Комплексное исследование микроциркуляции глаза при субклиническом атеросклерозе и артериальной гипертензии Аджемян Наринэ Альбертовна

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературы 15

1.1. Патологические изменения органа зрения пригипертонической болезни 15

1.2. Патологические изменения органа зрения при атеросклерозе 23

1.3. Методы оценки глазного кровотока при нарушении кровообращенияв сосудах глаза 30

1.4. Роль иммунологических и биохимических показателей в диагностике сосудистой патологии глаза 36

1.5. Методы оценки калибра ретинальных сосудов и их значение в диагностике артериальной гипертензии и атеросклероза 45

ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 54

2.1. Характеристика клинического материала. 54

2.2. Методы исследования 57

2.2.1. Методы оценкигемодинамики глаза 58

2.2.2. Методы исследования брахиоцефальных сосудов 61

2.2.3. Иммунологические и биохимические методы исследования крови и слезной жидкости 63

2.3. Статистическая обработка данных 64

2.4. Калиброметрический анализ ретинальных сосудов 66

2.5. Математическое моделирование кровотока 70

ГЛАВА 3. Результаты собственных исследований 71

3.1. Результаты дуплексного сканирования брахиоцефальных сосудову пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 71

3.2. Результаты исследования глазного дна иретинальной циркуляции у пациентов с субклиническим атеросклерозомиартериальной гипертензией

3.3. Результаты ультразвуковых исследований гемодинамики в орбитальных

сосудах у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 81

3.4. Корреляционный анализ гемодинамических показателей и критерии ранней диагностики нарушений глазного кровотока у пациентовс субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 89

3.5. Математическоемоделирование ретинального кровотока при субклиническом атеросклерозе и артериальной гипертензии 94

3.5.1. Построение одномернойсетевой моделикровотока ретинальных сосудов 95

3.5.2. Аппроксимация профиля скорости кровотока 98

3.5.3. Идентификация параметров модели 102

3.6. Лабораторные исследованиямаркеров эндотелиальной дисфункции в сыворотке кровии слезной жидкости у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 106

Заключение 115

Выводы 122

Практические рекомендации 124

Список литературы 1

• Патологические изменения органа зрения при атеросклерозе
• Методы оценкигемодинамики глаза
• Результаты исследования глазного дна иретинальной циркуляции у пациентов с субклиническим атеросклерозомиартериальной гипертензией
• Построение одномернойсетевой моделикровотока ретинальных сосудов

Введение к работе

Актуальность темы и степень ее разработки

Известно, что атеросклероз и артериальная гипертензия (АГ) – наиболее распространенные сердечно-сосудистые заболевания взрослого населения, которые сохраняют за собой лидирующее место среди причин потери трудоспособности, инвалидности и смертности в Российской Федерации (Шляхто Е.В., 2000, 2004; Мамедов М.Н., Оганов Р.Н., 2005; Ежов М.В., 2009; Бубнова М.Г., 2011; Арабидзе Г.Г., 2013; Чазова И.Е., 2015). По данным различных авторов в 33-75% случаев атеросклероз и АГ приводят к нарушению кровообращения в сетчатке и зрительном нерве, что обуславливает значительный рост инвалидности по зрению (Киселева Т.Н., 2001, 2003; Мошетова Л. К.,2004; Klein R., 2007; Либман Е.С., 2006, 2012,). Изменения на глазном дне нередко сочетаются с нарушениями гемоциркуляции в других органах и предоставляют информацию о факторах риска сосудистой патологии сердца, мозга, почек и глаза (Кацнельсон Л.А., 1990; Нестеров А.П., 2001; Wong T.Y., 2002, 2004; Егоров Е.А., 2006; Тульцева С.Н., 2010; Ходжаев Н.С., 2015). Современные исследователи считают ретинальные сосуды уникальным объектом для изучения системной микроциркуляции (Астахов Ю.С., 2001; Wong T.Y., 2005; Klein R., 2007; Schmetterer L., 2014).

В последние годы развитие офтальмологии напрямую связано с
совершенствованием и внедрением новых диагностических методов и
высокотехнологичного оборудования. Одними из наиболее информативных
неинвазивных методов в диагностике нарушений гемоциркуляции глаза до сих
пор остаются калиброметрия ретинальных сосудов и допплерография
орбитальных сосудов (Харлап С.И.,2004; Аветисов С.Э.,2004; Suzuki A.,2005;
Котляр К.Е., 2006; Астахов Ю.С., 2010; Киселева Т.Н., 2011;

Степушина О.А., 2011; Астахов Ю.С., 2013;). Особый интерес представляет определение параметров гемодинамики в микрососудах глаза (Wong T.Y., 2002; Liew G., 2007; Schmetterer L., 2014).

