- Email: [email protected]
Pomiary temperatury powietrza w jamach nosa i jamie ustnej
D. Paczesny i inni
Pomiary temperatury powietrza w jamach nosa i jamie ustnej Air temperature measurements in nasal cavities and oral cavity Daniel Paczesny1, Piotr Rapiejko2, Jerzy Weremczuk1, Ryszard Jachowicz1, Dariusz Jurkiewicz2 1Zakład
Mikrosystemów i Systemów Pomiarowych Instytutu Systemów Elektronicznych Politechniki Warszawskiej Kierownik: prof. dr hab. R. Jachowicz 2Klinika Otolaryngologii CSK MON Wojskowego Instytutu Medycznego w Warszawie Kierownik: prof. dr hab. med. D. Jurkiewicz
Summary Aim. Aim of this study was to check at the hospital the electronic thermometer for fast measurement of air temperature in upper airways. The nose ability of heating of inspired air and heat recovering from expired air was evaluated. Measurements from respiration through the oral cavity were compared. Material and methods. The study was carried out in a group of 30 people (6 female and 24 male), age group 18 to 62 (mean age: 33.5 years old). Almost the half of participants had no deviation from normal state in laryngologic examination. The rest of participants had nasal septum deviation (7 persons), nasal vonchae hyperthrophy (3 persons) and grade I nasal polips (2 persons). The measurements of air temperature in upper air ways was done using specially designed and constructed measurement system. Results. The air inspired through the nose and oral cavity is heated during respiration. For typical external conditions (T = 22°C i RH = 50%) the nose heats inspired air 1,5 times better then oral cavity (short time range of measurement ~1 min.). Heat from expired air is recovered for both nasal cavities and oral cavity. Nasal cavities respiration ability for heat recovery from expired air is 3 times higher then oral cavity respiration. Conclusion. The paper concerns the system for inspired and expired temperature measurements by miniature thermometer in different places of upper airways. Presented system can be a useful instrument for evaluation of thermal nasal cavities function. Hasła i n de kso we : pomiar temperatury, funkcje nosa – ogrzewanie Ke y wo rds: temperature measurement, nose functions – heating, nasal air conditioning Otolaryngol Pol 2007; LXI (5): 864–867 © 2007 by Polskie Towarzystwo Otorynolaryngologów – Chirurgów Głowy i Szyi
WSTĘP Znajomość procesów fizjologicznych zachodzących w jamach nosa w trakcie oddychania ma duży wpływ na diagnostykę i leczenie chorób laryngologicznych [1–3]. Ma to szczególne znaczenie w przypadku stosowania środków farmakologicznych wpływających na stan błony śluzowej nosa oraz w przypadku zabiegów operacyjnych w obrębie struktur nosa [4, 5]. Zaburzenia funkcji nosa związane z dysfunkcją błony
śluzowej oraz upośledzeniem przepływu powietrza jest przyczyną wielu zjawisk patologicznych w obrębie górnych i dolnych dróg oddechowych [2, 6–8]. Błona śluzowa nosa wraz z naczyniami krwionośnymi ma wpływ na ogrzewanie powietrza wdychanego do płuc [9], dlatego ważne jest określenie, w jaki sposób i do jakiego poziomu nos ogrzewa wdychane powietrze. Postęp, jaki odbywa się w naukach technicznych pozwala na konstruowanie systemów pomiarowych, coraz dokładniejszych i dostosowanych do wymagań
Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.
864
Otolaryngologia Polska 2007, LXI, 5
Pomiary temperatury powietrza
użytkowników. W odpowiedzi na potrzeby lekarzy laryngologów został skonstruowany termometr elektroniczny do pomiaru dynamicznych zmian temperatury powietrza wdychanego i wydychanego przez nos i jamę ustną, a nawet rejestrację w tchawicy (u chorych z wytworzoną tracheostomą). Termometr elektroniczny współpracuje z aplikacją komputerową do archiwizacji i analizy wyników pomiarowych. Głównym celem prowadzonych prac było sprawdzenie skonstruowanego systemu pomiarowego w warunkach klinicznych oraz porównanie wartości temperatur, do jakich powietrze wdychane jest nagrzewane w procesie oddychanie przez nos i jamę ustną (w tym przypadku nos jest „wyłączony” z procesu oddychania).
MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono w grupie 30 osób obojga płci (6 kobiet i 24 mężczyzn) w wieku od 18 do 62 lat (średnia 33,5 lat). Wszyscy badani zostali poinformowani o celu i sposobie badania. Do badań zakwalifikowano ochotników – studentów i pracowników Politechniki Warszawskiej oraz pracowników Wojskowego Instytutu Medycznego. Wstępna faza badania obejmowała badanie podmiotowe i przedmiotowe laryngologiczne połączone z endoskopią nosa. W badanej grupie u 13 osób nie stwierdzono odchyleń od stanu prawidłowego w badaniu laryngologicznym, u 7 osób stwierdzono skrzywienie przegrody nosa (w tym u 4 osób bez upośledzenia drożności nosa, a u 3 osób znacznie upośledzającą drożność nosa), u 8 osób stwierdzono przerost małżowin nosowych dolnych (w tym u 5 osób upośledzającą drożność nosa – osoby te nadużywały stosowania środków obkurczających błonę śluzową nosa), a u 2 osób stwierdzono polipy nosa I stopnia.
Ryc. 1. Idea pomiaru temperatury powietrza w górnych drogach oddechowych
Otolaryngologia Polska 2007, LXI, 5
Każdy pacjent przebywał w pomieszczeniu, w którym odbywało się badanie przez około 20 min. Był to proces adaptacji do warunków zewnętrznych o temperaturze około 22°C i wilgotności około 50%. W każdym miejscu pomiarowym dokonywano ciągłej rejestracji zmian temperatury elektronicznym termometrem przez okres około 1 minuty. Pomiaru dokonywano u każdego pacjenta w przedsionku nosa i nosogardle (sonda była wprowadzana przez jamę ustną, po czym usta były zamykane). Pozwalało to na wyznaczenie parametrów w czasie procesu oddychania przez nos. Podobnie pomiaru dokonywano przy oddychaniu przez usta, gdzie pomiar odbywał się na wysokości zębów oraz w gardle przy otwartej jamie ustnej (nos był „wyłączony” z procesu oddychania). Pomiar temperatury powietrza został przeprowadzony za pomocą specjalnie skonstruowanego w tym celu, miniaturowego termometru elektronicznego [10]. Mimo bardzo prostej koncepcji pomiarowej (ryc. 1) przyrząd podlegał kilku etapom modyfikacji, polegających głównie na doborze odpowiedniego czujnika temperatury. Problem polegał na uzyskaniu kompromisu, pomiędzy szybkością odpowiedzi na dynamiczne zmiany temperatury a średnicą sondy pomiarowej, która jest wkładana w czasie pomiaru do jam nosa. Należy zwrócić uwagę, na zabezpieczenie czujnika przed kontaktem z błoną śluzową. Kontakt taki może zaburzyć pomiar temperatury powietrza. Dzięki zabezpieczeniu czujnika nie jest konieczne sprawdzanie za każdym razem endoskopem poprawności umieszczenia sondy. Skonstruowana głowica pomiarowa powinna w jak najmniejszym stopniu zakłócać przepływ powietrza w czasie procesu oddychania oraz powinna zapewnić komfort pacjentowi. Do pomiaru temperatury wykorzystano termistor o bardzo małej średnicy równej 0,5 mm i stałej czasowej około 0,4 s. Struktura termorezystywna czujnika pokryta jest szklanym płaszczem zabezpieczającym czujnik przed wpływem agresywnych czynników zewnętrznych, w tym wilgoci. Umożliwia to standardową – gazową sterylizację sondy. Konstrukcja sondy pomiarowej w postaci cienkiego elastycznego pręta o średnicy około 2 mm jest bardzo wygodna w użyciu i bezpieczna dla pacjenta. Zrealizowano elastyczną obudowę izolującą czujnik od błony śluzowej nosa i nosogardła zapewniającą prawie niezakłócony przepływ powietrza w jamach nosa. Pomiar temperatury jest realizowany przez system mikroprocesorowy z częstotliwością 6 razy na sekundę, a wyniki na bieżąco
865
D. Paczesny i inni
są przesyłane do komputera przez szeregowe złącze RS232. Uzyskany błąd pomiarowy jest nie większy niż ±0,4°C. Każdy czujnik wykorzystany w pomiarach został wykalibrowany oddzielnie, żeby zapewnić jak największą dokładność. Temperatura jest obliczana według indywidualnego wzoru, co zostało uwzględnione w programie komputerowym. Zakres pomiarowy przyrządu wynosi od –15°C do +60°C. Jednak nie ogranicza to przyrządu do stosowania w temperaturach przekraczających zakres, gdyż powietrze przepływające przez nos pacjenta będzie odpowiednio chłodzone lub grzane. Część sprzętową uzupełnia specjalna aplikacja komputerowa do sterowania termometrem oraz do archiwizowania i wizualizacji wyników. Aplikacja pozwala na obliczanie parametrów charakteryzujących nagrzewającą funkcję nosa (czy jamy ustnej) oraz zdolność do odbierania ciepła.
