Содержание к диссертации
Введение
Глава 1.Обзор литературы .17
Глава 2.Материал и методы исследования .37
2.1. Общая характеристика исследованного материала .37
2.2. Антропометрия и органометрия .39
2.3. Методика изучения архитектоники правой венечной артерии .41
2.4. Гистологическое исследование и гистоморфометрия .46
2.5. Методика исследования биомеханических свойств правой венечной артерии и кондуитов .48
2.6. Методы статистического анализа полученных данных .50
Глава 3.Антропометрическая характеристика и органометрические параметры сердца субъектов исследования .52
Глава 4. Ангиоархитектоника и патоморфология правой венечной артерии .6.0
4.1. Хирургическая анатомия правой венечной артерии .60
4.2. Архитектоника начальных отделов сегментов правой венечной артерии .69
4.3. Микроморфометрическое исследование и патоморфология начальных отделов сегментов правой венечной артерии .82
4.4. Архитектоника зон разветвлений правой венечной артерии .97
4.4.1. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления ветви артериального конуса .97
4.4.2. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления ветви синусно-предсердного узла 106
4.4.3. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления правой краевой ветви 115
4.4.4. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления задней межжелудочковой ветви .124
4.5. Сравнительная оценка степени стеноза правой венечной артерии и ее ветвей на уровнях зон разветвлений .135
Глава 5. Исследование биомеханических свойств правой венечной артерии и кондуитов, используемых при реконструктивно-восстановительных операциях по поводу ишемической болезни сердца .141
5. 1. Одноосное растяжение сегментов правой венечной артерии .141
5.2. Одноосное растяжение кондуитов .146
Глава 6. Компьютерное 3d пространственно-ориентированное геометрическое моделирование правой венечной артерии и оценка кровотока: при атеросклеротическом поражении и реконструктивных вмешательствах .152
6.1. Создание трехмерной модели сердца человека .152
6.2. Создание трехмерной модели правой венечной артерии .155
6.3. Конечно-элементное моделирование .157
6.3.1. Постановка задачи .157
6.3.2. Результаты конечно-элементного моделирования правой венечной артерии без патологии .159
6. 3.3. Результаты конечно-элементного моделирования правой венечной артерии при атеросклеротическом
поражении 162
6. 3.4. Результаты конечно-элементного моделирования
реконструктивных вмешательств на правой венечной артерии .165
Заключение .170
Выводы .188
Практические рекомендации .190
Библиографический Список 191
- Гистологическое исследование и гистоморфометрия
- Архитектоника зон разветвлений правой венечной артерии
- Одноосное растяжение кондуитов
- Результаты конечно-элементного моделирования правой венечной артерии без патологии
Введение к работе
Актуальность исследования. Проблема нарушений венечного кровотока является одной из актуальных в современной медицине. Заболевания системы кровообращения по-прежнему занимают первое место среди причин инвалидизации и смертности. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (Женева, 2010) и Росстата (2012), показатель смертности от сердечно-сосудистых заболеваний достигает 57% от общей смертности населения, из них 49,3% составляет ишемическая болезнь сердца (ИБС). Наиболее высокий процент встречаемости ИБС отмечен у мужчин в возрасте 30 – 60 лет, т.е. наиболее творческой и работоспособной части общества, что, безусловно, представляет серьезную медицинскую и социально-экономическую проблему (Зейналов Р.В., Ковальчук И.А., Громов Д.Г., 2011; Бокерия Л.А., Гудкова Р.Г., 2013; Serdar G., Oscar J.A., Ellen K., 2010; Bertuccio P., Levi F., Lucchini F. et al., 2011).
Главная роль в развитии ишемии миокарда принадлежит атеросклерозу венечных артерий. Наиболее часто атеросклеротические изменения выявляются в передней межжелудочковой ветви левой венечной артерии; второе место по частоте поражения атеросклерозом занимает правая венечная артерия (Бондаренко В.М., Гинцбург А.Л., 2010; Goktepe S., Abilez O.J., Kuhl E., 2010).
Известно, что правовенечный тип кровоснабжения сердца значительно превалирует над левовенечным и составляет около 90%. При многососудистом поражении бассейна венечных артерий окклюзия ПВА, как правило, приводит к развитию дисфункции и инфарктам миокарда правого желудочка, задней стенки левого желудочка, межжелудочковой перегородки, кардиосклероза и, тем самым, может стать фатальной для пациента (Бокерия Л.А., Бусленко Н.С., Бузиашвили Ю.И. и соавт., 2010; Ярославская Е.В., Кузнецов В.А., Пушкарев Г.С. и соавт., 2013).
Патогенез атеросклероза и сегодня остается предметом многочисленных научных дискуссий. Известно, что при атеросклерозе, в первую очередь, поражаются криволинейные участки сосудистого русла и зоны разветвлений. Рестеноз оперированной зоны правой венечной артерии (ПВА) и используемых кондуитов, развивающийся в течение первых 3-8 месяцев, представляет не только научную, но социальную проблему. В зонах бифуркаций и анастомозов отмечен более высокий процент рестеноза, чем на небифуркационных артериальных участках, и колеблется от 1,1 до 64,8% (Чеботарь Е.В., Шахов Б.Е., 2011; Осиев А.Г., Мироненко С.П., Верещагин М.А., 2011; Сысоев В.М., 2011; Soulis J.V., Huang J., Lyczkowski R.W., Gidaspow D., 2009; Serruys P. 2010). Исходя из этого, вопросы патогенеза атеросклероза, а именно, правой венечной артерии и изменения венечного кровотока требуют дальнейшего рассмотрения.
