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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-81770
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8177/

Hildebrandt, Thomas

Das Konzept der Rhinorespiratorischen Homöostase – ein neuer theoretischer Ansatz für die Diskussion physiologischer und physikalischer Zusammenhänge bei der Nasenatmung

The concept of Rhino-Respiratory-Homeostasis - a new theoretical approach for the discussion of physiolocical and physical principles of nasal breathing

Kurzfassung in Deutsch

Ausgangspunkt der Arbeit war die Überlegung, dass bei allen Säugetieren der Physiologie der Nasenatmung gleiche Prinzipien zugrunde liegen. Die elementare Bedeutung des Nasensekretes als Bindeglied für die physiologischen Vorgänge in der Nase tritt durch die Berücksichtigung artenspezifischer Nasenfunktionen verstärkt in den Vordergrund und impliziert die Notwendigkeit der regulierten Kontrolle im Sinne einer Homöostase. Für das Fließgleichgewicht des Sekretfilmes ist der strömungsbedingte Stoff- und Wärmeaustausch im Bereich der Nasenhöhlenwand ein entscheidender Faktor.
Beim Konzept der Rhinorespiratorischen Homöostase steht im Unterschied zur etablierten Modellvorstellung der Nasenatmung nicht die Inspirationsluft im Blickpunkt, sondern der Fokus liegt auf der parietalen Wirkung der Strömung, welche insbesondere von der Wandschubspannung repräsentiert wird. Die Wandschubspannung kennzeichnet die Stärke der konvektiven Komponente des Stoff- und Wärmeüberganges zwischen benetzter Schleimhaut und angrenzender Luft. Darüber hinaus kann sie, vermutlich ähnlich wie in Blutgefäßen, infolge von Mechanotransduktionsprozessen morphologische Veränderungen der Schleimhaut bzw. des submukösen Gewebes induzieren. Inadäquate Wandschubspannungsmuster sind somit als eine Ursache für die Entwicklung umschriebener pathologischer Schleimhautveränderungen, der kompensatorischen Muschelhyperplasie bei Septumdeviation und Sattelnase oder sogar einer "idiopathischen" Rhinopathie vorstellbar.
Für die Modulation der Luftpassage bzw. der Konvektion korrespondierend zur Schleimhautbefeuchtung kommt vor allem der Nasenzyklus infrage. In der vorgelegten Arbeit wird das Prinzip der Flipflop-Schaltung als möglicher konkreter Regelmechanismus erörtert. In diesem Zusammenhang wird hypothetisch davon ausgegangen, dass die Wandschubspannung sowie das transepitheliale Potenzial den jeweiligen Regelzustand in Bezug auf Strömungssituation und Sekretfilm durch Signaltransduktion im ZNS abbilden.
Die Wechselwirkung zwischen Luftstrom und der auf die tangentialen Scherkräfte reagierenden Nasenhöhlenauskleidung in Form von Geometrieänderungen des Strömungsraumes könnte man als verzögerte biologische Fluid-Struktur-Kopplung bezeichnen – in Anlehnung an den "klassischen Fall" der druckvermittelten unmittelbaren Interaktion zwischen Strömung und elastischen Strukturelementen der Wand. In der Dissertation wird der Nasenzyklus als Erscheinungsform einer solchen biologischen Fluid-Struktur-Kopplung interpretiert und als wesentlich für die Homöostase des funktionell essentiellen Nasensekretes eingeschätzt.
Die Respiration durch die Nase dient, so betrachtet, nicht primär der Konditionierung der Atemluft, sondern in erster Linie der Darbietung von Geruchsmolekülen sowie der endonasalen Wasser- und Wärmebilanz. Zugespitzt könnte man formulieren, dass der transnasale Atemstrom eher als Voraussetzung für die Funktionstüchtigkeit und weniger als Zweck des Organs Nase zu verstehen ist.

Kurzfassung in Englisch

The starting point of this work was the consideration that the physiology of nasal breathing has the same underlying principles in all mammals. The fundamental importance of nasal secretion as a link between the physiological processes in the nose arises especially when taking into account species-specific nasal functions. This role implies the necessity of its regulated control in terms of homeostasis. For the steady state equilibrium of the liquid film the mass and heat transfer at the nasal cavity wall is a decisive factor.
In contrast to the established conventional model of nasal breathing, the concept of Rhino-Respiratory-Homeostasis emphasises the parietal effect of the flow which is particularly represented by the wall shear stress and does not focus on the inspired air. The wall shear stress characterises the strength of the convective component of mass and heat transfer between the moistened membrane and adjacent air. Wall shear stress can probably, as is the case in blood vessels, induce morphological changes of the mucosa or the submucosal tissue, due to mechano-transduction processes. It is thus conceivable that inadequate wall shear stress patterns are a cause for the development of circumscribed pathological mucosal changes, compensatory hyperplasia of the turbinates consecutive to septal deviation and saddle nose deformity or even an "idiopathic" rhinopathy.
The nasal cycle is particularly eligible to modulate the air passages or the convection corresponding to the moisture of the mucous membranes. In the presented work, the principle of the flip-flop circuit as a possible concrete regulatory mechanism is discussed. In this context, the hypothetical assumption has been made that the wall shear stress and the transepithelial potential enable a certain regulatory state regarding flow and liquid film to be represented in the brain through signal transduction.
The interaction between air flow and the nasal cavity lining reacting on the tangential shear forces with geometric changes of the flow space could be described as a delayed biological fluid-structure interaction - with reference to the "classic case" of the pressure-mediated prompt interaction between fluid and elastic structural elements of the wall.
In the dissertation, the nasal cycle is interpreted as a manifestation of such a biological fluid-structure interaction and assessed to be crucial for the homeostasis of the functionally essential nasal secretion-layer.
Considering the respiration through the nose in the stated manner, points out that it does not serve primarily for conditioning of the inspired air but first of all for the presentation of odour molecules as well as endonasal water and heat balance.
If one wanted to be forceful, one could formulate that the transnasal flow is a prerequisite for the functional efficiency rather than the purpose of the nose organ.