WYNIKI Pomiar temperatury powietrza w czasie oddychania wykonano podczas oddychania przez nos i oddychania przez jamę ustną. Rozkład wyników dla pomiarów w przedsionku nosa, na wysokości zębów przy otwartych ustach, w gardle (oddech przez usta, nos wyłączony z procesu oddychania) i nosogardle zaprezentowano na ryc. 2. Dla każdego miejsca pomiarowego podana jest mediana, 50% obserwacji (zaciemniony obszar prostokątny) oraz wartości skrajne: minimalne i maksymalne. Wyniki obejmują temperaturę powietrza wdychanego, wydychanego i temperaturę powietrza w pomieszczeniu. W tabeli I przedstawiono średnie wartości temperatur powietrza wdychanego przez nos i przez jamę ustną dla badanej grupy pacjentów. Wyznaczono o ile nos i jama ustna nagrzewa powietrze wdychane oraz ile obniża się temperatura powietrza wydychanego po przejściu przez nos i jamę ustną. Świadczy to o odbieraniu ciepła z powietrza wydychanego. W
Ryc. 2. Temperatura powietrza wdychanego i wydychanego w różnych miejscach pomiarowych czasie przeprowadzania pomiaru rejestrowany jest przebieg periodyczny. Jako parametr wyjściowy (temperatura powietrza wdychanego i wydychanego) z pomierzonego przebiegu wyznaczana jest wartość średnia z maksimów (temperatura powietrza wydychanego) i wartość średnia z minimów (temperatura powietrza wdychanego). Każdy przebieg był rejestrowany w ciągu około 1 minuty.
OMÓWIENIE Powietrze wdychane do płuc ulega nagrzaniu w górnych drogach oddechowych, w tym przede wszystkim w obrębie jam nosa (ryc. 2, tab. I). W typowych warunkach zewnętrznych dla temperatury otoczenia równej około 22ºC i wilgotności około 50% nosa nagrzewa średnio powietrze do wartości 31,5ºC z odchyleniem standardowym s = 1,7ºC (p < 0,001). Tak duże odchylenie standardowe może wynikać z różnic w budowie jam nosa badanych
Tabela I. Porównanie efektywności ogrzewania powietrza wdychanego i odzyskiwania ciepła z powietrza wydychanego przy oddychaniu przez nos i jamę ustną
1. Temperatura otoczenia 2. Temperatura przy wdechu – nosogardło/gardło 3. Temperatura przy wydechu – nosogardło/gardło 4. Temperatura przy wydechu – przedsionek/usta 5. Nagrzanie powietrza [2–1] 6. Odzyskanie ciepła [3–4]
866
Oddychanie przez nos T [°C] Std. 22 31,5 1,7 35,5 0,5 32,4 1,4 9,5 3,1
Oddychanie przez usta T [°C] Std. 22 28,3 1,4 34,9 0,4 34,1 0,6 6,3 0,8
Otolaryngologia Polska 2007, LXI, 5
Pomiary temperatury powietrza
osób oraz występujących u części badanych zmian patologicznych w obrębie jam nosa, pod postacią skrzywienia przegrody nosa, przerostu małżowin nosowych, polipów nosa, nadużywania leków obkurczających błonę śluzową nosa. Przy oddychaniu przez usta powietrze wdychane jest ogrzewane średnio do 28,3ºC, s = 1,4ºC (p < 0,001). Powietrze wdychane przez nos jest ogrzewane o prawie 9,5ºC, natomiast wdychane przez jamę ustną o 6,3ºC. Zarówno nos, jak i jama ustna odzyskuje ciepło z powietrza wydychanego. W przypadku jamy ustnej różnica między temperaturą powietrza wdychanego w gardle i na wysokości zębów wynosi 0,8ºC (p < 0,001), a w przypadku oddychania przez nos pomiędzy nosogardłem a przedsionkiem nosa wynosi 3,1ºC (p < 0,001). Temperatura powietrza wdychanego na wysokości przedsionka nosa i zębów przy oddychaniu przez jamę ustną jest taka sama i wynosi około 24ºC. Interesujący jest fakt, że istnieje różnica statystyczna pomiędzy temperaturą powietrza wydychanego z płuc przy oddychaniu przez nos i przez gardło. W przypadku oddychania przez nos jest to 35,5ºC, a przez jamę ustną temperatura ta wynosi 34,9ºC. Zjawisko to wymaga dokładnego sprawdzania w kolejnych badaniach. Należy zwrócić jeszcze raz uwagę, że badanie było rejestrowane w każdym z badanych odcinków dróg oddechowych przez okres około 1 minuty. Dłuższe oddychanie przez jamę ustną może spowodować, że wyniki będą się różniły na korzyść oddychania przez nos. W pracy wykorzystano termometr elektroniczny specjalnie zaprojektowany do tego typu badań. System pomiarowy uzupełnia funkcjonalna aplikacja komputerowa do archiwizacji i prezentacji danych pomiarowych. Pomiar temperatury jest wykonywany 6 razy na sekundę, co pozwala na rejestrację bardzo szybkich zmian. Dla każdego zarejestrowanego przebiegu zmian temperatury wyznaczane są różne parametry, między innymi wartości maksymalne i minimalne odpowiadające temperaturze powietrza wydychanego i wdychanego, szybkość oddechu.
