahren, bei dem die Schleimhaut der Nasenmuschel weitgehend

geschont und die physiologische Funktion der Muschel erhalten bleibt. Eine modifizierte

Variante des Verfahrens publizierte FREER 1911 (39). Über eine relativ kleine Inzision am

Kopf der unteren Muschel wird die Mucosa mit einem scharfen Elevatorium untertunnelt und

die caudalen Anteile des Os turbinale reseziert. Trotz der überzeugenden Technik erlangte

die Methode zunächst nur begrenzte Popularität. Mitte des 20. Jahrhunderts wurde die

Methode von HOUSE (33) und KRESSEN (40) wieder aufgegriffen. Gute Ergebnisse wurden

u.a. von TOLSDORFF (41) berichtet, der die Methode mit der Lateralisation der Muschel

kombinierte. MABRY (42) führte 1982 den Begriff der Turbinoplastik ein. PASSALI (43) hielt

die Technik in Kombination mit der Lateralisation für die beste Methode in Bezug auf den

Funktionserhalt.

1958 veröffentlichten SIMPSON und GROVES (44) eine Arbeit über die submuköse

Diathermie der unteren Muschel. Weitere Methoden waren die Injektion von Kortikosteroiden

in die untere Muschel [SEMENOV (45)], die aber nur kurzzeitige Erfolge brachte und die

Einspritzung sklerosierender Substanzen [SHAHINIAN 1953 zit. bei HOL, HUIZING (29)].

Die 1970 von OZENBERGER (46) empfohlene Kryochirurgie brachte im Vergleich mit

anderen Methoden keine guten Langzeitergebnisse [PASSALI et al. (43)].

Die Vidianus-Neurektomie [GOLDING-WOOD zit. bei (29)] führte durch die Destruktion der

parasympathischen Nervenfasern zu einem herabgesetzten Parasympathikotonus der

Nasenschleimhaut und damit zu einer Minderung der Hypersekretion, die Blockierung der

Nase durch obstruierende Nasenmuscheln konnte aber nicht beeinflusst werden.

Im Zuge der sich rasch entwickelnden neuen operationstechnischen Verfahren in der

Rhinologie in den 60er und 70er Jahren war auch in der Nasenmuschelchirurgie ein

Aufschwung zu erleben. Es wurden Operationsmethoden modifiziert bzw. neue technische

Mittel, wie Laser, Endoskope oder Shaver eingesetzt. Insgesamt werden 13 unterschiedliche

Techniken zur Verkleinerung der Nasenmuscheln unterschieden [HOL, HUIZING (29)].

JONIAU et al. (47) berichteten 2006 über längerfristig bessere Ergebnisse und eine

geringere Morbidität beim Einsatz des Shavers im Vergleich zur Kauterisation der unteren

Nasenmuscheln.

13

Als Methode der Wahl wird derzeit bei Patienten mit einer Hyperplasie des Muschelkopfes

die anteriore Turbinoplastik empfohlen, da sie eine der individuellen Pathologie des

Patienten angepasste Volumenreduktion mit Erhaltung der Schleimhautfunktionen erlaubt

[TASMAN (48)].

Submuköse Muschelresektion

Resektion von rostralen Anteilen des Os turbinale nach

sagittaler Inzision des Kopfes der unteren Muschel und

Abheben der Schleimhaut medial und lateral des Os

turbinale

Anteriore Turbinoplastik

Resektion von rostralen Anteilen des Os turbinale mit

adhärenter lateraler Schleimhaut nach sagittaler Inzision

des Kopfes und des Unterrandes der unteren Muschel.

Rotation des medialen Schleimhautblattes nach lateral

und cranial

Konchotomie

Resektion von Schleimhaut und/oder Teilen des Os

turbinale in axialer Ebene

Submuköse HF-Koagulation

Einstechen der Koagulationsnadel in Kopf der unteren

Muschel und Vorschieben auf dem Os turbinale.

Submuköse Koagulation beim Zurückziehen der Nadel

Transmuköse Laserkoagulation

Punkt- oder streifenförmige Koagulation.

Koagulationstiefe abhängig vom Lasertyp

Tabelle 1: chirurgische Prinzipien der Muschelreduktion nach Tasman (48)

14

Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die heute verwendeten Techniken zur Größenreduktion

der Nasenmuscheln. Die Vielfalt der heute angewendeten Verfahren verdeutlicht, dass

bisher kein Konsens über die optimale Technik gefunden wurde. Zufriedenstellende

Langzeitergebnisse konnten bisher mit keiner der genannten Methoden erzielt werden

[TASMAN (48)].

Die Angaben in den Veröffentlichungen zu den einzelnen operativen Techniken variieren

außerdem so erheblich, dass eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse nur eingeschränkt

möglich ist. Bis auf wenige Ausnahmen genügen die veröffentlichten Studien nicht den

Kriterien einer prospektiven vergleichenden klinischen Studie mit ausreichender

Patientenzahl.

3.4. Entwicklung der experimentellen Untersuchung der nasalen

Atemströmung

Die ersten dokumentierten Untersuchungen zur Nasenströmung stammen aus dem 19.

Jahrhundert und wurden an Probanden, Leichenpräparaten und Nasenmodellen

vorgenommen. FISCHER (49) nahm eine Unterteilung in indirekte Methoden, direkte

Strömungsbeobachtung am Präparat oder ähnlichen Modell und Versuche am sogenannten

Funktionsmodell vor.

Beim indirekten Nachweis wurde versucht, aufgrund von Staub- oder Rauchablagerungen

oder chemischen Reaktionen Rückschlüsse auf die Strömung zu ziehen.

In der ältesten experimentellen Arbeit von PAULSEN (50) führte dieser 1882

Ablagerungsversuche an der menschlichen Nase durch. Einen sagittal geteilten Leichenkopf

kleidete er dazu an dessen Naseninnenflächen mit Lackmuspapier aus, vereinte die beiden

Teile wieder und durchströmte den Schädel mit Ammoniakdämpfen. Aus den verschieden

starken bzw. ausbleibenden Verfärbungen schloss PAULSEN, dass sich der

Hauptatemstrom septumnahe, bogenförmig in Höhe der mittleren Muschel bewegt.

KAYSER (51) versuchte mittels Inhalation von Magnesiumpulver durch einen Probanden

bzw. durch Einblasen des Pulvers in einen Leichenschädel, die entstandenen

Pulverrückstände zu analysieren und Rückschlüsse auf den Strömungsverlauf zu ziehen.

Dabei fand er ähnlich wie PAULSEN heraus, dass der inspiratorische Atemstrom durch den

mittleren und oberen Abschnitt der Nase zieht.

15

Andere Autoren führten ähnliche Versuche unter Verwendung von Säure- und Joddämpfen

sowie Kohlenstaub u.a. durch [(ZWAARDEMAKER (12), RETHI (52), TAKAHASHI (53),

BURCHARDT (54) u.a.]. Insgesamt ist anzumerken, dass bei diesen Versuchen nur sehr

vage Rückschlüsse auf mögliche Strömungsverläufe und Strömungscharakter gezogen

werden konnten.

Direkte Strömungsbeobachtungen sind am Nasenpräparat oder geometrisch ähnlichen

Modell möglich. So beobachtete KAYSER (51) an einem Gipsmodell den aspirierten Rauch.

RETHI (52) und BURCHARDT (55) modellierten die Weichteile der Nase mit Wachs und

Gips nach und untersuchten die Strömung bei verschiedenen physiologischen Varianten und

pathologischen Veränderungen. Zur Erzeugung des Luftstroms verwendete BURCHARDT

eine Pumpe.

HELLMANN (56) ließ mit Lykopodiumsamen markiertes Wasser durch ein Nasenpräparat

fließen und beobachtete dieses durch ein großes ins Septum geschnittene Fenster.

Die von einem Gebläse erzeugte und durch eingeschleuste Rauchfäden markierte

Inspirationsströmung untersuchte SCHEIDELER (57) an einem 4-fach vergrößerten, der

Nase ähnlichen Modell. TONNDORF (58) wiederholte mit Gipsmodellen die Versuche von

BURCHARDT, leitete dabei aber seinen eigenen Atemstrom durch das Modell.

MASING (59) unternahm Versuche mit Halbseitennasenmodellen, bei denen er das Septum

durch eine Glasplatte ersetzte, um die Strömung beobachten zu können. Er verwendete

Wasser als strömendes Medium und markierte die Strömung mit Farblösungen. Dabei fand

er heraus, dass das gesamte Cavum durchströmt wurde. Am Verhalten eines einzelnen

Stromfadens konnte der Übergang von laminarer zu turbulenter Strömung gut sichtbar

gemacht werden.

FISCHER (49) verwendete in seinen Experimenten ebenfalls Halbseitennasenmodelle, aber

im Maßstab 4:1. Dadurch konnte er mit einer viermal geringeren Strömungsgeschwindigkeit

arbeiten, was eine bessere Strömungsbeobachtung möglich machte. Dabei fand er, dass die

Atemströmung den gesamten freien Querschnitt erfüllte, konnte aber keine speziellen

Strömungspfade oder Strahlbildungen beobachten.

Anfang der 90er Jahre publizierten HESS et al. (60) Untersuchungen zum

Strömungsverhalten an Nasenmodellen. Sie verwendeten die Nase komplett abbildende

Modelle aus Gießharz und durchströmten diese mit der Flüssigkeit Propandiol, die sie mit

Hilfe von Farblösungen sichtbar machten. Aus ihren Experimenten schlussfolgerten sie, dass

der Hauptatemstrom sowohl inspiratorisch als auch exspiratorisch durch den unteren

16

Nasengang verläuft. MLYNSKI et al. (61) publizierten 2000 ebenso eine Methode zur

Durchführung von Strömungsexperimenten an transparenten Modellen, bei denen sie

Farblösungen im strömenden Medium Wasser zu Hilfe nahmen. Dabei konnten sie nicht nur

Aussagen über den Strömungsverlauf, sondern auch über die Turbulenzbildung machen.

Neben direkten und indirekten Methoden zur Strömungsbeobachtung wurden auch

Funktionsmodelle in früheren Versuchen verwendet. Diese wesentlich vereinfachten Modelle

der Nase bilden nur wenige Eigenschaften des Originals ab und lassen damit die Darstellung

spezieller strömungsphysikalischer Aspekte zu. Die bekanntesten Versuche dazu stammen

von MINK (62). Die von ihm benutzten Glaskästchen wurden an den gegenüberliegenden

Schmalseiten unten jeweils mit Bohrungen versehen, durch die er Zigarettenrauch aspirierte.

Seine Beobachtungen ergaben eine zum Dach hin konvexe Strömung. TONNDORF (58)

konnte bei Wiederholung des Versuches diese Ergebnisse nicht bestätigen. Die Strömung

verlief erst gebogen, nachdem er die Ein- und Auslassöffnungen variierte.

Die bisherigen Untersuchungen zu strömungsphysikalischen Fragen in Nasenpräparaten,

Nasenmodellen und Funktionsmodellen haben zu vielfältigen Erkenntnissen über den

Atemstrom geführt, die aber teilweise gegensätzlich sind. Der überwiegende Anteil der

Autoren [PAULSEN (50), KAYSER (51), RETHI (52), BURCHARDT (54), v. DISHOECK

(63), SIMMEN (64), SCHEIDELER (57)] kommt in seinen Versuchen zu dem Schluss, dass

die Hauptströmung durch die mittleren und oberen Nasenabschnitte fließt. Demgegenüber

beschreiben TONNDORF (58), NAITO (65) und HESS (60) den Hauptatemstrom im unteren

Nasengang. MLYNSKI[ (66), (67) ] und GRÜTZENMACHER (68) haben darauf hingewiesen,

dass der Strömungsverlauf im Cavum nasi wesentlich von der Konfiguration des

Einströmbereiches (Vestibulum und Isthmus nasi) mitbestimmt ist. Aus diesen

widersprüchlichen Ergebnissen ergibt sich, dass weitere Untersuchungen zur Strömung in

der Nase erforderlich sind, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten.

SIMMEN et al. (64) haben an Nasenmodellen die Strömung bei unterschiedlichen

Muschelkonfigurationen untersucht. Bei vergrößerten Muscheln zwängt sich die Luft

vermehrt durch den eingeengten mittleren Nasengang, was die Widerstandserhöhung

erklärt. Nach Turbinektomie strömt die gesamte Luft durch den jetzt stark erweiterten unteren

Nasengang und führt damit zu einer unphysiologischen Verteilung des Atemstromes in der

Nase. Zu gleichen Erkenntnissen gelangen GRÜTZENMACHER et al. (69).

NAITO (65) hat an Nasenmodellen verschiedene pathologische Konfigurationen wie

Septumdeviation, Muschelschwellungen und Polypen simuliert. Er bestätigt die klinische

Erfahrung, dass Einengungen im vorderen Bereich eine stärkere Widerstandserhöhung

17

verursachen, als pathologische Veränderungen im hinteren Cavum. Auch

GRÜTZENMACHER et al. (70) kommen in ihren Modellversuchen mit akustisch-

rhinometrischen, rhinoresistometrischen und strömungsexperimentellen Untersuchungen zu

diesem Ergebnis. DINIS 2002 (71) und KONSTANDINIDIS (72) fanden in ihren Studien,

dass Patienten mit vorderen Deviationen deutlich mehr von einer Septumplastik profitieren.

CHABAN, COLE und NAITO (73) simulierten Septumdeviationen im Bereich zwischen

Naseneingang und unterer Muschel in vivo. Der Widerstand war besonders dann erhöht,

wenn die Deviation vom Boden bis unter das Dach reichte. COLE et al. (74) untersuchten

den Einfluss vom Ausmaß der Deviation auf den nasalen Strömungswiderstand. Deviationen

≥ 4 mm erhöhten den Widerstand auch im abgeschwollenen Zustand der Nasenschleimhaut.

4. Die Nase als Strömungskanal

Um die Zusammenhänge zwischen Bau und Funktion der Nase besser verstehen zu können,

ist es sinnvoll, einzelne Abschnitte des Naseninnenraumes mit Formelementen zu

vergleichen, deren Wirkung auf die Strömung aus der Strömungsmechanik bekannt ist. Die

von FISCHER (49) und BACHMANN (75) getroffene Einteilung wurde von MLYNSKI et al.

(66) erweitert.

Danach passiert die Luft auf ihrem Weg durch die Nase drei funktionelle Abschnitte:

- den Einströmbereich

- den Funktionsraum und

- den Ausströmbereich

18

Abbildung 1: Einteilung der Nase in strömungsdynamische Formelemente in inspiratorischer

Strömungsrichtung nach Mlynski (67)

Der inspiratorische Einströmbereich umfasst das Vestibulum nasi, den Isthmus nasi und das

vordere Cavum nasi. Aus strömungsmechanischer Sicht stellt das Vestibulum nasi einen

Krümmer dar, durch den der inspiratorische Atemstrom eine Richtungsänderung erfährt.

