Введение

Назальная ирригация (НИ) часто используется при патологии носа и околоносовых пазух (ОНП), имеет уровень доказательности Ia в лечении острых и хронических риносинуситов и входит в значимые международные рекомендации, такие как EPOS-2020 [1, 2]. Тем не менее техники назальной ирригации характеризуются большой вариабельностью выполнения. В странах постсоветского пространства популярностью пользуется одна из старейших методик НИ, предложенная A.W. Proetz в 1931 г. [3], при этом относительно редко применяемая за рубежом.

Метод перемещения жидкости по Proetz основан на создании отрицательного давления в полости носа с помощью зажатия ноздри и электрического аспиратора, что обеспечивает перемещение жидкости из зоны положительного давления в зону отрицательного давления. Следует отметить, что метод перемещения жидкости, предложенный A.W. Proetz, изначально использовался для введения лекарственных вещества в ОНП. В первоисточнике указано, что введение жидкости в полость носа производится в положении пациента лежа с запрокинутой головой, затем пациент должен резко принять вертикальное положение головы. Заполнение раствором ОНП A.W. Proetz проверял с помощью контрастной рентгеноскопии, позволявшей определить максимальное скопление контрастного вещества в ОНП [3]. Автор полагал, что при определенном положении головы соустья ОНП находятся ниже, этим самым создается погружение пазух носа в жидкость. Именно в этом видится основное преимущество метода перед обычными способами назальной ирригации [4, 5].

С учетом большого количества нежелательных реакций на процедуру (попадание жидкости в ухо, в дыхательные пути) данный метод претерпел изменения. Конкретные протоколы промывания носа на настоящий момент отсутствуют, в связи с этим процедуру выполняют индивидуально [5]. Наиболее щадящий способ достигается положением сидя с наклоном головы вперед, эта позиция особенно безопасна для детей. Следует отметить, что вопрос необходимости промывания ОНП в лечении острых и хронических синуситов остается спорным, так как до сих пор неизвестен механизм проведения метода Proetz.

Последние 15 лет для изучения характеристик потоков в динамике активно используется CFD-моделирование, которое основано на численном решении уравнений, описывающих движение жидкости и газа. Исследования в оториноларингологии показали, что данный метод позволяет определять направление движений воздушного и водного потоков при различных заболеваниях [6—8]. Интересным является применение CFD-моделирования для изучения перемещения ирригационного раствора в полости носа и ОНП при проведении процедуры по методу Proetz.

Цель исследования — изучить механизм перемещения жидкости по методу Proetz с помощью CFD-моделирования (computational fluid dynamics).

Материал и методы

Настоящее исследование выполнено в технической лаборатории АОО «Назарбаев Университет» (г. Астана, Республика Казахстан) School of Engineering and Digital Sciences. Для выполнения CFD-моделирования использованы компьютерные томограммы полости носа и околоносовых пазух в виде электронных файлов DICOM (шаг среза 0,6 мм, всего 340 элементов) пациентки 40 лет, получавшей лечение методом перемещения по Proetz.

Для промывания носа за 10 мин до процедуры применяется сосудосуживающее средство (оксиметазолин 0,1% по 2 впрыска в каждую сторону носа). Далее пациента усаживают на кресло с наклоном головы вперед на 45°, так как эта позиция является наиболее безопасной (рис. 1). Введение жидкости с помощью шприца объемом 20 мл в полость носа осуществляется с одного преддверия, вакуум-аспиратор удаляет жидкость с другой стороны с давлением 730 мм рт.ст. Объем жидкости равен 20 мл, время введения 5,3 с, соответственно, скорость вводимой жидкости составляет 4 мл/с.

Рис. 1. Положение головы пациента при проведении процедуры перемещения жидкости по методу Proetz.

Для создания точной модели использованы файлы КТ полости носа и ОНП пациентки и для дальнейшего преобразования в DICOM-формат 3D-модели воспроизведены в программе Mimics Medical 24.0. Далее удалены артефакты, сглажена поверхность, произведена корректировка незначительных дефектов, после чего модель транспортировали в Ansys Fluent, где осуществлено разбиение полости на конечные объемы. Всего получено 5 млн сеток, что подходит для создания модели турбулентности RANS. Полученная модель сохраняется в формате STL (рис. 2 на цв. вклейке).