Наибольшей популярностью в лечении ИБС пользуются хирургические методы прямой реваскуляризации миокарда, из которых наиболее распространенной является операция аортокоронарного шунтирования (АКШ). При проведении реконструктивно-восстановительных операций на правой венечной артерии нередко возникают технические трудности, связанные с недостоверными и нечетко ориентированными в прикладном аспекте данными об архитектонике оперируемого сосуда (Лесбеков Т.М., 2008; Цыгедьников С.А., 2010; Sedlis S.P., Eisenberg M.J., 2008). В литературе также отсутствуют сведения об изменениях ангиоархитектоники, биомеханических свойств и гемодинамики ПВА, обусловленных проведением оперативного вмешательства.
Не секрет, что компьютерное моделирование позволяет расширить возможности хирургии (Воробьев А.А., Муха Г.П., Колмаков А.А. и соавт., 2010; Безбородов С.А., 2011; De Santis G., Mortier P., De Beule M., 2010). Необходимым условием для создания компьютерной 3D модели, которая позволит оценивать параметры кровотока на любом участке сосудистого русла и прогнозировать гемодинамические последствия восстановительно-реконструктивной сосудистой операции, является разработка топографо-морфологической базы данных по правой венечной артерии (Шарабрин Е.Г., Шахов Е.Б., Блинов П.А. и соавт., 2009; Гришина О.А., 2013; Голядкина А.А., 2013).
Данные, необходимые для создания компьютерной 3D пространственно-ориентированной геометрической модели правой венечной артерии, в доступной литературе представлены скудно; кроме того, анализ современной литературы выявил существенные разногласия в сведениях о топоморфологических параметрах ПВА в аспекте индивидуальной и возрастной изменчивости. Малочисленны и разрозненны данные о микроскопическом строении ее сосудистых разветвлений. Отсутствуют сведения об упруго-деформативных свойствах стенки ПВА и кондуитов, применяемых при аортокоронарном шунтировании, а также изменениях гемодинамики в ПВА при атеросклеротическом поражении и реконструктивных вмешательствах.
Цель исследования: разработать принципы прогнозирования изменений гемодинамики в правой венечной артерии при ее атеросклеротическом поражении на основе создания компьютерной 3D модели кровотока с учетом морфологических параметров и биомеханических свойств сосудистой стенки для выбора тактики хирургического вмешательства при ишемической болезни сердца.
Задачи исследования
-
Выявить особенности архитектоники и морфометрических параметров правой венечной артерии у лиц группы риска возникновения ИБС и определить закономерности изменчивости, характер корреляций топографо-морфометрических характеристик.
-
Изучить гистологическое строение стенки правой венечной артерии на различных уровнях и оценить степень зависимости локализации атеросклеротических бляшек от строения сосудистой стенки.
-
Исследовать биомеханические свойства правой венечной артерии и провести сравнительный анализ с аналогичными параметрами аутовенозных и аутоартериальных кондуитов, используемых при реконструктивно-восстановительных операциях по поводу ИБС.
-
На основании созданной базы данных по хирургической анатомии, патоморфологии и биомеханическим свойствам правой венечной артерии и ее ветвей, разработать компьютерную 3D пространственно-ориентированную геометрическую модель бассейна правой венечной артерии (в норме, при наличии атеросклеротического поражения и хирургической реконструкции).
-
С помощью построенной модели правой венечной артерии определить изменения показателей гемодинамики и оценить влияние кровотока на сосудистую стенку (в норме, при наличии атеросклеротического поражения и хирургической реконструкции).
-
Разработать алгоритм прогнозирования изменений кровотока при реконструктивно-восстановительных операциях на правой венечной артерии и на основе созданной модели обосновать принципы выбора рационального хирургического вмешательства по поводу ишемической болезни сердца.
Научная новизна
Изучены в прикладном аспекте особенности архитектоники сегментов правой венечной артерии и ее наиболее постоянных ветвей. Выявлены новые закономерности возрастной и сегментарной изменчивости зон разветвлений правой венечной артерии. Дана характеристика соотношения размеров сердца, длины сегментов правой венечной артерии с типами телосложения и показана их экстенсивность.
Дополнены представления о некоторых этапах патогенеза атеросклеротического поражения венечных артерий. Проведен сравнительный анализ гистологического строения различных сегментов ПВА. Оценена степень зависимости между локализацией атеросклеротических бляшек и строением сосудистой стенки.
Получены важные в практическом отношении данные о биомеханических свойствах сегментов ПВА и кондуитов, используемых при реконструктивно-восстановительных вмешательствах по поводу ИБС.