WNIOSKI 1. Elektroniczny miniaturowy termometr z aplikacją komputerową do archiwizacji i prezentacji wyników badań, umożliwia w warunkach klinicznych rejestrację szybkich zmian temperatury powietrza w górnych drogach oddechowych w trakcie oddychania.
Otolaryngologia Polska 2007, LXI, 5
2. Wykazano, że ogrzewanie powietrza wdychanego do płuc ma miejsce przy oddychaniu zarówno przez nos jak i przez jamę ustną. Powietrze wdychane przez nos, jest ponad 1,5 razy skuteczniej ogrzewane niż przy oddychaniu przez usta, przy tych samych warunkach zewnętrznych. Dla powietrza wydychanego odbieranie ciepła jest ponad 3 razy skuteczniejsze przy oddychaniu przez nos niż przy oddychaniu przez jamę ustną, która tę zdolność ma znacznie mniejszą.
PIŚMIENNICTWO 01. Abbott DJ, Baroody FM, Naureckas E, Naclerio RM. Elevation of nasal mucosal temperature increases the ability of the nose to warm and humidify air. Am J Rhinol. 2001; 15: 41-45. 02. Gotlib T, Samoliński B, Arcimowicz M. Spontaniczne zmiany drożności nosa, cykl nosowy – klasyfikacje, częstość występowania, znaczenie kliniczne. Otolaryngol Pol. 2002; 4: 421-425. 03. Rapiejko P, Wojdas A, Wawrzyniak Z, Zielnik-Jurkiewicz B. Rhinomanometry in nasal cavity respiratory resistance measurement. Proc of SPIE 2005; 5775: 466-474. 04. Jurkiewicz D, Rapiejko P. Chirurgia kierowana komputerowo. Pol Merkuriusz Lek. 2005; 106: 367-371. 05. Wolf M, Naftali S, Schroter RC, Elad D. Air-conditioning characteristics of the human nose. J Laryngol Otol. 2004; 118: 87–92. 06. Keck T, Leiacker R, Riecelmann H, Rettinger G. Temperature profile in the nasal cavity. Clin Otolaryngol. 2002; 27: 135–139. 07. Keck T, Leiacker R, Heinrich A, Kuhnemann S, Rettinger G. Humidity and temperature profile in the nasal cavity. Rhinology 2000; 38: 167–171. 08. Lindemann J, Keck T, Wiesmiler KM, Rettinger G, Brambs HJ, Pless D. Numerical simulation of intranasal air flow and temperature after resection of the turbinates. Rhinology 2005; 43: 24–28. 09. Lindemann J, Leiacker R, Rettinger G, Keck T. Nasal mucosal temperature during respiration. Clin Otolaryngol. 2002; 27: 135–139. 10. Paczesny D, Rapiejko R, Weremczuk J, Jachowicz R, Jurkiewicz D. Badanie procesu stabilizacji temperatury w górnych drogach oddechowych za pomocą miniaturowego termometru elektronicznego. Pol Merkuriusz Lek. 2005; 111: 323-326.
Adres autora: Daniel Paczesny Politechnika Warszawska Instytut Systemów Elektronicznych ul. Nowowiejska 15/19 00-665 Warszawa Pracę nadesłano: 20.05.2007 r.
