Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 13
1.1. Морфология артерий головного мозга 13
1.2. Биомеханические свойства артерий головного мозга 43
1.3. Моделирование артерий головного мозга 47
Глава 2. Материал и методы исследования
2.1. Материал исследования 53
2.2. Методы исследования 54
2.2.1. Методика исследования морфометрических параметров артерий
2.2.2. Методика исследования биомеханических свойств артерий 56
2.2.3. Методы статистической обработки данных 59
2.2.4. Методика моделирования артерий головного мозга 62
Глава 3. Результаты собственных исследований 69
3.1. Изменчивость морфометрических параметров артерий 69
3.1.1. Передняя мозговая артерия 69
3.1.2. Средняя мозговая артерия 77
3.1.3. Задняя соединительная артерия 84
3.1.4. Задняя мозговая артерия 92
3.1.5. Базилярная артерия 100
3.1.6. Позвоночная артерия 109
3.1.7. Сравнительный анализ морфометрических параметров артерий головного мозга
3.2. Изменчивость биомеханических свойств артерий 124
3.2.1. Передняя мозговая артерия 124
3.2.1.1. Продольная деформация 124
3.2.1.2 Поперечная деформация 128
3.2.2. Средняя мозговая артерия 130
3.2.2.1 Продольная деформация 130
3.2.2.2. Поперечная деформация 135
3.2.3. Задняя соединительная артерия 137
3.2.3.1. Продольная деформация 137
3.2.4. Задняя мозговая артерия
3.2.4.1. Продольная деформация 141
3.2.4.2. Поперечная деформация 145
3.2.5. Базилярная артерия 147
3.2.5.1. Продольная деформация 147
3.2.5.2. Поперечная деформация 152
3.2.6. Позвоночная артерия 153
3.2.6.1. Продольная деформация 153
3.2.6.2. Поперечная деформация 158
3.2.7. Сравнительный анализ биомеханических свойств артерий 160
3.2.7.1. Продольная деформация 160
3.2.7.2. Поперечная деформация 163
3.2.7.3. Продольная и поперечная деформации 164
3.3. Результаты корреляционного, регрессионного и дискриминантного анализов данных морфометрических и биомеханических параметров артерий
3.4. Моделирование артерий головного мозга на основе их морфометрических и биомеханических параметров
Глава 4. Обсуждение полученных результатов 183
Выводы 206
Библиографический список
- Биомеханические свойства артерий головного мозга
- Методика исследования морфометрических параметров артерий
- Сравнительный анализ морфометрических параметров артерий головного мозга
- Результаты корреляционного, регрессионного и дискриминантного анализов данных морфометрических и биомеханических параметров артерий
Введение к работе
Актуальность. Профилактика и лечение цереброваскулярных заболеваний
являются актуальными проблемами, имеющими не только медицинское, но и
социально-экономическое значение. По данным Всемирной организации
здравоохранения, сосудистая патология головного мозга характеризуется
высоким удельным весом в общей структуре заболеваемости, первичной
инвалидности и смертности населения во многих странах мира. В России
ежегодно регистрируется более 400–450 тысяч новых инсультов
(Покровский А.В., 2008; Скворцова В.И., Алексеева Г.С., 2013; Суслина З.А., Пирадов М.А., Домашенко М.А., 2014). Средняя частота нетравматических субарахноидальных кровоизлияний, являющихся в 50–60% случаев следствием разрыва церебральных аневризм, составляет 13 случаев на 100 000 (Крылов В.В., 2011; Никитин А.И., Павлов О.А., 2012; Бояринцев В.В., Закарян Н.В., Панков А.С. и соавт., 2015). 5–10% от общего числа случаев интракраниальных аневризм приходится на вертебробазилярный бассейн (Элиава Ш.Ш., Эристава А.Р., Добровольский Г.Ф. и соавт., 2008), где риск их разрыва в 1,3–1,5 раза выше, чем в передних отделах артериального круга большого мозга (Wiebers D.O., Whisnant J.P., Huston J. et al., 2003). По данным Т.С. Шаяхметова, К.Ю. Орлова, А.Л. Кривошапкина и соавт. (2015), наиболее опасной локализацией аневризм является область бифуркации базилярной артерии, где они встречаются в 26% случаев.
В последнее время наблюдается тенденция к изменению возрастной структуры больных за счет увеличения доли пациентов зрелого возраста. Так, инсульт у значительного числа лиц развивается в возрасте до 64 лет, разрыв аневризм – в возрасте 40–60 лет, т.е. в период максимальной профессиональной и творческой активности.
Анатомической основой сосудистых заболеваний головного мозга являются его артерии, в связи с этим проблема цереброваскулярных заболеваний находится в центре внимания не только врачей-клиницистов, но и специалистов-морфологов. Используемые в клинике современные методы инструментальной диагностики, при которых объективно подтверждается вариабельность артерий головного мозга, требуют расширенного представления об их вариантной анатомии, в том числе сведений об индивидуальной, возрастной, половой и билатеральной изменчивости (Николаев В.Г., Николаева Л.В., Николаева Н.Н., 2006; Пажинский Л.В., Гайворонский И.В., Гайворонский А.И. и соавт., 2007; Пивченко П.Г., Трушель Н.А., 2010; Илясова Е.Б., Чехонацкая М.Л., Чехонацкий А.А. и соавт., 2012; Крылов В.В., Григорьева Е.В., 2012; Гавриленко А.В., Сандриков В.А., Куклин А.В., 2013; Каган И.И., Шехтман А.Г., Малыгина О.Я., 2013; Коновалов А.Н., Филатов Ю.М., Тиссен Т.П., 2015). Резкое нарастание частоты атеросклероза, приводящее к ишемической болезни головного мозга, повысило актуальность изучения артерий головного мозга в возрастном аспекте.