Рис. 2. 3D-модель полости носа.

а — сагиттальный срез; б — фронтальный срез.

Перед проведением моделирования настраиваются граничные условия. Устанавливаются параметры жидкости на входе, а именно скорость потока V=0,004 м/с или Q=4 мл/с, атмосферное давление равно 0. На выходе, то есть с другого преддверия, устанавливается нулевое относительное давление (P=0 Па) сосудистой стенки (wall shear stress) — нескользящее условие. Модель турбулентности k-ω SST предназначена для описания приповерхностных эффектов.

Для решения уравнений Навье—Стокса и уравнения непрерывности нами использованы численные методы, а именно метод конечных объемов (FVM) в Ansys Fluent. Для обработки и 3D-анимации результатов численного моделирования нами применена программа Para View, Open CV, а также использована последняя версия Python для установки характера движения жидкости внутри полостей.

Результаты

Моделирование движения жидкости в полости носа и ОНП показало, что процесс заполнения пазух происходит постепенно и зависит от динамики потока в общем носовом ходе. Для более наглядного представления динамики потока жидкости построен график интенсивности заполнения (рис. 3).

Рис. 3. Средняя интенсивность распределения жидкости в полости носа и околоносовых пазухах.

На начальном этапе жидкость движется преимущественно в одном направлении с гладким ламинарным потоком, равномерно покрывая слизистую оболочку (рис. 4 на цв. вклейке). По мере заполнения носовых ходов жидкость начинает поступать в естественные соустья, что приводит к медленному проникновению раствора в пазухи. В этот момент возникают локальные зоны турбулентности, связанные с анатомическими особенностями и препятствиями внутри пазух (рис. 5 на цв. вклейке). Пазуха заполняется по мере заполнения жидкостью общего носового прохода. Видны зоны с увеличенной концентрацией жидкости. Скорость начинает снижаться по мере заполнения пазухи и увеличения сопротивления потоку. Далее поток жидкости направляется к выходу с другой стороны полости носа (слева) (рис. 6 на цв. вклейке). Появляются застойные зоны в узких местах пазух. Пазухи заполнены частично на стороне введения жидкости (справа). Начинается выведение жидкости через левое преддверие (задействован вакуумный аспиратор). Выведение жидкости из пазух носа при активном отсасывании не осуществляется, оно происходит естественно после достижения жидкостью соустий. В завершение процедуры (рис. 7 на цв. вклейке) вакуумная аспирация способствует выведению остатков жидкости из полости носа, но не из пазух. Поток становится направленным, с зонами резкого уменьшения объема жидкости. Остается небольшое количество жидкости на стенках пазух носа, которое удерживается по законам гравитации. Скорость увеличивается в зоне выхода, так как давление аспиратора создает ускорение.

Рис. 4. Вид полости носа и околоносовых пазух при промывании по методу Proetz (104-й кадр).

а — вид снизу; б — вид сбоку.

Рис. 5. Вид полости носа и околоносовых пазух при промывании по методу Proetz (254-й кадр).

а — вид снизу; б — вид сбоку.

Рис. 6. Вид полости носа и околоносовых пазух при промывании по методу Proetz (269-й кадр).

а — вид снизу; б — вид сбоку.

Рис. 7. Вид полости носа и околоносовых пазух при промывании по методу Proetz (396-й кадр).

а — вид снизу; б — вид сбоку.

Ключевые моменты симуляции:

1. Заполнение пазух происходит только после полного заполнения полости носа, так как жидкость должна достичь естественных соустий. Это объясняет, почему процесс поступления раствора в пазухи не является мгновенным.

2. На начальном этапе поток жидкости движется ламинарно, равномерно распределяясь по поверхности слизистой оболочки. Однако по мере продвижения жидкости вглубь носовой полости возникают локальные турбулентности и застойные зоны, обусловленные анатомическими особенностями.

3. Скорость потока снижается по мере увеличения наполненности пазух, так как сопротивление потоку возрастает. При активной аспирации жидкость эффективно удаляется из полости носа, но из пазух она не выводится полностью.

4. Метод Proetz не обеспечивает полного дренирования ОНП, выведение жидкости из пазух происходит пассивно за счет естественного дренажа после завершения процедуры.

