Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Исследование ангиоархитектоники зоны бифуркации общей сонной артерии 41
Глава 2. Материалы и методы исследования
2.1. Исследование упруго-деформативных свойств сосудов бассейна общей сонной артерии 60
2.2. Исследование упруго-деформативных свойств материалов сосудистых заплат 64
Глава 3. Патоморфология зоны бифуркации общей сонной артерии 66
Глава 4. Компьютерное моделирование гемодинамики в бассейне общей сонной артерии в норме и при реконструктивных вмешательствах 84
Заключение 102
Выводы 114
Практические рекомендации 115
- Исследование ангиоархитектоники зоны бифуркации общей сонной артерии
- Исследование упруго-деформативных свойств сосудов бассейна общей сонной артерии
- Исследование упруго-деформативных свойств материалов сосудистых заплат
- Патоморфология зоны бифуркации общей сонной артерии
Введение к работе
Актуальность проблемы прогнозирования изменений гемодинамики при атеросклеротическом поражении сосудов бассейна сонной артерии обусловлена активным внедрением в клиническую практику комплексного подхода в лечении нарушений мозгового кровообращения направленного на оптимизацию кровотока в системе сонных артерий. Нарушения мозгового кровообращения на протяжении многих лет, занимают одно из лидирующих положений в структуре заболеваемости и смертности. Несмотря на совершенствование методов лечения и увеличение объема помощи, оказываемой данной категории больных, цереброваскулярная патология по-прежнему уносит значительное число жизней, увеличивает инвалидизацию населения. В 1998 году цереброваскулярная патология составила 29,2% всех болезней системы кровообращения, а смертность от нее составила 37% всех случаев смерти от сердечно-сосудистых заболеваний (Бокерия Л.А., Гудкова Р.Г., 1999). По данным Спиридонова А.А. и соавторов (2000), в России в год регистрируется более 400 тысяч инсультов, из которых до 35% случаев заканчиваются летальным исходом. Из числа больных, выживших после ишемического инсульта, от 40 до 60% становятся инвалидами, и только у 10% восстанавливается трудоспособность. Очевиден и значительный социально-экономический ущерб вследствие того, что л?емпы роста смертности от ишемического инсульта оказываются наиболее высокими у больных в возрасте 30 - 50 лет, т.е. трудоспособной части общества. А.В. Лаврентьев (2001) указывает на то, что ежегодное увеличение частоты инсульта в России достигает 6,5-9,2%. Уровень инвалидизации через 1 год после острого нарушения мозгового кровообращения составляет от 68 до 82%.
Среди причин развития ишемического инсульта стеноз и окклюзия экстракраниальных отделов внутренней сонной и позвоночной артерий, по данным разных авторов, составляют до 65%. В основе стенозирующих поражений артерий чаще всего лежит атеросклероз, особенно у мужчин старше 40 лет, реже неспецифический аортоартериит или экстравазальная компрессия (Евдокимов А.Г., Тополянский В.Д., 1999).
Значительное число работ, посвященных различным аспектам этиологии, патогенеза, лечения и профилактики нарушений мозгового кровообращения свидетельствует о многогранности существующей проблемы. Очевидно и то, что не существует однозначного ее решения.
На сегодняшний день многие авторы (Литтманн И., 1986; Фокин А.А. с соавт., 1995; Бокерия Л.А., Гудкова Р.Г., 1999; Спиридонов А.А. с соавт., 2000; Статкевич А.Р. с соавт., 2004 и др.) указывают на преимущество хирургического лечения окклюзионных поражений брахиоцефальных артерий над терапевтическим. При этом они отмечают, что для успешного оперативного вмешательства необходимы тщательное дооперационное обследование, оценка риска операции в сравнении с естественным течением атеросклеротического процесса. К операциям, направленным на восстановление мозгового кровотока, относят следующие: эндартерэктомию из ВСА, резекцию ВСА с низведением устья и реимплантацией в ОСА, аутовенозное протезирование ВСА, протезирование ВСА синтетическими эксплантатами, резекцию ВСА с анастомозом «конец в конец», экстра-интракраниальный микроанастомоз. Кроме того, резекция ВСА может быть дополнена шейной симпатэктомией и эндартерэктомией из НС А. При относительном многообразии видов оперативных вмешательств наиболее часто выполняется эндартерэктомия из ВСА. Правильно подобранная и грамотно технически выполненная реконструкция окклюзированной артерии на порядок снижает риск развития летальных и нелетальных осложнений в сравнении с изолированным медикаментозным лечением цереброваскулярной болезни в сроки от 1 года до 5 лет.