Особенности строения артерий влияют на локализацию, характер и выраженность патологических изменений при различных цереброваскулярных заболеваниях (Alastruey J., Parker K.H. et al., 2007; Alawad A.H., Hussein M.A.,
Hassan M.A., 2009; Silverman I.E., Rymer M.M., 2009; Poudel P.P., Bhattarai C.,
2010). Между тем имеющиеся в литературе сведения по анатомии артерий
головного мозга, несмотря на их многочисленность, противоречивые и трудно
поддаются оценке. В основном это связано с недоработками в дизайне
исследования: отсутствием сведений об изученном отделе артерии, количестве
наблюдений, возрастном и половом составе выборки, основных
статистических показателей и пр.
Находясь под влиянием различных механических факторов
(артериального давления, давления вещества мозга и спинномозговой
жидкости), артерии головного мозга благодаря своим упругим и прочностным
свойствам оказывают существенное влияние на работу системы
кровообращения, т.е. биомеханические свойства этих артерий важны для
нормальной жизнедеятельности организма (Ефимов А.П., 2008). Как и в случае
с морфометрическими параметрами, необходимо иметь отчетливое
представление о норме биомеханических характеристик артерий головного мозга, т.к. большинство патологических процессов изменяют эти свойства, обычно в сторону снижения. Например, выраженные атеросклеротические процессы в 5–10 раз уменьшают эластические свойства сосудов (Рябихин Е.А., Можейко М.Е., 2010). Ухудшение деформативных свойств стенок артерий приводит к их удлинению, извитости, перегибам, расширению просвета, и тем самым играет определенную роль в патогенезе острой и хронической цереброваскулярной недостаточности (Суханов С.Г., Аптуков В.Н., Осоргина Л.Ю., 2010). Широко обсуждается в литературе роль деформативных и прочностных свойств артерий в возникновении аневризм (Torii R., M., T. et al., 2009; Суханов С.Г., Аптуков В.Н., Осоргина Л.Ю., 2010).
Развитие нейроваскулярной хирургии с использованием современных внутрисосудистых технологий (удаление тромба при помощи катетера, внутричерепная ангиопластика, койлинг и пр.) предъявляет новые требования не только к технике проведения вмешательства, но и к уровню знаний о биомеханических свойствах артерий (Полунина Н.А., 2012). Различия этих свойств у экстра- и интракраниальных артерий следует учитывать при наложении внутричерепного анастомоза, т.к. определенное несоответствие этих параметров реконструируемых сосудов может явиться одной из причин изменений гемодинамики на месте анастомоза с последующим тромбозом (Усачев Д.Ю., Лукшин В.А., Пронин И.Н. и соавт., 2009).
К сожалению, деформативные и прочностные свойства артерий головного мозга до сих пор изучены недостаточно и представлены в литературе единичными работами, относящимися ко второй половине прошлого столетия (Годлевска М.А., 1978; Пуриня Б.А., Касьянов В.А., 1980 и др.). При этом описаны только отдельные артерии, а результаты по имеющимся сосудам трудно поддаются оценке, что обусловлено использованием устаревшего оборудования и нередко отсутствием описания способа и техники получения данных. Данный факт не позволяет принять
такие сведения за основу и требует их уточнения.
В последние десятилетия технический прогресс в медицине ознаменовался внедрением компьютерных технологий, которые призваны повысить качество диагностики и лечения различных заболеваний. С помощью современного программного обеспечения и привлечения к работе специалистов математиков и программистов стало возможным получение моделей различных органов и систем (Федоров В.Д., 2003). Индивидуальная (пациент-ориентированная) модель артерий головного мозга позволяет достаточно точно оценить индивидуальные особенности их строения и ряд функциональных параметров, что имеет значение для оптимизации реконструктивных операций на этих артериях и позволило бы прогнозировать некоторую патологию, например развитие аневризмы.
Для разработки индивидуальной компьютерной модели необходимо учитывать морфологию артерий, биомеханические свойства их стенок, гемодинамические параметры течения крови (Фролов С.В., Синдеев С.В., Липш Д., Балассо А., 2014; Watton P.N., Ventikos Y., Holzapfel G.A., 2009; Watton P.N., Selimovic A., Raberger N.V. et al., 2011). Сведение об основных морфологических и гемодинамических параметрах для конкретного пациента можно получить по результатам современных методов инструментальной диагностики. Прижизненное определение биомеханических параметров артерий человека сегодня не представляется возможным. В связи с этим изучение биомеханических свойств мозговых сосудов на трупном материале имеет существенное значение.
Таким образом, противоречивые морфометрические данные, а также существенные пробелы в сведениях о биомеханических свойствах не позволяют в настоящее время получить комплексное представление о вариантной анатомии и морфофункциональной организации артерий головного мозга, а так же затрудняют биомеханическое моделирование этих артерий. Поэтому детальное изучение закономерностей индивидуально-типологической изменчивости морфометрических и биомеханических параметров артерий головного мозга является актуальной научной проблемой, имеющей как теоретическое, так и практическое значение.
Цель исследования: выявить закономерности индивидуально-типологической изменчивости морфометрических и биомеханических параметров артерий головного мозга взрослых людей в связи с билатеральностью, половым диморфизмом и возрастом.
Задачи исследования:
-
Изучить в аспекте индивидуальной, билатеральной, половой и возрастной изменчивости морфометрические параметры (длину, наружный диаметр, толщину стенки и диаметр просвета) ПМА, СМА, ЗМА, ЗСА, БА, ПА и изменение пропускной способности этих артерий с возрастом.
-
Исследовать изменчивость биомеханических параметров (общую прочность, предел прочности, максимальную относительную деформацию, модуль Юнга) ПМА, СМА, ЗМА, ЗСА, БА, ПА при одноосном продольном и
поперечном растяжении их образцов.
