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【Fig4’s movie】Analysis of COD using CFD

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Analysis of conductive olfactory dysfunction using computational fluid dynamics
PMID: 35020767
DOI: 10.1371/journal.pone.0262579


Figure 4 shows the expansional details of this research, as an example of the idea of putting our analysis system into practical use.

An external file that holds a picture, illustration, etc. Object name is pone.0262579.g004.jpg

(A)-(D) is an analysis of a patient with COD in the pneumatized superior turbinates.
(E)-(H) is an analysis of a patient with COD in the pneumatized middle turbinates (concha bullosa).
There are three types of rectifying plates inside the nose, the lower tier is called the inferior turbinate, the middle tier is called the middle turbinate, and the upper tier is called the superior turbinate.

The turbinate usually has a single plate-shaped bone and nasal mucosa on both sides, but the pneumatized turbinate has a hollow bone plate.
The superior turbinate or middle turbinate hollow structure is a relatively rare structural form, and it has been reported that disorders such as olfactory dysfunction and headache are likely to occur.
In our study, it was found that the pneumatized superior turbinate has a dead end structure and the air does not reach the depths of the olfactory cleft, and the air flow rate of the olfactory cleft is smaller amount than that of a healthy person.
In the pneumatized middle turbinate, although the olfactory cleft was a normal slit, a slow velocity vortex was generated in the flow path to the olfactory cleft (H), and findings suggesting inflammation due to air stagnation (E) were also found.
Photo (E) shows redness of the anterior mucosa of the pneumatized superior turbinates, which can be considered as localized chronic inflammation due to slow velocity air stagnation.
The video also shows a rapid flow in the narrow dorsal nose air way, which also suggests that odorants may be rapidly depleted before reaching the olfactory cleft.
For example, it is almost impossible to pass through the city road of Naples with an F1 machine at 300 km / h without hitting a wall.

[Fig. 4 video (Youtube)] (Caution! Not an F1 movie )

The merit of analyzing each patient individually is that the surgeon has a good understanding of the structure and flow in advance in surgical surgery, which is useful for actual surgery.
We think that stereotyped surgery is not good for surgery involving the sense of smell.
Therefore, we believe that our mission in the future is to spread the existence of this convenient system to medical professionals not only in Japan but all over the world.

Thank you for reading.

【図4動画付解説】数値流体力学を用いた気導性嗅覚障害の分析

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図4はこの研究の各論ですが、私達の解析システムの実用化のアイデアの一例にしか過ぎません。

An external file that holds a picture, illustration, etc. Object name is pone.0262579.g004.jpg

A-Dは一人の上鼻甲介蜂巣の気導性嗅覚障害の患者さんを解析したものです。
E-Hは一人の中鼻甲介蜂巣の気導性嗅覚障害の患者さんを解析したものです。
鼻の内部には3種類の整流版があり、下段は下鼻甲介、中段は中鼻甲介、上段は上鼻甲介といいます。
鼻甲介は普通は一枚の板状の骨と両脇に鼻粘膜が付いていますが、蜂巣は骨板が中空構造になっています。
上鼻甲介蜂巣または中鼻甲介蜂巣は比較的稀な構造形態で、これまでに嗅覚障害、頭痛などの障害が起こりやすい事が報告されています。
本研究では、上鼻甲介蜂巣は嗅裂が袋小路の構造であって空気が奥まで行き渡らない事、嗅裂の空気の流量が健常人と比べて少ない事がわかりました。
また中鼻甲介蜂巣は嗅裂はノーマルスリットであったものの、嗅裂までの流路で低速の渦を起こし(H)、空気停滞による炎症を示唆する所見(E)も見つかりました。
写真Eは中鼻甲介蜂巣の前方粘膜が発赤していて、慢性的な低速空気の停滞による軽微な炎症と考えることができます。
また動画中では、鼻背部の流路で少量急速に流れており、これも嗅裂にたどり着く前ににおい物質が急速な枯渇する可能性があることを示唆しています。

[図4動画(Youtube)]

患者さんを個々に解析していくというメリットは、外科的手術において術者医師が事前に構造と流れ方をよく理解して、実際の手術の役立てることにあります。
ですので今後の私たちの使命は、この便利なシステムの存在を日本のみならず世界中の医療者へ広めていくことにあると考えています。

【Fig3’s supp.】Analysis of COD using CFD

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Analysis of conductive olfactory dysfunction using computational fluid dynamics
PMID: 35020767
DOI: 10.1371/journal.pone.0262579

The main points of this paper are summarized in Fig. 3.