Dabei wird die mittlere Strombahn in axialer und in sagittaler Ebene um ca. 30 – 40° in ihrer

Richtung geändert und zur Muschelregion umgelenkt. Eine pathologische Stellung des

Vestibulums führt zu einer veränderten Strömungsverteilung im Cavum nasi.

Das Vestibulum hat einen zweiten strömungsdynamischen Effekt. Durch Verkleinerung der

Querschnittsfläche zwischen Ostium externum und funktionellem Ostium internum hat es

eine Düsenwirkung und bewirkt eine Laminarisierung der Strömung.

Der Querschnitt in das vordere Cavum, das Ostium internum, ist schmal und tropfenförmig.

Am Limen nasi verursacht der enge Spalt (Isthmus nasi) einen hohen Atemwiderstand und

macht 70 – 80% des Gesamtnasenwiderstandes aus [v. DISHOECK (76), MASING (59),

FISCHER (49)]. Der Isthmus bewirkt außerdem durch seine in Inspirationsrichtung konkav

gekrümmte Durchtrittsfläche ein Divergieren der Strombahnen und begünstigt somit die

Strömungsverteilung über den gesamten Bereich der Nasenmuscheln [MLYNSKI et al. (67)].

19

Das sich anschließende vordere Cavum erstreckt sich vom funktionellen Ostium internum bis

zum Ansatz der mittleren Muschel und hat infolge der Querschnittserweiterung die

strömungsphysikalische Funktion eines Diffusors. In einem Diffusor bilden sich turbulente

Strömungsanteile aus. Das Ausmaß der entstehenden Turbulenz ist abhängig von der

Querschnittserweiterung im Diffusor. Diese Querschnittserweiterung kann im vorderen

Cavum durch die schwellfähigen Strukturen (Tuberculum septi und Kopf der unteren

Muschel) reguliert werden. Diese Strukturen sind demzufolge für die Regelung des

Ausmaßes der Turbulenz und gleichzeitig für die Strömungsverlangsamung verantwortlich,

welche wesentliche Voraussetzungen für den Kontakt der strömenden Luft mit der

Schleimhaut und damit für die respiratorische Funktion der Nase sind.

Der dem Einströmbereich nachfolgende Funktionsraum umfasst die Muschelregion, vom

Kopf der mittleren Muschel bis zum Meatus nasopharyngeus. Hier zeigt die Nase in Relation

zu ihrer Querschnittsfläche einen sehr großen Umfang. Aufgrund dieser

Oberflächenvergrößerung kann die Nase den Aufgaben des Wärme- und

Feuchtigkeitsaustausches und der Reinigung der eingeatmeten Luft nachkommen. Dazu

muss die Atemluft im Bereich der Nasenmuscheln über das gesamte Cavum verteilt sein und

ein ausgewogenes Verhältnis zwischen laminaren und turbulenten Strömungsanteilen

vorliegen, so dass die strömenden Partikel einen ausreichenden Kontakt mit der Schleimhaut

bekommen. Unterstützt wird der Schleimhautkontakt durch den in diesem Bereich sehr

engen Bau der Nase, den man in der Strömungsmechanik als Spaltraum bezeichnet. Dieser

ist im cranialen Anteil enger als im caudalen Bereich. Diese Formgebung ist funktionell sehr

sinnvoll. Infolge der schräg von unten in den Funktionsraum einströmenden Luft würde

aufgrund des Bernoulli-Phänomens die Atemluft zu hoch ins Cavum nasi einströmen und die

unteren Anteile der Schleimhaut von der respiratorischen Funktion ausschließen. Da sich die

Luft jedoch den Weg des geringsten Strömungswiderstandes sucht, wird durch die

Querschnittsflächenzunahme des Cavums nach caudal die Verteilung der Atemluft über das

gesamte Cavum begünstigt. Die Nasenmuscheln sind in der Lage durch einen Wechsel von

Vasodilatation und Vasokonstriktion den Atemstrom zu regulieren.

Im letzten Nasenabschnitt, dem Ausströmbereich, drängen sich die Nasengänge unter der

Keilbeinhöhle vertikal zusammen und vereinigen sich hinter den Muscheln zur Choane, um

dann in den nach unten abbiegenden Atemweg des Epipharynx zu münden. Der Meatus

nasopharyngeus stellt mit seiner Querschnittsflächenverkleinerung eine Düse dar, wodurch

der Turbulenzgrad der Strömung verringert wird und die Luft jetzt mit möglichst geringem

Strömungswiderstand in die tiefen Atemwege eintreten kann. Die in inspiratorischer Richtung

konvexe Durchtrittsfläche der Choane führt zu einem Konvergieren der Stromlinien und

20

damit zu einer Einstellung auf die engeren Verhältnisse der unteren Atemwege. Der

Epipharynx lenkt den Luftstrom in Richtung untere Atemwege und wirkt damit aus Sicht der

Strömungsmechanik wie ein Krümmer.

In der Exspirationsphase werden die Nasenabschnitte in umgekehrter Richtung durchströmt.

Die Bedeutung dieser Periode liegt vor allem in der Rückgewinnung von Wärmeenergie und

Feuchtigkeit.

5. Physikalische Grundlagen

5.1. Strömungsphysikalische Begriffe

Strombahn: ist der gesamte Weg, den ein einzelnes Teilchen beim Durchströmen des

Strömungskanals zurücklegt

Stromlinien: sind Linien, welche in jedem Punkt durch Anlegen einer Tangente die Richtung

der Strömung der Teilchen anzeigen

Strömungsfeld: beschreibt die Strömung von Gasen und Flüssigkeiten in Form von

Strömungslinien

Stationäre Strömung: ist ein von der Zeit unabhängiger Vorgang, bei gleicher

Strömungsgeschwindigkeit herrscht immer das gleiche Strömungsbild vor. Die

Volumenströmung bleibt konstant.

Instationäre Strömung: ist eine zeitabhängige Strömung mit wechselndem Strömungsbild

bei gleicher Strömungsgeschwindigkeit und inkonstanter Volumenströmung

Wirbel: ist das Ausscheren von Flüssigkeitsteilchen aus einer Flüssigkeitsschicht durch

Rotationsbewegung um ihre eigene oder eine andere Raumachse

Strömungsformen oder Strömungscharakter:

Laminare Strömung: diese wird auch als Schichtenströmung bezeichnet. Bei der laminaren

Strömung bewegen sich die Teilchen auf einer zur Rohrachse parallelen Stromlinie ohne

sich miteinander zu vermischen. Bei der laminaren Strömung ist der Reibungsverlust

unabhängig von der Wandrauheit.

21

Turbulente Strömung: neben der Vorwärtsbewegung parallel zur Rohrachse treten noch

Querbewegungen auf, die zu einer ständigen Vermischung der Teilchen führen. Die lokale

Strömungsgeschwindigkeit schwankt spontan nach Amplitude und Richtung. Der

Reibungsverlust hängt von der Wandbeschaffenheit ab.

Das Strömungsprofil gibt Auskunft über die Geschwindigkeitsverteilung innerhalb der

Strömung in der Rohrleitung. So besitzen Teilchen bei laminarer Strömung, die unmittelbar

mit der Rohrwand in Kontakt stehen, aufgrund der hohen Reibung eine Geschwindigkeit von

Null. Teilchen, die sich axial-zentral bewegen, haben die größte Geschwindigkeit, da die

Reibung der Wand fehlt (Schichtenverschiebung). Der Mittelwert der Geschwindigkeit aller

Teilchen ist die mittlere örtliche Geschwindigkeit.

Das Strömungsprofil (die Geschwindigkeitsverteilung im Strömungskanal) ist bei laminarer

Strömung parabelförmig (Abb. 2). Bei turbulenter Strömung ist das Strömungsprofil

abgeflacht (Abb. 3).

Abbildung 3: schematisches Strömungsprofil bei turbulenter Strömung

Abbildung 2: schematisches Strömungsprofil bei laminarer Strömung

22

5.2. Strömungsphysikalische Gesetzmäßigkeiten

Hagen-Poiseuille´sches Gesetz

Wenn ein Medium in einem Rohr fließen soll, muss es zur Überwindung der Reibung durch

eine Kraft vorwärts getrieben werden. Dies geschieht durch eine Druckdifferenz in der

Strömungsrichtung (Druckabfall entlang der durchströmten Strecke): Δ p = p1 - p 2.

Bei laminarer Strömung in einem Rohr gilt für die Beziehung zwischen der Druckdifferenz

und der Volumengeschwindigkeit das Hagen – Poiseuille´sche Gesetz.

Formel 1

Die Volumengeschwindigkeit (auch als Volumenstrom, Stromstärke, Flow bezeichnet) wird

durch die Formel (2) definiert:

Formel 2

∆p

d

l

Abbildung 4: Schematische Darstellung zum Hagen-Poiseuille- Gesetz

23

Bei laminarer Strömung ist der Druckabfall Δp nach dem Hagen-Poiseuilleschen Gesetz

direkt proportional zu dem Volumenstrom .

Formel 3

Kontinuitätsgleichung

Die mittlere Strömungsgeschwindigkeit w ergibt sich aus:

Formel 4

Wie aus Formel (4) und Abb. 4 ersichtlich wird, ist die mittlere Strömungsgeschwindigkeit

einer inkompressiblen Strömung (Wasser) umgekehrt proportional zum Querschnitt des

Rohres. Bei zunehmendem Rohrquerschnitt nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab und

umgekehrt. Fließt eine inkompressible Strömung durch ein Rohr mit wechselndem

Querschnitt, ändert sich automatisch in den entsprechenden Abschnitten auch die mittlere

Strömungsgeschwindigkeit. Auch Luftströmung kann bei niedrigen Geschwindigkeiten, wie

sie bei der Atmung vorliegen, als inkompressibel angesehen werden.

Für den Zusammenhang zwischen Querschnittsfläche und mittlerer

Strömungsgeschwindigkeit gilt:

Formel 5

A1 A2 w2 w1

Abbildung 5: Zusammenhang zwischen Querschnittsflächen und Strömungsgeschwindigkeit nach der Kontinuitätsgleichung

24

Bernoulli´sche Gleichung

In der Bernoulli´schen Gleichung findet das Energieerhaltungsgesetz seinen Ausdruck. Nach

dem Bernoulli´schen Gesetz ist eine Geschwindigkeitsänderung immer mit einer

Druckänderung verbunden. Es besagt, dass die Summe aus statischem und dynamischem

Druck konstant bleibt.

/ 2

Formel 6

Da die Modelle bei unseren Experimenten in waagerechter Lage durchströmt wurden, ist die

Höhe gleich Null und die Gleichung vereinfacht sich zu:

Formel 7

Das bedeutet, dass eine hohe Geschwindigkeit einen kleinen statischen Druck bedingt und

umgekehrt.

Reynolds`sche Zahl (Re)

In einem Rohr hängt der Übergang von einer laminaren in eine turbulente Strömung vom

Rohrradius, der Geschwindigkeit sowie der Dichte und Zähigkeit des strömenden Mediums

ab. Die Reynolds`sche Zahl (Formel 8) definiert diese Beziehung. Sie gibt das Verhältnis der

Beschleunigungsarbeit zur Reibungsarbeit an.

p

Abbildung 6: Abhängigkeit zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Druck nach der Bernoulli´schen Gleichung

A1 A2

w2

w1

p

25

Formel 8

Da das Verhältnis = als kinematische Viskosität bezeichnet wird, kann man die Formel

(8) vereinfachen. Die Reynolds-Zahl wird wie folgt definiert:

Formel 9

Bei welcher Größe der Reynolds- Zahl eine Turbulenz einsetzt, hängt von der Beschaffenheit

der Wände des Rohres ab. Unter Re = 2320 sind alle Strömungen laminar. Wenn die Wände

des Rohres sehr glatt sind, kann die kritische Reynolds-Zahl über 40000 steigen. Die

kritische Reynoldssche Zahl gilt nur für Röhren mit rundem Querschnitt und bei stationärer

Strömung.

Das Turbulenzgesetz

Das Verhältnis zwischen Druckdifferenz und Volumenströmung wird bei turbulenter

Strömung durch das Turbulenzgesetz definiert:

Formel 10

Bei turbulenter Strömung ist demnach der Druckabfall proportional dem Quadrat der

Volumenströmung.

Formel 11

26

Der hydraulische Durchmesser

Um Strömungskanäle mit nicht kreisrunden Querschnitten physikalisch betrachten zu

können, benutzt man den hydraulischen Durchmesser (dh). Er vergleicht jeden

Strömungskanal mit einem Rohr mit kreisrundem Querschnitt. Er ist definiert durch das

Verhältnis von Querschnittsfläche (A) und Umfang (U).

Formel 12

Je ovaler oder spaltförmiger eine Fläche ist, desto größer ist bei gleichbleibendem

Querschnitt der Umfang und desto kleiner ist der hydraulische Durchmesser dh.

Ähnlichkeitsgesetze

Um zu vergleichen, wie sich die Strömung im Modell und in der Nase verhält, müssen zwei

Voraussetzungen erfüllt sein:

Es müssen bei Längen, Flächen und Oberflächenbeschaffenheit geometrische Ähnlichkeiten

vorhanden sein.

Es muss eine physikalische Ähnlichkeit hinsichtlich der Strömungseigenschaften

(Beschleunigung, Stoffeigenschaften, Geschwindigkeit) vorliegen.

Da in unseren Versuchen für die Strömung Wasser statt Luft verwendet wurde, brauchen wir

eine Verknüpfung der physikalischen Größen. Dies geschieht mit der schon erwähnten

Reynolds – Zahl.

In unserem Fall entspricht Re1 der Originalnase und Re2 dem Modell.

Formel 13

Nach Einsetzen der Gleichung (9) ergibt sich:

27

Formel 14

Da die Modelle mit der Originalnase identisch sind, und damit auch die geometrischen

Formen, gilt:

Formel 15

Durch Einsetzen der Strömungsgeschwindigkeit (w) nach (4) ergibt sich:

Formel 16

Da auch die Querschnittsflächen des Modells und der Originalnase annähernd identisch

sind, ergibt sich:

Formel 17

Da die kinematische Viskosität stoff- und temperaturspezifisch ist und nur entsprechend zur

Proportion der Volumenströmung zu korrigieren ist, wird die physikalische Ähnlichkeit

erlangt. Als rechnerische Grundlage dient uns die kinematische Viskosität. Dadurch ist es

möglich, die Volumenströmung von Wasser in die von Luft umzurechnen und so die

physikalische Ähnlichkeit zu erlangen.

Die in der Arbeit angegebenen Volumenströme beziehen sich immer auf Luft.

28

6. Material und Methoden

6.1. Anfertigen der Modelle

Für die Untersuchungen wurden durchsichtige Nasenabgussmodelle aus Kunstharz

verwendet. Dazu wurden bei Patienten, die sich in der HNO-Universitätsklinik einer

Nasenoperation unterzogen, das Vestibulum und Cavum nasi mit Silikonmasse (Otoform-A/

soft, additionsvernetzendes Ohrabformsilikon der Firma Dreve-Otoplastik GmbH) abgeformt.