-
Сравнить морфометрические параметры артерий головного мозга и их биомеханические свойства при одноосном продольном и поперечном растяжении.
-
Изучить статистическую взаимосвязь морфометрических и биомеханических параметров артерий головного мозга.
-
Определить варианты конфигурации внутричерепных артерий вертебробазилярного бассейна на основе сочетанной изменчивости величин углов соединения ПА и бифуркации БА.
-
При помощи компьютерного моделирования оценить параметры кровотока и напряженно-деформированного состояния артериальной стенки при разных вариантах конфигурации внутричерепных артерий вертебробазилярного бассейна.
Научная новизна исследования. Выявлены новые закономерности возрастной изменчивости, полового диморфизма и билатеральной симметрии морфометрических параметров артерий головного мозга человека.
Установлены базовые диапазоны изменчивости биомеханических свойств артерий головного мозга и определены их билатеральные, половые и возрастные различия.
С помощью метода сигмальных отклонений на основании
индивидуально-типологической и сочетанной изменчивости выделены варианты артерий по их морфометрическим и биомеханическим параметрам, представлена их экстенсивность.
Произведен комплексный сравнительный анализ морфометрических и биомеханических параметров кровоснабжающих головной мозг артерий с учетом возраста.
Детализированы сведения об особенностях анизотропии деформативно-прочностных свойств артерий головного мозга, проявляющейся при их продольном и поперечном деформировании.
Оценена степень зависимости между морфометрическими и
биомеханическими параметрами артерий головного мозга.
Дана характеристика вариантов конфигурации внутричерепных артерий вертебробазилярного бассейна и показана их экстенсивность.
Разработаны оригинальные морфофункциональные компьютерные 3D-модели артерий головного мозга для каждого варианта конфигурации внутричерепных артерий вертебробазилярного бассейна.
Научно-практическая ценность исследования. Создана база данных морфометрических и биомеханических параметров артерий головного мозга. Полученные детализированные данные об изменчивости размерных характеристик ПМА, СМА, ЗСА, ЗМА, БА и ПА, учитывающие возрастную принадлежность субъекта, имеют прикладное значение и могут быть использованы для оценки данных клинических визуализирующих методов обследования. Полученные данные о биомеханических параметрах должны учитываться при усовершенствовании существующих и разработке новых
способов оперативных вмешательств на артериях головного мозга.
Биомеханические свойства артерий не могут быть определены у человека при жизни, в связи с этим данные, полученные в ходе экспериментов на растяжение образцов, являются базовыми, без которых невозможна разработка полноценных биомеханических моделей в норме и при патологии.
Построенные на основе морфометрических и биомеханических данных компьютерные пространственно-ориентированные модели являются геометрическими и физико-механическими аналогами артерий головного мозга, выполнены в виде виртуальной параметрической среды, позволяющей вносить разного рода дополнения для дальнейших исследований. Эти модели позволят индивидуализировать подход к оценке параметров гемодинамики и напряженно-деформированного состояния артериальной стенки, которые могут оказывать влияние на развитие атеросклероза и внутричерепных аневризм.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Морфометрические параметры (длина, наружный диаметр, толщина стенки, диаметр просвета) и биомеханические свойства артерий головного мозга при их продольном растяжении (общая прочность, предел прочности, максимальная относительная деформация и модуль Юнга) характеризуются половым диморфизмом, билатеральными различиями, индивидуально-типологической и определенной возрастной изменчивостью.
-
Морфометрические параметры и биомеханические свойства неодинаковы у разных артерий головного мозга, последние характеризуются анизотропией: при продольном растяжении стенки артерий более растяжимые, но менее прочные и жесткие; при поперечном растяжении они более прочные и жесткие, но менее растяжимые.
-
На основании сочетанной изменчивости углов соединения позвоночных и бифуркации базилярной артерий имеется 9 вариантов конфигурации внутричерепных артерий вертебробазилярного бассейна, которые при биомеханическом моделировании оказывают влияние на морфофункциональные характеристики артерий головного мозга.
Апробация результатов исследования. Основные положения
диссертационной работы доложены и обсуждены на 67-й и 68-й
межрегиональных научно-практических конференциях студентов и молодых
ученых с международным участием (Саратов, 2006, 2007); VIII конгрессе
международной ассоциации морфологов (Орел, 2006); межрегиональной
научно-практической конференции с международным участием
«Реабилитационные технологии XXI века» (Саратов, 2006); Международной
дистанционной научно-практической конференции, посвященной памяти
профессора В.Н. Парина «Внедрение инновационных технологий в
хирургическую практику (фундаментальные и прикладные аспекты)»
(Пермь, 2007); IX конгрессе Международной ассоциации морфологов
(Бухара, 2008); Международной гистологической конференции
«Морфогенезы в эволюции, индивидуальном развитии и эксперименте»
(Тюмень, 2008); межрегиональной конференции «Аспирантские чтения»
(Саратов, 2008); межрегиональной конференции «Докторантские чтения»
(Саратов, 2008); IX Всероссийской конференции по биомеханике (Нижний
Новгород, 2008); Международной конференции, посвященной 75-летию со
дня рождения заслуженного деятеля науки РФ, чл.-кор. РАМН, профессора
Б.А. Никитюка (Москва, 2008); XXVIII Международной конференции
российского общества ангиологов и сосудистых хирургов (Саратов, 2008);
ежегодной Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной
диагностики в биологии и медицине – 2008» (Саратов, 2008); VI
Всероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов, 2009);
X конгрессе Международной ассоциации морфологов (Ярославль, 2010);
IV Всероссийской научной конференции с международным участием
«Микроциркуляция в клинической практике», посвященной 100-летию со
дня рождения академика РАМН, профессора В.В. Куприянова (Москва,
2012); IV Всероссийской научно-практической конференции «Нарушения
мозгового кровообращения: диагностика, профилактика, лечение» (Самара,
2012); XI конгрессе Международной ассоциации морфологов (Самара, 2012);
IX Международной научно-практической конференции «Восточное
партнерство» (Пшемысль, 2013); весенних научных сессиях кафедры анатомии человека Саратовского ГМУ им. В.И. Разумовского (Саратов, 2013, 2014); объединенном XII конгрессе Международной ассоциации морфологов и VII съезде Всероссийского научного медицинского общества анатомов, гистологов и эмбриологов (Тюмень, 2014); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы антропологии» (Саратов, 2014); Всероссийской конференции, посвященной 250-летию кафедры анатомии человека Первого МГМУ им. И.М. Сеченова (Москва, 2014); Научной интернет-конференции «Современные аспекты макро- и микроморфологии», посвященной 90-летию со дня рождения заслуженного деятеля науки РФ, доктора медицинских наук, профессора В.С. Сперанского (Саратов, 2015); Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 120-летней годовщине со дня рождения профессора Б.М. Соколова (г. Рязань, 2016).