4 В литературе имеется большое число публикаций, посвященных применению ультразвукового дуплексного сканирования, включающего цветовое допплеровское картирование и импульсную допплерографию, для оценки состояния кровотока при острых и хронических сосудистых заболеваниях глаза, приводящих к снижению и потере зрения (Williamson T., 1995; Tranquart F.,2003; Киселева Т.Н.,2011; Нероев В.В.,2012). Использование этих методик в клинической практике позволяет определить ранние изменения брахиоцефальных артерий, а также исследовать состояние кровотока в мелких глазных сосудах (Polak J.F.,1999; Kiseleva T.,2005; Гавриленко А.В.,2005; Соколов В.О.,2010; Михайлова М.А.,2012). Высокая частота патологии глаза вследствие сердечно-сосудистых заболеваний обуславливает дальнейший поиск и разработку критериев для оценки нарушений кровообращения в сосудах глаза на ранних стадиях АГ и доклинической стадии атеросклероза.

В настоящее время продолжается исследование факторов

эндотелиальной дисфункции (в частности, иммунологических факторов
и вазоактивных молекул) в развитии изменений ретинальной микроциркуляции
и нарушений регионарной гемодинамики глаза (Шаимова В.А., 2005;

Михайлова М.А., 2012; Плюхова А.А., 2013).

Цель исследования. Провести комплексную оценку состояния гемодинамики глаза при субклиническом атеросклерозе и артериальной гипертензии 1-2 степени с использованием клинико-инструментальных и лабораторных методов исследования.

Задачи исследования

1. Изучить состояние брахиоцефальных артерий при субклиническом атеросклерозе и артериальной гипертензии с помощью ультразвукового дуплексного сканирования у практически здоровых лиц в возрасте от 40 до 60 лет.

2. Исследовать глазной кровоток с использованием ультразвуковых допплеровских методов у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2 степени.

3. Определить состояние ретинальных сосудов на основе фоторегистрации глазного дна и модифицированного калиброметрического анализа сосудов сетчатки у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2 степени.

4. Изучить взаимосвязь между показателями глазного кровотока и ретинальной микроциркуляции у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2степени.

5. Разработать и применить метод математического моделирования ретинального кровообращения для определения количественных показателей гемодинамики в микрососудах сетчатки в норме и у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2степени.

6. Определить роль факторов эндотелиальной дисфункции на основании исследования иммунологических и биохимических маркеров активации эндотелия сосудов (цитокинов, молекул адгезии, вазоактивного медиатора эндотелина-1), на локальном (в слезной жидкости) и системном (в сыворотке крови) уровнях у пациентов с начальными проявлениями ангиопатии сетчатки на фоне субклинического атеросклероза и артериальной гипертензии 1-2 степени.

7. Разработать алгоритм ранней диагностики ангиопатии сетчатки у больных с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2 степени на основании результатов клинико-инструментальных и лабораторных методов исследования.

Научная новизна

Впервые проведен мониторинг состояния брахиоцефальных артерий, гемодинамики в орбитальных сосудах и ретинальной микроциркуляции при субклиническом атеросклерозе и артериальной гипертензии 1-2 степени у практически здоровых лиц в возрасте от 40 до 60 лет.

Разработан высокоинформативный метод калиброметрии ретинальных сосудов с «геометрической фабулой», который позволил выполнить измерение

6 диаметра ретинальных сосудов с получением абсолютных числовых значений, с высоким уровнем точности и его математическим обоснованием.

Определены калиброметрические параметры ранних изменений

состояния ретинальных сосудов у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2 степени при отсутствии офтальмоскопических изменений сетчатки.

Впервые проведено математическое моделирование ретинального кровообращения и предложена компьютерная программа для определения количественных показателей гемодинамики в сосудах сетчатки. Установлены численные значения скорости кровотока и вазорезистентности в ретинальных сосудах I и II порядка в норме и у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2 степени.

На основании корреляционного анализа установлены высоко

достоверные взаимосвязи между калибром ретинальных сосудов

и количественными параметрами кровотока в орбитальных сосудах у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2 степени.