867
Pomiary temperatury powietrza w jamach nosa i jamie ustnej Air temperature measurements in nasal cavities and oral cavity Daniel Paczesny1, Piotr Rapiejko2, Jerzy Weremczuk1, Ryszard Jachowicz1, Dariusz Jurkiewicz2 1Zakład
Mikrosystemów i Systemów Pomiarowych Instytutu Systemów Elektronicznych Politechniki Warszawskiej Kierownik: prof. dr hab. R. Jachowicz 2Klinika Otolaryngologii CSK MON Wojskowego Instytutu Medycznego w Warszawie Kierownik: prof. dr hab. med. D. Jurkiewicz
Summary Aim. Aim of this study was to check at the hospital the electronic thermometer for fast measurement of air temperature in upper airways. The nose ability of heating of inspired air and heat recovering from expired air was evaluated. Measurements from respiration through the oral cavity were compared. Material and methods. The study was carried out in a group of 30 people (6 female and 24 male), age group 18 to 62 (mean age: 33.5 years old). Almost the half of participants had no deviation from normal state in laryngologic examination. The rest of participants had nasal septum deviation (7 persons), nasal vonchae hyperthrophy (3 persons) and grade I nasal polips (2 persons). The measurements of air temperature in upper air ways was done using specially designed and constructed measurement system. Results. The air inspired through the nose and oral cavity is heated during respiration. For typical external conditions (T = 22°C i RH = 50%) the nose heats inspired air 1,5 times better then oral cavity (short time range of measurement ~1 min.). Heat from expired air is recovered for both nasal cavities and oral cavity. Nasal cavities respiration ability for heat recovery from expired air is 3 times higher then oral cavity respiration. Conclusion. The paper concerns the system for inspired and expired temperature measurements by miniature thermometer in different places of upper airways. Presented system can be a useful instrument for evaluation of thermal nasal cavities function. Hasła i n de kso we : pomiar temperatury, funkcje nosa – ogrzewanie Ke y wo rds: temperature measurement, nose functions – heating, nasal air conditioning Otolaryngol Pol 2007; LXI (5): 864–867 © 2007 by Polskie Towarzystwo Otorynolaryngologów – Chirurgów Głowy i Szyi
WSTĘP Znajomość procesów fizjologicznych zachodzących w jamach nosa w trakcie oddychania ma duży wpływ na diagnostykę i leczenie chorób laryngologicznych [1–3]. Ma to szczególne znaczenie w przypadku stosowania środków farmakologicznych wpływających na stan błony śluzowej nosa oraz w przypadku zabiegów operacyjnych w obrębie struktur nosa [4, 5]. Zaburzenia funkcji nosa związane z dysfunkcją błony
śluzowej oraz upośledzeniem przepływu powietrza jest przyczyną wielu zjawisk patologicznych w obrębie górnych i dolnych dróg oddechowych [2, 6–8]. Błona śluzowa nosa wraz z naczyniami krwionośnymi ma wpływ na ogrzewanie powietrza wdychanego do płuc [9], dlatego ważne jest określenie, w jaki sposób i do jakiego poziomu nos ogrzewa wdychane powietrze. Postęp, jaki odbywa się w naukach technicznych pozwala na konstruowanie systemów pomiarowych, coraz dokładniejszych i dostosowanych do wymagań
Autorzy nie zgłaszają konfliktu interesów.
864
Otolaryngologia Polska 2007, LXI, 5
Pomiary temperatury powietrza
użytkowników. W odpowiedzi na potrzeby lekarzy laryngologów został skonstruowany termometr elektroniczny do pomiaru dynamicznych zmian temperatury powietrza wdychanego i wydychanego przez nos i jamę ustną, a nawet rejestrację w tchawicy (u chorych z wytworzoną tracheostomą). Termometr elektroniczny współpracuje z aplikacją komputerową do archiwizacji i analizy wyników pomiarowych. Głównym celem prowadzonych prac było sprawdzenie skonstruowanego systemu pomiarowego w warunkach klinicznych oraz porównanie wartości temperatur, do jakich powietrze wdychane jest nagrzewane w procesie oddychanie przez nos i jamę ustną (w tym przypadku nos jest „wyłączony” z procesu oddychania).
