Автореферат и диссертация по медицине (14.00.28) на тему:Биофизические принципы функционирования артериовенозных мальформаций головного мозга

На правах рукописи

Чу

р

< ТАЛАНОВ Андреи Борисович

БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АРТЕРИОВЕНОЗНМХ МАЛЬФОРМ . АЦИЙ

ГОЛОВНОГО МОЗГА

14.00.28 - нейрохирургия 03.00.02 - биофизика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание у ченой степени доктора медицинских наук

003480950

Москва - 2009

003480950

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко РАМН.

Научные консультанты:

доктор медицинских наук,

профессор Элиава Шалва Шалвович

доктор физико-математических наук,

профессор

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор

доктор медицинских наук, профессор

доктор медицинских наук Ведущая организация -

Ризниченко Галина Юрьевна

Маевский Евгений Ильич Лазарев Валерий Александрович Метелкина Людмила Петровна

Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт им. проф. А.Л. Поленова Минздравсоцразвития РФ.

Защита диссертации состоится «_»_2009 г. в 13.00 часов

на заседании диссертационного совета № Д 001.025.01 при Научно-исследовательском институте нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко РАМН (125047, Москва, ул. 4-я Тверская-Ямская, д. 16, тел. 8(495)251-35-42, http://nsi.ru, e-mail: AKonovalov@nsi.ru).

■ С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Научно-исследовательского института нейрохирургии им. акад. H.H. Бурденко РАМН (Москва, ул. 4-я 'Гверская-Ямская, д. 16).

Автореферат разослан «___»_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор медицинских наук ~

профессор Лошаков В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования

Артериовенозные мальформации (АВМ) головного мозга являются одной из основных причин внутричерепных кровоизлияний, что определяет социальное и медицинское значение этого заболевания. Внимание к АВМ обусловлено также их связью с рядом фундаментальных проблем формирования и функционирования сосудистой системы.

За последние несколько десятилетий взгляды на мальформации головного мозга сильно изменились. Точка зрения, утверждающая безусловно врожденный характер заболевания, подвергается пересмотру. Появились многочисленные факты, указывающие на возможность появления АВМ в постэмбриональном периоде, а также свидетельства значительного изменения свойств мальформации с течением времени.

В результате эволюции АВМ происходят существенные изменения риска кровоизлияния. Риск кровоизлияния из бессимптомной мальформации составляет менее 1 % в год (Stapf С., 2008), риск рецидива достигает 6-33 % в течение ближайшего года после кровоизлияния, затем происходит его постепенное снижение; мальформации, впервые про- ; явившиеся негеморрагическими симптомами, имеют риск кровоизлияния - 2 - 3% в год (Forster D.M. et al., 1972; Graf C.G. et al., 1983; Fults D., Kelly D.L., 1984; Brown R.D. et al., 1988; Mast H. et al., 1997; Ondra S.L. et al., 1990; Yamada S. et al., 2007). Попытки определить связь между анатомо-функциональными характеристиками АВМ и риском кровоизлияния дают противоречивые результаты, причины изменений риска кровоизлияния остаются непонятными.

Современная медицина располагает несколькими методами лечения АВМ головного мозга: хирургическим, эндоваскулярным и радиохирургическим. Точное сопоставление угрозы здоровью и жизни при естественном течении мальформации с опасностью осложнений, которые могут возникнуть при проведении лечебных мероприятий, является необходимым условием успешного лечения. Реализация такого подхода требует ясного понимания не только закономерностей естественного течения, но также - закономерностей течения заболевания во время и после лечебного воздействия.

Представления о патогенезе осложнений, связанных с лечением АВМ головного мозга, заметно различаются. Эффективность предложенных ранее способов прогнозирования и предупреждения осложнений признается не всеми исследователями. Неопределенность риска кровоизлияния и отсутствие надежных критериев определения риска осложнений существенно затрудняют принятие тактических решений. Оказание помощи при некоторых видах АВМ остается серьезной проблемой (Heros R.C. et al., 1990; Nussbaum E.S. et al., 1995; Han P.P. et al, 2003).

Главной причиной смертности и инвалидизации при церебральных АВМ являются впервые возникшие кровоизлияния. До эпизода геморрагии мальформация, как правило, ничем себя не проявляет. В этой связи наиболее серьезные успехи в решении проблемы кровоизлияний ожидаются в направлении превентивного лечения бессимптомных АВМ. Решение этой задачи требует детального изучения закономерностей не только клинического, но и доклинического течения болезни.

Перечисленные обстоятельства указывают на необходимость изучения закономерностей функционирования АВМ, которые определяют как естественное течение болезни, так и возникновение осложнений, связанных с проведением лечебных мероприятий.

Патофизиологическую сущность АВМ составляет шунтирование -прямой сброс крови из артерий в вены. Являясь биофизическим процессом, который подчинен точным математическими соотношениями, шунтирование дает уникальную возможность использовать для изучения мальформации методы теоретического исследования. В условиях, когда нет достоверных данных о сроках инициирования мальформации и когда из-за опасности кровоизлияния резко ограничены возможности клинического наблюдения, теоретический анализ должен рассматриваться как полноправный способ изучения заболевания.