Серьезную проблему в реконструктивной хирургии сонных артерий представляет периоперационный ишемический инсульт, вызванный ранним тромбозом оперированных сосудов и эмболией из каротидной бифуркации, как в виде тромбов, так и в виде атероматозного детрита (Imparato A.M. et al., 1982;Hafner Ch.D., Evans W.E. 1988; Покровский A.B. с соавт., 1993; Мансур M.A., Бсйкер В.Г., 1997). Чаще всего среди причин возникновения подобных осложнений авторы называют технические погрешности, интраоперационную эмболизацию и интраоперационную ишемию. Однако, в ряде случаев исследователи затрудняются назвать причину развития периоперационного инсульта, считая ее не связанной с операцией.
В последнее время, преимущественно в иностранной литературе, появляется все больше публикаций, акцентирующих внимание на гемодинамической теории атерогенеза. Изучению подвергнуты как различные механизмы влияния потока крови на сосудистую стенку, так и влияние пораженной сосудистой стенки на распределение и свойства потоков крови. В отечественных публикациях также имеются упоминания о значимости гемодинамических факторов для развития атеросклеротического процесса (Царев О.А., 2001). В свете этой теории значительный интерес представляют изменения гемодинамики, обусловленные неминуемым нарушением в ходе операции архитектоники и упруго-деформативных свойств сосудистой стенки. Большинство работ, посвященных этой проблеме, исходит из различных европейских и американских институтов биомеханики. Однако бурное развитие вычислительной техники, облегчая исследователям решение многих задач, одновременно предопределяет постановку новых, гораздо более сложных проблем. Становится возможным учет все большего количества факторов, определяющих тот или иной процесс. Соответственно, выстраиваемая модель все точнее отражает реальность. На сегодняшний день одной из наиболее сложных задач биомеханики является построение адекватной гемодинамической модели сосудистого русла и оценка взаимного влияния гемодинамических условий и развития различных патологических состояний сосудистой стенки, что невозможно сделать без морфологического изучения сосудистой стенки в норме и при патологии.
Цель и задачи исследования
Разработать принципы прогнозирования изменений гемодинамики в сонной артерии при ее атеросклеротическом поражении для уточнения тактики реконструктивных вмешательств на основе создания математической модели кровотока в каротидном бассейне с учетом морфологических параметров, и упруго-деформативных свойств сосудистой стенки.
Для достижения цели исследования поставлены следующие задачи:
1. Изучить особенности морфометрических параметров стенки общей сонной артерии и ее архитектоники в зоне бифуркации;
2. Изучить гистологическое строение сонных артерий на различных уровнях. Оценить степень зависимости локализации атер о склеротических бляшек от строения сосудистой стенки.
3. Изучить деформативно-прочностные свойства сонных артерий для сравнения с аналогичными параметрами выпускаемых на сегодняшний день сосудистых эксплантатов и других используемых для пластики артерий материалов.
4. Разработать компьютерную модель кровотока в каротидном бассейне на основании данных об ангиоархитектонике, патоморфологии, упруго-деформативных свойствах зоны бифуркации общей сонной артерии.
5. Разработать принципы прогнозирования изменений кровотока в ходе оперативного вмешательства на основе данных об упруго-деформативных свойствах сосудистых эксплантатов, ауто- и ксенотрансплантатов.
Научная новизна
1. Определены детальные параметры архитектоники бифуркации общей сонной артерии.
2. Проведен сравнительный анализ гистологического строения ОСА и ее ветвей.
3. Систематизированы и дополнены данные об упруго-деформативных свойствах сонных артерий человека.
4. Проведена сравнительная оценка упруго-деформативных свойств артерий каротидного бассейна и пластических материалов, используемых при реконструкции данной зоны.
5. Разработана математическая модель кровотока в зоне бифуркации общей сонной артерии в норме, при атеросклеротическом поражении и после реконструктивных вмешательств.