Впервые определены уровни маркеров эндотелиальной дисфункции

в сыворотке крови и слезной жидкости у пациентов с начальными проявлениями ангиопатии сетчатки на фоне субклинического атеросклероза и артериальной гипертензии 1-2 степени.

Теоретическая и практическая значимость

1. Ультразвуковые методы исследования брахиоцефальных артерий позволяют выявить признаки атеросклеротического процесса в 57% на доклинической стадии (на этапе субклинического атеросклероза) и своевременно рекомендовать консультацию кардиолога.

2. Установленные изменения гемодинамики в орбитальных артериях при субклиническом атеросклерозе и артериальной гипертензии 1-2 степени, позволяют заподозрить патологический процесс на ранней стадии.

3. Использование калиброметрического анализа ретинальных сосудов с «геометрической фабулой» дает возможность с высокой точностью оценить

7 диаметры сосудов сетчатки и определить их ранние изменения. Разработанный способ измерения калибра ретинальных сосудов может применяться для мониторинга состояния сосудистого русла как у здоровых лиц без жалоб со стороны органа зрения, так и при наличии артериальной гипертензии, атеросклероза и других сердечно-сосудистых заболеваний, влияющих на микроциркуляцию глаза.

4. Предложена компьютерная программа для математического моделирования ретинального кровотока, позволяющая определить количественные параметры гемоциркуляции в артериях и венах малого калибра.

5. Определена диагностическая информативность биохимических и иммунологических маркеров эндотелиальной дисфункции на локальном уровне (в слезной жидкости) и на системном уровне (в сыворотке крови) у пациентов с ангиопатией сетчатки при субклиническом атеросклерозе и артериальной гипертензии 1-2 степени.

6. На основе разработанных клинико-инструментальных и лабораторных критериев, предложен алгоритм для диагностики ранних проявлений ангиопатии сетчатки на фоне субклинического атеросклероза и артериальной гипертензии 1-2 степени, который может быть широко использован в офтальмологической и кардиологической клинической практике.

Методология и методы исследования

Методологической основой диссертационной работы явилось

последовательное применение методов научного познания. Работа выполнена
в дизайне проспективного открытого сравнительного нерандомизированного
исследования с использованием клинических, инструментальных,

лабораторных и статистических методов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Ультразвуковое дуплексное сканирование является

высокоинформативным методом для выявления нарушений гемодинамики

8 в сосудах глазного яблока и магистральных сосудах головы у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2 степени.

2. Калиброметрия ретинальных сосудов с «геометрической фабулой» позволяет провести наиболее точную оценку диаметра ретинальных артерий и вен и выявить ранние признаки ангиопатии сетчатки у пациентов с субклиническим атеросклерозом и артериальной гипертензией 1-2 степени.

3. Математическое моделирование ретинальной гемоциркуляции позволяет определить скорость кровотока и индекс периферического сопротивления в сосудах малого калибра, недоступных для регистрации этих показателей с помощью других методов.

4. Исследование уровня интерлейкина 8 (ИЛ-8), макрофагального хемоаттрактантного белка (МСР-1), молекул межклеточной адгезии (ICAM-1), трансформирующего фактора роста -1 (TGF -1), эндотелина-1 (ЭТ-1) в сыворотке крови и слезной жидкости информативно в выявлении дисфункции сосудистого эндотелия при субклиническом атеросклерозе и артериальной гипертензии 1-2 степени.

5. Алгоритм ранней диагностики ангиопатии сетчатки на фоне субклинического атеросклероза и АГ 1-2 степени должен включать калиброметрию, ультразвуковое исследование орбитальных, брахиоцефальных артерий и определение лабораторных показателей эндотелиальной дисфункции в сыворотке крови и слезной жидкости.

Внедрение результатов исследования

Результаты данного исследования внедрены в клиническую практику отдела ультразвуковых исследований ФГБУ МНИИ ГБ им. Гельмгольца Минздрава России и отдела проблем атеросклероза НИИ клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ «РКНПК» Минздрава России.

Степень достоверности и апробация результатов

Степень достоверности полученных результатов исследования

определяется достаточным и репрезентативным объемом выборки

исследований, научной постановкой корректной цели и задач исследования,

9 применением современных клинико-инструментальных и лабораторных методов. Положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, аргументированы и являются результатом многоуровневого анализа.