Цель исследования

Основываясь на биофизических принципах функционирования сосудистой системы, определить закономерности функционирования и клинического течения артериовенозных мальформаций головного мозга.

Задачи исследования

1. Провести теоретическое изучение изменений системной и локальной гемодинамики, вызванных артериовенозной мальформацией головного мозга.

2. Исследовать возрастную динамику системного и церебрального артериального давления - основного гемодинамического параметра, определяющего течение мальформации.

3. Изучить клинические особенности артериовенозной мальформации в зависимости от возраста больных, ее функционально-анатомических и структурных характеристик.

4. Оценить влияние гемодинамических осложнений на результаты лечения артериовенозных мальформаций головного мозга.

5. Исходя из закономерностей функционирования мальформаций, разработать подход к прогнозированию и предупреждению наиболее тяжелых форм гемодинамических осложнений.

Научная новизна исследования

Разработана концепция фазовых изменений гемодинамики, которая объясняет разнонаправленные изменения свойств мальформаций, а также помогает раскрыть закономерности возникновения тяжелых осложнений, связанных с их лечением. Согласно выдвинутой концепции, при возникновении и дальнейшем усилении артериовенозного шунтирования давление в сосудах мальформации первоначально растет, достигает максимума и затем постепенно снижается. Вместе с давлением фазовые изменения претерпевают другие параметры системной и локальной гемодинамики, а также клинические характеристики мальформации, включая риск кровоизлияния.

Впервые в клинической практике проведено сравнительное изучение возрастных особенностей артериального давления у больных с арте-риовенозными мальформациями головного мозга и у больных с нормальным циркуляторным состоянием. Установлено, что функционирование мальформации может сопровождаться ростом церебрального и системного артериального давления. Подъем давления зафиксирован у детей с мальформациями. Повышение давления отмечено также в афферентных артериях мальформаций малого размера. Обнаруженные факты подтверждают концепцию фазовых изменений гемодинамики.

Установлено, что изменения церебрального венозного давления инициируют механизмы, приводящие к сонаправяенным изменениям артериального давления как на системном, так и на локальном уровне. В нормальном состоянии эти механизмы обеспечивают поддержание стабильных градиентов перфузионного давления. У больных с мальформациями их действие способствует появлению положительной обратной связи между церебральным венозным и артериальным давлением, что создает условия для фазовых гемодинамических сдвигов.

Получены экспериментальные данные, подтверждающие значение венозной гипертонии в патогенезе артериовенозных мальформаций. Дано объяснение стабильному состоянию сосудистого русла, подчиняющегося принципу постоянного напряжения сдвига; и нестабильности сосудов при увеличении их калибра. Установлено, что наряду с венозной гипертонией существенную роль в инициировании мальформации могут играть изменения артериального давления, утрата контроля за тонусом сосудов микроциркуляторного русла и изменения реологических свойств крови.

В единой системе анатомо-функциональных и структурных характеристик показаны и объяснены возрастные различия мальформаций, выделены признаки, позволяющие оценивать риск первичных и рецидивных кровоизлияний.

Идентифицированы и теоретически обоснованы прямая и обратная связь между размером мальформации и риском кровоизлияния. Уста-

новлено, что наименьший размер имеют бессимптомные мальформации, далее по мере увеличения размера следуют артериовенозные мальформации, проявившиеся одиночными кровоизлияниями, мальформации с рецидивами кровоизлияний и мальформации с негеморрагическими симптомами.

Представлены систематизированные данные о влиянии гемодина-мических осложнений на исходы лечения артериовенозных мальформа-ций. Показана ведущая роль гемодинамических расстройств в общей структуре осложнений.

Основываясь на изучении биофизических закономерностей движения крови и соответствующих изменений напряжений в стенках сосудов, питающих мальформацию, выделены признаки, характеризующие риск возникновения тяжелых гемодинамических осложнений. Показано, что такой критерий, как сумма радиусов афферентных артерий артериове-нозной мальформации, наилучшим образом отражает степень риска гемодинамических расстройств типа синдрома прорыва.

Практическая значимость

Результаты работы дают возможность оценивать динамику риска кровоизлияния из артериовенозной мальформации, что необходимо для выбора адекватной лечебной стратегии. Учет выделенных в ходе исследования критериев риска гемодинамических осложнений позволяет прогнозировать и предупреждать их возникновение, способствуя тем самым улучшению результатов лечения.

Анализ свойств бессимптомных мальформаций показал возможность проведения в отношении большинства из них радикального превентивного лечения. Данный факт имеет принципиальное значение для планирования лечебных мероприятий, направленных на борьбу со спонтанными внутричерепными кровоизлияниями.

Непосредственный клинический эффект дает учет обозначенных в данном исследовании признаков, характеризующих риск первичных и рецидивных кровоизлияний.