Human olfactory dynamics are classified into three types, the left column, the center column, and the right column, respectively.
The left column is for people with normal sense of smell, the middle column is for patients with COD and nasal breathing alone, and the left column is for patients with COD and mouth combined breathing.
The upper row is a simulation calculated by taking data from an actual human and assuming only nasal breathing. Red shows the right olfactory cleft and purple shows the left olfactory cleft.
The upper, olfactory clefts (A) and (C) have a general slit-shaped shape, but the olfactory cleft of (B) is open only anteriorly and can be said to be an abnormal shape.
The middle, (D),(E),(F) also shows the nasal resistance calculated assuming only nasal breathing, and 62.08 Pa of (F) is an abnormally large value, which is “a virtual value on the simulation that is not actually realized”.
In that case, the fact that high nasal resistance value is unrealistic leads to the conclusion that those humans must use supplementary mouth breathing as shown in schematic diagram (I), because we cannot live without breathing.
What should not be misunderstood here is that “a person who breathes through the mouth does not necessarily have an olfactory disorder.”
In other words, the interpretation in the right column is that “a patient of COD with combined mouth breathing is one who has a relatively large obstacle in the flow path up to that point even if the shape of the olfactory cleft is normal.”
In other words, the interpretation in the right column is that “a patient of COD with combined mouth breathing is one who has a relatively large obstacle objects in the flow path way to olfactory receptors even if the shape of the olfactory cleft is normal.”
The interpretation of the middle column is that “a patient with COD with nasal breathing alone have some abnormality in the shape of the olfactory cleft.”

 

【図3】数値流体力学を用いた気導性嗅覚障害の分析

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この論文の主旨は図3です。

それぞれ左側の列、中央の列、右側の列の3種類に人間の嗅覚動態を分類しています。
左列は嗅覚正常な人、中央列はCODで鼻呼吸単独の人、左列はCODで口呼吸併用の人です。
上段は実際の人間からデータを取り鼻呼吸のみと仮定して計算したシミュレーションで、赤が右の嗅裂、紫が左の嗅裂を示しています。
上段AとCの嗅裂は一般的なスリット型形状をしていますが、Bの嗅裂は前方だけ開存しており異常形状といえます。
中段DEFも鼻呼吸のみと仮定して計算した鼻腔抵抗を示しており、Fの62.08Paというのは異常に大きな値で「実際には実現しないあくまでシミュレーション上での仮想値」というとこになります。
となるとFが非現実的だということは、人間は呼吸しないと生きていけないので模式図Iのように口呼吸も併用しているはず、という結論に帰着します。
ここで誤解してはならないのは「口呼吸する人が必ずしも嗅覚障害になるわけではない」ということです。
すなわち右列の解釈は「口併用呼吸で気導性嗅覚障害ある人は、嗅裂の形が正常でもそれまでの流路に比較的大きな障害物(Obstacle)が存在する人」ということです。
中央の列の解釈は「鼻呼吸のみで気導性嗅覚障害ある人は、嗅裂の形に何らかの異常がある」ということです。

以上小難しい説明になってしまいましたが、実は理屈は非常に簡単であってどれも自明の理であることばかりです。
しかし自明の理であっても科学的に証明するのが逆に難しいこともあります。

【abstract’s supplement 】Analysis of COD using CFD

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Analysis of conductive olfactory dysfunction using computational fluid dynamics
PMID: 35020767
DOI: 10.1371/journal.pone.0262579

Abstract
Conductive olfactory dysfunction (COD) is caused by an obstruction in the nasal cavity and is characterized by changeable olfaction. COD can occur even when the olfactory cleft is anatomically normal, and therefore, the cause in these cases remains unclear. Herein, we used computational fluid dynamics to examine olfactory cleft airflow with a retrospective cohort study utilizing the cone beam computed tomography scan data of COD patients. By measuring nasal–nasopharynx pressure at maximum flow, we established a cut-off value ( in the supplementary experiment targeting 95 people with normal sense of smell ) at which nasal breathing can be differentiated from combined mouth breathing in COD patients (in the main experiment with 31 COD patients without nasal polyps ). We found that increased nasal resistance led to mouth breathing ( in the supplementary experiment ) and that the velocity and flow rate in the olfactory cleft at maximum flow were significantly reduced in COD patients with nasal breathing only compared to healthy olfactory subjects (in the main experiment ). In addition, we performed a detailed analysis of common morphological abnormalities associated with concha bullosa (in the main experiment ). Our study provides novel insights into the causes of COD, and therefore, it has important implications for surgical planning of COD, sleep apnea research, assessment of adenoid hyperplasia in children, and sports respiratory physiology.