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации
опубликованы 65 научных работ, из которых 37 – в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации материалов докторских диссертаций.
Внедрение результатов исследования. Результаты диссертационного
исследования используются в учебном процессе кафедр анатомии человека,
оперативной хирургии и топографической анатомии, лучевой диагностики и
лучевой терапии им. Н.Е. Штерна ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ
им. В.И. Разумовского» Минздрава России; в работе отделения
рентгенохирургических методов диагностики и лечения клинической больницы имени С.Р. Миротворцева ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ
им. В.И. Разумовского» Минздрава России; в научно-исследовательской деятельности и учебном процессе Образовательно-научного института наноструктур и биосистем ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 239 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследования, собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и списка литературы, включающего 173 источника на русском и 97 источников на иностранных языках. Работа иллюстрирована 87 таблицами и 59 рисунками.
Связь с планом научных исследований. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры анатомии человека ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России и имеет номер государственной регистрации (0203042330329).
Личный вклад соискателя в проведенное исследование. Автором самостоятельно определены цель, задачи и методы исследования; осуществлен набор аутопсийного материала в объеме, достаточном для получения статистически достоверных результатов. Самостоятельно проведен подробный анализ фундаментальной и современной литературы по теме диссертационного исследования, выполнено морфометрическое исследование артерий головного мозга человека, осуществлена вариационно-статистическая обработка полученных данных, на основе которой сделаны обоснованные выводы; оформлены рукописи автореферата и диссертации.
Изучение биомеханических свойств артерий головного мозга и их биомеханическое моделирование выполнены в соавторстве с сотрудниками отдела компьютерного инжиниринга Образовательно-научного института наноструктур и биосистем ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского» Министерства образования и науки Российской федерации.
Биомеханические свойства артерий головного мозга
Головной мозг человека получает артериальное кровоснабжение из 4-х магистральных артерий: 2-х внутренних сонных и 2-х позвоночных артерий. Внутренние сонные артерии (ВСА) обеспечивают около 70-85% притока крови к мозгу, ПА, соответственно 15-30%. На нижней поверхности мозга магистральные артерии образуют артериальный (виллизиев) круг большого мозга, от которого и отходят артерии, которые непосредственно поставляют кровь в ткани головного мозга. Виллизиев круг является наиболее важным, постоянно действующим анастомозом между бассейном ВСА и вертебробазилярным бассейном, а также между двумя ВСА, обеспечивающим распределение крови в полушариях, а при необходимости перераспределение крови для адекватного кровообращения функционирующего мозга человека (Горбунов А.В., 2006). В формировании артериального круга большого мозга участвуют прекоммуникационные части правой и левой ПМА, клиновидные части правой и левой СМА, прекоммуникационные части правой и левой ЗМА, ПСА, правая и левая ЗСА.
Стенки артерии головного мозга состоят из трех оболочек. Внутренняя оболочка (tunica intima) образована эндотелием, подэндотелиальным слоем и хорошо выраженной внутренней эластической мембраной. Средняя оболочка (tunica media) включает в себя гладкие мышечные клетки и небольшое количество коллагеновых и эластических волокон. У артерий головного мозга отсутствует наружная эластическая мембрана. Сокращению мышечной ткани средней оболочки принадлежит важная роль в поддержании кровяного давления и регулировании притока крови к мозгу в соответствии с его потребностями. Наружная оболочка (tunica adventitia) образована соединительной тканью, а также содержит мелкие кровеносные сосуды, питающие наружные слои стенки артерии, и нервные волокна. Передняя мозговая артерия. ПМА в большинстве случаев отходит от передней полуокружности ВСА под прямым углом, далее она устремляется в передне-медиальном направлении через обонятельный треугольник, дорсальнее зрительного нерва, проникает в продольную щель мозга, где сообщается с одноименной артерией противоположной стороны посредством поперечно расположенного анастомоза - ПСА. Типичное отхождение ПМА по данным А.Г. Рыбакова и соавт. (2012) наблюдается в 87% случаев. Известно, что угол отхождения левой ПМА варьирует в диапазоне от 40 до 90; правой - от 45 до 88 (Сенько И.В. и соавт., 2012). В области отхождения ПСА от ПМА (комплекс ПМА-ПСА) наиболее часто локализуются аневризмы - от 28,5 до 45% среди всех аневризм головного мозга (Сербиненко Ф.А., Лысачев А.Т., 1987; Hernesniemi J. et al, 2008).
Редко правая и левая ПМА могут быть ветвями одной ВСА, от которой вначале отходит общий ствол, а далее в продольной щели большого мозга он разделяется на две ПМА. При этом проксимальная часть ПМА на противоположной стороне отсутствует или имеет вид тонкого нитевидного сосуда. Такой вариант отхождения называют передней трифуркацией ВСА. По данным П.Г. Пивченко и Н.А. Трушель (2010) чаще такой вариант встречается у брахикранов (8% наблюдений).