Результаты исследований применяются в клинической практике ГУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко» РАМН, Региональном сосудистом центре ОГУЗ «Ивановская областная клиническая больница», МУЗ «Клиника Ивановской государственной медицинской академии». Материалы диссертации используются в лекционных курсах и на практических занятиях на кафедрах нейрохирургии ГОУ ДПО «Российская медицинская академия последипломного образования Росздра-ва», неврологии и нейрохирургии ГОУ ВПО «Ивановская государственная медицинская академия Росздрава».

Положения, выносимые на защиту

1. У больных с артериовенозными мальформациями церебральная и системная гемодинамика испытывают последовательные фазовые изменения. По мере усиления артериовенозного шунтирования давление в сосудах мальформации сначала растет, а затем, после достижения максимума, постепенно снижается. Вместе с гемодинамиче-скими сдвигами фазовые изменения претерпевает клиническая картина заболевания.

2. Гемодинамические расстройства являются основной причиной осложнений, возникающих при проведении плановых лечебных мероприятий по поводу мальформаций головного мозга, включая случаи неблагоприятных исходов.

3. Риск возникновения осложнений гемодинамического типа может быть характеризован биофизическими параметрами мальформации. Критерием риска наиболее тяжелых форм послеоперационных гемо-динамических осложнений, при прочих равных условиях, является сумма радиусов афферентных артерий, пропорциональная напряжениям, возникающим в стенках питающих сосудов.

Апробация работы

Апробация диссертации состоялась 22 мая 2009 г. на заседании проблемной комиссии «Нейрохирургическое лечение сосудистой патологии головного мозга» ГУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко» РАМН.

Основные материалы диссертации доложены на I Съезде нейрохирургов России (Екатеринбург, 1995), VII Конгрессе Балтийской нейрохирургической ассоциации (Вильнюс, 1997), XI Европейском конгрессе по нейрохирургии (Копенгаген, 1999), XII Мировом конгрессе по нейрохирургии (Сидней, 2001), III Съезде нейрохирургов России (Санкт-Петербург, 2002), XIV Мировом конгрессе по нейрохирургии (Бостон, 2009), итоговых научных конференциях НИИ нейрохирургии им. акад. H.H. Бурденко (1998, 2000, 2003).

По материалам исследования опубликовано 15 научных работ, включая рецензированную монографию, два изобретения и 4 статьи в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации для публикации основных научных результатов докторских диссертаций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, иллюстрирована 15 рисунками и 17 таблицами.

Библиографический список включает 197 работ, из них 18 - отечественных и 179 - зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования

Основу теоретического анализа составили физические и биофизические закономерности: соотношение Пуазейля - Гагена, принцип минимальных энергетических потерь (Murray C.D., 1926), принцип ауторе-гуляции мозгового кровотока. Для оценки реологических эффектов, связанных с появлением артериовенозного шунта, использована двухфазная модель кровотока, построенная на основе уравнения Навье - Стокса. При изучении механизмов гемодинамических осложнений применена формула Лапласа, позволяющая оценивать изменения напряжений в сосудистой стенке.

Особенности гемодинамических изменений, установленные в ходе теоретического исследования, свидетельствовали о существенном влиянии на системное и мозговое кровообращение механизмов, возбуждаемых изменениями церебрального венозного давления. Справедливость этого предположения проверена экспериментальным путем.

Клинический материал был образован несколькими группами больных. Основную группу составили 273 больных с АВМ головного мозга (табл. 1). Группа была сформирована проспективно из больных, поступавших в хирургические отделения НИИ нейрохирургии в период с января 1996 г. по сентябрь 2002 г. В этой группе изучены анатомо-функциональные, возрастные и структурные особенности АВМ, проведен анализ результатов лечения. Часть больных этой же группы последовательно отбирались для изучения возрастных особенностей церебрального и системного артериального давления.

Интраоперационные измерения церебрального и системного артериального давления проведены у 27 больных, оперированных по поводу АВМ больших полушарий. В большинстве случаев давление измерялось дважды - до и после удаления мальформации. Контрольную группу составили 17 больных с другими, главным образом, опухолевыми заболеваниями, которые были оперированы в НИИ нейрохирургии в тот же период времени. Отбор больных в обеих группах проводился с учетом ряда жестких критериев, что было необходимо для устранения погрешностей измерений, а также исключения влияния на результат исследования сопутствующих заболеваний и патологических состояний.

Изучение вопросов патогенеза, клиники и прогноза гемодинамических осложнений проведено в крупной ретроспективной серии из 486 больных, оперированных в НИИ нейрохирургии в период с января 1980 г. по сентябрь 2002 г. Для оценки значимости признаков АВМ, характеризующих риск гемодинамических осложнений, использована кон-

трольная группа, которую составили 20 больных с благоприятным течением операции и послеоперационного периода.

Более подробные сведения о больных, способах лечения и методах исследования приведены в соответствующих разделах работы, что сделано для сохранения их логической структуры и лучшего восприятия материала.

