Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время накапливается все больше данных о том, что сосудистые факторы играют важную роль в патогенезе и развитии различных заболеваний (Cioffi G.A. et al., 2003). С возрастом и при системных заболеваниях происходят артериосклеротические и другие патологические изменения в кровеносных сосудах сердечно-сосудистой системы (Dohi Y. et al., 1995; Stork S. et al., 2006). Эти изменения охватывают всю сосудистую систему неоднородно (Stary Н.С. et al., 1992). Крупные сосуды, такие как сонная артерия, и малые сосуды повреждены по-разному (Criqui М.Н. et al., 1989). При этом, как правило, патологические изменения начинаются в микроцирку-ляторном русле, поражая крупные сосуды на более поздних стадиях заболевания (Rizzoni D. et al., 2003).
Прозрачность оптических сред человеческого глаза позволяет проводить прямые измерения микроциркуляторного русла сетчатки. Сосуды сетчатки схожи по своей структуре и функциям с сосудами центральной нервной системы. Поэтому возможность регистрации и анализа нормальной и патологической функции сосудов сетчатки и ретинального кровотока может быть полезна для косвенной диагностики состояния микроциркуляторного русла, включая микроциркуляцию головного мозга.
Сосуды сетчатки не похожи на гладкие прямые трубки. Подобно другим сосудам микроциркуляторного русла (Schmidt et al., 1983), они имеют сужения и расширения в различных отделах, и их поперечное сечение непостоянно вдоль сосуда. Продольная структура сосуда может меняться при изменении метаболической активности на сетчатке. Известно, что внутренние стенки артерий и вен сетчатки с возрастом, и при некоторых системных и глазных заболеваниях претерпевают существенные функциональные или морфологические микроструктурные изменения. Более того, структура внутренней стенки сосуда сетчатки может меняться во время расширения и сужения сосуда.
Современные патофизиологические исследования микроциркуляции дают основания предполагать, что изменения внутренней продольной микроструктуры сосудов сетчатки могут служить индикатором, определяющим истинный биологический возраст больного, и представляющим собой дополнительный клинический симптом для ранней диагностики заболеваний. Более того, влияние различных методов лечения на функцию и структуру сосудистой стенки могут быть оценены неинвазивно в клинической практике.
Патологические изменения внутренней продольной структуры сосудов сетчатки хорошо видны на фотографиях глазного дна, например при таких заболеваниях, как артериальная гипертония и диабет. Тем не менее, до настоящего времени не удавалось детально наблюдать и квантифицировать прижизненно и неинвазивно локальные патологические структурные и функциональные изменения внутренней сосудистой стенки ни в статике, ни при динамической реакции сосуда. Прижизненные исследования микронеровностей внутреннего просвета сосудов ограничивались рассмотрением крупных сосудов с использованием параметров толщина слоя интимы медии или скорость прохождения
пульсовой волны (Espeland М.А. et al., 1994; Ishizu Т. et al., 2002; Labropoulos N. et al., 2005). Кроме того, не делалось попыток изучить влияние этих патологических изменений на ретинальный кровоток.
Гипотеза исследования. Продольная внутренняя структура стенки сосудов сетчатки у здоровых людей, а также при системных и глазных заболеваниях сосудистого генеза может быть различной и характерной для данного вида патологии.
Автором разработана методика прижизненной неинвазивной количественной оценки изменений продольной внутренней структуры стенок артерий и вен сетчатки на основе современных методов анализа и обработки изображений. Предложены, проанализированы и протестированы в клиническом эксперименте количественные параметры этих изменений. С помощью современных методов гемореологии и вычислительной гемомеханики проанализировано влияние обнаруженных микроизменений сосудистой стенки на параметры микроциркуляции сетчатки.
Цель исследования
Патофизиологическая прижизненная динамическая оценка и количественный анализ функциональных и структурных изменений внутренней стенки сосудов сетчатки глаза.
Задачи исследования
-
На основе современных методов измерения динамического поведения сосудов сетчатки глаза разработать метод прижизненной динамической оценки и количественного анализа функциональных и структурных изменений внутренней стенки сосудов сетчатки глаза.
-
Проверить точность, повторяемость и воспроизводимость метода в клиническом эксперименте на здоровых испытуемых.
-
Проверить возможности разработанного метода в клиническом эксперименте, изучить функциональные и структурные изменения внутренней стенки сосудов сетчатки глаза у здоровых испытуемых с возрастом, у больных глаукомой, артериальной гипертонией, диабетом, ожирением.