Diese Prozedur wurde nach vorheriger Einwilligung der Patienten in Allgemeinnarkose

durchgeführt (Zustimmung der Ethikkommission der Universität Greifswald liegt vor). Zuvor

wurde das Naseninnere mit Xylometazolin 0,1% (Otriven®, Novartis, Basel, Schweiz)

maximal abgeschwollen. Das in die Nasenhaupthöhle eingebrachte Silikon war nach ca. 10

Minuten elastisch ausgehärtet und konnte aus der Nase entfernt werden.

Mittels dieser Silikonmodelle wurden in Abgusstechnik weitestgehend mit der individuellen

Anatomie des Patienten identische durchsichtige Kunstharzmodelle hergestellt. Es

entstanden Halbseitenmodelle, so dass jedes Modell eine Nasenhaupthöhle abbildet. Die

Halbseitenmodelle wiederum bestanden aus zwei Hälften, einem Abguss der lateralen und

einem der medialen Nasenwand. Die Innenflächen der Modelle wurden zur Gestaltung einer

glatten Oberfläche als Imitation von Schleimhaut mit einer dünnen Schicht Klarsil, einem

Additionssilikon, überzogen. Der Epipharynx wurde durch Ausfräsen der entsprechenden

Stelle simuliert. Anschließend wurde im dorsalen Bereich der Modelle ein Adapterstück

angebracht, welches den Anschluss der Modelle bei der späteren rhinoresistometrischen

Untersuchung möglich machte und als Befestigungsmöglichkeit im Rahmen der

Strömungsversuche diente.

Abbildung 7: Nasenmodelle aus Kunstharz

29

Zur besseren Visualisierung des Cavum nasi bei den Strömungsexperimenten wurden die

Randflächen mit Farbe geschwärzt. Abschließend wurden die beiden Anteile eines

jeweiligen Halbseitenmodells mit 2-Komponenten-Kleber punktuell verschlossen und die

„Nahtstellen“ mit Silikon abgedichtet.

Es wurden insgesamt 12 Modelle einer Nasenseite hergestellt. Davon waren 6 Modelle von

der konvexen und 6 Modelle von der konkaven Seite der Septumdeviation. Diese Modelle

wurden vor und nach Begradigung des Septums gemessen und im Strömungsexperiment

visualisiert. Die Begradigung des Septums erfolgte in einigen Fällen schrittweise.

Die Modelle dienten auch für die Untersuchungen der Muschelhyperplasie und dem Effekt

der Größenreduktion der Nasenmuscheln sowie der Isthmusstenose und

Isthmuserweiterung. Zur Simulation von Muschelhyperplasien und Isthmusstenosen

verschiedenen Ausmaßes wurden die Modelle durch schrittweises Auf- bzw. Abtragen von

Knetsilikon konfiguriert. An 24 Modellkonfigurationen wurde eine Größenreduktion der

Nasenmuscheln vorgenommen. An 12 Modellkonfigurationen wurde eine Änderung des

Isthmusquerschnittes simuliert.

Die Kunstharzmodelle wurden rhinoresistometrisch, akustisch-rhinometrisch und

strömungsexperimentell untersucht.

6.2. Rhinoresistometrische Messung der Modelle

6.2.1.Prinzip der Rhinoresistometrie

Bei der Rhinoresistometrie handelt es sich um eine Untersuchungsmethode, die als

Weiterentwicklung der aktiven anterioren Rhinomanometrie durch MLYNSKI und LÖW (21)

entwickelt wurde. Zusätzlich zu den klassischen Parametern Druck und Volumen werden der

Strömungscharakter grafisch dargestellt sowie der hydraulische Durchmesser als Maß für

die Weite der Nase und der Reibungskoeffizient als Maß für die Wandbeschaffenheit des

Cavum nasi bezüglich der Turbulenzauslösung berechnet.

30

6.2.1.1. Atemwiderstand

Der Atemwiderstand ist eine wichtige Größe zur Objektivierung der nasalen Obstruktion und

berechnet sich nach der Formel

Formel 18

Bei der Rhinoresistometrie wird der nasale Atemwiderstand (R= p/ ) in Abhängigkeit von

der Atemgeschwindigkeit grafisch dargestellt. Im Gegensatz zur Rhinomanometrie ist so die

Zunahme des Widerstandes mit steigender Atemgeschwindigkeit mit einem Blick erfassbar

und damit die Atemsituation in der Nase, den Widerstand betreffend, einschätzbar.

[MLYNSKI et al .(21), CLEMENT (77)]

6.2.1.2 Hydraulischer Durchmesser (dh)

Der hydraulische Durchmesser ist ein in der Strömungsmechanik angewandtes Weitemaß

für Strömungskanäle mit unregelmäßig geformter Querschnittsfläche. Er stellt das Verhältnis

von Querschnittsfläche zum Umfang dar und wird nach Formel 12 berechnet.

Zur Erfüllung ihrer respiratorischen Funktion ist die Nasenhaupthöhle so gebaut, dass sie im

Verhältnis zu ihrer Querschnittsfläche einen großen Umfang aufweist. Deshalb ist der

hydraulische Durchmesser ein geeignetes Weitemaß für die Nase. Er ist als Kennzahl zu

verstehen und ermöglicht die Beurteilung, inwieweit eine unzureichende Weite der Nase für

einen erhöhten Strömungswiderstand ursächlich ist. [MLYNSKI (21)] Eine Nasenseite sollte

im abgeschwollenen Zustand eine Weite von mindestens 5-6 mm haben.

6.2.1.2. Reibungskoeffizient (λ)

Bei der Rhinoresistometrie wird die turbulenzauslösende Wandbeschaffenheit des

Naseninneren durch den Reibungskoeffizienten beschrieben. Die dimensionslose Zahl

errechnet sich aus dem Verhältnis von Wandunebenheit zu Lumenweite oder nach der

Formel (19):

Formel 19

31

aus der Druckdifferenz, der Volumengeschwindigkeit und dem statischen Druck. Ein großes

spricht für eine ungünstige Wandbeschaffenheit und damit rasche Turbulenzauslösung.

[MLYNSKI et al. (21)]

6.2.1.3 Strömungscharakter

Die Rhinoresistometrie ermöglicht eine Aussage über den Strömungscharakter in der Nase.

Dieser wird als Übergang von laminarer in turbulente Strömung in Abhängigkeit von der

Atemvolumengeschwindigkeit für die In- und Exspiration grafisch dargestellt. Bei geringen

Atemvolumengeschwindigkeiten bis ca. 20 ml/s liegt in der Nase vorwiegend laminare

Strömung vor, mit steigender Atemgeschwindigkeit wird der Strömungscharakter zunehmend

turbulent. Erst bei sehr hohen Atemgeschwindigkeiten ist mit reiner Turbulenz [MLYNSKI,

LÖW (78), (79)] zu rechnen.

6.2.2. Durchführung der rhinoresistometrischen Untersuchungen

Alle Nasenmodelle wurden rhinoresistometrisch untersucht. Dabei erfolgte die

Durchströmung der Modelle mit eigener Atemluft. Es wurde das Rhinoresistometer

RhinoStream der Fa. RhinoMetrics A/S, Assens, Dänemark verwendet.

In der Software des Gerätes (RhinoStream) sind 4 Messmöglichkeiten vorgesehen (rechte

und linke Nasenseite im momentanen und abgeschwollenen Zustand). Diese wurden

genutzt, um vier aufeinanderfolgende Messungen durchzuführen und davon den Mittelwert

zu bilden.

32

Abbildung 8: Rhinoresistometrische Messkurven

Rhinoresistometrie

vor Abschwellen

nach Abschwellen

33

6.3. Akustisch – rhinometrische Messung der Modelle

6.3.1. Prinzip der Akustischen Rhinometrie

Die Akustische Rhinometrie beruht auf der Reflexion von Schallwellen und wurde

ursprünglich für die Diagnostik der unteren Atemwege eingesetzt [JACKSON (80)].

HILBERG et al. (20) haben das Messprinzip auf die Nase übertragen. Mit der akustischen

Rhinometrie ist eine Vielzahl an Aussagen bezüglich der inneren Geometrie der Nase

möglich. Ein definierter Schallimpuls wird aus einem Messrohr in eine Nasenhälfte

abgegeben und der reflektierte Schall mit einem Mikrophon aufgenommen. Aus der

Änderung der Schallamplituden können Querschnittsflächen der Nasenhaupthöhle berechnet

und grafisch dargestellt werden.

Die Mess-Apparatur für die akustische Rhinometrie besteht aus einem Rohr, das durch einen

Adapter schalldicht an das Nasenloch angekoppelt wird. Am körperfernen Ende des Rohres

wird durch eine Funkenstrecke ein kurzes hörbares Geräusch erzeugt. Vor Eintritt in die

Nase wird das erzeugte Geräusch von einem kleinen Mikrophon am Rohr aufgenommen.

Das gleiche Mikrophon zeichnet dann auch den aus der Nase reflektierten Schall auf. Die

analog registrierten Signale des Mikrophons werden in einem Wandler digitalisiert und

gefiltert und stehen dann dem Rechner zur weiteren Bearbeitung zur Verfügung. Auf dem

Bildschirm wird eine Kurve dargestellt, die auf der x-Achse die Schalleindringtiefe in die Nase

und auf der y-Achse die dazugehörige Querschnittsfläche abbildet. Der Kurve werden

anatomischen Landmarken zugeordnet. Das erste Minimum an Querschnittsfläche konnte

nach Versuchen von HILBERG et al. (20) und LENDERS und Mitarbeitern (81) dem Isthmus

nasi zugeordnet werden. Sie wird deshalb als I-Zacke bezeichnet. Das zweite Minimum

entsteht durch die untere Muschel und den Septumschwellkörper und wird als C-Senke

bezeichnet. Die Kurve der Querschnittsfläche wird jedoch wesentlich weiter errechnet und

aufgezeichnet. Es zeigte sich aber, dass erhebliche Fehler im hinteren Bereich der

Messkurven auftreten, wofür vor allem ein Energieverlust über die Nasennebenhöhlen

angenommen wird. [HILBERG, PEDERSEN (82), KASE et al. (83), MLYNSKI et al. (84)]

34

Abbildung 9: Akustisch-rhinometrische Messkurven

6.3.2. Durchführung der akustisch rhinometrischen Messungen

Bei unseren Untersuchungen verwendeten wir das akustische Rhinometer RhinoScan der

Fa. RhinoMetrics A/S, Assens, Dänemark. Um eine schalldichte Ankopplung bei der

Untersuchung unserer Nasenmodelle zu erreichen, wurde im Bereich des äußeren

Nasenloches ein schmaler Rand aus Knetsilikon als Dichtmaterial verwendet. Jedes Modell

wurde so oft gemessen, bis die Kurven reproduzierbar waren.

C-Senke

I-Zacke

35

6.4. Strömungsexperimentelle Untersuchung der Modelle

Bei den Strömungsuntersuchungen sind wir nach dem experimentellen Prinzip nach

MLYNSKI (61) vorgegangen.

Abbildung 10: Strömungslabor

Wasser eignet sich als Medium für Strömungsexperimente, wenn die in Kapitel 5

aufgeführten Gesetzmäßigkeiten berücksichtigt werden. Entsprechend dem Reynoldsschen

Gesetz ist bei konstanter Geometrie Wasser- in Luftgeschwindigkeit über die dynamische

Viskosität des strömenden Mediums errechenbar.

Da die Volumenströmung von Wasser etwa 14 mal langsamer ist, als die von Luft, ist bei der

Durchströmung der Modelle mit Wasser eine bessere Strömungsbeobachtung möglich.

.

36

Abbildung 11: Versuchsanordnung

Um die Modelle zu durchströmen, wurden diese in einen großen Wasserbehälter von 2 m3

eingetaucht. Die Strömung durch die Modelle wurde mit einer Saugpumpe erzeugt, die mit

dem Nasopharynx der Modelle verbunden war.

Über eine elektronische Steuerung der Pumpe kann der Volumenstrom kontinuierlich

geregelt werden. Ein zwischen Modell und Saugpumpe geschaltetes Ausgleichsgefäß

ermöglicht nach dem Windkesselprinzip auch bei geringen Fließgeschwindigkeiten einen

gleichmäßigen Flow. Die Strömungsgeschwindigkeit wurde mit Hilfe eines

Durchflussmessers ermittelt. Dieses Gerät ist so geeicht, dass es die

Volumenströmungsgeschwindigkeit von Wasser automatisch in die der Luft umrechnet. So

ist es möglich, die zum Strömungsbild gehörige Strömungsgeschwindigkeit abzulesen.

Die Strombahnen wurden durch Zugabe verschieden gefärbter Tintenlösungen sichtbar

gemacht. Die Tinte wurde durch 3 dünne Röhrchen, die vor der Einstromöffnung des

Nasenmodells positioniert wurden, dem strömenden Medium beigemengt. Die

Wasserbecken

Silikonschläuche

Nasenmodell

Tinten-

pumpe

elektron.

Abgleich

Wasser-

pumpe

Volumen-

strom-

messung

Puffer-

kessel

farbige

Tinten

37

Fließgeschwindigkeit der Farblösungen wurde mit der des strömenden Wassers durch einen

elektronisch gesteuerten Geschwindigkeitsabgleich abgestimmt. Die Modelle wurden mit

steigenden Volumenströmen in Inspirationsrichtung durchströmt.

Bei laminarer Strömung sind die Stromfäden scharf voneinander abgegrenzt, bei turbulenter

Strömung vermischt sich die Farbe mit dem Wasser und es entsteht eine diffuse Färbung.

Die Strömungsuntersuchungen wurden mit einer Videokamera aufgezeichnet. Auf diese

Weise konnten Strömungsverlauf und Turbulenzverhalten beobachtet und dokumentiert

werden.

7. Ergebnisse

Die Mittelwerte der Ergebnisse der rhinoresistometrischen und akustisch rhinometrischen

Untersuchungen werden in den Kapiteln 7.1. und 7.2. grafisch dargestellt. Die numerischen

Ergebnisse sind im Anhang in den Tabellen 3-10 aufgeführt. Eine statistische Aufarbeitung

der Ergebnisse ist aufgrund der geringen Datenmenge nicht sinnvoll.

Die Ergebnisse der strömungsexperimentellen Untersuchungen lassen sich nicht numerisch,

sondern nur visuell erfassen. Im Kapitel 7.3. werden diese Ergebnisse anhand von

Strömungsbildern dargestellt.

7.1. Befunde der Rhinoresistometrie

7.1.1. Befunde bei simulierter Septumkorrektur auf der konkaven Seite der Deviation

Die rhinoresistometrisch gemessenen Mittelwerte für R, dh und λ vor und nach

Septumkorrektur auf der konkaven Gegenseite der Deviation sind in Abbildung 12 grafisch

dargestellt.