На основе разработанного комплекса данных о морфотопометрических и биомеханических параметров создана компьютерная 3D пространственно-ориентированная геометрическая модель правой венечной артерий в норме, при наличии атеросклеротического поражения и после хирургической реконструкции. Впервые разработана 3D модель, которая является геометрическим и физико-механическим аналогом правой венечной артерии и выполнена в виде виртуальной параметрической среды.
Теоретическое и практическое значение работы
Полученные в ходе исследования данные позволяют расширить представление о хирургической анатомии правой венечной артерии у группы лиц риска по развитию ишемической болезни сердца и провести оценку состояния оперируемого сосуда на этапе предоперационной подготовки пациента. Результаты исследования биомеханических свойств правой венечной артерии и сосудистых трансплантатов могут быть использованы для выбора кондуитов, сопоставимых по морфологическим параметрам, к шунтирующему сегменту правой венечной артерии.
Разработанные биомеханические 3D пространственно-ориентированные модели правовенечного кровотока позволяют индивидуализировать подход к выбору наиболее рационального метода реконструктивно-восстановительного хирургического вмешательства с целью предупреждения развития осложнений и обеспечения адекватной реваскуляризации миокарда при ИБС.
Материалы диссертации по возрастной, сегментарной и индивидуальной изменчивости параметров сердца и правой венечной артерии могут быть использованы в сердечно-сосудистой хирургии и лучевой диагностике при интерпретации коронарограмм, данных МРТ-, КТ-исследований, судебно-медицинской экспертизе, при антропологических исследованиях, а также в учебном процессе на кафедрах патологической анатомии, оперативной хирургии и топографической анатомии, судебной медицины, анатомии человека высших медицинских учебных заведений при проведении лекционных и практических курсов.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Морфология сосудистой стенки и архитектоника зон разветвлений, ответвлений и изгибов правой венечной артерии, ее биомеханические свойства влияют на распределение потоков крови и, как следствие, предопределяют локализацию атеросклеротического процесса.
-
Наиболее выраженные атеросклеротические изменения, коррелирующие с возрастом, развиваются в первом и втором сегментах правой венечной артерии, что обусловлено особенностями ее вариативной и индивидуальной ангиоархитектоники.
-
Индивидуальное компьютерное 3D пространственно-ориентированное моделирование позволяет изучить гемодинамическую картину бассейна правой венечной артерии, прогнозировать локализацию атеросклеротического поражения и на дооперационном этапе определять оптимальный уровень, метод оперативного вмешательства и кондуит.
Внедрение результатов работы в практику
Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе кафедр оперативной хирургии и топографической анатомии, анатомии человека, патологической анатомии, судебной медицины ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России, кафедры математической теории упругости и биомеханики ФГБОУ ВПО «Саратовский государственной университет им. Н.Г. Чернышевского», в работе судебно-гистологического отделения и городского отделения судебно-медицинской экспертизы трупов ГУЗ «БСЭМ МЗ СО», в работе отделений сосудистой хирургии, рентгенохирургических методов диагностики и лечения ОКБ г. Саратова. Также материалы исследования применяются в научно-исследовательской деятельности отделов «Биомеханика» и «Математическое моделирование» Образовательно-научного института наноструктур и биосистем СГУ им. Н.Г. Чернышевского.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 69-й, 70-й, 71-й, 72-й межрегиональных научно-практических конференциях студентов и молодых ученых с международным участием (Саратов, 2008, 2009, 2010, 2011); международной дистанционной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора В.Н. Парина «Внедрение инновационных технологий в хирургическую практику (фундаментальные и прикладные аспекты)» (Пермь, 2008); Всероссийской научной конференции с международным участием «Актуальные вопросы оперативной хирургии и клинической анатомии» (Москва, 2009); IV съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов, 2009); Всероссийской конференции «III сессия Научного совета РАН по механике деформируемого твердого тела» (Саратов, 2009); Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине» (Саратов, 2009, 2013); X Всероссийской конференции «Биомеханика» (Саратов, 2010); межрегиональной научной конференции с международным участием «Новые технологии в экспериментальной и клинической хирургии» (Саратов, 2011); Всероссийской научной конференции молодых исследователей «Татьянин день» и Школы молодых исследователей (Москва, 2011); научно-практической конференции «Современные аспекты макро- и микроморфологии» (Саратов, 2013).
Публикации
По теме диссертационного исследования опубликованы 24 научные работы, в том числе 7 – в журналах, входящих в перечень периодических научных и научно-практических изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Личный вклад соискателя в проведенное исследование
Автором лично осуществлен отбор аутопсийного материала в объеме, достаточном для получения статистически достоверных результатов, освоены и выполнены все методы исследования морфологического материала. Самостоятельно проведена аналитическая и вариационно-статистическая обработка полученных данных, на основе которых сделаны достоверные и обоснованные обобщения и выводы; оформлены рукописи автореферата и диссертация. Исследование биомеханических свойств правой венечной артерии и кондуитов, а также численное моделирование правовенечного кровотока выполнены в соавторстве с сотрудниками отдела биомеханики Образовательно-научного института наноструктур и биосистем СГУ им. Н.Г. Чернышевского» О.А. Гришиной и А.А. Голядкиной с использованием оборудования и программного обеспечения, принадлежащего ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского».