Author’s comment
In addition to the complicated research design, the strict character limit for submissions to other journals has made the abstract difficult to understand. This study involves two experiments. The main experiment was a retrospective study of COD patients. As a result, we obtained chaotic data for which no regularity could be found. So we became aware of the concept of mouth breathing and conducted supplementary experiments to eliminate possible data on combined mouth breathing.

【概要】数値流体力学を用いた気導性嗅覚障害の分析

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【概要】
気導性嗅覚障害(
Conductive olfactory dysfunction;COD)は、鼻腔が何らかの閉塞することで起こり、嗅覚が一時的に悪くなったり戻ったり変化することが特徴の疾患です。 CODは、嗅裂が解剖学的に正常な場合でも発生する可能性があるため、原因は不明なままでした。
私達は、数値計算流体力学を使用して、COD患者のコンビームCTスキャンデータを利用した後ろ向きコホート研究で嗅裂の気流の状態を調べました。〔健康な人95人の鼻腔を調査した予備実験で〕鼻前庭~鼻腔咽頭間の最大流量時の圧力差を測定することにより鼻単独呼吸と口併用呼吸を区別するカットオフ値を定め、〔本実験の〕COD患者データに適用しました。
〔予備実験では〕鼻抵抗の増加は口併用呼吸につながること、〔本実験では〕最大流量での嗅覚裂の速度と流量は、嗅覚正常で鼻単独呼吸の健常者と比較して、鼻単独呼吸のCOD患者では有意に減少していることがわかりました。さらに、中鼻甲介蜂巣に関連する一般的な形態異常の詳細な分析も行いました。私達の研究は、CODの原因に関する新たな洞察を提供します。私達の〔予備実験および本実験の〕研究成果は、CODの外科的治療計画、睡眠時無呼吸の研究、子供のアデノイド増殖症の評価、およびスポーツ呼吸生理学の今後に重要な意味を持つと思われます。

「Analysis of conductive olfactory dysfunction using computational fluid dynamics」
PMID: 35020767

著者注:〔斜字〕は補足です。当研究は2つの実験、予備実験と本実験から構成されています。時系列的には本実験を後ろ向き研究としてまずおこなっていて、その後そのカオスなデータを整理する目的のために予備実験を横断的研究としておこなっています。

新型コロナウイルスと嗅覚障害の関係(第二報)

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新型コロナウイルスと嗅覚障害の関係(第二報)

ニューイングランド・ジャーナル(NEJM)は医学雑誌としては最高峰で世界で一番権威ある雑誌です。

現在NEJMは医療者向けに新型コロナウイルス(Covid-19)に関する論文を無償で提供しています。

世の中にはいろいろな情報が氾濫・錯綜しておりますが、医療者を含めて我々はNEJMで発表されたことを「暫定的な真実」として評価または信用していくのが文明人として賢明な行動といえるでしょう。

その中で令和2年4月24日付でNEJMで発表された論文から、新型コロナウイルスにの詳細な臨床症状を抜粋紹介いたします。

 

 暴露(訳注:病原体が体内に入ること)から症状発現までの潜伏期間の中央値は約4〜5日で、症候性の患者の97.5%は感染後11.5日以内に症状を示す。症状には、発熱、咳、喉の痛み、倦怠感、筋肉痛などがある 一部の患者は、食欲不振、吐き気、下痢などの消化器症状を示す。嗅覚と味覚の消失も報告されている。(訳注:消化器症状が一部(some)なら、嗅覚と味覚の消失の発生はさらに稀な症状と解釈する)一部の入院患者では、息切れは、最初の症状の発症後5〜8日の中央値を示す。 息切れは病気の悪化を示唆する。
Covid-19の合併症(訳注:致死性の間質性肺炎)の危険因子には、高齢(例、65歳以上)、心血管疾患、慢性肺疾患、高血圧、糖尿病、および肥満が含まれる。他の因子(腎臓病、免疫抑制、がん、および制御されていないヒト免疫不全ウイルス[HIV]感染)は、合併症のリスクの増加をもたらすかどうかは不明だが、これらの状態は他の呼吸器病原体に感染した後のより悪い結果と関連している可能性があるため、これらの因子のCovid-19患者に対しては十分な監視が必要である。