Научно-практическая значимость
На основе морфометрического исследования создана база данных геометрических параметров общей, наружной, внутренней сонных артерий человека с учетом возраста, пола и типа телосложения.
Определены объективные критерии выбора пластического материала при реконструктивно-восстановительных вмешательствах в зоне бифуркации общей сонной артерии.
Создана математическая модель кровотока в зоне бифуркации ОСА с учетом геометрических параметров и упруго-деформативных свойств сосуда. С помощью данной модели исследовано изменение гемодинамики при атеросклеротическом поражении и в ходе реконструктивных вмешательств.
Проведенное исследование позволяет уточнить и дополнить представления о некоторых этапах патогенеза атеросклеротического поражения сонных артерий, а также прогнозировать развитие послеоперационных осложнений, таких как рестеноз, эмболия из зоны вмешательства и рецидив атеросклероза. Учет данных, полученных в ходе исследования, позволяет оптимизировать методы хирургической коррекции артериального кровотока при патологии общей сонной артерии и ее магистральных ветвей.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Архитектоника зоны бифуркации ОСА и ее упруго-деформативные свойства определяют распределение потоков крови, напряжение различных участков сосудистой стенки данной зоны, и как следствие, локализацию атеросклеротического процесса.
2. Выбор метода реконструкции бифуркации ОСА должен осуществляться с учетом гемодинамически оптимальной архитектоники сосуда.
3. Важнейшим критерием выбора типа пластического материала для пластики артериотомического отверстия являются его упруго-деформативные свойства.
4. Математическое моделирование кровотока в бассейне общей сонной артерии позволяет прогнозировать изменения гемодинамики при атеросклеротическом поражении и при реконструктивных вмешательствах.
Апробация работы
Основные положения диссертации доложены и обсуждены на 64-й (2003), 65-й (2004), 66-й (2005) итоговых конференциях молодых ученых и студентов, на 3-й Всероссийской конференции с международным участием «Актуальные вопросы клинической анатомии и оперативной хирургии» (2003, Санкт-Петербург), на Российской научной конференции с международным участием «Актуальные проблемы прикладной анатомии, оперативной и клинической хирургии», посвященной 75-летию Симбирцева С.А. (2004, Санкт-Петербург), на X Всероссийском съезде сердечно-сосудистых хирургов в НЦССХ им. А. Н. Бакулева РАМН. (2004, Москва), на всероссийской конференции с международным участием «Новые информационные технологии в медицине» (2006, Волгоград), на Всероссийской научной конференции «Анатомо-физиологические аспекты современных хирургических технологий», посвященной столетию со дня рождения А.Н. Максименкова (2006, Санкт-Петербург).
Результаты исследования представлены в 17 печатных работах.
Внедрение результатов исследования в практику
Результаты исследования внедрены в учебный процесс кафедр оперативной хирургии и топографической анатомии человека, нормальной анатомии человека Саратовского государственного медицинского университета, кафедры теории упругости механико-математического факультета Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского. Также материалы исследования используются в научной деятельности лаборатории математического моделирования в биомеханике Саратовского государственного университета.
Объем и структура работы
Диссертация изложена на 130 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов практических рекомендаций и указателя литературы. Диссертация иллюстрирована 20 таблицами, 40 рисунками. Библиографический указатель содержит 65 источников отечественной и 88 источников иностранной литературы.
Исследование ангиоархитектоники зоны бифуркации общей сонной артерии
Исследуемый нами экстраторакальный (экстракраниальный) уровень представлен симметричными артериями: общая сонная, наружная сонная и ее ветви и внутренняя сонная (до входа в череп). Общая сонная артерия (ОСА) с обеих сторон проходит в составе сосудисто-нервного пучка шеи, в который также входят внутренняя яремная вена (v.jugularis int.) и блуждающий нерв (n.vagus).
Сосудисто-нервный пучок расположен в большой межфасциальной щели, которая ограничивается с медиальной стороны трахеей и пищеводом, сзади -предпозвоночной фасцией, спереди и латерально - m.sternocleidomastoideus. По передней поверхности ОСА поверх ее адвентиции идет в косом направлении нижняя ветвь шейной петли (radix inferior ansae cervicalis), образованной передними ветвями I-III шейных нервов. Radix inferior соединяется с radix superior, отходящим от подъязычного нерва, и образует ansae cervicalis.