Область кровоснабжения ПМА охватывает: медиальную поверхность полушарий большого мозга от лобной доли до теменно-затылочной борозды; на нижней поверхности - прямую извилину; на латеральной поверхности -верхнюю лобную извилину и верхнюю часть теменной доли (Шмидт Е.В., 1975; Пажинский Л.В. и соавт., 2007; Гайворонский АИ. и соавт, 2015).
Согласно международной анатомической терминологии (2003) в составе ПМА выделяют 2 сегмента, границей между которыми служит ПСА: Аi или прекоммуникационный сегмент, входит в состав виллизиева круга; А2 или посткоммуникационный сегмент.
Отсутствие одной из ПМА наблюдается в 2-25% случаев (Рыбаков А.Г. и соавт., 2012; Пажинский Л.В. и соавт., 2007; Baptista A.G., 1966). Имеются сведения, что левая артерия отсутствует в 4 раза реже, чем правая (Беленькая Р.М., 1979). По данным И.А. Пономаревой и М.В. Соловьева (1968), правая ПМА отсутствует в 7%, а левая – в 14% случаев.
Одноствольный тип ПМА, когда обе артерии соединяются в один ствол, встречается в 1,0-12,5% случаев (Бик В.И., 1928; Злотник З.И., Антонов Н., Костринская З., 1973). У долихокранов такой тип встречается в 10% наблюдений (Пивченко П.Г., Трушель Н.А., 2010). По данным И.Ф. Крупачева, Н.Н. Метальниковой (1957), Р.М. Беленькой (1974) и А.Н. Воронина (1971), обе артерии могут соединяться на протяжении от 2 до 5 мм.
Удвоение А1 сегмента ПМА встречается, по результатам исследований разных авторов в 0,3% (Yasargil M.G., 1984), в 1,4% (Рыбаков А.Г. и соавт., 2012) или в 16,0% случаев (Пажинский Л.В. и соавт., 2007).
Форма прекоммуникационного сегмента ПМА бывает прямой, S-образной или дугообразной (Воронина А.И., 1971, Bogdanovic D., Marincovic B., 1978). Проанализировав отчественные и зарубежные литературные источники, можно заключить, что длина А1 сегмента ПМА может принимать значения от 7,2 до 30,0 мм (табл. 1).
Методика исследования морфометрических параметров артерий
Диаметр ЗМА чаще всего несимметричный. Как правило, диаметр правой ЗМА незначительно преобладает (Пизова Н.В., Спирин Н.Н., 2005). Однако имеется и противоположное мнение (Огнев Б.В., 1957; Stefani M.A. et al., 2013). По данным Ф.И. Валькера (1959) наружный диаметр правой ЗМА варьирует от 1,5 до 1,8 мм, левой – от 1,5 до 2,0 мм.
Ю.А. Гладилин, В.Н. Николенко (2009), основываясь на изучении значительного по количеству анатомического материала, приводят данные по среднему наружному диаметру артерии: у мужчин он составляет 2,29±0,04 (n=154; А=0,65-3,65 мм), у женщин – 2,16±0,06 (n=62; А=0,55-3,12 мм) (р 0,05). Они же отметили увеличение наружного диаметра ЗМА с возрастом, особенно выраженное в старческом возрасте. По данным M.A. Stefani et al. (2013) наружный диаметр ЗМА у мужчин составляет 2,3±0,37 мм (n=15), у женщин – 1,9±0,44 мм (n=15) (р 0,001). У взрослых людей младше 40 лет он равен 1,9±0,46 мм (n=14), после 40 лет – 2,2±0,42 (n=16) (р 0,05).
Н.В. Пизова и Н.Н. Спирин (2005) посчитали за гипоплазию диаметр ЗМА женщин, равный 1,9±0,9 мм и 1,8±1,0 мм, для правого и левого сосудов, соответственно. При тромбозе СМА, диаметр ПМА и ЗМА может увеличиваться в 2,5 раза (Боголепов Н.К., 1971).
ЗМА является артерией мышечного типа. По данным Ю.А. Гладилина (2004), ее толщина стенки не имеет половых и билатеральных различий и в среднем составляет 0,23±0,01 мм, варьируя в пределах от 0,05 до 0,5 мм. По сведениям Н.А. Трушель и П.Г. Пивченко (2011) толщина стенки ЗМА колеблется от 0,21 до 0,27 мм. Наибольшая толщина стенки обнаруживается у мезокранов – 0,25-0,27 мм. Так же как ЗСА, ЗМА относится к артериям с самой тонкой стенкой и толщиной мышечной оболочки. Последняя толще при брахикраннии, когда она составляет 60-70% всей толщины стенки. Стенка артерии утолщается с возрастом (Гладилин Ю.А., 2004). Н.К. Боголепов (1971), отмечал, что раньше всего возрастные изменения проявляются у ЗМА и СМА и, в последнюю очередь – в ПМА.
Диаметр просвета ЗМА в среднем составляет 1,89±0,02 мм, варьируя в диапазоне от 0,50 мм до 5,00 мм. Билатеральные различия характерны только для мужской популяции. Половые различия статистически незначимы. С возрастом просвет ЗМА у женщин увеличивается, особенно в период старческого возраста; значимых возрастных изменений диаметра просвета ЗМА мужчин не выявлено (Ю.А. Гладилин, 2004).