Обсуждение

Метод перемещения жидкости по методу Proetz широко применяется в некоторых странах в клинической практике для промывания полости носа и доставки лекарственных веществ в ОНП [9]. Однако его эффективность в очищении пазух остается предметом дискуссий. Методика CFD-моделирования позволила подробно изучить распределение жидкости в полости носа и пазухах во время процедуры и выявить ключевые механизмы ее движения. В данном исследовании мы изучили с помощью CFD-моделирования механизм распределения жидкости внутри полости носа и ОНП во время выполнения метода Proetz.

Результаты моделирования показали, что изначально вводимая жидкость быстро заполняет носовые ходы, а ее поступление в ОНП происходит только после достижения жидкостью естественных соустий. Этот процесс ограничен анатомическими особенностями носовой полости, что приводит к формированию застойных зон и снижению скорости потока в узких участках. K. Inthavong и соавт. разработана также CFD-модель для оценки распределения жидкости при использовании сжимаемой емкости (neto-pot) для ирригации полости носа [10]. В данной модели жидкость эффективно покрывала полость носа, однако проникновение в ОНП, особенно в лобные и клиновидные пазухи, было ограниченным. Эти результаты согласуются с нашим исследованием, подтверждая, что стандартные методы ирригации не обеспечивают достаточного заполнения всех пазух. H. Salati и соавт. использовали CFD-моделирование для оценки распределения жидкости после функциональной эндоскопической хирургии носовых пазух (FESS) [11]. При симулировании видно, что жидкость легко проникает через естественные соустья ОНП. Это подчеркивает важность анатомических особенностей в распределении жидкости, но мы фокусировались на здоровых полостях носа.

Одним из ключевых наблюдений стало то, что вакуумная аспирация способствует удалению жидкости из полости носа, но не создает достаточного градиента давления для полного выведения раствора из пазух. Это объясняет, почему даже после проведения процедуры в пазухах может оставаться значительное количество жидкости. Данный факт особенно важен при лечении пациентов с хроническими риносинуситами, так как задержка жидкости в пазухах может быть неблагоприятным фактором при наличии воспалительного процесса.

Методика CFD-моделирования показала, что виртуальное моделирование может являться хорошим инструментом для изучения не только процесса дыхания носом, но и других лечебных манипуляций [12—14]. Исследования, посвященные CFD-моделированию назальных ирригаций, представлены в российской [15] и в мировой литературе [16, 17].

Клиническое значение наших результатов заключается в необходимости индивидуального подхода к промыванию носа по методу Proetz. Важно учитывать, что стандартная методика, особенно без постуральных маневров, не гарантирует полного очищения ОНП. Для улучшения эффективности процедуры может быть полезно применение техники изменения положения головы пациента после промывания, что будет способствовать пассивному дренажу оставшейся жидкости.

В нашем исследовании выявлено, что при промывании полость носа активно покрывается жидкостью, тогда как ОНП — частично. Благодаря созданному отрицательному градиенту в полости носа жидкость носа легко перемещается из правой половины носа в левую. Однако данный градиент давления не позволяет произвести полную аспирацию жидкости из параназальных синусов, что связано с частичной заполняемостью пазух, а также с особенностями расположения остеомеатальных клапанов.

Ограничения исследования

Для получения клинически значимых результатов требуется большая выборка с группами сравнения здоровых лиц и пациентов с патологией ОНП. Кроме того, необходимо провести моделирование промывания носа по данной технике в различных позициях тела и головы.

Практические рекомендации

1. Метод промывания носа по Proetz эффективен в лечении гнойно-воспалительных процессов в детском возрасте и в других случаях, когда самостоятельное очищение полости носа затруднено.

2. В лечении острых и хронических риносинуситов метод будет полезен только для доставки раствора в пазухи, но не для аспирации содержимого.

Рекомендуется промывание полости носа в положении сидя во избежание попадания воды в евстахиеву трубу, а также в нижние дыхательные пути.

Заключение

Наши результаты согласуются с выводами других исследований, подчеркивая ограниченную эффективность стандартных методов назальной ирригации в отношении полного дренирования околоносовых пазух. Необходимы дальнейшие исследования, направленные на оптимизацию методов ирригации с учетом индивидуальных анатомических особенностей пациентов, а также на разработку рекомендаций по изменению положения головы и использование других факторов, способствующих улучшению дренажа пазух.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.