Вычислительная аэродинамика при риносинусохирургии

ВЧП — верхнечелюстная пазуха

БС — баллонная синусопластика

МКО — мобилизация крючковидного отростка

ОНП — околоносовые пазухи

ФЭРС — функциональная эндоскопическая риносинусохирургия

Разнообразие хирургических доступов к верхнечелюстной пазухе (ВЧП) обусловливает необходимость детализации показаний к каждому из них [1]. Общеизвестно, что основными функциями полости носа являются увлажнение, согревание и очищение вдыхаемого воздуха, объем которого составляет порядка 12 тыс. л. Околоносовые пазухи (ОНП) увеличивают площадь слизистой оболочки полости носа и обеспечивают непрерывную продукцию необходимого объема жидкости для увлажнения вдыхаемого воздуха. Известно, что изменение архитектоники полости носа приводит к аэродинамическим нарушениям и может стать причиной развития хронического риносунусита [2, 3]. Современные компьютерные технологии позволяют моделировать различные процессы, протекающие в организме человека. В частности, для моделирования функционального состояния дыхательных путей используется метод вычислительной аэродинамики, с помощью которого возможно моделировать скорости воздушных потоков, изменения влажности и температуры [4, 5]. Однако количества публикаций, посвященных изменению аэродинамики полости носа и ВЧП после различных вариантов риносинусохирургии, явно недостаточно.

Цель исследования — изучить скорости воздушных потоков, возникающих в полости носа и ВЧП при дыхании, после моделирования различных технологий риносинусохирургии.

Вычислительная аэродинамика воздушных потоков в полости носа и ОНП. Исследования проводили на базе кафедры реактивных двигателей и энергетических установок Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева. В ходе работ выполняли компьютерные томограммы (томограф Toshiba Somatom 16, Япония) в режиме 3D с толщиной среза 0,65 мм [6]. Вычислительную аэродинамику воздушных потоков осуществляли с помощью программного комплекса Ansys Fluent.

В исследование были включены 14 ринологически здоровых людей обоих полов, средний возраст которых составил 31,0±16,7 года. Критерии исключения: острые и хронические заболевания полости носа и ОНП (искривление перегородки носа с нарушением носового дыхания, хронический риносинусит, эпизоды острого риносинусита в последние 3 мес, гипертрофический ринит и т. п.), а также варианты развития полости носа и ОНП (5-й тип искривления перегородки носа по R. Mladina и соавт.[7] без нарушения носового дыхания, парадоксально изогнутая или пневматизированная средняя носовая раковина и др.).

Было установлено, что скорость воздушного потока между хоанами и обеими ноздрями составляет 300 мл/с. Затем было создано 4 рабочие модели: 1) компьютерное симулирование супратурбинального хирургического доступа к ВЧП (медиализация средней носовой раковины на 2 мм, удаление крючковидного отростка, расширение естественного соустья ВЧП до 1 см в диаметре); 2) компьютерное моделирование инфратурбинального хирургического доступа к ВЧП (под нижней носовой раковиной накладывалось соустье ВЧП с полостью носа 0,5 см в диаметре); 3) компьютерное моделирование БС (расширение естественного соустья до 5 мм, расширение полулунной щели до 7 мм); 4) состояние после компьютерного моделирования мобилизации крючковидного отростка (МКО) разработанным нами инструментом (медиализация средней носовой раковины на 2 мм и медиализация крючковидного отростка на 1,5 мм).

Результаты моделирования изменений давления в полости носа и носоглотке, возникающих при дыхании, свидетельствуют об отсутствии массообмена между полостью носа и исследуемой ВЧП в норме. Скорость воздушных потоков между структурами остиомеатального комплекса при дыхании не превышала 0,01 м/с — минимально уловимой скорости в программе Ansys.

После компьютерного моделирования супратурбинального хирургического доступа к ВЧП, заключающегося в медиализации средней носовой раковины, удалении крючковидного отростка и расширении естественного соустья ВЧП, скорость потоков, возникающих в среднем носовом ходе, была равна 0,08±0,02 м/с. В некоторых моделях пиковая скорость воздушного потока в этой анатомической зоне составляла около 1,0 м/с.

В случае компьютерного моделирования супратурбинального хирургического доступа к ВЧП массообмен между ВЧП и полостью носа, в норме равный нулю, увеличился до 36,7 мл/с в результате значительного изменения формы и расширения сообщения полости носа с ВЧП (рис. 1, табл.

Компьютерное моделирование инфратурбинального хирургического доступа к ВЧП сопровождалось возникновением 2 потоков воздуха в пазухе, что приводило к феномену «проветривания» ВЧП. В таком случае массообмен газов между полостью носа и ВЧП составлял более 60 мл/с, а в некоторых моделях доходил до 80 мл/с, что объяснялось индивидуальными особенностями строения среднего носового хода у отдельных лиц (рис. 3).

В отличие от 2 представленных технологий расширения естественного соустья ВЧП и создания дополнительного соустья в случае инфратурбинального хирургического доступа к ВЧП разработанная методика МКО подразумевает расширение полулунной щели в результате медиализации крючковидного отростка. Естественное соустье ВЧП при этом остается интактным. Вычислительная аэродинамика вмешательства показала отсутствие изменений скорости движения воздушных потоков и отсутствие массообмена между указанными полостями после расширения полулунной щели предложенным способом (рис. 4, табл.

Предложенная модель аэродинамики полости носа и ВЧП подтвердила отсутствие вентиляции пазухи при дыхании в норме. Данный факт является общепризнанным и вошел в зарубежные руководства по ринологии как постулат.

Вычислительная аэродинамика воздушных потоков в полости носа и ВЧП на 4 моделях наиболее частых оперативных вмешательств показала, что супратурбинальный хирургический доступ к ВЧП и БС способствует увеличению скоростей воздушных потоков в области остиомеатального комплекса и появлению массообмена газов между ВЧП и полостью носа. При этом инфратурбинальный хирургический доступ к ВЧП, подразумевающий наложение дополнительного соустья в нижнем носовом ходе, более выраженно, нежели другие варианты хирургии ВЧП, влияет на массообмен между ВЧП и полостью носа.

МКО в отличие от БС и ФЭРС позволяет избежать развития патологического массообмена газов между ОНП и полостью носа по результатам метода вычислительной аэродинамики за счет сохранения нормальных размеров естественных соустий пазух. В связи с этим МКО может быть рекомендована для клинического применения в целях улучшения оттока отделяемого из передней группы ОНП в послеоперационном периоде.

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Щербаков Дмитрий Александрович, к.м.н. [Dmitrii A. Shcherbakov, MD, PhD]; адрес: Россия, 117152, Москва, Загородное шоссе, 18а, стр. 2 [address: 18а build. Zagorodnoye highway, 117152 Moscow, Russia]; https://orcid.org/0000-0002-4334-3789; eLibrary SPIN: 1594-1907; e-mail: dmst@bk.ru