Структура и объем диссертации
Диссертация изложена на 236 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа иллюстрирована 17 таблицами, 145 рисунками и содержит 15 приложений. Библиографический список включает в себя 328 литературных источников (195 отечественных и 135 зарубежных).
Связь с планом научных исследований. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России «Разработка методов лечения хирургических заболеваний брюшной и грудной полости», номер государственной регистрации И140210203946, и при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект 09-01-00804-а «Разработка математических методов оптимизации хирургического лечения ишемической болезни сердца».
Гистологическое исследование и гистоморфометрия
Н.В. Окунев и М.А. Благоразумова (1949), J.W. Gofman (1950) обратили внимание на белково-липидные комплексы – липопротеины, являющиеся переносчиками липидов. Это открытие дало начало липопротеидной теории, в которой подчеркивается значение нарушений метаболизма липопротеинов и увеличение количества липопротеинов низкой и очень низкой плотности, обладающих атерогенными свойствами (Климов А.Н., Никульчева Н.Г., 1999; Ежов М.В., Лякишев А.А., Покровский С.Н., 2001; Панин Л.Е., 2006).
Заслуживает внимания теория окислительной модификации липопротеинов, в соответствии с которой, именно модифицированные липопротеины низкой плотности активно захватываются макрофагами, превращающимися впоследствии в «пенистые клетки» (Азизова О.А., 2000; Никитин Ю.П., Рагино Ю.И., 2002; Evans A. 1993).
Рецепторная теория объясняет атерогенез наличием дефектов липопротеиновых рецепторов, способствующих накоплению в сыворотке крови липопротеинов низкой плотности и развитию гиперлипидемии и дислипопротеидемии (Лиходед В.Г., Бондаренко В.М., Гинцбург А.Л., 2010).
Иммунологическая теория предполагает образование иммунных комплексов -липопротеид-аутоантитело, циркулирующих в крови, и накопление их во внутренней оболочке артерии, что приводит к формированию атеросклеротической бляшки (Шварц Л.С., Архангельский А.В., 1970; Нагорнев В.А., Восканьянц А.Н., 2004; Оганов Р.Г., Закирова Н.Э., Закирова А.Н., 2007; Milioti N., Bermudez-Fajardo A., Penichet M. L., 2008). Многие авторы трактуют атеросклероз как хронический прогрессирующий воспалительно-пролиферативный процесс, указывая на обнаружение в крови маркеров воспаления и морфологических признаков разных стадий хронического воспаления в артериальной стенке.
Началом развития паразитарной теории стало обнаружение в атеросклеротических бляшках Chlamydia pneumonia – возбудителей бактериальной пневмонии. Существующая вирусная теория объясняет повреждение внутренней стенки артерий вирусами герпеса и цитомегаловирусами (Ардаматский Н.А., Абакумова Ю.В., 1998; Лутай М.И., Лысенко А.Ф., 2003; Карпов Ю.А., Сорокин Е.В., Фомичева О.А., 2004; Ребров А.П., Воскобой И.В., 2004).
Геронтологическая теория основана на возрастных изменениях эндотелия сосудов, нарушениях его способности к регуляции и поддержанию гомеостаза в подлежащих тканях, приводящих к структурным преобразованиям всей артериальной стенки (Давыдовский И.В., 1966; Бисярина В.П., Яковлев В.М., Кукса П.Я., 1986; Лопухин Ю.М., 1999; Алмазов В.А., Беркович О.А., Ситникова М.Ю., 2001; Буланов Г.А., 2008).
Нервно-метаболическая теория рассматривает атеросклероз как результат расстройства нейроэндокринной регуляции липидо-белкового обмена и сосудистого тонуса (Мясников А.Л., 1960).
Эмоционально-стрессовая теория акцентирует роль в развитии атеросклероза повторных стрессовых воздействий, вызывающих психоэмоциональное напряжение, гиперкатехоламинемию, вазомоторные реакции, что впоследствии обусловливает повреждение эндотелия сосудов (Чазов Е.И., 2002; Ибатов А.Д., 2004).
Тромбогенная теория заключается в угнетении фибринолиза и усилении влияния тромбоцитов на формирование местного тромбоза, результатом которого является развитие атеросклеротической бляшки (Duguid J.В., 1948; Чазов Е.И., 1998). Простациклиновая гипотеза выдвигает идею влияния нарушений механизма синтеза PgJ2 (простациклина), обеспечивающего расширение просвета сосудов и снижение проницаемости эндотелия, на развитие атеросклеротических поражений (Лупинская З.А., 2003).
Моноклональная (неопластическая) теория представляет атеросклероз как доброкачественную опухоль, которая формируется в результате пролиферации гладкомышечных клеток сосудистой стенки, обусловленной мутацией генов, регулирующих клеточный цикл (Тимофеева А.В., 2009; Benditt E.P., 1977).
Современная теория «responseo-injury» («ответ на повреждение») рассматривает в качестве причины атерогенеза повреждение эндотелия интимы, вызывающее дисфункцию эндотелия. Эта теория предполагает взаимодействие гладкомышечных и эндотелиальных клеток стенки артерии с тромбоцитами, моноцитами и плазменными липопротеинами. К факторам риска системного характера, вызывающим повреждение эндотелия относят: гипертонию, курение, гиперлипидемию, сахарный диабет, социальные стрессы, малоподвижный образ жизни, вирусную и хламидийную инфекции (Нагорнев В.А., 2006; Чазов Е.И., Бойцов С.А., 2009; Johnston B.M., Johnston P.R., Corney S., Kilpatrick D., 2006).