В области дистальной трети ОСА пересекают v.facialis и v.thyreoidea superior, в ряде случаев проходящие единым стволом. ОСА на уровне верхнего края щитовидного хряща делится на внутреннюю и наружную сонные артерии. При этом ВСА первоначально имеет латеральное направление. В области бифуркации, на заднемедиальной поверхности, ближе к устью ВСА располагается рефлексогенная зона, имеющая название «каротидное тельце». Внутренняя сонная артерия имеет два основных отдела - внечерепной (экстракраниальный) и внутричерепной (интракраниальный). ВСА, отделившись от НСА, вначале расположена латерально, затем, обходя НСА сзади, практически вертикально поднимается до основания черепа. Перед входом в сонный канал она делает изгиб к средней линии. Из особенностей анатомии ВСА следует отметить следующее: к переднебоковой поверхности зоны бифуркации ОСА или устья ВСА прилежит п. Hypoglossus, проходящий в передиекосом направлении. Дистальная часть ВСА спереди прикрыта нижней челюстью, сверху находится череп, сзади прилежит позвоночник и гладкие мышцы спины, а также затылочная часть черепа. С латеральной стороны имеется узкая щель, между сосцевидным отростком височной кости и нижней челюстью. В этом пространстве ВСА прикрывают околоушная железа, шиловидный отросток, лицевой, языкоглоточный, подъязычный нервы, глоточное нервное сплетение, а также ряд глоточных мышц.
Наружная сонная артерия, отделившись от внутренней, сначала идет медиальнее ее, а затем занимает латеральное положение. Отмечается два типа строения НСА в зависимости от уровня деления на ветви - стволовой и рассыпной. НСА может делиться в интервале 0 - 5 см от устья. По своим топографическим особенностям ветви наружной сонной артерии объединены в 4 группы: передняя группа - верхняя щитовидная артерия, язычная артерия, лицевая артерия. Задняя группа - грудино-ключично-сосковая ветвь, затылочная артерия и задняя ушная артерия. Медиальная группа - восходящая глоточная артерия и ее ветви. Концевые ветви - челюстная артерия, поверхностная височная артерия.
Для построения трехмерной модели бифуркации ОСА нами исследованы ее геометрические параметры.
Первым этапом данного исследования стала оценка нормальности распределения анализируемых признаков по группам. Для оценки нормальности распределения признаков мы использовали критерий Шапиро-Уилка, поскольку средние значения и средние квадратичные отклонения признаков вычисляли по выборке.
Исследование упруго-деформативных свойств сосудов бассейна общей сонной артерии
Нами было изучено 120 срезов на уровне ОСА (Рис. 4, уровень №1). В ходе исследования было установлено, что на уровне изучаемой зоны толщина интимы варьировала от 3 до 1160 мкм, составляя в среднем 261,6 мкм. Толщина медии также колебалась в большом диапазоне - от 400 до 2360 мкм. Средняя толщина медии ОСА составила 1198,4 мкм. Сравнение толщины слоев сосудистой стенки у хмужчин и женщин не проводилось в связи с неравномерностью данных групп (53 - мужчины и 7 женщин). При сравнении толщины оболочек ОСА справа и слева мы не получили статистически достоверных отличий, что подтверждает данные полученные нами при макроскопическом исследовании, описанном в главе I. Следует отметить, что "наибольшие значения толщины как сосудистой стенки в целом, так и отдельных ее слоев мы наблюдали в местах образования атеросклеротических бляшек, которые встречались на изученном материале в 92,6% случаев. При этом частота образования, а также форма бляшек (бляшки, выступающие в просвет сосуда или погружающиеся в его стенку) на разных уровнях была не одинаковой (Табл.19). Так, на уровне основного ствола ОСА крупные, выступающие в просвет сосуда бляшки встречались относительно редко (24,2% случаев). Это может быть связано с отсутствием на данном участке артериального русла значительных нарушений ламинарного потока крови. Бляшки, располагавшиеся на уровне №1, ни в одном из случаев не были изолированными, то есть они являлись продолжением бляшек каротидного синуса (Рис.4, уровень №2). Степень влияния бляшек уровня №1 на просвет сосуда была меньше, чем на остальных уровнях. Мы