Таблица 1

Общая характеристика 273 больных

_с 280 АВМ головного мозга3

Демографические данные

Средний возраст Мужчины / Женщины Дети / Взрослые Клинические проявления Кровоизлияния из АВМ

Однократные Рецидивирующие

Эпилепсия

Неврологический дефицит Головная боль

Кровоизлияния из сочетанной аневризмы АВМ, проявившиеся клинически Супратенториальные

Полушарные Глубинные

Кровоснабжаемые только «длинными» артериямиь Кровоснабжаемые «короткими» арте-

риями0 115

Субтенториальные 24

Мозжечка 17

Ствола 7

Тип АВМ

Плексиформные 261

Фистульные 9

Бессимптомные АВМ 10

Множественная и сочетаиная патология N (М/Ж)

Множественные АВМ б (5/1)

Сочетание АВМ с аневризмой 14(10/4)

___Сочетание АВМ с ПТА*1_1 (1/0)

а С учетом множественных АВМ.

ь «Длинные» артерии - артерии конвекситальных и медиальных отделов полушарий. '«Короткие» артерии - перфорирующие, ворсинчатые, базальные и инсулярные. 11ПТА - персистируюшая тригеминапьная артерия.

23,9 ± 13,3

165/108

85/188

231

165 66

30 6

3

4

270 246

184 62

131

Фазовые изменения гемодинамики при артериовенозных мальформациях головного мозга

Как правило, при изучении гемодинамики АВМ используется принцип Пуазейля - Гагена и гидродинамические эквиваленты законов Ома. Предполагается, что артериовенозный шунт вызывает снижение давления в афферентных артериях и повышение давления в дренирующих венах. Закономерным следствием шунтирования считаются обкрадывание мозгового кровотока и снижение регуляторных способностей резистив-ных сосудов мозга.

Несмотря на очевидные причинно-следственные связи, концепция гипотонии с расстройствами ауторегуляции не всегда находит клинические подтверждения. У значительного числа больных с АВМ ауторегу-ляторные механизмы остаются сохранными. Более того, сосудистая система мозга с артериовенозным шунтом может проявлять гиперактивность в ответ на фармакологические стимулы, что трудно объяснить исходя из концепции гипотонического состояния. Согласно результатам ряда исследований, существует возможность «обкрадывания» кровотока из самой АВМ в направлении функционально активных областей мозга.

Хорошо известно, что АВМ с высоким уровнем давления в афферентных артериях имеют более высокий риск кровоизлияния, при этом, как правило, сообщается о негативной зависимости уровня давления от размера АВМ. В этой связи кажутся парадоксом данные о том, что невысокий риск кровоизлияний имеют как большие, так и малые мальформа-ции (Karlsson В. et al., 1997).

Из многочисленных наблюдений следует, что анатомические, гемо-динамические и клинические свойства АВМ могут со временем меняться. Существенную роль при этом играют возрастные изменения сердечно-сосудистой системы, а также обратные влияния фистулы на системную гемодинамику.

Перечисленные факты свидетельствуют о том, что артериальное давление и другие гемодинамические параметры у больных с АВМ могут варьировать в широких пределах, а риск кровоизлияния - испытывать циклические изменения.

Несоответствие между теоретическими представлениями о функционировании АВМ и клиническими данными может быть устранено, если допустить, что гемодинамические характеристики АВМ, а вместе с ними и риск кровоизлияния, претерпевают последовательные фазовые изменения. Данный вопрос имеет принципиальное клиническое значение, поскольку именно риск кровоизлияния определяет стратегию лечения АВМ.

Приведенные ниже теоретические выкладки содержат сведения о том, как функционирует АВМ головного мозга, если за основу приняты не только гидродинамические, но также биофизические принципы. Для

того нтобы сохранить целостное представление о предмете исследования и передать клиническое значение изучаемых вопросов, материал представлен достаточно подробно.

Рассмотрим небольшой участок сосудистой сети. Один из ее сегментов примем за афферентную артерию. Будем считать, что кровоток в афферентной артерии имеет постоянное напряжение сдвига. Отметим, что эта особенность соответствует реальным условиям функционирования сосудистой системы.

Напряжение сдвига представляет собой удельную силу трения, с которой движущаяся кровь действует на эндотелий сосудов. Величина напряжения сдвига -г определяется произведением вязкости крови г\ на производную скорости течения о вдоль перпендикулярного к потоку направления х:

_ с1и с1х

Для сосуда цилиндрической формы справедливо равенство:

Д Р лг 2 = 2 тех к ,

где г и / - радиус и длина сосудистого сегмента, АР - градиент давления, приложенный к его концам. Левая часть равенства представляет собой силу, которая обеспечивает течение жидкости, правая - силу сопротивления, которая возникает в результате вязкого трения. Из формулы следует:

А Рг

т =-•

21

Приняв условие прилипания (условие равенства нулю скорости на стенках сосуда) и выполнив интегрирование скорости по площади поперечного сечения потока, получаем закон Пуазейля - Гагена:

8 т}1

где Q - объемная скорость кровотока. Выражая Q через г, имеем также:

4т/

Несложно показать, что сосудистая система, адаптированная к единой величине напряжения сдвига, функционирует в условиях минимальных энергетических затрат и имеет минимально возможный для данных гемодинамических условий объем. Выполнение этого принципа означает также, что сосуды совершают деление пропорционально кубам их радиусов.