38

Der Mittelwert für den Widerstand lag vor der Septumkorrektur bei 0,22 sPa/ml und erhöhte

sich danach auf 0,4 sPa/ml.

Der hydraulische Durchmesser verringerte sich durch die Korrektur von 5,8 auf 5,1 mm,

verringerte sich von 0,035 auf 0,028.

2,2 5,8 3,50

1

2

3

4

5

6

7

vor Korrektur

R

dh

λ

4 5,1 2,80

1

2

3

4

5

6

7

nach Korrektur

R

dh

λ

Abbildung 12: Rhinoresistometrische Mittelwerte vor und nach Septumkorrektur auf der konkaven Gegenseite der Deviation, R [10-1sPa/ml], dh[mm], λ[10-2]

39

7.1.2. Befunde bei simulierter Septumkorrektur auf der konvexen Seite der Deviation

Die rhinoresistometrisch gemessenen Mittelwerte für R, dh und λ bei Septumkorrektur auf der

konvexen Seite der Deviation sind in Abbildung 13 grafisch dargestellt.

Der Strömungswiderstand der Nasenmodelle betrug in der Ausgangssituation auf der

konvexen Seite der Deviation im Mittelwert 0,45 sPa/ml. Nach der Korrektur der Deviation

sank der Mittelwert des Widerstandes auf 0,20 sPa/ml.

Der hydraulische Durchmesser lag vor der Korrektur im Mittel bei 4,7 mm und erhöhte sich

danach durchschnittlich auf 5,7 mm.

hatte vor Korrektur einen Mittelwert von 0,026 und erhöhte sich danach auf 0,032.

4,5 4,7 2,60

1

2

3

4

5

6

7

vor Korrektur

R

dh

λ

2 5,7 3,20

1

2

3

4

5

6

7

nach Korrektur

R

dh

λ

Abbildung 13: Rhinoresistometrische Mittelwerte vor und nach Septumkorrektur auf der konvexen Seite der Deviation, R [10-1sPa/ml], dh[mm], λ[10-2]

40

7.1.3. Befunde bei Größenreduktion der Nasenmuscheln

Die rhinoresistometrisch gemessenen Mittelwerte für R, dh und λ vor und nach

Größenreduktion der Nasenmuscheln sind in Abbildung 14 grafisch dargestellt.

Abbildung 14: Rhinoresistometrische Befunde bei simulierter Nasenmuschelplastik, R [10-1 sPa/ml],

dh[mm], λ[10-2]

Vor der Größenreduktion findet sich ein Mittelwert für den Strömungswiderstand von 0,36

sPa/ml, dieser verringert sich danach auf 0,12 sPa/ml.

Für den hydraulischen Durchmesser errechnet sich vor Verkleinerung ein Wert von 5,2 mm,

danach steigt er auf 6,7 mm.

λ zeigt einen Anstieg von 0,030 auf 0,050.

3,6 5,2 30

1

2

3

4

5

6

7

vor Korrektur

R

dh

λ

1,2 6,7 50

1

2

3

4

5

6

7

nach Korrektur

R

dh

λ

41

7.1.4. Befunde bei Simulation einer Erweiterung des Isthmus nasi

Die rhinoresistometrisch gemessenen Mittelwerte für R, dh und λ vor und nach Erweiterung

des Isthmus sind in Abbildung 15 grafisch dargestellt.

Der Strömungswiderstand verringert sich durch Erweiterung des Isthmus von einem

durchschnittlichen Wert von 0,20 sPa/ml auf 0,14 sPa/ml.

Der hydraulische Durchmesser steigt von 5,8 mm auf 6,3 mm an.

λ verringert sich von 0,044 auf 0,040.

2 5,8 4,40

1

2

3

4

5

6

7

vor Korrektur

R

dh

λ

1,4 6,3 40

1

2

3

4

5

6

7

nach Korrektur

R

dh

λ

Abbildung 15: Rhinoresistometrische Befunde bei Isthmuserweiterung, R [10-1sPa/ml], dh[mm], λ[10

-2]

42

7.2. Befunde der akustischen Rhinometrie

7.2.1. Befunde bei simulierter Septumkorrektur auf der konkaven Seite der Deviation

Die akustisch- rhinometrisch gemessenen Mittelwerte für die I-Zacke und C-Senke vor und

nach Septumkorrektur auf der konkaven Gegenseite der Deviation sind in Abbildung 16

grafisch dargestellt. Die Querschnittsflächen der I-Zacke und C-Senke werden nach

Septumbegradigung kleiner (von 1,2 cm2 auf 1,0 cm2), bei der C-Senke wurde eine

Reduzierung der Weite gemessen wurde (von 2,2 cm2 auf 1,5 cm2).

1,2 2,20

0,5

1

1,5

2

2,5

3

vor Korrektur

I-Zacke

C-Senke

1 1,50

0,5

1

1,5

2

2,5

3

nach Korrektur

I-Zacke

C-Senke

Abbildung 16: Querschnittsflächen für I-Zacke und C-Senke in cm2 auf der konkaven Gegenseite der Deviation

43

7.2.2. Befunde bei simulierter Septumkorrektur auf der konvexen Seite der Deviation

Die akustisch-rhinometrisch gemessenen Mittelwerte für die I-Zacke und C-Senke vor und

nach Septumkorrektur auf der Seite der Deviation sind in Abbildung 17 grafisch dargestellt.

Die Querschnittsfläche der I-Zacke vergrößert sich durch Septumbegradigung von 0,9 cm2

auf 1,2 cm2, die Querschnittsfläche der C-Senke nimmt von 1,4 cm2 auf 1,9 cm2 zu.

0,9 1,40

0,5

1

1,5

2

2,5

vor Korrektur

I-Zacke

C-Senke

1,2 1,90

0,5

1

1,5

2

2,5

nach Korrektur

I-Zacke

C-Senke

Abbildung 17: Querschnittsflächen für die I-Zacke und C-Senke in cm2 auf der Seite der Deviation vor und nach Septumkorrektur

44

7.2.3. Befunde bei Größenreduktion der Muscheln

Die akustisch- rhinometrisch gemessenen Mittelwerte für die I-Zacke und C-Senke vor und

nach Größenreduktion der Muscheln sind in Abbildung 18 grafisch dargestellt. Die

Querschnittsflächen der I-Zacken bleiben unverändert (vor Muschelverkleinerung 1,1 cm2,

danach 1,2 cm2), die Querschnittsflächen der C-Senken werden nach

Muschelverkleinerung größer (von 1,6 cm2 auf 2,2 cm2).

1,1 1,60

0,5

1

1,5

2

2,5

3

vor Korrektur

I-Zacke

C-Senke

1,2 2,20

0,5

1

1,5

2

2,5

3

nach Korrektur

I-Zacke

C-Senke

Abbildung 18: Querschnittsflächen für die I-Zacke und C-Senke in cm2 vor und nach Größenreduktion der Muscheln

45

7.2.4. Befunde bei Simulation einer Erweiterung der Isthmusstenose

Die akustisch-rhinometrisch gemessenen Mittelwerte für die I-Zacke und C-Senke vor und

nach Erweiterung des Isthmus nasi sind in Abbildung 19 grafisch dargestellt. Die

Querschnittsflächen der I-Zacken werden infolge der Erweiterung größer (von 0,8 cm2 auf

1,1 cm2), die C-Senken bleiben nach Erweiterung des Isthmus fast unverändert (von 1,7 cm2

auf 1,8 cm2).

0,8 1,70

0,5

1

1,5

2

2,5

vor Korrektur

I-Zacke

C-Senke

1,1 1,80

0,5

1

1,5

2

2,5

nach Korrektur

I-Zacke

C-Senke

Abbildung 19: Querschnittsflächen für die I-Zacke und C-Senke in cm2 vor und nach der Erweiterung des Isthmus nasi

46

7.3. Strömungsexperimentelle Ergebnisse

Bei den strömungsexperimentellen Untersuchungen wurde bei allen Modellen

mit konkaver Seite der Deviation, vor Septumbegradigung,

mit konkaver Seite der Deviation, nach Septumbegradigung,

mit konvexer Seite der Deviation, vor Septumbegradigung,

mit konvexer Seite der Deviation, nach Septumbegradigung,

vor Größenreduktion der Muscheln,

nach Größenreduktion der Muscheln,

vor Isthmuserweiterung,

nach Isthmuserweiterung

ein prinzipiell ähnliches Strömungsverhalten gefunden. Deshalb werden die Ergebnisse im

Folgenden an Hand von Einzelbildaufnahmen dargestellt, welche als typische Beispiele für

eine Versuchsreihe aus den erarbeiteten Videodokumentationen ausgewählt wurden. Zum

besseren Verständnis werden die Strömungsbilder in einen Zusammenhang gestellt, welcher

bei der funktionellen Rhinochirurgie möglich ist, d.h. bei der Septumkorrektur und der

Isthmuserweiterung werden auch die strömungsdynamischen Effekte bei zusätzlicher

Verkleinerung der Muscheln demonstriert. Zum besseren Verständnis des Zusammenhangs

der rhinoresistometrischen und akustisch-rhinometrischen Werte mit der Strömungsdynamik

in der Nase werden den Strömungsbildern die Werte für den Strömungswiderstand, den

hydraulischen Durchmesser und den Reibungskoeffizienten λ sowie für die I-Zacke und die

C-Senke beigefügt.

7.3.1. Strömungsverhalten auf der konvexen Seite einer Septumdeviation

Auf der konvexen Seite einer Deviation wurden unterschiedliche Strömungsbilder

beobachtet. Sie folgen jedoch einem Prinzip: die Strömung verläuft in der eingeengten

Nasenseite durch die verbliebenen freien Räume, welche entsprechend der individuellen

Form der Septumdeviation und der lateralen Cavumwand sehr unterschiedlich sein können.

In Abb. 20 a–d sind vier verschiedene Varianten des Strömungsverhaltens auf der konvexen

Seite der Septumdeviation dargestellt. Bei dem Modell in Abb. 20 a ist die Deviation

besonders im unteren Teil des Cavums stark ausgeprägt, so dass die Strömung fast

ausschließlich im oberen Teil der Muschelregion verläuft. Abb. 20 b zeigt die Strömung bei

47

einer Deviation über die gesamte Höhe des Cavums. Die Strömung zwängt sich durch die

verbleibenden Räume im oberen, mittleren und unteren Ductus nasi communis. In Abb. 20 c

besteht ein Kontakt zwischen dem Kopf der mittleren Muschel sowie Anteilen der unteren

Muschel mit dem Septum. Die Strömung drängt sich um diese Kontaktflächen herum. Abb.

20 d zeigt einen bogenförmigen Strömungsverlauf der mittleren Strombahn. Die Strömung

nutzt den etwas weiter werdenden Raum hinter dem Kopf der unteren Muschel, spart dann

aber eine Kontaktstelle der unteren Muschel mit dem Septum hinten aus.

Außerdem fällt auf, dass bei den Modellen in Abb. 20 b und c die Strömung auch bei hoher

Strömungsgeschwindigkeit (500 ml/s) noch deutlich laminare Anteile hat, während bei den

Modellen in Abb. 20 a und d das Strömungsbild bei 500 ml/s mehr turbulente Anteile zeigt.

a

b

48

c

d

Die Abbildungen 21-23 zeigen die Strömung in einer Nasenseite mit konvexer Deviation

(Abb. 21), nach Begradigung des Septums (Abb. 22) und nach zusätzlicher Verkleinerung

der mittleren und unteren Muschel (Abb. 23).

Der bogenförmige Strömungsverlauf über die untere Muschel hat sich nach

Septumbegradigung normalisiert (vergleiche Abb. 21 und 22). Nach zusätzlicher

Muschelverkleinerung (Abb. 23) bleibt der Strömungsverlauf wie bei Abb. 22, die Strömung

ist jedoch bereits bei V = 100 ml/s fast vollständig turbulent.

Abbildung 20 a-d: Verschiedene Strömungsmuster auf der konvexen Seite der

Deviation bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 100ml/s (linke Abbildungen) und

500ml/s (rechte Abbildungen). Die Pfeile in Abb. 20d markieren die

Strömungsrichtung.

49

Abbildung 21: Strömungsbild in einer Nase mit konvexer Septumdeviation

RRM-Werte: R = 0,92 sPa/ml, dh= 4,0 mm, λ = 0,027

ARM-Werte: I-Zacke = 0,6 cm2, C-Senke = 1,6 cm2

Abbildung 22: Strömungsbild der gleichen Nasenseite nach Abtragen der Deviation



Abbildung 23: Strömungsbild der gleichen Nasenseite nach Abtragen der Deviation und zusätzlicher

Muschelverkleinerung


50

ARM-Werte: I-Zacke = 1,4 cm², C-Senke = 2,5 cm²

7.3.2. Strömungsverhalten auf der konkaven Seite einer Septumdeviation

Die Strömungsbilder auf der konkaven Seite der Deviation dokumentieren im Vergleich zur

konvexen Seite einen Strömungsverlauf, welcher über die gesamte Muschelregion verteilt

ist. Bei V = 100 ml/s sind noch laminare Strömungsanteile zu erkennen (Abb. 24 a), bei V =

300 ml/s nehmen die turbulenten Strömungsanteile zu (Abb. 24b).

a b

Abbildung 24: Strömungsbild einer Nasenseite mit konkaver Septumdeviation a) bei V = 100ml/s, b)

bei V = 300ml/s



Nach Begradigung des Septums haben die Muscheln Kontakt zum Septum. Die Strömung

muss sich über und unter diesem Bereich durch einen sehr engen Raum zwängen (Abb. 25).

Bei V = 100 ml/s sind überwiegend laminare Strömungsanteile zu erkennen.

51

Abbildung 25: Strömungsbild im Modell der gleichen Nasenseite wie in Abb. 24, zusätzlich

Begradigung der Deviation


ARM-Werte: I-Zacke 1,1 cm2, C-Senke = 1,1 cm2

Abb. 26a zeigt das Strömungsbild nach Septumbegradigung und Größenreduktion der

unteren Muschel. Der untere Teil des Ductus nasi communis ist demzufolge durchströmt. Bei

V = 100 ml/s sind noch deutlich laminare Strömungsanteile zu erkennen. Nach zusätzlicher

Größenreduktion der mittleren Muschel (Abb. 26b) ist die Strömung über die gesamte

Muschelregion verteilt. Laminare Strömungsanteile sind auch hier zu erkennen.

a b

Abbildung 26: Strömungsbild im Modell der gleichen Nasenseite nach Begradigung der Deviation wie

in Abb. 25, zusätzlich Verkleinerung der unteren (26a) und mittleren Muschel (26b)

RRM-Werte (a): R = 0,24 sPa/ml, dh= 5,2 mm, λ = 0,025

ARM-Werte (a): I-Zacke = 1,2 cm2,, C-Senke = 1,4 cm2

52

RRM-Werte (b): R = 0,14 sPa/ml, dh= 5,9 mm, λ = 0,027

ARM-Werte (b): I-Zacke = 1,2 cm2,, C-Senke = 1,7 cm2

Die Abb. 27 zeigt das Strömungsbild bei einer sehr ausgedehnten Erweiterung des Cavum

nasi durch starke Größenreduktion der mittleren und unteren Muschel. Die

Strömungsverteilung in der Muschelregion bleibt erhalten, jedoch findet sich jetzt schon bei

V = 100 ml/s eine überwiegend turbulente Strömung.

