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Laryngealer Mukus – Charakterisierung und Einfluss auf die Phonation in exzidierten Schweinekehlköpfen
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Autoren
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Gregor Peters
- Universitätsklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf- und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
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Marion Semmler
- Universitätsklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf- und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
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Olaf Wendler
- Universitätsklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf- und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
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Ben Fabry
- Institut für Physik der Kondensierten Materie, Lehrstuhl für Biophysik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Deutschland
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David Böhringer
- Institut für Physik der Kondensierten Materie, Lehrstuhl für Biophysik, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Erlangen, Deutschland
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Sarina Müller
- Universitätsklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf- und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
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Anne Schützenberger
- Universitätsklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf- und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
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David Berry
- University of California, Los Angeles, David Geffen School of Medicine, Department of Head & Neck Surgery, Los Angeles, Deutschland
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Michael Döllinger
- Universitätsklinikum Erlangen, Hals-, Nasen- und Ohrenklinik, Kopf- und Halschirurgie, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
| Veröffentlicht: | 13. September 2019 |
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Gliederung
Zusammenfassung
Hintergrund: Der Einfluss von laryngealem Mukus auf die Phonation wird in dieser Studie erstmalig im Detail untersucht. Der menschliche Kehlkopf ist in-vivo messtechnisch nur begrenzt zugänglich und eine ausreichende Menge an laryngealem Mukus kann für ex-vivo Untersuchungen nicht zur Verfügung gestellt werden. In-vivo Studien sehen sich zudem mit ethischen Aspekten konfrontiert. Die geplanten Untersuchungen zur Zusammensetzung von laryngealem Mukus und dessen rheologischen Eigenschaften ermöglichen die Entwicklung von künstlichem Mukus und die Realisierung von ex-vivo Untersuchungen in großem Maßstab. In einem speziell entwickelten Messaufbau wird der Einfluss der Zusammensetzung von künstlichem Mukus an exzidierten Schweinekehlköpfen quantifiziert. Ziel ist es, die kompensatorischen Effekte von Mukus bei pathologischen Schwingungsmustern wie Rechts-Links-Asymmetrie und Glottisschlussinsuffizienz zu identifizieren. Die Erkenntnisse sollen einem besseren Verständnis der Phonation und einer effizienteren Therapie von Stimmstörungen dienen.
Material und Methoden: Die rheologische Charakterisierung von menschlichem Mukus erfolgt mit mikrorheologischen Methoden. Die Eigenschaften des künstlichen Mukus werden in einem speziellen Versuchsstand für exzidierte Kehlköpfe untersucht. Er ermöglicht durch elektromechanische Manipulation des arytenoiden und thyroiden Knorpels der Schweinekehlköpfe eine Adduktion sowie Elongation der Stimmlippen. Der Einfluss des Mukus auf die Stimmlippenschwingung und den produzierten Schall wird mit Highspeed-Videoaufnahmen (HSV) und Mikrofonen untersucht.
Ergebnisse: Der Einfluss von künstlichem Mukus wird an insgesamt 24 exzidierten Schweinekehlköpfen erforscht. Die Auswertung der HSV-Aufnahmen erfolgt mit dem intern entwickelten Glottis-Analysis Tool (GAT) und zeigt charakteristische Parameter der Strukturschwingung der Stimmlippen. Subglottale und akustische Drücke liefern Parameter zur Aeoroakustik und Regularität der Schwingung.
Diskussion: Kenntnisse über die Zusammensetzung und die rheologischen Eigenschaften von laryngealem Mukus sind Voraussetzung für die pharmazeutische Weiterentwicklung und klinische Anwendung von Mukus-Ersatzpräparaten.
Fazit: Die Entwicklung von künstlichem Mukus mit reproduzierbaren Eigenschaften ermöglicht eine systematische Untersuchung und Quantifizierung der Wirkung von Mukus in der Phonation, womit eine evidenzbasierte Diagnostik und Therapie von Stimmkrankheiten unterstützt wird.