Работа прошла апробацию на межотделенческой конференции ФГБУ
МНИИ ГБ им. Гельмгольца Минздрава России. Основные материалы
диссертационной работы доложены на научно-практических конференциях:
VII Российский общенациональный офтальмологический форум (Москва,
2014); IV Международный медицинский научно-практический Форум
«Ангиология: инновационные технологии в диагностике и лечении заболеваний
сосудов и сердца «Интервенционная кардиология», (Челябинск, 2015); 83-й
Конгресс Европейского общества по изучению атеросклероза (83^rd EAS
Congress, UK Glasgow, 2015); Конгресс Европейского общества офтальмологов
(SOE, Austria, Vienna, 2015, приз “Best of poster”); Х Съезд офтальмологов
России (Москва, 2015); VIII Российский общенациональный

офтальмологический форум (Москва, 2015); Европейская ассоциация зрения
и исследований глаза (EVER–2015, France, Nice); VII Съезд Российской

ассоциации специалистов ультразвуковой диагностики в медицине (РАСУДМ) (Москва, 2015); 84-й Конгресс Европейского общества по изучению атеросклероза (84^d EAS Congress, Austria, Innsbruck, 2016), 16-й Конгресс Международного сообщества по ультразвуковой диагностике в офтальмологии (SIDUO XXVI, Неаполь, Италия, 2016).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 6 – в печатных изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 5 – в зарубежных изданиях.

Структура и объем диссертации

Патологические изменения органа зрения при атеросклерозе

Атеросклероз – одна из ведущих причин сердечно-сосудистых заболеваний, приводящих к потере трудоспособности, развитию инвалидности, росту смертности, являясь по данным ВОЗ причиной около 1/3 летальных исходов у лиц в возрасте от 30 до 65 лет[7, 289, 308].

Атеросклероз представляет собой хроническое многофакторное заболевание артериальных сосудов, характеризующееся нарушением обменных процессов (прежде всего обмена липопротеидов), местной воспалительной реакцией, эндотелиальной дисфункцией, возникновением в стенках артерий очагов липидной инфильтрации с последующим формированием в результате сложных иммунных и окислительно-восстановительных реакций атеросклеротических бляшек (АСБ) [7, 180].

Эти изменения приводят к снижению эластичности артерий, их постепенному облитерированию, прогрессирующему стенозу и органным расстройствам кровообращения [7, 16, 33, 67, 68, 289].

Заболевание наиболее широко распространено в экономически развитых странах, что непосредственно связано с радикальными изменениями образа жизни людей [152, 180].

Однако имеются достоверные сведения о наличии признаков атеросклероза еще в древних цивилизациях. В 1852 году чешский физиолог и зоолог Иоганн Непомук Чермак выявил кальцинированный атеросклероз артерии у древней египетской мумии[182].

В 1931 году Аллен Лонг при постмортальном исследовании сердца мумии царицы Тейе (1070-795 гг. до н.э.) установил признаки атеросклероза коронарных артерий[219].В 2009-2010 гг. группа исследователей из США и Египта провела более тщательное изучение мумий египетских фараонов с помощью мультисрезового компьютерного томографического сканирования и обнаружила типичные признаки атеросклероза - утолщенные и твердые стенки артерий, возникновению которых, вероятно, способствовало несбалансированное питание, чрезмерное употребление жиров. При исследовании других мумифицированных останков - бальзамированных тел алеутов с Аляски, жителей древней столицы Перу Лимы, американских индейцев из Невады и кочевников из Монголии, в 38% случаев были обнаружены выраженные изменения коронарных артерий, что свидетельствует о высоком уровне сердечно-сосудистой патологии еще в древние времена. Средний возраст этих людей составлял не более 37 лет. В ходе проведенных исследований ученые сделали вывод о том, что атеросклероз был распространен в разных частях мира, и болезнь наблюдалась с одинаковой частотой, независимо от рациона питания и сословий [178, 183, 274]. В настоящее время хорошо известно, что атеросклероз поражает различные сосуды во многих органах, в том числе и глазные сосуды [31, 37, 40, 41, 114, 164, 168, 169].

В литературе хорошо представлены различные офтальмологические симптомы, характерные для атеросклероза и включающие изменения как переднего, так и заднего отдела глаза [41, 71, 72, 96,122, 139].

Ксантомы и ксантелазмы кожи век (отложение холестерина), изменения роговицы в виде липоидной дуги белого, либо серовато-белого ободка отложившегося холестерина по краям роговицы глаза – известные признаки гиперхолестеринемии [96, 123].