В современной литературе общепринята схема развития атеросклеротического процесса, состоящая из ряда стадий: липидное пятно (долипидная стадия и стадия липоидоза) – фиброзная бляшка (стадия липосклероза) – осложненные изменения (стадии атероматоза, изъязвления) и атерокальциноза (Струков А.И., Серов В.В., 1995).
Однако на протяжении многих лет находились авторы не согласные с такой последовательностью развития атеросклероза. Так, А.М. Вихерт (1983) писал о возможности образования фиброзных бляшек, минуя стадии липидного пятна. A.I. Lancing, E. Roberts, J.B. Ramasarma et al. (1951) считали, что первоначальный патологический процесс – эластокальциноз, сводится к прогрессирующему с возрастом увеличению содержания кальция в средней оболочке внутри или на поверхности эластических волокон. J.D. Davidson, W. Meyer, F.E. Kendal (1951) указывали на ранние поражения сосудов при атеросклерозе у собак, вызванном холестерином и тиоурацилом, в виде отложения липидов в средней оболочке артерий и ее истончение под бляшками происходит не в результате сдавления или атрофии, а является элементом атероматозного процесса. S.L. Willens (1951), описывая скопление липоидов по краям ранних и поздних обызвествленных или изъязвленных бляшек, высказал мнение об отсутствии связи между накоплением липоидов и процессом стадийности формирования бляшек; он предположил, что липоидоз является или вторичным, или параллельным процессом. W.W. Meyer (1952), активный противник липидно-инфильтрационной теории атеросклероза, считал, что атеросклеротические бляшки располагаются в связи с местными нарушениями структуры артерий или с гемодинамическими условиями независимо от нарушений липоидного обмена, без липоидоза интимы, а появление же липоидов в бляшках необходимо считать «вторичным и соподчиненным процессом». Данное предположение могло объяснить образование липидных пятен в детском возрасте, их обратное развитие до полного исчезновения и наличие длительного промежутка времени между липоидозом и атеросклерозом
Архитектоника зон разветвлений правой венечной артерии
При проведении корреляционного анализа выявили прямые значительной силы связи фактора возраста с максимальным поперечным (r=0,57), диафрагмальным (r=0,62), косым (r=0,52) размерами сердца и индексом относительной ширины сердца (r=0,57), тогда как прямые умеренной силы связи обнаружены с поперечным размером сердца (r=0,46), индексом относительной ширины грудной клетки (r=0,26) и полупериметром аорты (r=0,28), (p 0,05). Удвоенная толщина аорты характеризуется тесной прямой (r=0,73) связью с возрастом (p 0,05). Прямая слабая сопряженность возраста определяется с длиной тела (r=0,17), индексом относительной длины туловища (r=0,14), продольным размером сердца (r=0,09) и обратная слабая связь – с переднезадним размером сердца (r =-0,08), (р 0,05).
Длина тела субъектов имеет умеренную положительную связь с индексом грудной клетки, продольным, поперечным и косым размерами сердца (r от 0,28 до 0,34); проявляет обратную умеренную связь с индексами относительной длины туловища и относительной ширины сердца (r от -0,26 до -0,31); с остальными изучаемыми параметрами связь прямая слабая (r 0,23), (р 0,05).
Индекс относительной ширины грудной клетки проявляет значительную прямую сопряженность с индексами относительной длины туловища и относительной ширины сердца, а также с максимальным поперечным размером сердца (r от 0,54 до 0,63); умеренную прямую – с возрастом (r=0,26), длиной тела (r=0,49), поперечным и косым размерами сердца (r от 0,45 до 0,48) и умеренную обратную связь (r=-0,31) с продольным размером сердца (р 0,05).
Индекс относительной длины туловища характеризуется положительной умеренной связью с поперечным, максимальным поперечным, косым размерами сердца (r от 0,38 до 0,41) и индексом относительной ширины сердца (r=0,42). С продольным и диафрагмальным размерами сердца он проявляет отрицательную умеренную связь (r от -0,27 до -0,33), (p 0,05).
Между размерами сердца отмечаются следующие прямые корреляции: тесная связь поперечного размера с максимальным поперечным (r=0,79), сильная сопряженность с косым размером (r=0,65) и индексом относительной ширины сердца (r=0,66), умеренная – с диафрагмальным размером сердца, полупериметром и удвоенной толщиной аорты (r от 0,26 до 0,38). Связь продольного размера сердца с наибольшим поперечным (r=0,50), диафрагмальным (r=0,43), переднезадним (r=0,27) диаметрами прямая умеренная. Максимальный поперечный размер сердца сопряжен прямой тесной связью с поперечным размером сердца (r=0,79) и индексом относительной ширины сердца (r=0,76), положительной сильной – с косым (r=0,60) и диафрагмальным размерами сердца (r=0,68), прямой умеренной – с продольным размером сердца (r=0,50), полупериметром (r=0,31) и удвоенной толщиной аорты (r=0,26), (p 0,05).