Abbildung 27: Strömungsbild der gleichen Nase wie in Abb. 25 nach Begradigung der Deviation,

zusätzlich erhebliche Verkleinerung der unteren und mittleren Muscheln


ARM-Werte: I-Zacke = 1,3 cm2,, C-Senke = 1,9 cm2

7.3.3. Strömungsverhalten in einer Nasenseite mit Isthmusstenose

Abb. 28 zeigt die Strömung in einer Nase mit Einengung im Isthmus und nach Beseitigung

dieser Einengung. Bei der Isthmusstenose verläuft die Strömung nur im unteren und

mittleren Anteil des Ductus nasi communis. Im oberen Teil entsteht ein Totraum mit einem

sich langsam rückläufig drehenden Wirbel (Abb. 28a). Bei V = 100 ml/s ist die Strömung

bereits überwiegend turbulent. Nach Beseitigung der Isthmusstenose ist die Strömung über

die gesamte Muschelregion verteilt, bei V = 100 ml/s finden sich noch laminare

Strömungsanteile.

53

a b

Abbildung 28: Strömungsbild einer Nasenseite mit Isthmusstenose. a) vor und b) nach Beseitigung der

Einengung. Die Pfeile zeigen den Strömungsverlauf. Wirbelbildung in der oberen (blauen) Strombahn

in Abb. 28a





Im folgenden Experiment (Abb. 29) wurde die Isthmusstenose belassen, jedoch das Cavum

durch Verkleinerung der Muscheln erweitert. Die Strömung ist nach Cavumerweiterung über

die gesamte Muschelregion verteilt, aber der Strömungscharakter bei V = 100 ml/s ist bereits

vollständig turbulent.

a b

Abbildung 29a: Gleiches Modell mit Isthmusstenose und Strömungsbild wie in Abb. 28a, Abb. 29b:

zusätzliche Verkleinerung der unteren und mittleren Muschel

54





55

8. Diskussion

Für die respiratorische Funktion der Nase ist ein suffizienter Kontakt zwischen der Atemluft

und der Nasenschleimhaut eine wichtige Voraussetzung. Die Schleimhaut gibt

Wärmeenergie und Feuchtigkeit an die eingeatmete Luft ab und abgelagerte Staubpartikel

werden mittels des mucoziliaren Systems aus der Nase abtransportiert. Um eine

ausreichende Nasenatmung zu gewährleisten, muss der nasale Atemwiderstand auf einem

physiologischen Niveau sein, denn bei pathologisch erhöhtem Widerstand setzt eine partielle

oder sogar komplette Bypassatmung durch den Mund ein. Damit wird die respiratorische

Funktion der Nase teilweise bis vollständig ausgeschaltet. Ziel funktionell-rhinochirurgischer

Eingriffe ist daher in den meisten Fällen eine Verbesserung des nasalen Atemwiderstandes.

Die Septumkorrektur ist die häufigste rhinochirurgische Operation [ROBIN, ECCLES (85)].

Die Langzeitergebnisse nach funktionell-rhinochirurgischen Eingriffen sind nicht zufrieden

stellend. Errechnet man aus den unterschiedlichen Studien zu Langzeitergebnissen einen

durchschnittlichen Wert, ergibt sich für eine nicht zufrieden stellende Besserung der

Nasenatmung ein Prozentsatz von 20 - 30% und für eine postoperative Sicca-Symptomatik

33%. [DINIS et al. (71), DOMMERBY et al. (86), ILLUM (87), GRYMER et al. (88),

HARALDSSON et al. (89), STOKSTED (90), ARUNACHALAM (8), FJERMEDAL (91) u.a.]

Die Ursachen dafür sind sicher vielfältig, aber bisher ungeklärt. Es ist davon auszugehen,

dass ein Teil der Ursachen strömungsdynamisch bedingt ist. Obwohl in den letzten 20

Jahren neue Erkenntnisse über die nasale Atemströmung gewonnen werden konnten

[MLYNSKI et aI. (66), NAITO et al. (65), HESS et al. (60) u.a.] und auch erste

strömungsexperimentelle Untersuchungen zum Einfluss operativer Maßnahmen auf die

Atemströmung vorliegen [GRÜTZENMACHER et al. (70), (68), MLYNSKI (92), SIMMEN et

al. (64), WEXLER et al. (93), CHABAN et al. (73), COLE et al. (74)], sind unsere Kenntnisse

auf diesem Gebiet unzureichend und weit entfernt von den Grundsätzen einer „evidence

based medicine“. Hinzu kommen mangelnde präoperative Funktionsdiagnostik sowie

postoperative Qualitätskontrolle.

In Modelluntersuchungen können die Vorgänge in vivo nur begrenzt wiedergeben. Durch die

Anfertigung anatomiegerechter Modelle von Patienten kommen wir in unseren

Untersuchungen den in-vivo-Bedingungen relativ nahe. Kritisch muss angemerkt werden,

dass, bedingt durch die Technik der Modellherstellung, das Lumen in den Modellen etwas

weiter als in der abgeformten Nase ist. Daher sind die rhinoresistometrisch ermittelten Werte

für den Strömungswiderstand in einigen Modellen etwas niedriger, für den hydraulischen

Durchmesser und den Reibungskoeffizienten λ etwas größer als bei der menschlichen Nase.

56

Auch die akustisch-rhinometrisch ermittelten Querschnittsflächen an der I-Zacke und C-

Senke sind oft etwas größer. Der Einfluss eines leicht weiteren Cavums auf das

Strömungsverhalten ist auf der Basis von Reynolds Ähnlichkeitsgesetzen als sehr gering

einzuschätzen. Die funktionsdiagnostisch ermittelten Werte und das Strömungsverhalten

lassen sich vergleichen, wenn für den Vergleich nur Versuche mit einem Modell eines

Probanden verwendet werden, da dann der Fehler durch die leicht veränderte Weite bei

allen Versuchen etwa gleich ist. Da diese Bedingung für unsere Versuche zutrifft, sind die

gefundenen Änderungen der funktionsdiagnostischen Werte vor und nach Simulation von

chirurgischen Maßnahmen aussagekräftig.

Die Differenz zwischen der I-Zacke und der C-Senke wird im Folgenden verwendet, um die

Querschnittszunahme im nasalen Diffusor einzuschätzen. Der nasale Diffusor endet jedoch

nicht an der C-Senke, sondern die Querschnittserweiterung im Cavum reicht etwa bis zum

Kopf der mittleren Muschel. Das ist der Grund, warum bei unseren experimentellen

Ergebnissen der λ-Wert nicht immer konform mit der I-C-Differenz größer bzw. kleiner wird.

Ein zweiter Grund ist, dass nicht nur die Querschnittszunahme im Diffusor, sondern auch die

Konfiguration des in inspiratorischer Richtung vorgeschalteten Vestibulum sowie das hintere

Cavum den Reibungskoeffizienten λ beeinflussen. Auch die Größe des Diffusoreingangs

spielt bei der Turbulenzentstehung eine Rolle: je kleiner die Eingangsöffnung (Isthmus), um

so stärker die Turbulenz.

8.1. Funktionsdiagnostische und strömungsexperimentelle Ergebnisse auf

der konkaven Seite der Deviation vor und nach Septumbegradigung

Auf der konkaven Seite wird im Strömungsexperiment ein normaler Strömungsverlauf mit

Ausbreitung der Strömung über den gesamten Cavumquerschnitt beobachtet (Abb. 24). Der

Mittelwert für den Strömungswiderstand ist 0,22 sPa/ml und für den hydraulischen

Durchmesser 5,8 mm. Der mittlere λ-Wert wurde mit 0,035 berechnet, die mittlere

Querschnittszunahme im nasalen Diffusor von der I-Zacke (1,2 m²) bis zur C-Senke (2,2 cm²)

beträgt 1 cm². Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 ml/s sind noch laminare

Strömungsanteile zu erkennen (Abb. 24a). Mit steigender Geschwindigkeit wird die

Strömung zunehmend turbulent (Abb. 24b). Das entspricht einem physiologischen

Turbulenzverhalten [MLYNSKI, LÖW (79)].

57

Da die Patienten, von welchen die Abgüsse für die Modelle entnommen wurden, auf der

konkaven Seite der Deviation keine Beschwerden geklagt haben und bei der

Strömungsbeobachtung kein gestörter Strömungsverlauf und normales Turbulenzverhalten

gefunden wurde, werden die Mittelwerte der funktionsdiagnostischen Messergebnisse aller

Modelle mit konkaver Seite der Deviation bei der Interpretation der Ergebnisse auf den

konvexen Deviationsseiten sowie bei Isthmusstenose als Vergleichswerte herangezogen.

Diese Werte sind in Tab. 2 zusammengefasst.

R bei 250 ml/s 0,22 sPa/ml

dh 5.8 mm

λ 0.035

I-Zacke 1.2 cm²

C-Senke 2.2 cm²

Tabelle 2: Funktionsdiagnostische Mittelwerte der Modelle mit konkaver Deviation als

Vergleichswerte für die pathologisch konfigurierten Modelle

Nach Begradigung des Septums in den Modellen wird die konkave Seite enger. Das

Strömungsbild in Abb. 25 zeigt beispielsweise einen eingeengten Strömungskanal, durch

welchen sich die Strömung jetzt hindurch zwängen muss. Dementsprechend verringert sich

der mittlere hydraulische Durchmesser auf 5,1 mm und der mittlere Strömungswiderstand

steigt erheblich auf 0,4 sPa/ml.

Während sich durch die Septumbegradigung der Mittelwert für die Querschnittsfläche der I-

Zacke nur geringfügig von 1,2 cm2 auf 1,0 cm2 verkleinert, ist die mittlere

Querschnittsabnahme an der C-Senke von 2,2 cm2 auf 1,5 cm2 deutlich stärker. Dadurch

wird aber auch die Querschnittszunahme im nasalen Diffusor geringer, was die Abnahme

des mittleren λ-Wertes von 0,035 auf 0,028 erklärt. Dem entspricht die überwiegend laminare

Strömung im Strömungsexperiment (Abb. 25).

58

8.2. Strömungsverlauf und funktionsdiagnostische Befunde bei

Septumdeviationen mit verschiedenem Ausmaß auf der konvexen Seite der

Deviation

Die Modelle in Abb. 20a-d hatten bezüglich Form, Lokalisation und Ausmaß sehr

unterschiedliche Septumdeviationen. Die Auswirkung der verschieden konfigurierten

Septumdeviationen auf den Strömungsverlauf sowie auf die funktionsdiagnostischen

Messergebnisse sollen im Folgenden diskutiert werden. Im Modell in Abb. 20a bestand eine

mittelgradige Deviation im unteren Bereich des Cavum. Diese führte zu einer

Strombahneinengung (dh= 5,1 mm) mit einer Widerstandserhöhung (R= 0,31 sPa/ml). Die

Einengung bewirkt nur eine unwesentliche Deformierung des nasalen Diffusors. Die

Querschnittszunahme zwischen der I-Zacke (0,9 cm²) und der C-Senke (1,2 cm²) ist nur

gering. Die eigentliche Querschnittszunahme im nasalen Diffusor beginnt erst nach der C-

Senke hinter der Deviation. Der Reibungskoeffizient λ ist mit 0,031 fast normal. Im

Strömungsexperiment (Abb. 20a) ist bei einer Geschwindigkeit von 500 ml/s der

Strömungscharakter überwiegend turbulent.

Das Modell in Abb. 20b hat eine mittelgradige Deviation über die gesamte Höhe des

Septums und damit eine seitliche Einengung der Strombahn (dh= 4,8 mm), welche in diesem

Modell zu einer Widerstandserhöhung auf 0,37 sPa/ml führt. Diese seitliche Einengung

verursacht keine Querschnittszunahme zwischen der I-Zacke (1,1 cm²) und der C-Senke

(1,1 cm²), der λ-Wert ist klein (0,023) und im Strömungsexperiment beobachtet man

überwiegend laminare Strömung, auch bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 500 ml/s.

In Abb. 20c führt die Septumdeviation im Modell zu einem Kontakt mit dem Kopf der

mittleren Muschel sowie Teilen der unteren Muschel. Dadurch ist die Strombahn eingeengt

(dh= 4,8 mm). Der Strömungswiderstand ist erhöht (R= 0,30 sPa/ml). Auch in diesem Modell

führt eine verminderte Querschnittszunahme im Diffusor (I-Zacke = 0,7 cm², C-Senke = 1,3

cm², λ= 0,018) auch bei hoher Strömungsgeschwindigkeit zu überwiegend laminarer

Strömung.

Das Modell in Abb. 20d hat durch eine ausgedehnte Deviation die stärkste

Strombahneinengung (dh= 4,0 mm) mit erheblicher Widerstandserhöhung auf 0,92 sPa/ml.

Trotz erheblicher Querschnittszunahme zwischen der I-Zacke (0,6 cm²) und der C-Senke

(1,6 cm²) ist der λ -Wert nur 0,027. Im Strömungsexperiment hat man den Eindruck, dass

der Diffusor erst an der C-Senke beginnt (Abb. 20 d), denn turbulente Strömung ist erst nach

dem Kopf der unteren Muschel zu beobachten.

59

Vergleicht man den Isthmus der Modelle in den Abbildungen 20c und 20d, so ist die

Querschnittsfläche in beiden Modellen mit einer I-Zacke von 0,7 cm² bzw. 0,6 cm² erheblich

vermindert. Bei fast gleicher Querschnittsfläche ist die Einengung in Modell 20c jedoch

strömungsdynamisch wesentlich weniger relevant (dh= 4,8 mm) als die Einengung im Modell

in Abbildung 20d (dh= 4,0 mm). Das ist durch die unterschiedliche Form des Isthmus in den

Modellen erklärt. Bei gleicher Größe haben Querschnittsflächen mit einer mehr kreisrunden

Form einen geringeren Einfluss auf die Reibung und damit auf den Energieverlust in der

Strömung, als mehr schlitzförmige Einengungen.

Auch ein erfahrener Untersucher fahndet bei der Suche nach der Ursache für eine nasale

Obstruktionssymptomatik bei der endonasalen Untersuchung lediglich nach Einengungen.