R.P.Mills [225]и Т.И.Форофонова [122, 123]детально описали симптомы ишемии переднего отрезка глаза вследствие атеросклеротического поражения магистральных сосудов головы. Позже было доказано, что ишемическое поражение переднего отрезка глаза в 75-90% случаев является патогномоничным признаком окклюзионно-стенотического поражения сонных артерий[41, 138, 208, 227, 253, 282, 290, 311].

В литературе представлены симптомы ишемического увеита: расширение эписклеральных сосудов[110], отек и преципитаты роговицы, стриарная кератопатия, васкуляризация роговицы, опалесценция и наличие клеточной взвеси во влаге передней камеры, фибринозный иридоциклит, неоваскуляризация радужной оболочки и угла передней камеры, изменение внутриглазного давления. Описаны случаи неоваскулярной глаукомы с неоваскуляризацией сетчатки, цилиарного тела, дренажной зоны и радужки после окклюзии ЦАС у пациентов со стенозирующим атеросклерозом внутренних сонных артерий [114, 208, 228]. Известна взаимосвязь между атеросклерозом и развитием возрастной макулярной дегенерации (ВМД). Исследование Rotterdam Study, включающее результаты 5-летнего наблюдения 4822 человек в возрасте от 55 лет без признаков ВМД и наличием субклинического атеросклероза, показало, что в конце срока наблюдения у 417 человек (9 %) отмечались симптомы ВМД. Кроме того, были выявлены основные факторы риска ВМД: повышенное систолическое артериальное давление, атеросклероз различной степени выраженности, утолщение комплекса интима-медиа сонных артерий, сахарный диабет [184], возраст, пол, курение, повышенный уровень общего холестерина и липопротеидов низкой плотности, индекс массы тела [149, 192, 283].

Причиной нарушения кровообращения в зрительном нерве в 33-75% случаев является гипертоническая болезнь и стенозирующий атеросклероз сонных артерий[5, 87, 107, 114, 154, 267, 207]. Ряд авторов указывают, что ишемическая оптическая нейропатия может свидетельствовать о серьезной сердечно-сосудистой патологии и об угрозе инсульта[5, 267].

Методы оценкигемодинамики глаза

Первым шагом в направлении объективизации измерения диаметра сосудов на глазном дне явилась офтальмоскопическая планиметрия[9], которая проводится благодаря использованию различных измерительныхшкал и сеток, меток различной величины и формы с помощью оптического микрометрического устройства (микрометрического окуляра к безрефлексному офтальмоскопу). По данным многих авторов, этот метод подходит для динамического наблюдения, но не позволяет получать абсолютные значения диаметров сосудов, при необходимости расчета которыхтребуется поправка на рефракцию [23]. Основными факторами, ограничивающими широкое применение офтальмоскопической планиметрии, являются: субъективность при сравнении сосуда с тест-объектами; существенная зависимость результатов от фиксации взора пациента и положения глаза относительно прибора; необходимость перерасчета с учетом рефракции пациента для получения абсолютных значений; низкая воспроизводимость серии измерений вследствие изменения положения глаза пациента относительно прибора; необходимость проведения повторных контрольных измерений с последующим расчетом среднего значения.

Большинство исследователей используют для измерения диаметра сосудов на глазном дне калиброметрию [49, 111, 161, 179, 250, 260, 266]. Различают статическую и динамическую калиброметрию. Динамическое измерение калибра ретинальных сосудов широко используется в исследованиях фармакологических препаратов и их влияния на реакцию сосудистой стенки [170].

Широкое распространение в клинической практике получилафотографическая планиметрия или фотографическая калиброметрия сосудов. При фотографировании глазного дна калиброметрия ретинальных сосудов проводится с помощью фотоснимков и специально разработанных масштабных сеток. Однако определение абсолютных значений калибра сосуда по аналоговым снимкам сопряжено с определенными трудностями. Для устранения недостатков метода Волков В.В. и соавт. [23, 24, 135]предложили совмещать фотоснимок глазного дна с масштабной сеткой в устройстве для просмотра слайдов с последующим измерением диаметра сосуда и расчетом его истинного значения, учитывая проекционное увеличение фундус-камеры. Основным преимуществом фотографической планиметрии является объективизация метода. Для повышения точности калиброметрии и определения абсолютного диаметра многие авторы рекомендуют проводить перерасчет полученных данных.