Таким образом, большинство (67,5%) наблюдений составили трупы субъектов мезоморфного типа телосложения; реже встречались долихоморфный (17,5%) и брахиморфный (15,0%) типы.
Для мужчин мезоморфного типа телосложения наиболее характерны промежуточная форма грудной клетки и сердца, а также средние значения размеров сердца. Мужчинам долихоморфного типа телосложения присуще узкая форма грудной клетки и сердца, увеличение показателя продольного, диафрагмального размеров и уменьшение поперечного, максимального поперечного диаметров сердца. У мужчин брахиморфного типа телосложения отмечается широкая форма грудной клетки и сердца и превалирование поперечного, косого и максимального поперечного размеров над продольным и диафрагмальным. В современных публикациях по антропо-, сомато- и органометрии (Инджикулян А.А., 2007; Баландина И.А., Сапегина Ф.З., Еремченко Н.В., Пимкина О.В., 2011; Gawlikowska-Sroka A., Miklaszewska D., Czerwiski F., 2010, Горячева И.А., 2012) приводятся сходные с нашим исследованием данные.
С возрастом увеличиваются такие параметры сердца как поперечный, максимальный поперечный, диафрагмальный и косой размеры, а также индекс относительной ширины сердца. Также отмечено значительное увеличение удвоенной толщины стенки аорты. Различия между 1-й и 2-й, 3-й и 4-й, а также крайними возрастными группами статистически достоверны (p 0,05).
В результате исследования выявлено, что размеры сердца детерминированы факторами возраста, формой грудной клетки и типом телосложения.
Ангиоархитектонику правой венечной артерии изучали посегментно, учитывая ее хирургическую анатомию, применительно к оперативным вмешательствам. . Экстенсивность угла отклонения правой венечной артерии от аорты I (проксимальным) сегментом считали отрезок ПВА от ее устья до места отхождения правой краевой ветви. Правая венечная артерия во всех случаях отходила от правого аортального синуса Вальсальвы в виде ствола, следующего сверху вниз, вправо и кзади к венечной борозде, вступающего в нее под правым ушком и кзади от основания ствола легочной артерии. Далее сегмент, располагаясь в толще субэпикардиальной жировой клетчатки, направлялся вправо по венечной борозде к правому краю сердца. Угол отклонения () I сегмента ПВА от аорты в среднем составил 104,0±2,0 (А от 65,0 до 150,0; s=16,5). В большинстве наблюдений (71,3%) данный угол тупой (А от 92,0 до 150,0), в 22,5% случаев угол менее 90,0 (А от 65,0 до 89,0), в единичных
Одноосное растяжение кондуитов
Выявлена прямая тесная зависимость (p 0,001) наружного диаметра ПЗЛВ с ее просветом на уровнях ПЗЛВ0 (r=0,91) и ПЗЛВ-3 (r=0,92).
Средние значения двойной толщины стенки данной ветви ПВА у мужчин в возрасте 31-70 лет на уровне ПЗЛВ-3 на 0,11-0,22 мм (27,7%) меньше, чем на уровне ПЗЛВ0 (p 0,001). С возрастом отмечено постепенное увеличение двойной толщины стенки ПЗЛВ от 1-й к 4-й возрастной группе (рис. 106). При сравнении крайних возрастных групп на обоих уровнях отмечено ее утолщение почти в 1,6 раз (p 0,01). На уровнях ПЗЛВ0 и ПЗЛВ-3 двойная толщина стенки ПЗЛВ проявляет обратные зависимости: сильную – с внутренним диаметром (r=-0,53, -0,52; p 0,001) и слабую, статистически не достоверную, с наружным диаметром (r=-0,19, -0,17; p 0,05).
В результате проведения корреляционного анализа между морфометрическими параметрами ПЗЛВ на уровнях ПЗЛВ0 и ПЗЛВ-3 между углом выявлены положительные слабые зависимости с внутренним (r=0,24, 0,22; p 0,05) и наружным диаметрами (r=0,24, 0,20; p 0,05). С двойной толщиной стенки угол ПЗЛВ проявляет слабую отрицательную связь (r=-0,12, -0,10; p 0,05).
Угол ЗМЖВ-ПЗЛВ составляет в среднем 86,7±2,4 (А от 28,0 до 131,0, s=20,7), коэффициент вариации средний (Сv=23,8%). При сравнении средних значений угла ЗМЖВ-ПЗЛВ в возрастных группах выявлена его скачкообразная динамика (рис. 107). Данный параметр увеличивается от 1-й ко 2-й возрастной группе с 87,8±4,1 до 102,4±3,6, что составляет 16,9% (p 0,05). От 2-й к 3-й отмечено его уменьшение на 29,2% (p 0,05) до 72,5±5,3. В 4-й возрастной группе угол ЗМЖВ-ПЗЛВ незначительно увеличивается на 14,5%, по сравнению с 3-й возрастной группой, и составляет в среднем 83,0±4,6 (p 0,05). морфометрических параметров ПВА от уровня +3 к бифуркации. Следует отметить, что двойная толщина стенки увеличивается в большей степени, а просвет – в меньшей, по сравнению с наружным диаметром.