Die unterschiedlichen Strömungsbilder bei Septumdeviationen in Abb. 20 zeigen, wie

kompliziert die strömungsdynamischen Effekte sein können. Der Untersucher kann jedoch

weder den Verlauf der Strömung noch das Turbulenzverhalten in der Nase sehen. Das ist

ein Grund für die in der Literatur beschriebene Diskrepanz zwischen der subjektiven

Einschätzung durch einen Rhinologen und dem objektiv funktionsdiagnostisch gemessenen

nasalen Atemwiderstand [JONES et al. (94), NAITO et al., MC CAFFREY (95), KIM et al. (4),

SUZINA et al. (96)]. Mit den funktionsdiagnostischen Parametern lassen sich jedoch

Anstiege des nasalen Strömungswiderstandes sowie deren strömungsdynamisch relevante

Ursachen objektivieren.

8.3. Funktionsdiagnostische und strömungsexperimentelle Ergebnisse auf

der konvexen Seite der Deviation vor und nach Septumbegradigung

Der Mittelwert des Widerstandes der 6 untersuchten Halbseitenmodelle mit konvexer

Septumdeviation ist mit 0,45 sPa/ml gegenüber der konkaven Seite (0,22 sPa/ml) deutlich

erhöht. Nach Septumbegradigung verringert er sich auf 0,20 sPa/ml. Infolge der

Cavumerweiterung verbessert sich der hydraulische Durchmesser nach Abtragen der

Deviation von 4,7 mm auf 5,7 mm.

Die Strömungsexperimente zeigen, dass sich auf der konvexen Seite einer Deviation die

Strömung durch den verbleibenden freien Raum zwängen muss. Das erklärt den höheren

Strömungswiderstand als auch den kleineren hydraulischen Durchmesser. Beides verbessert

sich nach Septumbegradigung, da jetzt die Strömung wieder über das gesamte Cavum

verteilt ist (vergleiche Abb. 21 und 22).

60

Die akustisch-rhinometrischen Mittelwerte zeigen, dass durch die Septumdeviation in

unseren Modellen der Eingang in den Diffusor (I-Zacke = 0,9 cm²) weniger eingeengt war als

der Querschnitt im Bereich der C-Senke (1,4 cm²). Die Häufigkeit von Septumdeviationen in

der Cottle-Region III könnte dafür ursächlich sein.

Nach Septumbegradigung steigt der Mittelwert für den λ-Wert von 0,025 auf 0,032. Der

Grund dafür ist die unterschiedliche Querschnittszunahme im Diffusor. Nach

Septumbegradigung nimmt die Querschnittsfläche für die I-Zacke nur gering von 0,9 cm² auf

1,2 cm² zu, während sich der Querschnitt im Bereich der C-Senke von 1,4 cm² auf 1,9 cm²

deutlich mehr erweitert. Das bedeutet: aufgrund der Begradigung wird die

Querschnittszunahme des Diffusors größer, mit der Folge einer Turbulenzzunahme.

8.4. Funktionsdiagnostische und strömungsexperimentelle Ergebnisse bei

Größenreduktion der Muscheln

Die Größenreduktion an den Nasenmuscheln hat in unseren Modellen zu einer Erweiterung

des Strömungskanals mit Zunahme des hydraulischen Durchmessers von 5,2 mm auf 6,7

mm und dementsprechend zu einer Verminderung des mittleren Strömungswiderstandes von

0,36 sPa/ml auf 0,12 sPa/ml geführt. Der mittlere λ-Wert erhöhte sich durch die

Muschelverkleinerung von 0,030 auf 0,050. Dem entspricht die Veränderung im nasalen

Diffusor. Der Diffusoreingang (I-Zacke) hat sich von 1,1 cm2 auf 1,2 cm2 kaum verändert, die

Querschnittszunahme im Diffusor wurde jedoch erheblich stärker (Zunahme der

Querschnittsfläche an der C-Senke von 1,6 cm2 auf 2,2 cm2).

Bei den strömungsexperimentellen Untersuchungen wurde in den Modellen nach

Größenreduktion der Muscheln eine Turbulenzzunahme beobachtet (vergleiche Abb. 22 und

23).

8.5. Funktionsdiagnostische und strömungsexperimentelle Ergebnisse bei

Isthmuserweiterung

Bei Einengung des Isthmus wurde im Strömungsexperiment ein pathologischer

Strömungsverlauf beobachtet. Durch die typische Form des Isthmus (oben enger als unten)

61

kommt es bei Einengung zu einer erheblichen Strömungsbehinderung vor allem im oberen

Bereich, so dass sich im oberen Cavum ein Totraum ausbildet, in welchem sich ein

rückläufiger Wirbel in Form einer Kriechströmung langsam dreht (Abb. 28a).

Bei Erweiterung des Isthmus normalisiert sich der Strömungsverlauf (Abb. 28b), Der nasale

Strömungswiderstand verringert sich durchschnittlich von 0,20 sPa/ml auf 0,14 sPa/ml und

der hydraulische Durchmesser wird durchschnittlich größer (von 5,8 mm auf 6,3 mm). Im

Gegensatz zu den Erweiterungen im Cavum (durch Septumbegradigung oder

Größenreduktion der Muscheln) kommt es jedoch bei Isthmuserweiterung zu einer

Turbulenzabnahme, welche im Strömungsexperiment beobachtet (vergleiche Abb. 28a und

28b) und durch die kleiner werdenden λ-Werte (im Durchschnitt von 0,044 auf 0,040)

objektiviert wurde. Der Grund dafür ist die Erweiterung des Diffusoreingangs

(durchschnittlich von 0,8 cm2 auf 1,1 cm2) ohne wesentliche Erweiterung an der C-Senke

(durchschnittlich von 1,7 cm2 auf 1,8 cm2).

8.6. Vergleich der funktionsdiagnostischen Messergebnisse mit den

strömungsexperimentellen Untersuchungen

Die in unseren Nasenmodellen vorgenommenen Formveränderungen an der medialen und

lateralen Nasenwand sowie am Isthmus wurden rhinoresistometrisch und mittels akustischer

Rhinometrie untersucht und die Atemströmung später im Strömungsexperiment visualisiert.

Damit hatten wir die Möglichkeit, die Aussagekraft der funktionsdiagnostischen Daten für den

Strömungswiderstand, den hydraulischen Durchmesser und den Reibungskoeffizienten λ in

Bezug auf die Strömungsdynamik in der Nase, sowie die Veränderung der akustisch-

rhinometrisch gemessenen Querschnittsflächen nach Simulation operativer Schritte zu

überprüfen.

Dabei konnten wir, wie erwartet, feststellen, dass nach Septumkorrektur auf der

Deviationsseite der Widerstand deutlich gesenkt werden konnte. Es kam zu einer Zunahme

des hydraulischen Durchmessers. In der akustischen Rhinometrie wurden im Vergleich zu

präoperativ größere Querschnittsflächen gemessen, vor allem im Bereich der C-Senke.

Diese Erfahrung haben auch DINIS et al. (71) gemacht, deren Patienten mit Deviationen im

vorderen Bereich am meisten von einer Septumplastik profitierten.

Auf der Gegenseite der Deviation steigt der Widerstand nach Septumbegradigung deutlich

an, der hydraulische Durchmesser sinkt leicht und Lambda nimmt ab. Die Abnahme der

62

Nasenweite auf der Gegenseite der Deviation kann auch mit der akustischen Rhinometrie

nachvollzogen werden, hier werden die gemessenen Querschnittsflächen kleiner, ebenfalls

besonders im Bereich der C- Senke. [siehe auch GRYMER et al. (97), PIRILA et al. (98)] Um

der postoperativen Einengung der ehemals weiteren Nasenseite zu begegnen, ist offenbar

ein Eingriff an der Nasenmuschel erforderlich. [MABRY (99), SULSENTI (100)]

Im Zuge der simulierten Nasenmuschelplastik wurde in der RRM postoperativ ein deutlich

geringerer Nasenwiderstand gemessen, der hydraulische Durchmesser nimmt zu und

Lambda steigt massiv an. So ist zwar eine Erweiterung des Strömungskanals zu

verzeichnen, aber auch eine frühzeitig einsetzende Turbulenz. Zu früh einsetzende oder zu

starke Turbulenz führt aber zur Austrocknung der Nase mit Krusten und Borkenbildung. Die

Nase kann ihrer Konditionierungsfunktion nicht mehr ausreichend gerecht werden. Es ist

daraus zu schließen, dass zu ausgedehnte Resektionen der Nasenmuscheln unterbleiben

sollten, um die respiratorische Funktion der Nase zu erhalten.

Die Muschelchirurgie sollte eine Größenreduktion der Muscheln derart zum Ziel haben, dass

ein Spaltraum entsteht, der es den Nasenmuscheln ermöglicht im Rahmen des Nasenzyklus

an- und abzuschwellen. Dazu ist ein Funktionserhalt des Schwellkörpergewebes erforderlich,

dieser sollte im Rahmen der operativen Verfahren möglichst nicht zerstört werden.

Nach der Simulation einer Erweiterung des Isthmus nasi ist rhinoresistometrisch eine

Senkung des Widerstandes mit geringem Anstieg des hydraulischen Durchmessers

nachweisbar. Lambda nimmt gering ab. Bei der akustisch-rhinometrischen Messung wird

eine Querschnittsflächenerweiterung im Bereich der I-Zacke, die den Bereich des Isthmus

nasi repräsentiert, gemessen. Die Erweiterung kleiner Querschnittsflächen führt zu einer

deutlicheren Widerstandssenkung als die Erweiterung großer Querschnittsflächen [DINIS et

al. (71)]. So können kleine Einengungen am Isthmus zu großen Beschwerden führen,

während Deviationen oder ausgeprägte Leisten oder Sporne der Region IV oder V nach

Cottle kaum den Strömungswiderstand beeinflussen. [MLYNSKI (66), BACHMANN (101),

COLE et al. (74)]

Bei einer Septum- OP im Bereich des Isthmus wird die Querschnittsfläche der einen Seite

erweitert, die der Gegenseite wird jedoch eingeengt, da die Summe der Querschnittsflächen

des rechten und des linken Isthmus gleich bleibt. PIRILA et al. (98) kamen in ihren

Untersuchungen ebenfalls zu dem Schluss, dass eine Septumkorrektur ungünstige

Auswirkungen auf die Klappenregion der contralateralen Seite haben kann. Sie fanden eine

inverse Korrelation zwischen der postoperativen Zufriedenheit und der Abnahme der

Querschnittsflächen auf der präoperativ weiteren Seite. Wenn die Deviation den

63

Isthmusbereich einengt, muss präoperativ darauf geachtet werden, dass der Widerstand auf

der Gegenseite so niedrig ist, dass eine Medianisierung des Septums nicht zu Beschwerden

auf dieser Seite führt.

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass jede Erweiterung in der Nase, sowohl im Isthmus,

an der medialen als auch an der lateralen Cavumwand zu einer Abnahme des

Strömungswiderstandes und einer Zunahme des hydraulischen Durchmessers führten,

welche abhängig vom Ausmaß der Erweiterung waren. Die Querschnittsfläche der I-Zacke

wurde bei Isthmuserweiterung größer. Jede Erweiterung im Cavum führte zu einer Zunahme

der Querschnittsfläche der C-Senke.

Bei einer Zunahme des λ-Wertes war im Strömungsexperiment turbulente Strömung bereits

bei niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten zu beobachten. Eine solche Zunahme des λ-

Wertes und Zunahme der Turbulenz war sowohl bei Querschnittsflächenverminderung im

Isthmus als auch bei Querschnittsflächenzunahme im Cavum zu beobachten. Der Grund

dafür ist in beiden Konstellationen die vermehrte Querschnittsflächenzunahme im nasalen

Diffusor. Bei einer zu starken Turbulenz in der Nase müsste dementsprechend der

Diffusoreingang erweitert oder der Diffusorausgang verengt werden. Für die

Entscheidungsfindung ist präoperativ eine akustische Rhinometrie hilfreich, welche

objektiviert, an welcher Stelle der nasale Diffusor deformiert ist.

Aus diesem Grund ist zur Verbesserung der Nasenatmung häufiger eine Rhinoplastik

erforderlich, um den gesamten Isthmus zu verändern. So sollten eventuell auch diskrete

Spannungsnasen aus funktionellen Gründen rhinoplastisch versorgt werden.

Der Isthmus nasi bildet den Hauptanteil am nasalen Widerstand. Bei Eingriffen im Bereich

der Klappenregion ist aber auch darauf zu achten, dass der Isthmus nicht zu weit wird. In

diesem Fall kann zwar ein gesenkter Strömungswiderstand nachgewiesen werden, aber es

findet sich auch eine massive Turbulenzentstehung mit späterem Austrocknen der

Schleimhaut.

64

9. Zusammenfassung

Voraussetzung für die respiratorische Funktion der Nase ist ein ausreichender

Kontakt der Atemluft mit der Schleimhaut der Nase. Dies setzt einen physiologischen

Atemwiderstand voraus. Ursachen für einen pathologischen Nasenwiderstand sind

meistens anatomische Abweichungen oder Schwellungszustände der

Nasenschleimhaut.

Funktionell-rhinochirurgische Maßnahmen werden mit dem Ziel der Senkung des

nasalen Atemwiderstandes durchgeführt. Die operativen Konzepte basieren in der

Regel auf der Beseitigung von Engstellen. So werden am häufigsten

Septumkorrekturen und Eingriffe an den Nasenmuscheln, seltener auch

Erweiterungen im Isthmusbereich vorgenommen.

Ein Großteil der Patienten ist zwar subjektiv mit dem Operationsergebnis zufrieden,

aber Langzeitergebnisse zeigen, dass ca. ein Drittel der Patienten nicht dauerhaft

von den chirurgischen Eingriffen profitiert.

Als ein Grund für die nicht zufrieden stellenden Operationsergebnisse kann

angenommen werden, dass sich der Ort der Widerstandserhöhung sowie die

Ursache für eine pathologische Turbulenzentstehung präoperativ mit der

Rhinomanometrie nicht verifizieren lassen. Außerdem ist über den Einfluss

rhinochirurgischer Maßnahmen auf die Strömungsdynamik des nasalen Luftstroms

bisher wenig bekannt.

Motivation für diese Arbeit war, das Wissen über die Zusammenhänge von Form

und Funktion der Nase und die Auswirkungen verschiedener Operationstechniken

auf den nasalen Atemluftstrom zu erweitern. Weiterhin sollte die Aussagekraft der

neuen funktionsdiagnostischen Methoden Rhinoresistometrie und akustische

Rhinometrie überprüft werden.

Für die Untersuchungen verwendeten wir anatomiegerechte Nasenmodelle, da bei in

vivo-Untersuchungen eine ausreichende Visualisierung der Strömung nicht möglich

ist.