измеряли выступание бляшки от уровня внутренней эластической мембраны. Применение различных методов окрасок позволило выявить следующие особенности ОСА на участке до бифуркации. При окраске пикрофуксиновой смесью по Ван-Гизон в 75,8% случаев мы определили преобладание коллагеновых волокон, имеющих красный цвет над мышечными (Рис.9), окрашивающихся в желто-зеленый цвет. В 1,7% случаев мы встретили обратное соотношение. В 22,5% случаев наблюдали приблизительно равное соотношение мышечных и коллагеновых волокон. При окраске резорцин-фуксином по Вейгерту в одном случае было выявлено нарушение структуры эластических волокон1. Отмечалось истончение эластических волокон, изменение их направления и толщины (Рис. 10а). В остальных случаях эластический слой был сохранен и представлен извитыми волокнами толщиной от 4 до 16 мкм. Волокна были упорядочены, то есть имели циркулярное направление и переплетались между собой. На рисунке 106 представлена типичная картина стенки не пораженной сонной артерии. Эластические мембраны практически везде сохранены, однако внутренняя эластическая мембрана более выражена, чем наружная. При окраске ОКГ, выявляемой признаки дезорганизации соединительной ткани, нами не выявлено закономерностей в степени выраженности данного процесса в области атеросклеротических бляшек и вне их. Мы наблюдали варианты от равномерного сине-голубого окрашивания по всем полям зрения, до пестрой сине-красной картины (Рис.11). составляя в среднем 302,4 мкм. Толщина медии изменялась в диапазоне - от 360 до 2560 мкм. Средняя толщина медии ОСА составила 848 мкм. Известно, что атеросклероз - это заболевание, имеющее постоянное волнообразное течение, поэтому у одного человека в стенке одного сосуда можно обнаружить атеросклеротические бляшки на различных стадиях образования. Мы, более чем в половине случаев (52,5%) констатировали одновременное наличие двух бляшек, отличающихся по своему морфологическому строению. Наиболее часто обнаруживалось сочетание атероматозной и фиброзной бляшек, причем первая чаще выступала в просвет сосуда, а вторая была погруженной в стенку сосуда и не оказывала заметного влияния на внутренний диаметр ОСА. Таким образом, при описании каждого препарата мы обращали внимание на наличие атеросклеротического поражения, оценивали его стадию, количество, локализацию бляшек и их соотношение на каждом уровне. В таблице 20 представлено распределение атеросклеротических поражений в зависимости от характера бляшки.
Исследование упруго-деформативных свойств материалов сосудистых заплат
В процессе эксперимента были исследовано 6 типов заплат (табл. 18). Заплаты 1-5 относятся к синтетическому материалу, а заплата 6 - к биологическому. Растяжение проводилось для образцов шириной 10 мм. При измерении массы заплат были использованы весы BJIP-200g-M, 2 класс точности с измерением до 10"2 мг. Заплаты 1-4 внешне имеют однородную структуру, тогда как заплата 5 -волокнистую с явно выраженным направлением волокна. На рисунке 81 представлены зависимости растяжения заплаты, %, от приложенной нагрузки, Н. Все синтетические заплаты (ПТФЭ, дакроновая заплата) растягивались в двух направлениях. При этом для заплаты из ПТФЭ, №1 наблюдались различия в 1,5 раза между двумя направлениями, для заплаты №2 - в 1,1 раз, для заплаты №3 - в 1,2 раза, а для заплаты №4 - практически не различаются. Наиболее близка диаграмма растяжения к растяжению сонной артерии для заплаты №6, а также для заплаты №5 при растяжении вдоль волокон (рис. 8). Исследование УПДС материалов использующихся в качестве заплат при каротиднои эндартерэктомии, показало не только значительные различия этих материалов между собой, но и неодинаковые свойства каждого из исследованных типов в зависимости от точки приложения нагрузки. Таким образом, даже заплата из ПТФЭ, не имеющая визуально различимой ориентации волокон, в одном случае может стать причиной нарушения гемодинамики, а в другом, при прочих равных условиях, будет способствовать выздоровлению пациента. Все измеренные параметры материалов заплат были собраны в компьютерную базу данных.