Развитие высокотехнологичных методов позволило использовать специальное программное обеспечение для компьютерного анализа диаметра сосудов. Такой подход был использован в ряде крупных исследований, проведенных в США:AtheroscleroticRiskinCommunities (ARIC) study[207, 251, 256], CardiovascularHealthstudy (CHS)[255, 284], BeaverDamEyeStudy (BDES) [179, 281, 285]. Н.С. Chen и соавт. [295] предложили синхронизировать процесс фотографирования глазного дна с электрокардиограммой для исследования диаметра ретинальных сосудов в восьми равноудаленных фазах сердечного цикла. Результаты исследования показали уменьшение диаметра вен в раннюю систолу и увеличение в раннюю диастолу с максимальной вариабельностью до 4,82%. Наибольшее увеличение диаметра артерий наблюдали в середине поздней систолы с максимальной вариабельностью диаметра артерий до 3,46%.

M.D.Knudtson и соавт. [293] оценивали причины вариабельности диаметра ретинальных сосудов в зависимости от фазы пульса при проведении фотографической калиброметрии, которая осуществлялась с помощью фундус-камеры, соединенной с цифровым фотоаппаратом. Процесс фотографирования был синхронизирован с сердечным циклом благодаря использованию триггерного устройства, регистрирующего пульс на мочке уха. Наличие интервалов между временем регистрации снимков изображения глазного дна в различные фазы сердечного цикла позволило провести динамическую калиброметрию. Результаты этого исследования противоречат данным Н.С. Chenи соавт. [295], которые показали существенное изменение лишь диаметра крупных вен. По мнениюM.D. Knudtson, большее значение имеет суммарная вариабельность результатов калиброметрии [293].

Возможности применения метода калиброметрии возрослис появлением приборов анализаторов ретинальных сосудов: статического анализаторасосудов (Zeiss, Imedos, Germany), динамического анализатора сосудов (Zeiss, Imedos, Germany) и анализатора ретинальных сосудов для клинических исследований (RetinalVesselAnalyzerResearch, RVA) [4].

Результаты исследования глазного дна иретинальной циркуляции у пациентов с субклиническим атеросклерозомиартериальной гипертензией

ЗКЦА – медиальные и латеральные – визуализировали с обеих сторон зрительного нерва до области их проникновения в склеру. Кровоток по правой ГА определяли от места изгиба сосуда вокруг зрительного нерва до верхнего угла орбиты при взгляде пациента налево (в противоположную – сторону), по левой ГА – направо (в среднем на глубине 15 мм в зависимости от анатомических особенностей). Для визуализации ВГВ и ВВ датчик ориентировали на нижнем веке в аксиальной либо косо-сагиттальной плоскости сканирования в зависимости от анатомических особенностей. Регистрировали спектр допплеровского сдвига частот с последующим определением основных количественных показателей: максимальной систолической (Vsyst), конечной диастолической (Vdiast) скорости кровотока, индекса периферического сопротивления или резистентнности (RI). В венах регистрировали минимальный пульсирующий кровоток и определяли Vsyst. Фоторегистрация глазного дна и статическая калиброметрия ретинальных сосудов проводились в отделе патологии сетчатки и зрительного нерва ФГБУ МНИИГБ им. Гельмгольца Минздрава России (начальник отдела – д.м.н. профессор Нероев В.В.) совместно с д.м.н. Танковским В.Э.

Исследование осуществлялось на приборе Spectralis HRA+OCT (Heidelberg Engeneering, Германия), в положении пациента сидя после предварительной фиксации головы и взгляда пациента. Далее осуществляли сканирование видимой части глазного дна с захватом макулярной области и зоны ДЗН по вертикальным и горизонтальным направлениям. Направление сканирования корректировалось в ручном режиме. Регистрировали изображение глазного дна с последующей качественной и количественной оценкой. Далее проводили математическую обработку полученного изображения. Определяли внутренние диаметры артерий и вен первого и второго порядка по предложенному нами методу калиброметрического анализа ретинальных сосудов с «геометрической фабулой» (методика подробнее описана в п. 2. 4.).

Измерения калибра мелких ретинальных сосудов проводились на базе кафедры вычислительной математики ФГАОУ ВПО «Московский физико технический институт (государственный университет)», совместно с зам.зав.кафедрой,доцентом, к.ф-м.н.Симаковым С.С. с помощью цифровой обработки изображения. Используя данные калиброметрии, ультразвукового дуплексного сканирования и методы математического анализа, осуществляли математическое (численное) моделирование кровотока в ретинальных сосудах.