MATERIAŁ I METODY Badania przeprowadzono w grupie 30 osób obojga płci (6 kobiet i 24 mężczyzn) w wieku od 18 do 62 lat (średnia 33,5 lat). Wszyscy badani zostali poinformowani o celu i sposobie badania. Do badań zakwalifikowano ochotników – studentów i pracowników Politechniki Warszawskiej oraz pracowników Wojskowego Instytutu Medycznego. Wstępna faza badania obejmowała badanie podmiotowe i przedmiotowe laryngologiczne połączone z endoskopią nosa. W badanej grupie u 13 osób nie stwierdzono odchyleń od stanu prawidłowego w badaniu laryngologicznym, u 7 osób stwierdzono skrzywienie przegrody nosa (w tym u 4 osób bez upośledzenia drożności nosa, a u 3 osób znacznie upośledzającą drożność nosa), u 8 osób stwierdzono przerost małżowin nosowych dolnych (w tym u 5 osób upośledzającą drożność nosa – osoby te nadużywały stosowania środków obkurczających błonę śluzową nosa), a u 2 osób stwierdzono polipy nosa I stopnia.
Ryc. 1. Idea pomiaru temperatury powietrza w górnych drogach oddechowych
Otolaryngologia Polska 2007, LXI, 5
Każdy pacjent przebywał w pomieszczeniu, w którym odbywało się badanie przez około 20 min. Był to proces adaptacji do warunków zewnętrznych o temperaturze około 22°C i wilgotności około 50%. W każdym miejscu pomiarowym dokonywano ciągłej rejestracji zmian temperatury elektronicznym termometrem przez okres około 1 minuty. Pomiaru dokonywano u każdego pacjenta w przedsionku nosa i nosogardle (sonda była wprowadzana przez jamę ustną, po czym usta były zamykane). Pozwalało to na wyznaczenie parametrów w czasie procesu oddychania przez nos. Podobnie pomiaru dokonywano przy oddychaniu przez usta, gdzie pomiar odbywał się na wysokości zębów oraz w gardle przy otwartej jamie ustnej (nos był „wyłączony” z procesu oddychania). Pomiar temperatury powietrza został przeprowadzony za pomocą specjalnie skonstruowanego w tym celu, miniaturowego termometru elektronicznego [10]. Mimo bardzo prostej koncepcji pomiarowej (ryc. 1) przyrząd podlegał kilku etapom modyfikacji, polegających głównie na doborze odpowiedniego czujnika temperatury. Problem polegał na uzyskaniu kompromisu, pomiędzy szybkością odpowiedzi na dynamiczne zmiany temperatury a średnicą sondy pomiarowej, która jest wkładana w czasie pomiaru do jam nosa. Należy zwrócić uwagę, na zabezpieczenie czujnika przed kontaktem z błoną śluzową. Kontakt taki może zaburzyć pomiar temperatury powietrza. Dzięki zabezpieczeniu czujnika nie jest konieczne sprawdzanie za każdym razem endoskopem poprawności umieszczenia sondy. Skonstruowana głowica pomiarowa powinna w jak najmniejszym stopniu zakłócać przepływ powietrza w czasie procesu oddychania oraz powinna zapewnić komfort pacjentowi. Do pomiaru temperatury wykorzystano termistor o bardzo małej średnicy równej 0,5 mm i stałej czasowej około 0,4 s. Struktura termorezystywna czujnika pokryta jest szklanym płaszczem zabezpieczającym czujnik przed wpływem agresywnych czynników zewnętrznych, w tym wilgoci. Umożliwia to standardową – gazową sterylizację sondy. Konstrukcja sondy pomiarowej w postaci cienkiego elastycznego pręta o średnicy około 2 mm jest bardzo wygodna w użyciu i bezpieczna dla pacjenta. Zrealizowano elastyczną obudowę izolującą czujnik od błony śluzowej nosa i nosogardła zapewniającą prawie niezakłócony przepływ powietrza w jamach nosa. Pomiar temperatury jest realizowany przez system mikroprocesorowy z częstotliwością 6 razy na sekundę, a wyniki na bieżąco
865
D. Paczesny i inni
są przesyłane do komputera przez szeregowe złącze RS232. Uzyskany błąd pomiarowy jest nie większy niż ±0,4°C. Każdy czujnik wykorzystany w pomiarach został wykalibrowany oddzielnie, żeby zapewnić jak największą dokładność. Temperatura jest obliczana według indywidualnego wzoru, co zostało uwzględnione w programie komputerowym. Zakres pomiarowy przyrządu wynosi od –15°C do +60°C. Jednak nie ogranicza to przyrządu do stosowania w temperaturach przekraczających zakres, gdyż powietrze przepływające przez nos pacjenta będzie odpowiednio chłodzone lub grzane. Część sprzętową uzupełnia specjalna aplikacja komputerowa do sterowania termometrem oraz do archiwizowania i wizualizacji wyników. Aplikacja pozwala na obliczanie parametrów charakteryzujących nagrzewającą funkcję nosa (czy jamy ustnej) oraz zdolność do odbierania ciepła.