Text
Hintergrund
Der Einfluss von laryngealem Mukus auf die Phonation wird in dieser Studie erstmalig im Detail untersucht. Der menschliche Kehlkopf ist in-vivo messtechnisch nur begrenzt zugänglich und eine ausreichende Menge an laryngealem Mukus kann für ex-vivo Untersuchungen nicht zur Verfügung gestellt werden. In-vivo Studien sehen sich zudem mit ethischen Aspekten konfrontiert. Die geplanten Untersuchungen zur Zusammensetzung von laryngealem Mukus und dessen rheologischen Eigenschaften ermöglichen die Entwicklung von künstlichem Mukus und die Realisierung von ex-vivo Untersuchungen in großem Maßstab. In einem speziell entwickelten Messaufbau wird der Einfluss der Zusammensetzung von künstlichem Mukus an exzidierten Schweinekehlköpfen quantifiziert. Ziel ist es, die kompensatorischen Effekte von Mukus bei pathologischen Schwingungsmustern wie Rechts-Links-Asymmetrie und Glottisschlussinsuffizienz zu identifizieren. Die Erkenntnisse sollen einem besseren Verständnis der Phonation und einer effizienteren Therapie von Stimmstörungen dienen.
Material und Methoden
Die rheologische Charakterisierung von menschlichem Mukus erfolgt mittels Particle Tracking Microrheology. Dafür sind nur sehr geringe Mengen an laryngealem Mukus nötig. Durch die thermische Molekularbewegung fluoreszierender, sphärischer Partikel im Mukus kann auf die viskoelastischen Eigenschaften geschlossen werden. Dies ist exemplarisch in Abbildung 1 [Abb. 1] gezeigt. Abbildung 1 A [Abb. 1] zeigt die Trajektorie eines Partikels, aus der, wie in Abbildung 1 B [Abb. 1] dargestellt, die mittlere quadratische Verschiebung (MSD) berechnet wird. Daraus lassen sich die viskoelastischen Eigenschaften bestimmen, siehe Abbildung 1 C [Abb. 1]. Das Speichermodul G’ und das Verlustmodul G’’ geben dabei Auskunft über den elastischen und viskosen Charakter der Probe.
Die Ergebnisse der mikrorheologischen Untersuchung dienen zur Herstellung eines künstlichen Mukus mit vergleichbaren rheologischen Eigenschaften. Die Wirkung des künstlichen Mukus wird in einem speziellen Versuchsstand für exzidierte Kehlköpfe untersucht, der in Abbildung 2 [Abb. 2] gezeigt ist und bereits für die Stimmforschung validiert wurde [1]. Er ermöglicht durch elektromechanische Manipulation des arytenoiden und thyroiden Knorpels der Schweinekehlköpfe eine Adduktion sowie Elongation der Stimmlippen.
Der Einfluss des Mukus auf die Stimmlippenschwingung und den produzierten Schall wird mit Highspeed-Videoaufnahmen (HSV) und Mikrofonen untersucht.
Ergebnisse
Der Einfluss von künstlichem Mukus wird an insgesamt 24 exzidierten Schweinekehlköpfen erforscht. Die Auswertung der HSV-Aufnahmen erfolgt mit dem intern entwickelten Glottis-Analysis Tool (GAT) und zeigt charakteristische Parameter der Strukturschwingung der Stimmlippen. Subglottale und akustische Drücke liefern Parameter zur Aeoroakustik und Regularität der Schwingung.
Diskussion
Kenntnisse über die Zusammensetzung und die rheologischen Eigenschaften von laryngealem Mukus sind Voraussetzung für die pharmazeutische Weiterentwicklung und klinische Anwendung von Mukus-Ersatzpräparaten.
Fazit
Die Entwicklung von künstlichem Mukus mit reproduzierbaren Eigenschaften ermöglicht eine systematische Untersuchung und Quantifizierung der Wirkung von Mukus in der Phonation, womit eine evidenzbasierte Diagnostik und Therapie von Stimmkrankheiten unterstützt wird.