Возрастные изменения морфометрических параметров на всех уровнях данной зоны сходны. У наружного диаметра они носят волнообразный характер. Параметр увеличивается от 1-й ко 2-й возрастной группе, уменьшается к 3-й, и к 4-й группе он вновь увеличивается. Внутренний диаметр ПВА увеличивается ко 2-й возрастной группе, а в 3-4-й группах просвет уменьшается. Двойная толщина стенки увеличивается с возрастом, более значительно в 3-4-й возрастных группах.
Как и в других зонах разветвления при увеличении наружного диаметра ПВА отмечается увеличение просвета, но просвет ПВА уменьшается при увеличении двойной толщины стенки.
При исследовании начальных отделов задней межжелудочковой и правой заднелатеральной ветвей правой венечной артерии выявлены следующие морфологические особенности. Наружный диаметр ЗМЖВ от уровня 0 к -3 в 1-2-й возрастных группах уменьшается, а в 3-4-й группах параметр увеличивается (p 0,05). У ПЗЛВ наружный диаметр от уровня 0 к -3 увеличивается во всех возрастных группах.
Внутренние диаметры ЗМЖВ и ПЗЛВ значимо увеличиваются от уровня 0 к -3, тогда как их двойная толщина стенки, наоборот, уменьшается.
С возрастом морфологические параметры данных ветвей претерпевают схожие изменения. Наружный и внутренний диаметры от 1-й ко 2-й возрастной группе увеличиваются. В 3-4-й группах оба параметра уменьшаются, причем просвет в большей степени, чем наружный диаметр. В свою очередь, двойная толщина стенки исследуемых ветвей характеризуется постепенным значительным утолщением от 1-й к 4-й возрастной группе.
Возрастные изменения углов отклонения ЗМЖВ и разветвления ЗМЖВ-ПЗЛВ носят волнообразный характер. Они увеличиваются от 1-й ко 2-й возрастной группе, к 3-й уменьшаются и вновь увеличиваются к 4-й группе.
Угол отклонения ПЗЛВ с возрастом постепенно уменьшается, его минимальные значения выявлены в 4-й возрастной группе. Выявлено, чем больше угол ПЗЛВ, тем больше внутренний и наружный диаметры и меньше удвоенная толщина стенки ПЗЛВ, и наоборот.
Одним из основных критериев выбора тактики хирургического лечения ИБС, является степень стеноза венечных артерий. При стенозе просвета венечной артерии на 50% и более от первоначального внутреннего диаметра показано оперативное вмешательство. Общепринятым методом определения степени стеноза артерий при коронарной ангиографии является вычисление отношения диаметра ВА в зоне максимального сужения к неизмененному диаметру проксимального (вне зоны стеноза) участка артерии. Для оценки степени стеноза ПВА по диаметру использовали формулу: (l-d/D)xl00%, где, d - диаметр ПВА в зоне максимального сужения, D - диаметр неизмененного участка ПВА, расположенного проксимально от зоны стеноза.
Согласно данным В.И. Коленовой (1968), при уменьшении радиуса на отмечается снижение кровотока в 5 раз, уменьшение радиуса на Уг - в 16 раз, а при его уменьшении на скорость кровотока снижается в 81 раз.
Проведенный корреляционный анализ убедительно показал, что сужение просвета ПВА предопределяется, размерами толщины стенки и наружным диаметром. То есть, сопоставление наружного и внутреннего диаметров (Dнар/ Овнутр) позволяет дать сравнительную характеристику различных зон разветвлений ПВА и ее ветвей по степени стеноза, а также выявить возрастную 136 динамику наиболее частых мест сужений ПВА – локализаций атеросклеротических бляшек.
Анализ соотношений наружного и внутреннего диаметров начальных отделов сегментов ПВА показал, что наиболее подвержен стенозированию просвет начального отдела I сегмента ПВА. На этом уровне степень стеноза наименее выражена в 1-й возрастной группе – в среднем 20,3% и максимально в 4-й, где стеноз составляет в среднем 41,0%. Следующим по выраженности стеноза является начальный отдел II сегмента, где степень сужения просвета в 1-й возрастной группе в среднем – 22,0%, в 4-й – до 37,8%. Наименее подвержен стенозированию начальный отдел III сегмента, в котором степень стеноза не превышает 30% и в среднем составляет 19,6% в 1-й возрастной группе и 29,8% – 4-й группе. Примечательно то, что степень стеноза просвета начальных отделов 3-х сегментов имеет тенденцию увеличиваться с возрастом (рис. 108).
Результаты конечно-элементного моделирования правой венечной артерии без патологии
При исследовании биомеханических свойств ПВА обнаружена их сегментарная и возрастная изменчивость. При анализе полученных зависимостей деформаций от напряжений для сегментов правой венечной артерии выявлено, что ткани стенок II сегмента обладают большей жесткостью, а задней межжелудочковой ветви (IIIа) – меньшей. Проксимальный сегмент прочнее и эластичнее среднего и дистальных сегментов.
Интересно, что при деформации на 10% жесткость стенки ПВА от 31 к 70 годам значительно увеличивается: в I сегменте в 10,5 раз, во II – в 16 раз, в IIIа – в 20 раз и в IIIб – в 17,5 раз, вероятно, вследствие потери ее эластичности, что подтверждается полученными результатами гистологического исследования.