Dazu wurden durch Abgusstechnik Halbseitennasenmodelle mit strukturierter

lateraler Nasenwand und Septum hergestellt, die von Patientennasen mit

pathologischen Veränderungen gewonnen wurden. Die so entstandenen

65

Kunstharzmodelle wurden jeweils vor und nach der Simulation chirurgischer

Eingriffe, wie Septumkorrektur, Nasenmuschelverkleinerung und Isthmuserweiterung

rhinoresistometrisch sowie akustisch-rhinometrisch untersucht und das

Strömungsverhalten im Strömungsexperiment beobachtet.

Die Ergebnisse der rhinoresistometrischen und akustisch-rhinometrischen

Untersuchungen wurden mit den Videoaufnahmen der Strömungsversuche

verglichen.

Auf der konvexen Seite der Deviation wurden infolge unterschiedlicher Einengungen

in den verschiedenen Modellen bezüglich Strömungsverlauf und Turbulenzverhalten

sehr unterschiedliche Strömungsbilder beobachtet. Das ist eine Erklärung für die

Schwierigkeit auch erfahrener Untersucher bei der Einschätzung der

strömungsdynamischen Folgen einer Deviation.

Nach Simulation einer Septumkorrektur auf der konvexen Seite der Deviation nimmt

der Mittelwert für den Widerstand ab, für den hydraulische Durchmesser zu und für

den Reibungskoeffizienten als Maß für die turbulenzauslösende

Wandbeschaffenheit ebenfalls zu. Die Strömungsexperimente zeigen nach der

Septumbegradigung eine über das gesamte Cavum verteilte Strömung. Als Folge

der Begradigung findet sich eine Zunahme der Querschnittserweiterung im Diffusor,

welche sich mit der akustischen Rhinometrie objektivieren lässt. Dementsprechend

findet sich im Strömungsexperiment ein verstärktes Turbulenzverhalten.

Auf der konkaven Gegenseite der Deviation wird nach der Begradigung des

Septums eine Widerstandszunahme gemessen, der hydraulische Durchmesser

nimmt ab und sinkt leicht. Das Strömungsbild zeigt einen eingeengten

Strömungskanal mit geringerer Querschnittszunahme im Diffusor und

Laminarisierung der Strömung. Auch hier lässt sich die Abnahme der

Querschnittsflächenzunahme mittels akustischer Rhinometrie objektivieren.

Die Größenreduktion der Nasenmuscheln führt im Mittel zu einer deutlichen

Widerstandssenkung, zu einem Anstieg des hydraulischen Durchmessers und von

. Im Strömungsexperiment ist als Folge der Erweiterung des Strömungskanals eine

Zunahme der Turbulenz zu beobachten. Der Diffusor wird durch die Größenreduktion

der Muscheln im Bereich der C-Senke messbar erweitert.

Der bei Einengung des Isthmus zu beobachtende pathologische Strömungsverlauf

normalisiert sich nach der Isthmuserweiterung. Es kommt zu einer Verringerung des

66

Strömungswiderstandes und zu einem Ansteigen des hydraulischen Durchmessers.

Die -Werte werden kleiner, was auf die akustisch-rhinometrisch messbare,

geringere Querschnittsflächenerweiterung im Diffusor zurückzuführen ist und sich

strömungsexperimentell durch eine Turbulenzabnahme nachweisen lässt.

Aufgrund unserer Ergebnisse können wir schlussfolgern, dass jede Erweiterung in

der Nase zu einer Abnahme des Strömungswiderstandes führt. Eine Erweiterung im

Cavum führt zu einem verstärkten Turbulenzverhalten, eine Erweiterung im Isthmus

vermindert die Turbulenz. Bei rhinochirurgischen Eingriffen sollte der Konfiguration

des nasalen Diffusors große Beachtung geschenkt werden, da er entscheidend das

Turbulenzverhalten in der Nase bestimmt. Zu rasch einsetzender Turbulenz kann

demnach mit einer Isthmuserweiterung oder einer nicht so ausgedehnten

Nasenmuschelverkleinerung begegnet werden. Grundlegende Voraussetzung für

dieses Vorgehen ist eine präoperativ genaue funktionsdiagnostische Analyse.

Die Querschnittszunahme im Diffusor kann mittels akustischer Rhinometrie und das

Turbulenzverhalten mit der Bestimmung des Reibungskoeffizienten gut objektiviert

werden. Bei einer Zunahme des -Wertes ist eine Zunahme turbulenter Strömung

im Strömungsexperiment zu beobachten. Entsprechende Veränderungen finden sich

nach einer Querschnittsflächenverminderung im Bereich des Isthmus oder bei einer

Querschnittsflächenzunahme im Bereich des Cavums.

Die Kombination von akustischer Rhinometrie und Rhinoresistometrie ermöglicht

damit einen Einblick in die Strömungsverhältnisse und die Erfassung von Ausmaß

und Ursachen einer nasalen Obstruktion.

67

Literaturverzeichnis

1. Bachmann, W und Legler, U. Zur Vergleichbarkeit der Lungenresistenz mit dem

Nasenwiderstand. Laryng Rhinol Otol. 1978, 57, S. 260.

2. Wiesmiller, K, et al. Nasal air conditioning in patients before and after septoplasty with

bilateral turbinoplasty. Laryngoscope. 2006, 116(6), S. 890-4.

3. Bachmann, W und Nieder, Th. Der klinische Wert der Rhinomanometrie. Z Laryngol

Rhinol. 1978, 57, S. 379.

4. Kim CS, Moon BK, Jung DH, Min YG. Correlation between nasal obstruction and objective

parameters of acoustic rhinometry and rhinomanometry. Auris Nasus Larynx. 1998, 25, S.

45-8.

5. Naito K, Cole P, Chaban R, Oprysk D. Nasal resistance, sensation of obstruction and

rhinoscopic findings compared. J Rhinol. 1988, 2(2), S. 65-9.

6. McCaffrey TV, Kern EB. Clinical evaluation of nasal obstruction. Arch Otol. 1997, 105, S.

542-5.

7. Pinkpank, A. Beziehungen zwischen Selbsteinstufung der Nasenatmung, Rhinoskopie und

Rhinomanometrie. HNO. 1986, 34, S. 194-7.

8. Arunachalam, PS, et al. Nasal septal surgery: evaluation of symptomatic and general

health outcomes. Clin Otolaryngol. 2001, 26(5), S. 367-70.

9. Constandinides, MS, Adamson, PA und Cole, P. The long term effects of open cosmetic

septorhinoplasty on nasal air flow. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1996, 122(1), S. 41-5.

10. Donders, FC. Über den Mechanismus des Saugens. Pflügers Arch ges Physiol. 1878, S. zit.

nach Fischer.

11. Kayser, R. Die exakte Messung der Luftdurchgängigkeit durch die Nase. Arch Laryng.

1895, Bd. 3, S. 101.

12. Zwaardemaker, H. Die Physiologie des Geruchs. Leipzig. 1895.

13. Zarniko, C. Diagnostik der Nasenkrankheiten. [Buchverf.] Denker und Kahler. Handbuch

der Hals-Nasen-Ohrenkrankheiten. 1925, Bd. 1, S. 692-740.

68

14. Spiess, G. Die Untersuchungsmethoden der Nase und ihrer Nebenhöhlen. [Buchverf.] P

Heymann. Handbuch der Laryngologie und Rhinologie. Bd. 3, S. 215-60.

15. Zwaardemaker, H. Die Physiologie der Nase und ihrer Nebenhöhlen. [Buchverf.] Denker

und Kahler. Handbuch der Hals-Nasen-Ohrenheilkunde. 1925, Bd. 1, S. 439-84.

16. Aschan, G und Dettner, B. An objective investigation of the decongestive effect of

Xylometazoline. Ear Nose Throat Monthly. 1964, 43, S. 66.

17. Clement, PAR. Committee report on standardization of rhinomanometry. Rhinol. 1984,

22, S. 151-5.

18. Silkhoff, PE, et al. Reproducibility of acoustic rhinometry and rhinomanometry in normal

subjects. Rhinol. 1999, 13, S. 131-5.

19. Carney, AS, Bateman, ND und Jones, NS. Reliable and reproducible anterior active

rhinomanometry for the assessment of unilateral nasal resistance. Clin Otolaryngol. 2000,

25, S. 499-503.

20. Hilberg, O, et al. Acoustic rhinometry:evaluation of nasal cavity geometry by acoustic

reflection. J Appl Physiol. 1989, 66, S. 295-303.

21. Mlynski, G und Löw, J. Die Rhinoresistometrie-eine Weiterentwicklung der

Rhinomanometrie. Larnyg Rhinol Otol. 1993, 72, S. 608-10.

22. Killian, G. Die submucöse Fensterresektion der Nasenscheidewand. Arch Laryng Rhinol.

1904, 16, S. 362-87.

23. Bewarder, F und Pirsig, W. Spätergebnisse nach submucöser Septumresektion. Laryngol

Rhinol Otol. 1978, 57, S. 922-31.

24. Mlynski, G. Wiederherstellende Verfahren bei gestörter Funktion der oberen Atemwege.

Laryng Rhinol Otol. 2005, 72, S. 101-17.

25. Metzenbaum, K. Dislocation of the lower end of the septal cartilage. Arch Otolaryngol.

1936, 24, S. 78-88.

26. Cottle, MH und Loring, RM. Surgery of the nasal septum. New operative procedures and

indications. Ann Oto-Laryngol Chir Cervico-Fac. 1948, 57, S. 705-13.

69

27. Schwab, JA und Pirsig, W. Complications of Septal Surgery. Facial Plastic Surgery. 1997,

13, S. 3-14.

28. Mlynski, G. Surgery of the nasal septum. Facial Plast Surg. 2006, 22(4), S. 223-9.

29. Hol, MK und Huizing, EH. Treatment of the inferior turbinate pathology:a review and

critical evaluation of the different techniques. Rhinol. 2000, 38, S. 157-66.

30. Wengraf, CL, Gleeson, MJ und Siodlak, MZ. The stuffy nose:a comparative study of two

common methods of treatment. Clin Otolaryngol. 1986, 11, S. 61-8.

31. Jones, TC. Turbinotomy. Lancet. 1985, 2, S. 496.

32. Holmes, CR. Hypertrophy of turbinate bodies. NY Med J. 1900, 72, S. 529-34.

33. House, HP. Submucous resection of the inferior turbinal bone. Laryngoscope. 1951, 61,

S. 637-48.

34. Tremble, GE. Methods of shrinking of the inferior turbinates to improve the airway.

Laryngoscope. 1960, 70, S. 175-86.

35. Salam, MA und Wengraf, C. Concho-antropexy or total inferior turbinectomy for

hypertrophy of the inferior turbinates? A prospective randomized study. J Laryngol Otol.

1993, 107, S. 1125-8.

36. Wight, RG, Jones, AS und Beckingham, E. Trimming of the inferior turbinates:a

prospective long-term study. Clin Otolaryngol. 1990, 15, S. 347-50.

37. Linhart, CP. A submucous operation for the reduction of hypertrophied turbinates.

Laryngoscope. 1908, Bd. 18, S. 128-34.

38. Würdemann, HV. Submucous turbinectomy. Laryngoscope. 1908, 18, S. 284-5.

39. Freer, OT. The inferior turbinate: Its longitudinal resection for chronic intumescence.

Laryngoscope. 1911, 21, S. 1136-44.

40. Kressner, A. Operative treatment of rhinopathia vasomotorica. Rhinol. 1976, 14, S. 133-

9.

41. Tolsdorff, P. Eingriffe an den Nasenmuscheln unter besonderer Berücksichtigung der

subperiostalen Conchektomie. Laryngol Rhinol Otol. 1981, 60, S. 615-9.

70

42. Mabry, RL. How I do it-Plastic surgery. Inferior turbinoplasty. Laryngoscope. 1982, 92, S.

459-61.

43. Passali, D, et al. Treatment of hypertrophy of the inferior turbinate: Long-term results in

382 patients randomly assigned to therapy. Ann Otol Rhinol Laryngol. 1999, 108, S. 569-75.

44. Simpson, JF und Groves, J. Submucosal diathermy of the inferior turbinates. J Lar. 1958,

58, S. 292-300.

45. Semenov, H. The pathology of the nose and paranasal sinuses in relation to allergy.

Tarns Amer Acad Ophth Otol. 1952, 56, S. 121-70.

46. Ozenberger, JM. Cryosurgery in chronic rhinitis. Laryngoscope. 1970, 80, S. 723-34.

47. Joniau, S, et al. Long-term comparison between submucosal cauterization and powered

reduction of the inferior turbinates. Laryngoscope. 2006, 116(9), S. 1612-6.

48. Tasman, JA. Die untere Nasenmuschel: Dysregulation und chirurgische Verkleinerung.

Laryng Rhinol Otol. 81, S. 822-38.

49. Fischer, R. Die Physik der Atemströmung in der Nase. Habilitationsschrift der Med.

Fakultät der FU Berlin. 1969.

50. Paulsen, E. Experimentelle Untersuchungen über die Strömung der Luft in der

Nasenhöhle. Sonderber. D. Akad. d. Wiss. Wien. 1882, 85, S. 352-73.

51. Kayser, R. Über den Weg der Atemluft durch die Nase. Z Ohrenheilk. 1889, 20, S. 96-109.

52. Rethi, L. Experimentelle Untersuchungen über die Luftströmung in der normalen Nase

sowie bei pathologischen Veränderungen derselben und des Nasenrachenraumes.

Sonderber. D.Akad. d. Wiss. Wien. 1900, 109, S. 17-36.

53. Takahashi, K. Vorläufige Mitteilung über die Erforschung des Luftweges in der Nase des

Menschen. Z Laryng Rhinol. 1922, 11, S. 203.

54. Burchardt. Die Luftströmung in der Nase unter pathologischen Verhältnissen. Arch f

Laryng. 1905, 17, S. 123-46.

55. —. Die Luftströmung in der Nase unter pathologischen Verhältnissen. Arch Laryng. 1905,

17, S. 357-63.

71

56. Hellmann, K. Untersuchungen über die Nase als Luftweg. Z. f. Hals-Nas.-Ohr.-Heilk. 1926,

15, S. 354-7.

57. Scheideler, J. Die Luftströmung in der menschlichen Nase bei der Atmung. Z. f. Hals-

Nas.-Ohr.-Heilk. 1938, 44, S. 228-39.

58. Tonndorf, J. Der Weg der Atemluft in der menschlichen Nase. Arch Ohr.-,Nas.-u. Kehlk.-

Heilk. 1939, 146, S. 41-63.

59. Masing, H. Experimentelle Untersuchungen über den Strömungsverlauf im Nasenmodell.

Arch Klin Exp Ohern Nasen Kehlkopfheilk. 1967, 189, S. 371-81.

60. Hess, MM, Lamprecht, J und Horlitz, S. Experimentelle Untersuchungen in der

Nasenhaupthöhle des Menschen im Nasenmodell. Laryngol Rhinol Otol. 1992, 71, S. 468-71.

61. Mlynski, G. A method for studying nasal airflow by means of fluid dynamic experiments.

Z Med Phys. 2000, 10, S. 207-14.