-
С помощью современных методов гемореологии и вычислительной гемомеханики проанализировать, как влияют обнаруженные микроизменения сосудистой стенки сетчатки глаза на параметры кровотока.
-
Разработать методику количественной оценки гемо динамического сопротивления участка измеряемого в клиническом эксперименте сосуда сетчатки.
Научная новизна
Впервые на основе современных методов измерения динамического поведения сосудов сетчатки глаза с применением современных методов анализа и обработки изображений разработана аккуратная, хорошо воспроизводимая и повторяемая клиническая методика прижизненной динамической оценки и количественного анализа функциональных и структурных изменений внутренней стенки сосудов сетчатки глаза.
В клиническом эксперименте на основе разработанной методики впервые показано, что у анамнестически здоровых лиц внутренняя стенка артерий сетчатки с возрастом становится более неровной на всех стадиях сосудистой реак-
ции, а неровность внутренней стенки вен увеличивается с возрастом только в исходной конфигурации сосуда.
Выявлено, что во время расширения сосуда у больных первичной откры-тоуголъной глаукомой неровность внутренней сосудистой стенки (НВСС) артерий сетчатки увеличивается; при расширении сосуда внутренняя стенка артерий сетчатки больных артериальной гипертонией становится более гладкой; внутренняя стенка вен сетчатки больных артериальной гипертонией более регулярна, чем у здоровых лиц того же возраста, и ее структура не меняется при изменении тонуса сосуда; микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки у больных диабетом 1 типа и у здоровых лиц того же возраста не отличается на всех стадиях сосудистой реакции и не меняется при изменении тонуса сосуда; при этом микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки больных диабетом 1 типа изменяется в зависимости от возраста и наличия ретинопатии; внутренняя стенка артерий сетчатки больных ожирением более регулярна, чем у здоровых лиц того же возраста, и ее структура не меняется при изменении тонуса сосуда.
С помощью современных методов гемореологии и вычислительной ге-момеханики впервые проанализировано влияние обнаруженных микроизменений сосудистой стенки сетчатки глаза на параметры кровотока.
Положения, выносимые на защиту:
-
Разработанный метод прижизненной динамической оценки и количественного анализа функциональных и структурных изменений внутренней стенки сосудов сетчатки глаза позволяет в клиническом эксперименте выявить изменения внутренней стенки сосудов сетчатки глаза у здоровых лиц с возрастом, у больных глаукомой, артериальной гипертонией, диабетом, ожирением.
-
У анамнестически здоровых лиц неровность внутренней сосудистой стенки значительно увеличивается с возрастом у артерий на всех стадиях сосудистой реакции и у вен в исходной конфигурации. При этом продольная структура внутренней сосудистой стенки артерий здоровых испытуемых не изменяется при реактивном изменении тонуса сосуда.
-
Во время расширения сосуда у больных глаукомой НВСС артерий сетчатки увеличивается, а НВСС контрольной группы того же возраста не меняется.
-
Во время расширения сосуда у больных артериальной гипертонией НВСС артерий сетчатки уменьшается; при этом НВСС артерий контрольной группы того же возраста остается неизменной. Микроструктура внутренней стенки вен сетчатки больных артериальной гипертонией более регулярна, чем в контрольной группе и не меняется при реактивном изменении тонуса сосуда. Ретинальные вены гипертоников шире, с выраженными изменениями калибра вдоль участка сосуда.
-
Неровность внутренней стенки артерий сетчатки больных диабетом 1 типа не отличается от НВСС испытуемых контрольной группы на всех стадиях сосудистой реакции и не меняется при изменении тонуса сосуда. Микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки больных диабетом изменяется в зависимости от возраста и наличия ретинопатии и не зависит от длительности заболевания, длительности лечения и наличия гипертонии.
-
Микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки больных ожирением более регулярна, чем в контрольной группе и не меняется при реактивном изменении тонуса сосуда.
-
Результаты математического моделирования в рассмотренных постановках задачи показывают, что гемодинамическое сопротивление вдоль участка сосуда сетчатки растет при увеличении НВСС.
Практическая значимость
Анализ структуры продольных профилей сосудов сетчатки может быть использован для ранней диагностики, прогноза, выбора лечения и мониторинга при артериосклерозе, артериальной гипертонии, сахарном диабете 1 типа, метаболическом синдроме и первичной открытоугольной глаукоме.
Предложены новые проекты и исследования по расширению понимания физиологии и патологии сосудистой регуляции и микроциркуляции в целом, а также по клиническому тестированию и техническому совершенствованию разработанной методики.