Патоморфология зоны бифуркации общей сонной артерии
Нами было изучено 120 срезов на уровне ОСА (Рис. 4, уровень №1). В ходе исследования было установлено, что на уровне изучаемой зоны толщина интимы варьировала от 3 до 1160 мкм, составляя в среднем 261,6 мкм. Толщина медии также колебалась в большом диапазоне - от 400 до 2360 мкм. Средняя толщина медии ОСА составила 1198,4 мкм. Сравнение толщины слоев сосудистой стенки у хмужчин и женщин не проводилось в связи с неравномерностью данных групп (53 - мужчины и 7 женщин). При сравнении толщины оболочек ОСА справа и слева мы не получили статистически достоверных отличий, что подтверждает данные полученные нами при макроскопическом исследовании, описанном в главе I. Следует отметить, что "наибольшие значения толщины как сосудистой стенки в целом, так и отдельных ее слоев мы наблюдали в местах образования атеросклеротических бляшек, которые встречались на изученном материале в 92,6% случаев. При этом частота образования, а также форма бляшек (бляшки, выступающие в просвет сосуда или погружающиеся в его стенку) на разных уровнях была не одинаковой (Табл.19). Так, на уровне основного ствола ОСА крупные, выступающие в просвет сосуда бляшки встречались относительно редко (24,2% случаев). Это может быть связано с отсутствием на данном участке артериального русла значительных нарушений ламинарного потока крови. Бляшки, располагавшиеся на уровне №1, ни в одном из случаев не были изолированными, то есть они являлись продолжением бляшек каротидного синуса (Рис.4, уровень №2). Степень влияния бляшек уровня №1 на просвет сосуда была меньше, чем на остальных уровнях. Мы измеряли выступание бляшки от уровня внутренней эластической мембраны. Применение различных методов окрасок позволило выявить следующие особенности ОСА на участке до бифуркации. При окраске пикрофуксиновой смесью по Ван-Гизон в 75,8% случаев мы определили преобладание коллагеновых волокон, имеющих красный цвет над мышечными (Рис.9), окрашивающихся в желто-зеленый цвет. В 1,7% случаев мы встретили обратное соотношение. В 22,5% случаев наблюдали приблизительно равное соотношение мышечных и коллагеновых волокон. При окраске резорцин-фуксином по Вейгерту в одном случае было выявлено нарушение структуры эластических волокон1. Отмечалось истончение эластических волокон, изменение их направления и толщины (Рис. 10а). В остальных случаях эластический слой был сохранен и представлен извитыми волокнами толщиной от 4 до 16 мкм. Волокна были упорядочены, то есть имели циркулярное направление и переплетались между собой. На рисунке 106 представлена типичная картина стенки не пораженной сонной артерии. Эластические мембраны практически везде сохранены, однако внутренняя эластическая мембрана более выражена, чем наружная. При окраске ОКГ, выявляемой признаки дезорганизации соединительной ткани, нами не выявлено закономерностей в степени выраженности данного процесса в области атеросклеротических бляшек и вне их. Мы наблюдали варианты от равномерного сине-голубого окрашивания по всем полям зрения, до пестрой сине-красной картины (Рис.11). составляя в среднем 302,4 мкм. Толщина медии изменялась в диапазоне - от 360 до 2560 мкм. Средняя толщина медии ОСА составила 848 мкм. Известно, что атеросклероз - это заболевание, имеющее постоянное волнообразное течение, поэтому у одного человека в стенке одного сосуда можно обнаружить атеросклеротические бляшки на различных стадиях образования. Мы, более чем в половине случаев (52,5%) констатировали одновременное наличие двух бляшек, отличающихся по своему морфологическому строению. Наиболее часто обнаруживалось сочетание атероматозной и фиброзной бляшек, причем первая чаще выступала в просвет сосуда, а вторая была погруженной в стенку сосуда и не оказывала заметного влияния на внутренний диаметр ОСА. Таким образом, при описании каждого препарата мы обращали внимание на наличие атеросклеротического поражения, оценивали его стадию, количество, локализацию бляшек и их соотношение на каждом уровне. В таблице 20 представлено распределение атеросклеротических поражений в зависимости от характера бляшки.