WYNIKI Pomiar temperatury powietrza w czasie oddychania wykonano podczas oddychania przez nos i oddychania przez jamę ustną. Rozkład wyników dla pomiarów w przedsionku nosa, na wysokości zębów przy otwartych ustach, w gardle (oddech przez usta, nos wyłączony z procesu oddychania) i nosogardle zaprezentowano na ryc. 2. Dla każdego miejsca pomiarowego podana jest mediana, 50% obserwacji (zaciemniony obszar prostokątny) oraz wartości skrajne: minimalne i maksymalne. Wyniki obejmują temperaturę powietrza wdychanego, wydychanego i temperaturę powietrza w pomieszczeniu. W tabeli I przedstawiono średnie wartości temperatur powietrza wdychanego przez nos i przez jamę ustną dla badanej grupy pacjentów. Wyznaczono o ile nos i jama ustna nagrzewa powietrze wdychane oraz ile obniża się temperatura powietrza wydychanego po przejściu przez nos i jamę ustną. Świadczy to o odbieraniu ciepła z powietrza wydychanego. W
Ryc. 2. Temperatura powietrza wdychanego i wydychanego w różnych miejscach pomiarowych czasie przeprowadzania pomiaru rejestrowany jest przebieg periodyczny. Jako parametr wyjściowy (temperatura powietrza wdychanego i wydychanego) z pomierzonego przebiegu wyznaczana jest wartość średnia z maksimów (temperatura powietrza wydychanego) i wartość średnia z minimów (temperatura powietrza wdychanego). Każdy przebieg był rejestrowany w ciągu około 1 minuty.
OMÓWIENIE Powietrze wdychane do płuc ulega nagrzaniu w górnych drogach oddechowych, w tym przede wszystkim w obrębie jam nosa (ryc. 2, tab. I). W typowych warunkach zewnętrznych dla temperatury otoczenia równej około 22ºC i wilgotności około 50% nosa nagrzewa średnio powietrze do wartości 31,5ºC z odchyleniem standardowym s = 1,7ºC (p < 0,001). Tak duże odchylenie standardowe może wynikać z różnic w budowie jam nosa badanych
Tabela I. Porównanie efektywności ogrzewania powietrza wdychanego i odzyskiwania ciepła z powietrza wydychanego przy oddychaniu przez nos i jamę ustną
1. Temperatura otoczenia 2. Temperatura przy wdechu – nosogardło/gardło 3. Temperatura przy wydechu – nosogardło/gardło 4. Temperatura przy wydechu – przedsionek/usta 5. Nagrzanie powietrza [2–1] 6. Odzyskanie ciepła [3–4]
866
Oddychanie przez nos T [°C] Std. 22 31,5 1,7 35,5 0,5 32,4 1,4 9,5 3,1
Oddychanie przez usta T [°C] Std. 22 28,3 1,4 34,9 0,4 34,1 0,6 6,3 0,8
Otolaryngologia Polska 2007, LXI, 5
Pomiary temperatury powietrza
osób oraz występujących u części badanych zmian patologicznych w obrębie jam nosa, pod postacią skrzywienia przegrody nosa, przerostu małżowin nosowych, polipów nosa, nadużywania leków obkurczających błonę śluzową nosa. Przy oddychaniu przez usta powietrze wdychane jest ogrzewane średnio do 28,3ºC, s = 1,4ºC (p < 0,001). Powietrze wdychane przez nos jest ogrzewane o prawie 9,5ºC, natomiast wdychane przez jamę ustną o 6,3ºC. Zarówno nos, jak i jama ustna odzyskuje ciepło z powietrza wydychanego. W przypadku jamy ustnej różnica między temperaturą powietrza wdychanego w gardle i na wysokości zębów wynosi 0,8ºC (p < 0,001), a w przypadku oddychania przez nos pomiędzy nosogardłem a przedsionkiem nosa wynosi 3,1ºC (p < 0,001). Temperatura powietrza wdychanego na wysokości przedsionka nosa i zębów przy oddychaniu przez jamę ustną jest taka sama i wynosi około 24ºC. Interesujący jest fakt, że istnieje różnica statystyczna pomiędzy temperaturą powietrza wydychanego z płuc przy oddychaniu przez nos i przez gardło. W przypadku oddychania przez nos jest to 35,5ºC, a przez jamę ustną temperatura ta wynosi 34,9ºC. Zjawisko to wymaga dokładnego sprawdzania w kolejnych badaniach. Należy zwrócić jeszcze raz uwagę, że badanie było rejestrowane w każdym z badanych odcinków dróg oddechowych przez okres około 1 minuty. Dłuższe oddychanie przez jamę ustną może spowodować, że wyniki będą się różniły na korzyść oddychania przez nos. W pracy wykorzystano termometr elektroniczny specjalnie zaprojektowany do tego typu badań. System pomiarowy uzupełnia funkcjonalna aplikacja komputerowa do archiwizacji i prezentacji danych pomiarowych. Pomiar temperatury jest wykonywany 6 razy na sekundę, co pozwala na rejestrację bardzo szybkich zmian. Dla każdego zarejestrowanego przebiegu zmian temperatury wyznaczane są różne parametry, między innymi wartości maksymalne i minimalne odpowiadające temperaturze powietrza wydychanego i wdychanego, szybkość oddechu.