Результаты математического моделирования показывают, что обнаруженные в работе микроструктурные изменения стенок сосудов сетчатки могут быть причиной возрастных и патологических нарушений кровоснабжения сетчатки. Изменение гемодинамического сопротивления сосудов сетчатки, обусловленное изменением микроструктуры сосудистой стенки, может являться дополнительным гемомеханическим механизмом патогенеза старения и рассмотренных в работе заболеваний.
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на: 8-ми Ежегодных международных конференциях Ассоциации по Исследованиям в области Зрения и Офтальмологии (Association for Research and Vision in Ophthalmology: ARVO) (Форт Лаудердейл, США, 2002, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2011 гг.); 6-ти Ежегодных международных конференциях Европейской Ассоциации по Зрению и Исследованию Глаза (European Association for Vision and Eye Research: EVER) (Аликанте, Испания, 2002 г., Вилламура, Португалия, 2004, 2005, 2006 гг., Порта Рош, Словения, 2007, 2008 гг.,); 6-ти Ежегодных конференциях Немецкого Общества Офтальмологов (Deutsche Ophthalmologische Gesellschaft: DOG) (Берлин, ФРГ, 2002, 2003, 2005, 2006, 2007, 2008 гг.); 6-ти Ежегодных конференциях Баварского Общества Офтальмологов (Bayerische Ophthalmologische Gesellschaft: BayOG) (Берлин, ФРГ, 2002, Нюрнберг, 2004 г., Вюрцбург, 2005 г., Мюнхен, 2006 г., Регенсбург, 2007 г., Мюнхен, 2008 г.); 4-х Ежегодных конференциях Немецкого Общества Ги-пертензиологов (Deutsche Hochdruckliga: DHL) (Ганновер, ФРГ, 2004 г., Берлин, ФРГ, 2005 г., Мюнхен, ФРГ, 2006 г., Бохум, ФРГ, 2007 г.); Симпозиуме "Basics and Methods for Microvascular Diagnosis of the Retina" (sympMDR). (Ильменау-ский Технический Университет, Ильменау, ФРГ, 2007 г.); 6-ом Международном Симпозиуме по глаукоме (Афины, Греция, 2007 г.); 6-ой Международной конференции по биомеханике глаза (МНИИ ГБ им. Гельмгольца, Москва, 2007 г.); 30-м Международном Конгрессе Офтальмологов (World Ophthalmology Congress: WOC)(CaH Пауло, Бразилия, 2006 г.); 15-ой Международной конференции Европейского Общества Офтальмологов (European Society of opthalmology:
80Е)(Берлин, ФРГ, 2005 г.); 5-ой Международной конференции по биомеханике глаза (МНИИ ГБ им. Гельмгольца, Москва, 2005 г.); 5-ом Международном Симпозиуме по глаукоме (Кейптаун, ЮАР, 2005 г.); 14-й конференции по микро- и макроциркуляции (Веймар, ФРГ, 2005 г.); 7-ой Международной конференции Ассоциации Глазной Фармакологии и Терапии (Association for Ocular Pharmacology and Therapeutics: АОРТ)(Катания, Италия, 2005 г.); Международном Конгрессе Альпо-Адриатического Общества (Мюнхен, ФРГ, 2004 г.); 7-ом Европейском Конгрессе по глаукоме (Флоренция, Италия, 2004 г.); 2-й Международной конференции «Патофизиология и современная медицина» (Москва, 2004 г.); 13-й конференции по микро- и макроциркуляции (Мюнхен, ФРГ, 2004 г.); 5-ом Международном Симпозиуме по Глазной Фармакологии и Терапии (Монте Карло, Монако, 2004 г.); 12-й конференции по микро- и макроциркуляции (Дрезден, ФРГ, 2003 г.); 4-ом Международном Симпозиуме по глаукоме (Барселона, Испания, 2003 г.); межкафедральной конференции кафедры общей патологии и патологической физиологии и кафедры офтальмологии Российского Университета дружбы народов (Москва, декабрь 2009 г.).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 66 работах. В том числе: в 22 оригинальных статьях в реферируемых периодических научных изданиях; одной главе в монографии, 44 статьях в приложениях реферируемых периодических научных изданий и сборниках научных трудов всероссийских и международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 372 страницах машинописного текста. Содержит 20 таблиц и 102 иллюстрации. Работа состоит из введения, обзора литературы, главы «Материал и методы», главы «Результаты собственных исследований», заключения, выводов и списка литературы. Указатель литературы включает 387 источников, в том числе 18 отечественных и 369 зарубежных.