62. Mink, PJ. Physiologie der oberen Luftwege. s.l. : Verlag Vogel, 1920.

63. Dishoek, HAE. Die Bedeutung der äußeren Nase für die respiratorische Luftströmung.

Acta oto-laryngol. 1936, 24, S. 494-505.

64. Simmen, D, et al. A dynamic and direct visualization model for the study of nasal airflow.

Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1999, Bd. 125(9), S. 1015-21.

65. Naito, K, et al. Human respiratory airflow through an artificial nasal model:

pressure/flow relationship. Auris Nasus Larynx. 1989, 16, S. 89-97.

66. Mlynski, G, et al. Aerodynamik der Nase-Physiologie und Pathophysiologie. HNO-Praxis

Heute. 2000, 20, S. 61-81.

67. Mlynski, G, et al. Correlation of nasal morphology and respiratory function. Rhinol. 39, S.

197-201.

68. Grützenmacher, S, et al. Investigations of the influence of external nasal deformities on

nasal airflow. 2005, 67, S. 154-9.

69. Grützenmacher, S, Lang, C und Mlynski, G. The combination of acoustic rhinometry,

rhinoresistometry and flow simulation in noses before and after turbinate surgery. ORL J

Otorhinolaryngol Relat Spec. 2003, 65(6), S. 341-7.

72

70. Grützenmacher, S, et al. First findings concerning airflow in noses with septal deviation

and compensatory turbinate hypertrophy- a model study. ORL J Otorhinolaryngol Rel Spec.

2006, 65, S. 199-205.

71. Dinis, PB und Haider, H. Septoplasty: Long-term evaluation of results. Am J Otolaryngol.

2002, 23(2), S. 85-90.

72. Konstantinidis, I, et al. Long term results following nasal septal surgery. Focus on

patients`satisfaction. Auris Nasus Larynx. 2005, 32(4), S. 369-74.

73. Chaban, R, Cole, P und Naito, K. Simulated septal deviations. Arch Otolaryngol Head

Neck Surg. 1988, 114(4), S. 413-5.

74. Cole, P, et al. The obstructive nasal septum. Effect of simulated deviations on the nasal

airflow resistance. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1988, 114(4), S. 410-2.

75. Bachmann, W. Die Funktionsdiagnostik der behinderten Nasenatmung. Berlin Heidelberg

New York : Springer, 1982.

76. Dishoeck, HAE. Inspiratory nasal resistance. Acta Otolaryngol. 1942, 30, S. 431-9.

77. Clement, PAR und Gordts, F. Consensus report on acoustic rhinometry and

rhinomanometry. 2005, 43, S. 169-79.

78. Mlynski, G und Löw, J. Experimentelle Studie zum Strömungsverhalten in der Nase. Teil

2: Untersuchungen im laminaren Bereich bei Heliumatmung. Z Med Phys. 1992, 2, S. 224-9.

79. —. Experimentelle Studie zum Strömungsverhalten in der Nase.Teil 1:Untersuchungen

zum V-abhängigen Verhalten des Exponenten x der Atem-

Volumengeschwindigkeitsbeziehung. Z Med Phys. 1992, 2, S. 100-2.

80. Jackson, AC, et al. Airway geometry by analysis of acoustic pulse response

measurements. J Appl Physiol. 1977, 43, S. 523-36.

81. Lenders, H, Scholl, R und Brunner, M. Akustische Rhinometrie: das Fledermausprinzip

der Nase. HNO. 1992, 40, S. 239-47.

82. Hilberg, O und Pedersen, OF. Acoustic rhinometry: influence of paranasal sinuses. J Appl

Physiol. 1996, 80(5), S. 1589-94.

73

83. Kase, Y, Itimura, K und Iinuma, T. Acoustic rhinometry as method for evaluating

paranasal sinuses-experimental studies. Nippon Jibiinkoka Gakkai Kaiho. 1993, 96(4), S. 626-

36.

84. Mlynski, RA, et al. Acoustic rhinometry: a systematic study in box models. Laryngoscope.

2002, 8, S. 27.

85. Roblin, D und Eccles, R. What, if any, is the value of septal surgery? Clin Otolaryngol.

2002, 27, S. 77-80.

86. Dommerby, H, Rasmussen, O und Rosborg, J. Long-term results of septoplastic

operations. ORL. 1885, 47, S. 151-7.

87. Illum, P. Septoplasty and compensatory inferior turbinate hypertrophy: long-term results

after randomized turbinoplasty. Eur Arch Otorhinolaryngol. 1997, 254 Suppl 1, S. 89-92.

88. Grymer, L und Rosborg, J. The aging nose (Long-term results following plastic septal

surgery). J Laryngol Otol. 1987, 101, S. 363-5.

89. Haraldsson, PO, Nordemar, H und Anggard, A. Long-term results after septal surgery-

submucous resection versus septoplasty. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec. 1987, 49(4), S.

218-22.

90. Stoksted, P. Long term results,following plastic septum surgery. Int Rhinol. 1969, 7, S. 53.

91. Fjermedal, O, Saunte, C und Pedersen, S. Septoplasty and/or submucous resection? 5

years nasal septum operations. J Laryngol Otol. 1988, 102, S. 796-8.

92. Mlynski, G, et al. Modelluntersuchungen zur Nasenmuschelchirurgie.

Laryngorhinootologie. 1993, 72, S. 614-7.

93. Wexler, D, Segal, R und Kimbell, J. Aerodynamic effects of inferior turbinate reduction:

computational fluid dynamics simulation. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 2005, 131(12),

S. 1102-7.

94. Jones, AS, Willatt, DJ und Durham, LM. Nasal airflow: resistance and sensation. J

Laryngol Otol. 1989, 103(10), S. 909-11.

95. McCaffrey, TV, et al. Rhinomanometry for preoperative and postoperative assessment

of nasal obstruction. Otolaryngol Head Neck Surg. 1989, 101(1), S. 20-6.

74

96. Suzina, AH, Hamzah, M und Samsudin, AR. Objective assessment of nasal resistance in

patient with nasal disease. J Laryngol Otol. 2003, 117, S. 609-13.

97. Grymer, LF, et al. Acoustic rhinometry: evaluation of the nasal cavity with septal

deviations, before and after septoplasty. Laryngoscope. 1989, 99(11), S. 1180-7.

98. Pirila, T und Tikanto, J. Unilateral and bilateral effects of nasal septum surgery

demonstrated with acoustic rhinometry, rhinomanometry and subjective assessment. Am J

Rhinol. 2001, 15(2), S. 127-33.

99. Mabry, RL. Inferior turbinoplasty: patient selection, technique, and long-term

consequences. Otolaryngol Head Neck Surg. 1988, 98(1), S. 60-6.

100. Sulsenti, G und Palma, P. Tailored nasal surgery for normalisation of nasal resistance.

Facial Plast Surg. 1996, 12(4), S. 333-45.

101. Bachmann, W. Diagnostik der behinderten Nasenatmung: Teil1: Funktonelle Anatomie

und Strömungsphysik. HNO aktuell. 1996, 4, S. 34-8.

75

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Einteilung der Nase in strömungsdynamische Formelemente in inspiratorischer

Strömungsrichtung nach Mlynski (67) ..................................................................................... 18

Abbildung 2: schematisches Strömungsprofil bei laminarer Strömung .................................. 21

Abbildung 3: schematisches Strömungsprofil bei turbulenter Strömung ................................ 21

Abbildung 4: Schematische Darstellung zum Hagen-Poiseuille- Gesetz .................................. 22

Abbildung 5: Zusammenhang zwischen Querschnittsflächen und Strömungsgeschwindigkeit

nach der Kontinuitätsgleichung ............................................................................................... 23

Abbildung 6: Abhängigkeit zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Druck nach der

Bernoulli´schen Gleichung ....................................................................................................... 24

Abbildung 7: Nasenmodelle aus Kunstharz ............................................................................ 28

Abbildung 8: Rhinoresistometrische Messkurven .................................................................... 32

Abbildung 9: Akustisch-rhinometrische Messkurven ............................................................... 34

Abbildung 10: Strömungslabor ................................................................................................ 35

Abbildung 11: Versuchsanordnung ......................................................................................... 36

Abbildung 12: Rhinoresistometrische Mittelwerte vor und nach Septumkorrektur auf der

konkaven Gegenseite der Deviation, R [10-1sPa/ml], dh[mm], λ[10-2] ..................................... 38

Abbildung 13: Rhinoresistometrische Mittelwerte vor und nach Septumkorrektur auf der

konvexen Seite der Deviation, R [10-1sPa/ml], dh[mm], λ[10-2] ............................................... 39

Abbildung 14: Rhinoresistometrische Befunde bei simulierter Nasenmuschelplastik, R [10-1

sPa/ml], dh[mm], λ[10-2] ......................................................................................................... 40

Abbildung 15: Rhinoresistometrische Befunde bei Isthmuserweiterung, R [10-1sPa/ml],

dh[mm], λ[10-2] ........................................................................................................................ 41

Abbildung 16: Querschnittsflächen für I-Zacke und C-Senke in cm2 auf der konkaven

Gegenseite der Deviation ........................................................................................................ 42

Abbildung 17: Querschnittsflächen für die I-Zacke und C-Senke in cm2 auf der Seite der

Deviation vor und nach Septumkorrektur ............................................................................... 43

Abbildung 18: Querschnittsflächen für die I-Zacke und C-Senke in cm2 vor und nach

Größenreduktion der Muscheln ............................................................................................... 44

Abbildung 19: Querschnittsflächen für die I-Zacke und C-Senke in cm2 vor und nach der

Erweiterung des Isthmus nasi .................................................................................................. 45

Abbildung 20 a-d: Verschiedene Strömungsmuster auf der konvexen Seite der Deviation bei

einer Strömungsgeschwindigkeit von 100ml/s (linke Abbildungen) und 500ml/s (rechte

Abbildungen). Die Pfeile in Abb. 20d markieren die Strömungsrichtung. ............................... 48

Abbildung 21: Strömungsbild in einer Nase mit konvexer Septumdeviation .......................... 49

Abbildung 22: Strömungsbild der gleichen Nasenseite nach Abtragen der Deviation ............ 49

Abbildung 23: Strömungsbild der gleichen Nasenseite nach Abtragen der Deviation und

zusätzlicher Muschelverkleinerung ......................................................................................... 49

Abbildung 24: Strömungsbild einer Nasenseite mit konkaver Septumdeviation a) bei V =

100ml/s, b) bei V = 300ml/s .................................................................................................. 50

Abbildung 25: Strömungsbild im Modell der gleichen Nasenseite wie in Abb. 24, zusätzlich

Begradigung der Deviation ...................................................................................................... 51

76

Abbildung 26: Strömungsbild im Modell der gleichen Nasenseite nach Begradigung der

Deviation wie in Abb. 25, zusätzlich Verkleinerung der unteren (26a) und mittleren Muschel

(26b) ........................................................................................................................................ 51

Abbildung 27: Strömungsbild der gleichen Nase wie in Abb. 25 nach Begradigung der

Deviation, zusätzlich erhebliche Verkleinerung der unteren und mittleren Muscheln .......... 52

Abbildung 28: Strömungsbild einer Nasenseite mit Isthmusstenose. a) vor und b) nach

Beseitigung der Einengung. Die Pfeile zeigen den Strömungsverlauf. Wirbelbildung in der

oberen (blauen) Strombahn in Abb. 28a ................................................................................. 53

Abbildung 29a: Gleiches Modell mit Isthmusstenose und Strömungsbild wie in Abb. 28a, Abb.

29b: zusätzliche Verkleinerung der unteren und mittleren Muschel ....................................... 53

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: chirurgische Prinzipien der Muschelreduktion nach Tasman (48) .......................... 13

Tabelle 3: Funktionsdiagnostische Mittelwerte der Modelle mit konkaver Deviation als

Vergleichswerte für die pathologisch konfigurierten Modelle ................................................ 57

Tabelle 4: Rhinoresistometrische Messwerte bei Septumkorrektur – konvexe Seite der

Deviation ................................................................................................................................. 77

Tabelle 5: Rhinoresistometrische Messwerte bei Septumkorrektur-konkave Seite der

Deviation ................................................................................................................................. 78

Tabelle 6: Rhinoresistometrische Messwerte bei Größenreduktion der Nasenmuscheln ....... 79

Tabelle 7: Rhinoresistometrische Messwerte bei Isthmuserweiterung ................................... 80

Tabelle 8: Akustisch- rhinometrische Messwerte bei Septumkorrektur auf der konvexen Seite

der Deviation in cm2 ................................................................................................................ 80

Tabelle 9: Akustisch- rhinometrische Messwerte bei Septumkorrektur auf der konkaven Seite

der Deviation in cm2 ................................................................................................................ 81

Tabelle 10: Akustisch- rhinometrische Messwerte bei Größenreduktion der Nasenmuscheln in

cm2 ........................................................................................................................................... 82

Tabelle 11: Akustisch-rhinometrische Messwerte bei Isthmuserweiterung in cm2 ................. 83

77

Anhang: Messwerte zu den Versuchen

Rhinoresistometrische Messwerte

dh = hydraulischer Durchmesser in mm

R = Widerstand in sPa/ml

= Lambda /x 10-3

XX = Fehlmessung, nicht in die Berechnung einbezogen

vor Korrektur nach Korrektur

dh R dh R

Modellkonfiguration 1 5,1 0,31 31 6,8 0,10 43






Tabelle 3: Rhinoresistometrische Messwerte bei Septumkorrektur – konvexe Seite der

Deviation

78


dh R dh R







Tabelle 4: Rhinoresistometrische Messwerte bei Septumkorrektur-konkave Seite der

Deviation


dh R dh R










Modellkonfiguration10 5,4 0,23 32 6,8 0,10 44

79









Modellkonfiguration 19 7,7 0,06 55 nicht messbar






Tabelle 5: Rhinoresistometrische Messwerte bei Größenreduktion der Nasenmuscheln


dh R dh R





80









Tabelle 6: Rhinoresistometrische Messwerte bei Isthmuserweiterung

Akustisch- rhinometrische Messwerte


I-Zacke C-Senke I-Zacke C-Senke

Modellkonfiguration 1 0,9 1,2 1,1 2,4






Tabelle 7: Akustisch- rhinometrische Messwerte bei Septumkorrektur auf der konvexen Seite

der Deviation in cm2

81









Tabelle 8: Akustisch- rhinometrische Messwerte bei Septumkorrektur auf der konkaven Seite

der Deviation in cm2












82
















Tabelle 9: Akustisch- rhinometrische Messwerte bei Größenreduktion der Nasenmuscheln in

cm2







83









Tabelle 10: Akustisch-rhinometrische Messwerte bei Isthmuserweiterung in cm2

Untersuchungen an Nasenmodellen zum Einfluss ... · sowie eine zu starke Erweiterung des vorderen...

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