Дуплексное сканирование (ДС) брахиоцефальных сосудов выполняли с использованием многофункционального ультразвукового прибора Voluson E8 и линейного датчика с частотой излучения 6-15 МГц в отделе ульразвуковых исследований совместно с врачом ультразвуковой диагностики Ильиной Н.В.

При ДС брахиоцефальных сосудов исследовали: дистальный отдел плечеголовного ствола, проксимальные (до отхождения позвоночных артерий) сегменты подключичных артерий, общие сонные артерии (ОСА) на всем протяжении, наружные сонные артерии (НСА) в проксимальных отделах, внутренние сонные (ВСА) в экстракраниальных отделах, позвоночные артерии (ПА) в сегментах V1, V2.

Датчик располагали над яремной вырезкой параллельно внутреннему краю грудино-ключично-сосцевидной мышцы. Изменяя наклон датчика к поверхности шеи, добивались отчетливой визуализации устья ОСА. Синус ОСА и ее бифуркацию лоцировали за углом нижней челюсти.

При исследовании ВСА датчик поворачивали в латеральном направлении, при визуализации НСА)– в медиальном. Смещая датчик кнутри от грудино-ключично-сосцевидной мышцы и перемещая от угла нижней челюсти до верхнего края ключицы, прослеживали ход позвоночной артерии.

В случае плохой визуализации дополнительно использовали боковой доступ по наружному краю грудино-ключично-сосцевидной мышцы. Для расширения поля сканирования и с целью улучшения визуализации сосудистых деформаций мы использовали конвексный датчик частотой 3,5МГц.

Помимо определения скоростных показателей кровотока, проводилось измерение толщины комплекса интима-медиа (ТКИМ) вОСА, НСА, ВСА, определяли локализацию, структуру, эхогенность, протяженность, состояние поверхности АСБ, а также наличие сосудистых деформаций. При визуальной оценке сосудистого русла учитывали подвижность сосудистой стенки (ригидность, гиперпульсация), проходимость сосуда (проходим, окклюзирован) и его диаметр (нормальный, увеличенный, уменьшенный). В норме диаметр сосуда равномерный, просвет по эхогенности ниже окружающих тканей, отчетливо визуализируется внутренняя поверхность интимы.

Состояние комплекса интима-медиа оценивалось по площади, толщине, форме поверхности, однородности (толщина комплекса в норме составляла не более 1 мм). Атеросклеротическую бляшку определяли как локальное утолщение стенки сосуда более чем на 50% по сравнению с окружающими участками стенки сосуда или как локальное утолщение толщины интима-медиа более чем на 1,5 мм, выступающее в просвет сосуда.

Процент стеноза рассчитывали в поперечном сечении в области максимального сужения просвета атеросклеротической бляшкой по уменьшению диаметра сосуда как долю редуцированного диаметра просвета сосуда от истинного диаметра сосуда.

Качественную оценку состояния АСБ осуществляли на основании ряда ее характеристик: структуры (гомогенная, гетерогенная - с преобладанием гипо/гиперэхогенного компонента), эхогенности (низкая, средняя, высокая, кальцинированные), состояния поверхности (гладкая, шероховатая, изъязвленная), формы (локальная - занимающая одну стенку, эксцентрическая, циркулярная), наличия осложнений (кровоизлияние, изъязвление, пристеночный тромбоз).

Построение одномернойсетевой моделикровотока ретинальных сосудов

В настоящее время существует целый ряд инструментальных методов исследования, позволяющих осуществлять как качественную, так и количественную оценку состояния кровообращения в крупных сосудах глаза и орбиты [2, 39, 42, 43, 222, 266, 299]. Однако, комплексная оценка кровотока в мелких сосудах ЦАС и ЦВС недоступна стандартными методами исследования.

В связи этим, совместно с к.ф-м.н. Симаковым С.С., нами быларазработана математическая модель глазного кровотока с учетом морфологических и функциональных особенностей ретинального кровообращения каждого обследованного пациента, и предложена компьютерная программа для определения количественных показателей гемодинамики в сосудах сетчатки. Выполнена методика построения обобщенной структуры сосудистого русла глаза, включающая ветви первого и второго порядка ЦАС и ЦВС на основе индивидуальных данных, полученных в п.3.2. при помощи калиброметрии с «геометрической фабулой» (методика описана в п.2.4). Разработана методика коррекции функциональных параметров на основе ультразвуковых исследований в ГА, ЦАС и ЦВС. Проведено моделирование глазного кровотока в соответствии с результатами исследования параметров скорости кровотока и вазорезистентности в орбитальных сосудах.