Таким образом, анатомические варианты ЗМА достаточно редки, и касаются, в первую очередь, варианта начала артерии. Редкие случаи отхождения ЗМА от ВСА описаны в многочисленных исследованиях, в том числе во взаимосвязи с формой черепа и стороной артериального круга большого мозга. Морфометрическими исследованиями, в основном, охвачен наружный диаметр артерии, при этом не всегда указаны отдел артерии, основные вариационно-статистических показатели, сторона измерения, пол и возраст изученного контингента взрослых людей. В единичных работах приводятся сведения о длине, толщине стенки и диаметре просвета ЗМА. Не описаны варианты артерий по величине ее размерных характеристик и их сочетанной изменчивости.
Базилярная артерия. БА – непарная, крупная, постоянно присутствующая артерия, располагающаяся на нижней поверхности моста мозга в одноименной борозде. Данная артерия образуется при соединении правой и левой ПА. На границе продолговатого мозга и моста мозга, происходит ее разделение под острым, тупым или прямым углами на правую и левую ЗМА. (Огнев Б.В., 1957). БА служит источником кровоснабжения ствола мозга, мозжечка и промежуточного мозга, внутреннего уха, затылочной и височной долей большого мозга (Пажинский Л.В. и соавт., 2007).
Частота встречаемости вариантов и аномалии БА значительно реже, по сравнению с другими артериями головного мозга (Тихомиров М.А., 1899; Гиндце Б.К., 1946; Злотник Э.И., 1967; Беленькая Р.М., 1979; Верещагин Н.В., 1980; Бутко Д.Ю., 2004; Молдавская А.А., Горбунов А.В., 2005; Stopford J.S.B., 1916; Lindenberg R., 1957; Fields W.S. et al., 1965 и др.). П.Г. Пивченко и Н.А. Трушель (2010) на препаратах головного мозга от трупов взрослых людей с мезокранной формой черепа обнаружили сплетениевидный тип БА. В этом типе строения передняя часть БА имела вид сети их мелких артериальных сосудов. Те же авторы наблюдали трифуркацию БА, при которой артерия делится на три ветви примерно одинакового диаметра: две верхние мозжечковые артерии и одну срединную, которая входит в состав артериального круга большого мозга. Такой вариант выявлен у брахикранов.
Варианты хода БА обусловлены ходом ПА. Типичное прямое направление БА встречается в 15–63% случаев, когда правая и левая ПА имеют примерно одинаковые диаметры (Лужа Д., 1973; Верещагин Н.В., 1980; Руденко П.Г., Николаев В.Г., 2012). В случаях, когда диаметр одной из ПА значительно преобладает, БА током крови смещается в контралатеральную сторону: из более широкой ПА в более узкую. В 1/3 наблюдений БА отклонена вправо, значительно реже – влево (Брагина Л.К., 1975; Салазкина В.М. и соавт., 1977; Верещагин Н.В., 1980; Пуриня Б.А., Касьянов В.А., 1980; Руденко П.Г., Николаев В.Г., 2012; Lang J., 1995). На передне-задних ангиограммах головного мозга артерия обычно имеет S-образную форму, которая не связана со старческими изменениями и встречается одинаково часто в молодом и пожилом возрастах (Горбунов А.В., 2005). Хорошо выраженная S-образная форма БА и ее расширение свидетельствуют о «мегадолихобазилярной» аномалии (Boeri R., Passerini A., 1964). Иногда описанные изменения сопровождаются аналогичным расширением ПА (Беленькая Р.М., 1979). Длина БА зависит от места соединения ПА и варьирует, по данным разных литературных источников, в пределах от 15,0 до 48,4 мм (табл. 11). В случаях, когда правая и левая ПА не соединяются в типичном месте, БА очень короткая.
Сравнительный анализ морфометрических параметров артерий головного мозга
Большое количество работ посвящено исследованию гемодинамики в областях бифуркаций и ветвлений артерий. Эти области уже почти полвека привлекают пристальное внимание ученых разных специальностей (Есипова М.К., Кауфман О.Я., Крючкова Г.С. и соавт., 1971; Каро К. с соавт., 1981; Шорманов С.В., и соавт., 2007; Трушель Н.А., Пивченко П.Г., Бельчиков Е.И., 2012; Фролов С.В., Синдеев С.В., Липш Д. и соавт, 2014; Reidy M.A., Bowyer D., 1977). Интерес ученых обусловлен повышенной проницаемостью эндотелиального слоя и частым образованием атером (Gnasso A., Irace C, Carallo C, et al., 1997), а также предрасположенностью к образованию в вышеназванных зонах аневризм (Герц С.Д., Курган А., 1990; Heine H., Dalith F., 1973; Gau G., Ryder Т., Mackenzie M., 1980; Reidy M.A., Langille B.L., 1980; Каменский А.В., 2007; Трушель Н.А., Пивченко П.Г., Мельников И.А., 2012). Утолщение интимы в областях бифуркации артерий приводит к появлению интимальных подушек. В литературе присутствуют указания на их важную роль в формировании потока крови и регуляции силы сдвига (Roach M.R., Scott S., Ferguson G.G., 2010). В большинстве артерий человека механическая сила сдвига колеблется в пределах 2-20 дин/см. При этом в зонах деления эта сила возрастает до 30-100 дин/см (Nerem R.M., Alexander R.W., Chappell D.C. et al., 1998).
Задача моделирования кровотока в артериях головного мозга человека относится к классу аналитически не решаемых задач, главным образом из-за того, что аналитически не может быть задана геометрия стенок артерии. Современный уровень развития науки позволяет моделировать архитектонику практически любой сложности используя методы конечного элемента (МКЭ) (Ladak Н.М., Milner J.S., Steinman D.A., 2000; Cebral J.R., Yim P.J., Lohner R. et al., 2002; Antiga L., Ene-Iordache В., Remuzzi A., 2003; Kaazempur-Mofrad M.R. et al., 2004; Kulcsr Z., Ugron ., Marosfi M. et al., 2011; Ivanov D.V., Dol A.V., Polienko A.V., 2016). При моделировании движения крови необходимо учитывать: морфологические и механические параметры артериальной стенки, пространственное расположение (геометрию) сосуда и характеристики кровотока. Параметры кровотока можно изучить по данным ультразвукового исследования артерий или использовать литературные данные (Valencia A., 2005; Alns M.S., 2006; Каменский А.В., 2007). Сведения о морфологии и геометрии сосуда можно получить по результатам магнитно-резонансной томографии. Прижизненное определение механических параметров артериальной стенки на данном этапе развития медицины и техники невозможно. В связи с этим, параметры материала стенок получают при проведении экспериментов на растяжение образцов артерий (Каменский А.В., 2007).