 

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMcp2009249?query=featured_coronavirus

行政には上記論文の内容をよく検討していただいた上で、自宅待機やホテル隔離の患者さんを注意深く監視をして、合併症のタイミングとその兆しを見逃さないことを期待します。文責:浅間洋二

 

新型コロナウイルスと嗅覚障害の関係(第一報)

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新型コロナウイルスと嗅覚障害の関係(第一報)

 

いまだ新型コロナウイルスは世界的に猛威を振るっており、4日間以上の熱や咳のみ以外の症状として、世界各地の医師らは新型コロナウイルス感染症患者が突然に嗅覚を完全もしくは部分的に失う、という原因不明の症例を報告している。

嗅覚障害は今回のパンデミックに関係した「重大な症状」だと、米国耳鼻咽喉科・頭頸部外科学会は22日に発表した。このような中で、3月27日 ハーバード大学医学大学院の研究者らは、一部の感染者が嗅覚や味覚を失った状況についての説明可能性を発表した。

 

筆者らによると新型コロナウイルスは鼻の主要細胞を攻撃する能力があり、そのため、“におう”ことが出来なくなってしまう。さらに、ヒトとマウスのゲノムデータの分析で、鼻の奥にある特定の細胞には、新型コロナが体内侵入で標的とする明確な形状のタンパク質(ACE2 and TMPRSS2)があることが判明した。これらの細胞の感染は直接的または間接的に嗅覚の変化につながる可能性がある。

 

ウイルス感染で正常な嗅覚機能に必要な鼻上皮の細胞が損傷する可能性もあるとの分析を明らかにしたことからも、筆者らは新型コロナ感染によって生じた鼻腔の炎症が嗅覚を妨げる可能性があると指摘している。。その上で、嗅覚喪失の原因究明が診断をサポートし疾患の影響を判断する上で重要な意味を持つとしている。さらに、患者の嗅覚障害が長引けば、栄養失調に加え、煙やガス、腐った食べ物など危険な臭いを感じることができないことに伴う損傷、鬱(うつ)病をはじめとする精神疾患につながるリスクを挙げた。

 

Non-neural expression of SARS-CoV-2 entry genes in the olfactory epithelium suggests mechanisms underlying anosmia in COVID-19 patients

 View ORCID ProfileDavid Brann,  View ORCID ProfileTatsuya Tsukahara,  View ORCID ProfileCaleb Weinreb, Darren W. Logan,  View ORCID ProfileSandeep Robert Datta

doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.25.009084

若い頃の嗅覚と認知症との関係

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高齢者や認知障害が認められる方において、嗅覚障害が関係していることが報告されています。ところが、認知機能を発症する年代ではない若い成人が嗅覚障害を発症した場合、認知機能にどう影響するかの研究はまだなされていませんでした。

20195月、ドイツで認知障害のリスクが特に高いわけではない、幅広い年齢層を対象とした、過去最大級の母集団ベースサンプルで相関を明らかにしたコホート研究が報告されたのでご紹介したいと思います。

「Olfactory function is associated with cognitive performance: results from the population-based LIFE-Adult-Study.」
PMID:31077241

 この研究では、ライプチヒ生活習慣病研究センターがドイツのライプチヒで行った10,000人の参加者を対象とした集団ベースの前向きコホート研究であるLIFE-Adult-Studyのデータを使用しました(初回募集:20118月から201411月まで)。LIFE-Adult-Studyの目的は、有病率、早期発症マーカー、遺伝的素因、および主要な生活習慣病の要因を調査することです。調査内容には、代謝性および血管性疾患、心機能、認知機能障害、脳機能、鬱病、睡眠障害および警戒障害、網膜および視神経の変性、ならびにアレルギーが含まれます。参加者は住民の登録リストから無作為に選択されました。

10,000人のうち、参加した合計7381人の参加者が検査を受けることができました。これらのうち、114は嗅覚検査が完了しなかったので除外されました。残りの7267人のうち73人は3つの検査(言語流暢性、Trail Making Test A、およびTrail Making Test B / A)をすべて終えていなかったため除外されました。さらに395人の参加者が学習障害やうつ病に関する情報がなかったため除外されました。残りの6799のうち、16はパーキンソン病の診断により除外され、678351.3%女性)が最終的に分析を行っています。さらに、その中の2227人(46.9%女性)はより深い認知機能を判断するテストも受けています。