В качестве основы использовалась одномерная сетевая динамическая модель кровообращения [98, 129, 272]. Модель описывает пульсирующее течение вязкой несжимаемой жидкости (поток крови) в сети эластичных трубок (сосудов). При выполнении данной работы впервые использовалась реконструкция ретинального сосудистого русла (артерий и вен) на основе данных калиброметрии. Проведен анализ показателей линейной скорости кровотока в ЦАС и ЦВС с дальнейшей гладкой аналитической аппроксимацией. Определение параметров (параметризация) этой аппроксимации выполнена с использованием индивидуальных показателей кровотока пациента — максимальной систолической(Vsyst) и конечной диастолической (Vdiast) скоростей, интервала от начала систолы до ее пика и от начала и до конца систолы. Данная методика использовалась для постановкипограничных значений на «входе» и «выходе» сосудистой сети модели, построенной по индивидуальным данным каждого пациента. Такой подход является универсальным и может использоваться при обработке данных ультразвукового дуплексного сканированияорбитальных сосудов.

В качестве модели кровотока в ретинальных сосудах предлагается использовать квазиодномерную нелинейную сетевую динамическую модель пульсирующего течения вязкой несжимаемой жидкости (крови) по эластичной трубке (сосуду) [98, 129, 272]. Каждая ветвь сети соответствует кровеносному сосуду, а узел сопоставляется с точкой дихотомического деления сосудов. При описании микроциркуляторного русла используюткоэффициенты гидродинамического сопротивления, обеспечивающие физиологически корректный перепад давления между концевыми артериями и венами сети. Для каждого сосуда рассматриваются законы сохранения массы и импульса жидкости по следующим формулам: ask/at -+- c(skuk) /ах = 0, (і) duk/dt + a(w2/2 + рк/р)/Єх = ffr[Sk,uk,Sk0 (2) где t — время; X — координата по длине сосуда, отсчитываемая от точки сопряжения с более мелкими сосудами; р — плотность крови (предполагается равной 1 г/см3); к — номер сосуда; Sk — поперечное сечение сосуда; Sk — поперечное сечение сосуда в покое; 14. к — линейная скорость потока, усредненная по поперечному сечению; Р — давление в сосуде (меняющееся в зависимости от атмосферного); J/r — сила вязкого трения. С другой стороны, силу вязкого трения можно представить в виде формулы: fS S о \7Г/Лик к k f„{Sk,uk,sf\ = tr /I /I t c k (3) где // — динамическая вязкость крови (предполагается равной 4 мПас). Эластичные свойства стенки сосуда задаются уравнением, связывающим показатели поперечного сечения сосуда и трансмурального давления (разность между кровяным давлением и внутриглазным давлением): Pk(Sk )-Р к= Pvclf[Sk), (4) где S - образная функция f(S) может быть аналитически аппроксимирована, зависимостью,например: P t — внутриглазное давление, Pv — плотность стенки сосуда (Pv Р ), ск — скорость распространения малых возмущений в стенке сосуда в покое ( st = St ). Во всех внутренних точках для каждого сосуда начальные условия могут быть выбраны весьма произвольно в рамках физиологически корректного диапазона, например: ;к,щ(0,Х) = . (6) Sk{0,x) = Sk,uk{0,x) В качестве Sk выбирается значение поперечного сечения сосуда, соответствующее его состоянию покоя (поскольку именно это значение, определяется для каждого пациента по данным калиброметрии (см. п.3.2)). Начальная скорость во всех точках предполагается равной нулю. При таком выборе начальных условий требуется производить предварительный расчет в течение нескольких сердечных циклов, далее во всех сосудах определяется квазистационарный поток (за время распространения этого потока в пределах сосудистой системы её состояние не успевает измениться). В начальной точке сети (соответственно в ЦАС) в качестве краевых условий задается линейная усредненная по поперечному сечению скорость кровотока: и.и(,0) = Й( ). (7) Способ задания u(t) более подробно рассматривается далее в п.2. В данной работе оценочно предполагалось, что эта скорость равна половине значения, определяемого с помощью УЗДС. В конечной точке сети (соответственно в ЦВС) учитывались неотражающие условия. Ауторегуляторная функция сосудистой сети не рассматривалась.