Преобразуем изучаемую сеть в соответствии с правилом Тевенина. Согласно этому правилу, любая электрическая или гидродинамическая

цепь может быть сведена к двум элементам - источнику давления и источнику сопротивления. Применим к этой цепи закон Ома:

где Rf - сопротивление афферентной артерии, Rn- сопротивление окружающей сосудистой сети, 0 и А?- объемная скорость кровотока и падение давления в этой сосудистой области. Для простоты будем сначала считать системное давление постоянной величиной.

Благодаря действию ауторегуляции кровоток в мозговой ткани поддерживается на постоянном уровне. В условиях постоянного кровотока и

стабильного питающего давления сопротивление сосудистой сети Rn может считаться постоянной величиной.

Используя формулы объемного кровотока q _ ГЯ7"3 и сопротивле-

~ Ar]

ния сегмента артерии д> f = -8.7? L, получим:

л г 4

гяг3 Irl

Р = Р—R

Ат] г

где Рс - интересующее нас церебральное давление, Рг - системное артериальное давление, г и /- радиус и длина афферентной артерии, г и т] - напряжение сдвига и вязкость крови соответственно.

Дифференцируя последнее выражение по г и исследуя на экстремумы, находим, что церебральное давление имеет максимум. Соответствующие значения гтах и Рс равны

шах

Г

Г =4

max -

8 jjl п [silnRf

IJUL. р =Р_Т4

\ЗлКп ' 5 i 21 rj '

Итак, зависимость давления от калибра артерии представляет собой бгшодапьную функцию, имеющую максимум. Поскольку риск кровоизлияния из АВМ, а также риск возникновения симптомов ишемии мозговой ткани пропорциональны уровню внутрисосудистого давления, фазовые изменения давления одновременно указывают на возможность фазовых изменений клинической картины заболевания.

Для АВМ с несколькими афферентными артериями формулы примут

вид:

P-P-R ПТШ3 2X1 ■

1 с 1 s JV« . '

4 т] г

max p mRn ' ' 1

512 roiRJ

3

'n

max

1 27 rj

где n - число афферентных артерий. Отсюда следует, что с увеличением числа афферентных артерий АВМ (и соответственно ее размера) максимальное значение давления достигается при меньших значениях радиусов артерий. Само значение максимума давления при множественном кровоснабжении должно быть меньше. Делая циклические подстановки, получаем:

Скорость изменения калибра сосудов, кровосиабжающих АВМ, может быть характеризована некоторой средней величиной. Основанием для этого суждения являются закономерности адаптации сосудистой системы к напряжению сдвига.

Как уже было отмечено, для любого сосуда справедливо равенство F = 2яФ, где переменными величинами являются сила F , создаваемая градиентом давления, радиус сосуда г и его длина /. Если рост тела прекратился, длину можно считать постоянной величиной.

Считать длину постоянной можно с известной долей условности. Даже после завершения процессов роста организма она может увеличиваться из-за усиления извитости сосудов. Очевидно, изменение длины кровеносного русла, а также любые другие изменения сердечнососудистой системы, связанные с индивидуальными особенностями развития и старения, могут оказывать существенное влияние на скорость изменений характеристик АВМ.

Суть процесса адаптации к напряжению сдвига состоит в поддержании сосудистым руслом такой анатомической формы, при которой уровень удельной силы трения, действующей на внутреннюю поверхность сосудов, остается постоянной величиной. Источниками внешних силовых воздействий, способных стимулировать изменение калибра отдельно взятого сосуда, могут быть изменения формы других сосудов и/или изменения системного давления. Уровень последнего определяется перфузионным давлением в области мозговых регуляторных центров, которое в свою очередь также зависит от анатомических особенностей сосудистого русла (см. также раздел о взаимодействии гемодинамиче-ских реакций). Это значит, что адаптация к напряжению сдвига является единым биологическим процессом, в основе которого лежат изменения линейных характеристик сосудистого русла. Очевидно, процесс роста (и «обратного роста») тканей, образующих сосудистую стенку, имеет некоторую среднюю скорость. Тогда должна существовать связь между вре-

менем адаптации и степенью изменения калибра сосудов. Следовательно, величину радиуса афферентной артерии можно оценить как произведение средней скорости его изменений v на время t: г = f(t)»vi и

г kv( .С учетом этих соот-

шах rnax J

ношений могут быть преобразованы формулы, имеющие переменную г. В частности, формула церебрального давления примет вид:

2x1 .

Р.

xmR„v3t3

Ar]

vt

Время достижения максимума давления будет определяться выражением

п = з

f

87/

13 mR„

Время

Рис. 1. Схематическая иллюстрация изменений давления в зависимости от времени при различном числе (п) афферентных артерий АВМ

1.5/

Заметим, что понятие скорости применимо не только к естественному течению болезни, но и к изменениям, обусловленным лечебными мероприятиями. Например, определенную среднюю скорость может иметь процесс облитерации сосудов АВМ после лучевого воздействия.