При моделировании кровотока той или иной области тела, кровь, чаще всего, рассматривают как вязкую несжимаемую ньютоновскую жидкость (Gijsen F.J. et al., 1999; Foutrakis G., 1999; Oshima M.A., 2004; Valencia A., 2005; Alns M.S., 2006; Ho H., 2010; Fu W., Qiao A., 2010; Wang X.H., Li X.Y., Zhang X.J., 2010; и др.). Имеются работы, где моделируются неньютоновские свойства крови (Zhu G., Yuan Q., Yuan J., 2015). Отличия ньютоновской модели от неньютоновской при моделировании движения крови в артериях с радиусом больше 1 мм незначительные (Perktold K., Resch M., Florian H., 1991; Gijsen F.J., Vosse F.N., Janssen J.D., 1999; Chen J., Lu X.-Y., 2006).
В качестве модели сосудистой стенки используют модели с жесткими (Foutrakis G., 1999; Steinman D.A., Milner J.S., Norley C.J., et al., 2003; Masaaki S., Oshima M., Takagi K.et al., 2004; Valencia A., 2005; Alns M.S., 2006; Ho H., Cooling M.T., Hunter P., 2010) или податливыми идеальноупругими стенками (Oshima M.A., 2004; Dempere-Marco L., Oubel E., Castro M. et al., 2006; Oubel E., Craene M.De, Putman C.M. et al., 2007; Torii R., Oshima M., Kobayashic T. et al., 2009; Fu W., Qiao A., 2010; Wang X.H., Li X.Y., Zhang X.J., 2010). Модели с жесткими стенками завышают значения касательных напряжений на стенке. Податливые идеально-упругие модели лишены этого недостатка. Сравнительный анализ моделей сосудистой стенки (жесткой, идеально-упругой и гиперупругой) доказал предпочтительное использование модели с гиперупругой стенкой, т.к. она наиболее адекватно и реалистично описывает поведение артериальной стенки (Ivanov D.V., Dol A.V., Polienko A.V., 2016).
Таким образом, при бесспорном интересе ученых к вопросу об особенностях гемодинамики в артериях головного мозга, представленные до сих пор модели касаются в основном вариантов (отсутствие одной из артерий) и патологии (наличие аневризм) артерий головного мозга, или же демонстрируют гемодинамику в изолированных, таких как бифуркация БА областях. Описанные модели не учитывают влияния на параметры гемодинамики напряженно-деформированного состояния сосудистой стенки. Сложности построения моделей с учетом влияния на кровоток биомеханических параметров артериальной стенки, связаны с отсутствием возможности прижизненной регистрации механических свойств стенки сосудов. Эти свойства могут быть получены только в эксперименте на растяжение образцов артерий.
Заключение по литературному обзору Анализ сведений по морфологии сосудов головного мозга человека, представленных в отечественной и зарубежной литературе, показал, что несмотря на их большое количество, нет единого мнения о билатеральной, возрастной и половой изменчивости кровоснабжающих головной мозг артерий. Результаты исследований противоречивые, что, возможно, связано с разными методиками их получения. Не всегда указан характер распределения, количество наблюдений, статистические параметры, позволяющие оценить достоверность полученных данных и значимость различий между группами. Отсутствуют данные о типовой изменчивости морфометрических параметров. Между тем, потребность в детальных знаниях изменчивости артерий мозга диктуется запросами клиники, т.к. эти сведения необходимы для интерпретации современных неинвазивных визуализирующих методов исследования. Морфометрические данные (длина, наружный диаметр, толщина стенки, диаметр просвета) необходимы для расчета деформативно-прочностных свойств артерий.
Работы, описывающие биомеханические параметры артерий головного мозга, в основном, датируются второй половиной прошлого столетия. При этом изучены лишь отдельные артерии (СМА, БА, ПА), без учета билатеральной изменчивости парных артерий артериального круга и гендерных особенностей. Базовые диапазоны изменчивости деформативно-прочностных свойств патологически неизмененных артерий головного мозга, в связи с возрастом и полом субъекта, билатеральной изменчивостью в настоящее время отсутствуют. Не представлены данные о типовой изменчивости биомеханических свойств. Между тем, они должны учитываться при эндоваскулярных вмешательствах и при оценке риска развития интра- и послеоперационных осложнений. Эти свойства оказывают влияние на параметры гемодинамики и должны учитываться при моделировании тока крови и напряженно-деформированного состояния стенки артерий головного мозга. В литературе имеются данные о моделирование изолированной области бифуркации БА, сведения о моделирование всего комплекса артерий головного мозга, с учетом влияния на параметры кровотока биомеханических свойств сосудистой стенки отсутствуют.
Результаты корреляционного, регрессионного и дискриминантного анализов данных морфометрических и биомеханических параметров артерий
Базилярная артерия Общие данные. Средние величины морфометрических параметров БА, без учета пола и возраста субъекта, составляют: 1) длина – 29,67±0,41 мм (min-max=3,50-39,60 мм; =4,23 мм; Сv=14,2%); 2) наружный диаметр – 3,38±0,06 мм (min-max=2,06-6,00 мм; =0,69 мм; Сv=20,3%); 3) толщина стенки – 0,32±0,01 мм (min-max=0,20-0,66 мм; =0,10 мм; Сv=32,2%); 4) диаметр просвета – 2,77±0,08 мм (min-max=1,15-4,80 мм; =0,57 мм; Сv=20,7%). Наибольшей вариабельностью характеризуется толщина стенки, наименьшей – длина БА, следовательно, это наиболее стабильный морфометрический параметр данной артерии.