認知機能を判断するテストには、ことばの流暢さ(VF)、単語リスト学習と記憶力(WLLWLR)を、認知機能評価のためのTrail Making Tests (TMT) A および B、そして嗅覚診断として、「Sniffin ‘Stick Screening 12」(Burghart Messtechnik GmbHWedelGermany)が用いられました。これは「Sniffin ‘Stick」テストの簡易版で、嗅覚機能のために一般的に使用されたセットです。ペン型容器に納められたフェルト芯に、におい溶液もしくは無臭の溶媒が染み込ませてあり、キャップを外して臭いを嗅ぎます。参加者は12種類の一般的な日常の匂いを嗅ぎ、その匂いが何であるかを4つの選択肢から1つを選択します。そして合計スコアを0から12ポイントの範囲で評価します。ドイツ製ということもあり、ドイツ人に馴染みの深い匂いが多く入っているのが特徴です。

別の研究では日本人が「Sniffin ‘Stick Screening 12」を使うと正確な嗅覚診断ができないという報告もありますので、本院では従来より日本人になじみの深いにおいを取り入れた「オープンエッセンス」を嗅覚検査に使っています。このキットのしくみは「Sniffin ‘Stick Screening 12」とほぼ同じ内容になっています。

 合計6783人の参加者のうち、以下の割合の患者の認知機能が正常ではありませんでした:VF 75911.2%)、WLL 24210.9%)、WLR1325.9%)、TMT- 415(6.1%)、およびTMT A比677(10.0%)

これらの患者が行なった嗅覚検査との相関を調べると、VFのスコア値は0.42ポイント高く(p <0.001)、WLLでは0.32ポイント高く(p = 0.001)、WLRでは0.31ポイント高く(p = 0.002)、TMT-Aでは0.25ポイント低く。 (p <0.001)、そしてTMT A比については、正しく識別された臭いの数当たり0.01ポイント(p <0.001)だけ低いことがわかりました。

 この研究は高齢者に限定せず、若い人も含んだ条件下で臭いと認知機能との関係を調べています。今までの同様の研究では、対称の平均年齢が7090代のものが多くあった中、18歳からの低年齢層も含み、平均年齢を低く設定している点で従来のものと差別化することができます。そのような条件でも、嗅覚は認知機能と密接に関連していることがわかりました。

つまり、認知障害のふるい分けの初めに嗅覚テストが非常に有効であることが示唆されたのです。

 

本院ではいつでも嗅覚検査を受けつけております、自身の認知機能について不安な方は是非一度検査をうけにきてはいかがでしょうか?

においは好き!?嫌い!?の二択_最新の知見より

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匂いを感じた時、ヒトは「快・不快」さらには「好き・嫌い」という情動的な反応(気持ち)を示します。匂いに対する情動的な反応は、遺伝的な要因によって先天的に決定されるケースもあれば、経験や学習によって後天的に調節・決定されるケースもあることが知られています。英国Wiley Online Libraryの科学誌Flavour and Fragrance Journalにおいて、九州大学での成果が発表されました。

 

この調査によると、従来行われていなかった先天的・後天的な情動反応が一致しない匂いに着目し、「良い香りだけど嫌い」もしくは「悪い臭いだけど好き」の知覚特性を調べました。
匂いに対する情動反応を評価する軸として、「快・不快」を直感的・本能的な情動反応、「好き・嫌い」を経験的・獲得的な情動反応を評価する軸として設定し、36種類の匂い物質に対して嗅覚認知実験を行いました。実験の結果、「快・不快」と「好き・嫌い」が一致した匂いでは、匂いの強度が強まるほど匂いの言語表現(フルーツの香り、アーモンド臭など)が一意に定まる傾向が見られました。その一方で、「快・不快」と「好き・嫌い」の評価が一致しない匂いでは、強度に関わらず匂いの言語表現が定まらない傾向が見られました。

つまり、「良い匂いでかつ好きな香り」、もしくは「臭くて嫌な臭い」という情報がないと、何の匂いかわからなくなってしまうのです。

匂いの感覚情報は、感情に関する偏桃体や記憶に関する海馬でも処理されていることがわかっていますが、その詳細な仕組みはまだわかっていないのが現状ですが、その先駆けとして非常に有益な成果ですね。

 

「The effect of different emotional states on olfactory perception: A preliminary study」
参照:九州大学岡本剛研究室

 

ということは、異性を口説くには相手の好みの匂いを見つけるとよいのかもしれませんね。

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