WNIOSKI 1. Elektroniczny miniaturowy termometr z aplikacją komputerową do archiwizacji i prezentacji wyników badań, umożliwia w warunkach klinicznych rejestrację szybkich zmian temperatury powietrza w górnych drogach oddechowych w trakcie oddychania.
Otolaryngologia Polska 2007, LXI, 5
2. Wykazano, że ogrzewanie powietrza wdychanego do płuc ma miejsce przy oddychaniu zarówno przez nos jak i przez jamę ustną. Powietrze wdychane przez nos, jest ponad 1,5 razy skuteczniej ogrzewane niż przy oddychaniu przez usta, przy tych samych warunkach zewnętrznych. Dla powietrza wydychanego odbieranie ciepła jest ponad 3 razy skuteczniejsze przy oddychaniu przez nos niż przy oddychaniu przez jamę ustną, która tę zdolność ma znacznie mniejszą.
PIŚMIENNICTWO 01. Abbott DJ, Baroody FM, Naureckas E, Naclerio RM. Elevation of nasal mucosal temperature increases the ability of the nose to warm and humidify air. Am J Rhinol. 2001; 15: 41-45. 02. Gotlib T, Samoliński B, Arcimowicz M. Spontaniczne zmiany drożności nosa, cykl nosowy – klasyfikacje, częstość występowania, znaczenie kliniczne. Otolaryngol Pol. 2002; 4: 421-425. 03. Rapiejko P, Wojdas A, Wawrzyniak Z, Zielnik-Jurkiewicz B. Rhinomanometry in nasal cavity respiratory resistance measurement. Proc of SPIE 2005; 5775: 466-474. 04. Jurkiewicz D, Rapiejko P. Chirurgia kierowana komputerowo. Pol Merkuriusz Lek. 2005; 106: 367-371. 05. Wolf M, Naftali S, Schroter RC, Elad D. Air-conditioning characteristics of the human nose. J Laryngol Otol. 2004; 118: 87–92. 06. Keck T, Leiacker R, Riecelmann H, Rettinger G. Temperature profile in the nasal cavity. Clin Otolaryngol. 2002; 27: 135–139. 07. Keck T, Leiacker R, Heinrich A, Kuhnemann S, Rettinger G. Humidity and temperature profile in the nasal cavity. Rhinology 2000; 38: 167–171. 08. Lindemann J, Keck T, Wiesmiler KM, Rettinger G, Brambs HJ, Pless D. Numerical simulation of intranasal air flow and temperature after resection of the turbinates. Rhinology 2005; 43: 24–28. 09. Lindemann J, Leiacker R, Rettinger G, Keck T. Nasal mucosal temperature during respiration. Clin Otolaryngol. 2002; 27: 135–139. 10. Paczesny D, Rapiejko R, Weremczuk J, Jachowicz R, Jurkiewicz D. Badanie procesu stabilizacji temperatury w górnych drogach oddechowych za pomocą miniaturowego termometru elektronicznego. Pol Merkuriusz Lek. 2005; 111: 323-326.
Adres autora: Daniel Paczesny Politechnika Warszawska Instytut Systemów Elektronicznych ul. Nowowiejska 15/19 00-665 Warszawa Pracę nadesłano: 20.05.2007 r.
867