Половой диморфизм. Выраженный половой диморфизм свойственен толщине стенки, которая у мужчин на 13,3% больше (р=0,041). Различия других параметров артерии у мужчин и женщин статистически незначимы (p=0,082-0,843) и колеблются в диапазоне от 0,9% (наружный диаметр) до 3,7% (длина артерии) (табл. 39).
Индивидуально-типологическая и сочетанная изменчивость. Индивидуальная изменчивость морфометрических параметров артерий проявляется в формировании многочисленных вариативных групп БА (табл. 40). В связи с тем, что имеются статистически значимые половые различия толщины стенки БА, варианты изменчивости по этому параметру рассчитаны отдельно для мужской и для женской выборок.
По длине БА подразделяются на: короткие – длиной менее 26,46 мм; средние по длине – с длиной от 26,47 до 33,33 мм; длинные – с длиной более 33,34 мм. Средний возраст субъектов с длинными и короткими БА практически не различается: 54,3±5,9 и 55,9±4,0 лет (р=0,811). Количественное соотношение мужчин и женщин в группе субъектов с короткими артериями – 27,3 и 72,7%; в группе субъектов с длинными артериями – 68,4 и 31,6%.
Исходя из величины наружного диаметра БА бывают: тонкими – с диаметром менее 2,68 мм; среднего диаметра (среднеширокие) – диаметр колеблется в пределах от 2,69 до 4,07 мм и широкими – с диаметром более 4,08 мм. Субъекты с широкими БА в среднем в 1,8 раза старше людей с тонкими артериями – соответственно 68,8±3,8 и 38,9±4,6 лет (р 0,001). Количественное соотношение мужчин и женщин в группе обладателей тонких БА – 46,2% и 53,8%; в группе субъектов с широкими БА – 57,1% и 42,9%.
По толщине стенки БА подразделяются на: тонкостенные – с толщиной стенки менее 0,22 мм у мужчин и менее 0,20 мм у женщин; средние по толщине – с толщиной стенки от 0,23 до 0,45 мм у мужчин и от 0,21 до 0,39 мм у женщин; толстостенные – с толщиной стенки более 0,46 мм у мужчин и более 0,39 мм у женщин. Средний возраст обладателей толстостенных БА в 2,1 раза больше, чем у людей с тонкостенными артериями – соответственно 68,9±3,4 и 34,3±3,9 года (р 0,001). Количественное соотношение мужчин и женщин в группе субъектов с тонкостенными артериями – 66,6 и 33,3%; в группе исследованных с толстостенными артериями – 46,2 и 53,8%.
В зависимости от величины диаметра просвета, выделены БА: с узким – диаметр просвета менее 2,15 мм; средним – диаметр просвета, варьирует от 2,16 до 3,32 мм и широким просветом – диаметр просвета превышает 3,33 мм. Субъекты с широким просветом БА в среднем в 1,6 раз старше людей с узким просветом БА – соответственно 68,8±3,3 и 41,9±4,4 лет (р 0,001). Мужчины и женщины имеют одинаковое представительство (по 50%) в группе субъектов с узким просветом БА. Среди исследованных субъектов с широким просветом БА мужчины и женщины распределились как 57,9% и 42,1% соответственно.
Сочетанная изменчивость морфометрических параметров БА позволяет выделить 12 ее вариантов (рис. 24).
Варианты БА, выделенные на основании сочетанной изменчивости морфометрических параметров и их встречаемость, %: 1 – средние по НД, ТС и ДП; 2 – тонкие со средней ТС и узким ДП; 3 – средние по НД, с тонкой стенкой и средним ДП; 4 – широкие со средней ТС и широким ДП; 5 – средние по НД, с толстой стенкой и средним ДП; 6 – средние по НД и ТС с широким ДП; 7 – широкие с толстой стенкой и широким ДП; 8 – средние по НД и ТС с узким ДП; 9 – тонкие с тонкой стенкой и средним ДП; 10 – широкие с толстой стенкой и средним ДП; 11 – тонкие с тонкой стенкой и узким ДП; 12 – средние по НД, с тонкой стенкой и узким ДП
Наиболее часто встречаются среднеширокие БА, со средней величиной толщины стенки и средним диаметром просвета. К редким вариантам относятся среднеширокие БА с тонкой стенкой и узким просветом, а также тонкие БА с тонкой стенкой и узким просветом. Обнаружено, что 85,7% тонких БА имеют узкий, а оставшиеся 14,3% – средний просвет. Тонкие БА никогда не обладают широким диаметром просвета. При этом тонкие БА в 21,4% случаев имеют тонкую и в 78,6% случаев – среднюю толщину стенки (табл. 41).
Среднеширокие артерии в 87,2% случаев характеризуются средним по величине диаметром просвета; в 5,9% случаев такие БА имеют узкий, а в 6,9% широкий диаметр просвета. Среднеширокие артерии, как правило, обладают средней толщиной стенки (81,4% наблюдений); тонко- и толстостенные БА также встречаются в этой группе в 10,2% и 8,1% случаев соответственно.
Широкие БА в 86,6% имеют широкий и в 13,3% случаев средний диаметр просвета и никогда не характеризуются узким диаметром просвета. При этом в 46,6% случаев они являются толстостенными, а в 53,3% обладают средней по толщине стенкой. Среди широких БА отсутствуют артерии с тонкой стенкой.