Установлено, что у лиц 31-40 лет отмечается большая эластичность стенки артерий, чем в других возрастных группах. Увеличение жесткости стенки в возрасте 41-70 лет, по-видимому, обусловленно поражением стенки ПВА атеросклерозом. Таким образом, с возрастом жесткость стенок ПВА и ее ветвей возрастает, а прочность и эластичность снижается, т.е. уменьшается их способность к сопротивлению приложенной деформации.
При исследовании биомеханических свойств сосудистых трансплантатов установлено, что дистальные отделы лучевых, внутренних грудных, локтевых, нижних надчревных и правой желудочно-сальниковой артерий являются более жесткими, чем их средние и проксимальные сегменты. Значения напряжений дистальных отделов данных кондуитов превалируют над проксимальными на 0,59-2,12 МПа и на порядок (в среднем от 8 до 25 раз) превышают значения напряжений, возникающих в стенках ПВА при деформации на 10%.
Значения напряжения в стенках проксимальных отделов данных артерий в среднем превышают таковые в стенке ПВА: I сегмента – в 2,7-13,3 раз; II сегмента – в 1,2- 6,0 раз; IIIа – в 4,8-17,0; и IIIб – в 4,0- 16,0.
Дистальные сегменты больших подкожных вен отличаются меньшей жесткостью и, соответственно, большей эластичностью, чем их проксимальные сегменты на 2,80 МПа, и превалируют по значениям напряжения над ПВА в среднем: I сегмента – в 30,0 раз; II сегмента – в 14,8 раз; III а сегмента – в 43,0 раз; III б сегмента – 39,0 раз. Статистически значимых билатеральных различий показателей биомеханических свойств кондуитов мы не выявили (р 0,05). С увеличением возраста отмечено плавное увеличение жесткости и сопротивления тканей стенок кондуитов при относительной малой деформации. Отмеченные возрастные изменения кондуитов выражены в меньшей степени по сравнению с правой венечной артерией.
В результате сравнительного анализа упруго-деформативных свойств сегментов правой венечной артерии с проксимальными сегментами артериальных и дистальными отделами венозных кондуитов установлено, что для всех сегментов ПВА наиболее близкими по биомеханическим свойствам является правая желудочно-сальниковая артерия, для IIIа и IIIб – внутренние грудные артерий. Лучевые и локтевые артерии по биомеханическим свойствам не являются кондуитами выбора, т.к. стенки данных артерий обладают малой эластичностью, но применимы для II сегмента ПВА. Нижние надчревные артерии близки по свойствам с IIIa сегментом ПВА, но в 51-70 лет их стенки обладают малой прочностью и эластичностью. Стенка больших подкожных вен жестче стенок сегментов ПВА в 14,8-50 раз и характеризуется меньшей прочностью в сравнении с артериальными трансплантатами.
Полученные детализированные данные об архитектонике, патоморфологии, биомеханических свойствах правой венечной артерии и кондуитов, используемых при коронарном шунтировании, позволили создать компьютерные 3D пространственно-ориентированные геометрические модели и провести численный анализ с оценкой гемодинамики правой венечной артерии в норме, при патологии и реконструктивном вмешательстве.
На первом этапе была создана трехмерная модель сердца человека. Исследование проводили на 40 нативных сердцах мужчин в возрасте 31-40 лет. Построение внешней поверхности сердца осуществлялось путем приготовления параллельных поперечных срезов с шагом 0,2 см и одновременно проводили фото и видеосъемку. Виртуальное отображение срезов сравнивали с натурным, и осуществляли компьютерную корректировку полученного изображения в Adobe Photoshop с дальнейшим моделированием в CorelDRAW гладкой кривой, 185 соответствующей внешнему контуру для каждого среза сердца и исследуемых венечных артерий.
Для построения моделей ПВА был использован программный пакет SolidWorks (SP2.1, версия для учебных заведений). Путем последовательного соединения срезов создавалась твердотельная модель сердца человека, являющаяся подобием экспериментального анатомического препарата.
На втором этапе проводилось создание пространственно-ориентированных моделей ветвей венечных артерий. Для построения рельефа сосуда на поверхности сердца выстраивали вспомогательную геометрию. В каждой точке кривой в плоскостях строили окружности различного диаметра соответствующие внутреннему рельефу сосуда. Для построения стенки артерии создавали второй объем по окружностям большего диаметра с учетом значений средних толщин стенки ПВА, полученных в ходе морфологического исследования.
Путем добавления дополнительных сечений в ранее построенную модель жидкости для ВА с использованием кривых Безье было проведено построение модели ПВА с наличием атеросклеротического поражения – с симметричными стенозами различной степени – 45%, 60%, 75%. Аналогичным образом было проведено построение моделей аортокоронарного шунтирования (АКШ) ПВА.
В программном комплексе ANSYS Multiphysics нами проведен анализ гемодинамики с учетом НДС стенки ПВА в диастолическую фазу сердечного цикла, при условии прикрытия устья ПВА клапанным аппаратом аорты во время систолы.