Связь между давлением и временем функционирования АВМ позволяет отметить ряд особенностей ее течения. С увеличением числа афферентных артерий АВМ (и ее размера) сокращается период времени, в течение которого давление достигает максимума, при этом величина самого максимума уменьшается (рис. 1). Высокое сопротивление сосудистой сети, окружающей АВМ, также уменьшает период достиже-

Время

Рис. 2. Схематическая иллюстрация изменений давления в зависимости от времени при различной длине (Г) афферентных артерий АВМ

ния максимального давления и его абсолютную величину. При большой длине афферентных артерий время достижения максимума увеличивается, а степень подъема давления уменьшается (рис. 2). Другими словами, наиболее значительный подъем давления следует ожидать при минимальном числе источников кровоснабжения, малом сопротивлении ок-

ружающей сосудистой сети и малой длине афферентных артерий. Наиболее быстро давление должно достигать максимальных значений при множественном кровоснабжении, большом сопротивлении сосудистой сети и малой длине афферентных артерий.

Поскольку клинические проявления АВМ зависят от уровня внут-рисосудистого давления, перечисленные закономерности должны определять динамику течения болезни, и в том числе - возрастные особенности АВМ.

Для АВМ со значительным артериовенозным сбросом необходимо учесть изменения системной гемодинамики.

Действие фистулы на пассивную сосудистую систему легко оценить, используя гидродинамические эквиваленты законов Ома. Шунтирование должно приводить к усилению общего кровотока и пропорциональному снижению системного давления. Здесь также обнаруживается несоответствие клиническим и экспериментальным данным, которые свидетельствуют о том, что изменения системной гемодинамики могут иметь разнонаправленный характер.

Обычно артериовенозное шунтирование приводит к увеличению сердечного выброса и объема циркулирующей крови, при этом системное периферическое сопротивление, как сообщают литературные источники, может уменьшиться, оставаться нормальным и даже повыситься.

Функционирование фистулы может сопровождаться системной артериальной гипертензией. Повышенное давление чаще регистрируется при АВМ, которые проявились кровоизлияниями, реже - при АВМ без кровоизлияний. Среди больных, у которых кровоизлияний не было, гипертония выявляется реже, чем обычно встречается в популяции. Реакция системного давления имеет возрастные особенности, причем повышение давления отмечается в основном у больных молодого возраста.

Появление артериовенозного шунта приводит к изменению общего церебрального сосудистого сопротивления. Поскольку геометрия сосудистой системы мозга и АВМ подчиняется принципу постоянства напряжения сдвига, сопротивление мозга (вместе с АВМ) можно рассматривать как функцию тока через АВМ. Эта зависимость выражается дифференциальным уравнением вида

dQm

где R - сопротивление мозга с АВМ, шунтирующей ток крови Qm, к -

коэффициент пропорциональности. Решение уравнения дает экспоненциальную зависимость

R = R,e-kQ",

где R0 - сосудистое сопротивление мозга без АВМ.

Теперь можно составить уравнение для системного давления:

Ps=QtnlR0e'^ =(Qc+Qm)R0e'^ = (Р0 + О, ,

где Qto! - суммарный кровоток через мозг и ABM, Qc - мозговой кровоток иР0- системное давление при отсутствии АВМ. Перейдя к относитель-

ным величинам,имеем г.

а» а

+i

С учетом выражения для системного давления формула церебрального давления может быть преобразована к виду

Pc-(P0 + QMe-ke"-R

T7ZT

2т1

Рис. 3. Зависимость системного давления (Я) и давления в афферентных, артериях АВМ (Р) от кровотока. Кровоток в афферентной артерии П

Ац г

Если АВМ кровоснабжается круп- равен 1/4 общего кровотока через ными афферентными артериями, по- ЛВМ-в артерии F2~1/2 кровотока следний член равенства можно опустить, а сопротивление сосудистой сети вблизи АВМ считать пропорциональным общему сопротивлению сосудов мозга, тогда

Pc = (Qc + Qm-KQf)Roe-ke">

где Qf - ток через интересующую афферентную артерию, К- коэффициент, зависящий от ее расположения. Переходя к относительному давлению, находим

+ i

Изменения давления в афферентных артериях АВМ показаны на графике (рис. 3).

Клиническое значение, в том числе в связи с влиянием на риск кровоизлияния, может иметь мощность потока крови W = PQ. Выражения мощности для отдельных афферентных артерий и АВМ в целом легко получить из приведенных выше формул давления и кровотока. Очевидно, все эти выражения, как и функции давления, будут иметь свойства бимодальных функций вида W = f(Q) ■

Риск кровоизлияния, определяемый мощностью потока крови, также должен представлять собой бимодальную функцию. В качестве примера приведем наиболее простой случай, когда АВМ имеет одну аффе-

рентную артерию, а связь между риском кровоизлияния и мощностью является прямо пропорциональной. Функция риска кровоизлияния может быть записана в виде

' (1-ОаЛ

1+-

е

а

где к - коэффициент пропорциональности. Если АВМ имеет несколько афферентных артерий, общий риск кровоизлияния может быть определен путем сложения рисков, соответствующих каждому источнику кровоснабжения. Заметим, что интегралы функций риска дают еще одну характеристику АВМ - вероятность кровоизлияния за определенный период.

Закономерности изменений системного давления позволяют оценить динамику общего периферического сопротивления. Представив общий объемный кровоток как сумму системного кровотока Qs и кровотока через АВМ Qm, имеем следующее выражение для общего периферического сопротивления:

а+о,

Поскольку механизмы ауторегуляции действуют во всех органах и тканях, системный кровоток допустимо считать постоянной величиной. Тогда общее периферическое сопротивление можно рассматривать как функцию единственной переменной Qm. Данная функция также является бимодальной, что объясняет как повышенный, так и пониженный уровень общего периферического сопротивления при артериовенозном шунтировании.

Таким образом, концепция фазовых гемодинамических изменений дает теоретическое обоснование ряду особенностей клинического и, что не менее важно, доклинического течения АВМ, а также помогает объяснить многочисленные патофизиологические феномены, о которых шла речь в начале данного раздела.

Вопросы, касающиеся изменений анатомических, гемодинамических и клинических свойств АВМ, приобретают особое значение в связи с возможностью возникновения АВМ в постэмбриональном периоде. Так называемые de novo АВМ начинают эволюционировать в условиях уже сформированных нервной и сердечно-сосудистой систем, поэтому любые изменения их характеристик сразу становятся доступны для клинического наблюдения и лечебного воздействия.

Реологические эффекты артериовенозного шунтирования

Изучение механизмов регулирования кровотока при физиологических и патологических состояниях невозможно без понимания физических закономерностей движения крови.

Точно описать движение такой сложной среды, как кровь, в состав которой входят многочисленные клеточные элементы и высокомолекулярные соединения, практически невозможно. Поэтому при теоретическом изучении кровотока используют ряд допущений и упрощений. Согласно одному из таких допущений, кровь рассматривается как сплошная вязкая среда.

Для решения задач, связанных с движением сплошных вязких сред, используется уравнение Навье - Стокса. Один из вариантов записи этого уравнения имеет вид

т]Уги-Ур = риЧи, где и - скорость, р - давление, ц- вязкость, р - плотность среды. Движение жидкости должно также подчиняться принципу непрерывности Уи = 0 и условию равенства нулю скорости на границе раздела сред. Для стационарного течения по трубе кругового сечения уравнения имеют точное решение, известное как закон Пуазейля - Гагена.

Закон Пуазейля - Гагена выполняется лишь в том случае, если инерционные эффекты, возникающие при движении жидкости, пренебрежимо малы. Такое течение еще называют ламинарным, ползущим или пуазейлевым. При появлении инерционных явлений поток теряет устойчивость и становится турбулентным. Устойчивость ламинарного течения характеризует число Рейнольдса (7?е):

1

Одновременно эта величина отражает соотношение инерционных и вязкостных членов уравнения Навье - Стокса.

Многочисленными экспериментами установлено, что если число Re меньше 400, то течение устойчиво; если превышает 2000 - становится турбулентным. В условиях нормального циркуляторного состояния практически во всех участках сосудистого русла кровоток остается ламинарным.

Гемодинамические сдвиги, связанные с появлением турбулентных течений, отмечаются в основном при АВМ большого размера. Доказано, что для крупных сосудов, питающих АВМ, число Re может существенно превышать порог устойчивости ламинарного течения.

Переход к турбулентному течению характеризуется появлением нелинейных и периодических связей между давлением и кровотоком. Следствием этого являются относительное снижение скорости кровотока в сосудах АВМ, увеличение градиентов давления, а также шумы и виб-

рация. В результате воздействия турбулентного потока на сосудистую стенку могут возникнуть аневризмы, частота которых растет вместе с увеличением размера АВМ.

Гораздо меньше известно о реологических эффектах, которые должны иметь место на начальных этапах функционирования АВМ. С уменьшением калибра сосудов, по мере приближения к капиллярам, происходит падение внутрисосудистого гематокрита и вязкости крови (эффекты Фареуса и Фареуса - Линдквиста соответственно). Поскольку АВМ является дефектом дистальных отделов сосудистого русла, появление шунта должно сопровождаться обратными изменениями вязкости и гематокрита. Однозначно определить, каким образом изменятся гемоди-намические характеристики сосудистого сегмента при увеличении его калибра, достаточно трудно: с одной стороны, рост вязкости крови должен повышать сопротивление, с другой - сопротивление должно падать за счет увеличения радиуса сосуда. Оценка гемодинамического эффекта, обусловленного этими изменениями, необходима для понимания закономерностей течения АВМ.

Многочисленные наблюдения за кровотоком в микроциркулятор-ном русле позволяют рассматривать кровь в дистальных отделах сосудистого дерева как двухфазную среду. Действительно, движение крови в мельчайших сосудах сопровождается ее разделением на две компоненты - жидкую и клеточную. Жидкая компонента представлена плазмой, занимающей периферические отделы сосуда. Клеточная компонента образована форменными элементами крови, главным образом эритроцитами, которые располагаются в центральной части сосуда. Поток имеет устойчивый характер и представляет собой перемещение центрального клеточного массива, окруженного коаксиальной оболочкой из плазмы. Причинами радиальной миграции эритроцитов являются инерционные эффекты, в том числе эффекты, связанные с пульсирующим характером кровотока. Очевидным фактором, способствующим формированию клеточного агрегата, являются силы межклеточного взаимодействия.

С учетом перечисленных особенностей движения крови построена двухкомпоненгная модель кровотока. Уравнение движения жидкой компоненты найдено путем точного решения уравнения Навье - Стокса. Скорость движения клеточной фазы принималась постоянной, равной максимальной скорости течения. Соотношение объемных скоростей движения плазмы и клеточной компоненты определено из соображений максимальной эффективности потока в целом. Опуская выводы, приведем выражения основных гемодинамических параметров

4/3

32/7„,/ „ ^ 3 ктЧ

3KRl 2 rhAPj

Для сравнения, при однофазном потоке с постоянным напряжением сдвига, выражения тех же параметров имеют вид

* < Я' пЖ

где г - сопротивление сосуда, имеющего радиус R и длину /, Q - объемный кровоток, АР - перепад давления на концах сосуда, г\т и цкр - вязкость плазмы и вязкость крови соответственно, г - напряжение сдвига.

Анализ приводит к следующим заключениям:

1) Появление артериовенозного шунта сопровождается повышением давления. Используя приведенные выше формулы, легко показать, что при значениях вязкости крови и вязкости плазмы 4,5 и 1,5 единицы соответственно (взяты нормальные средние величины) сосуд оказывает двухкомпонентному потоку в 1,3 раза большее сопротивление. Из этого следует, что при возникновении шунтирования, главным образом на уровне мелких артерий и артериол, происходит уменьшение градиентов давления. Последнее означает, что вместе с усилением кровотока и увеличением калибра сосудов в фистуле и в близлежащем микрососудистом русле происходит повышение давления.

2) Важной особенностью двухкомпонентного потока является наличие дополнительной силовой составляющей, действующей вдоль продольной оси сосуда. Эта сила может быть важным фактором устойчивости потока, поскольку известно, что сосудистое русло, подчиняющееся только лишь принципу постоянного напряжения сдвига, нестабильно и имеет тенденцию к спонтанному образованию артериовенозных фистул. При усилении тканевого кровотока, а также в условиях низкого перфу-зионного давления, когда разделение крови на ее компоненты (т.н. сепарирование) становится менее выраженным, действие осевой силы ослабевает. Данный фактор может быть одной из причин нестабильности сосудистой сети и появления артериовенозной фистулы.

3) Двухкомпонен гный поток по сравнению с обычным пуазейлевым течением имеет более высокую эффективность.

Взаимодействие гомеостатических реакций

Теоретический анализ гемодинамических сдвигов, вызванных церебральной АВМ, указал на бимодальные изменения артериального давления и других параметров кровообращения. Необходимым условием таких изменений должно быть взаимодействие церебральных и системных гомеостатических реакций, а именно - ауторегуляции мозгового кровотока и адаптации церебральных сосудов к напряжению сдвига с одной стороны и механизмов управления системной гемодинамикой - с другой.

Изменения гемодинамики, как показали теоретические модели, должны происходить в условиях положительной связи между системным и церебральным артериальным давлением. Такую закономерность трудно объяснить исходя из общепринятых концепций регулирования давления, которые, как известно, основаны на принципе отрицательной обратной связи. Именно так функционируют центральные механизмы регулирования давления, а также миогенные и метаболические механизмы управления локальной гемодинамикой. С учетом этих обстоятельств было высказано предположение, что существенную роль в обеспечении перфузионного гомеостаза должны играть реакции, связанные с изменениями церебрального венозного давления.

Задача данного этапа исследования состояла в том, чтобы оценить характер и взаимосвязь гемодинамических реакций, вызываемых изменениями церебрального венозного давления.

В исследовании приняли участие 16 добровольцев из числа здоровых лиц молодого и среднего возраста (8 мужчин и 8 женщин от 18 до 38 лет, в среднем - 27 лет). Изменения церебрального венозного давления были стимулированы путем дозированной компрессии шейных вен. Компрессия осуществлялась с помощью манжеты, соединенной с манометром. Давление в манжете повышалось до 20 мм рт. ст. и удерживалось на этом уровне в течение минуты. Необходимо отметить, что повышение давления, вызванное компрессией шейных вен, находилось в пределах физиологических колебаний церебрального венозного давления. Подобные изменения давления возникают во время обычных физических нагрузок, вовлекающих дыхательные мышцы и мышцы брюшного пресса. Клинические эксперименты, проведенные другими исследователями, свидетельствуют об удовлетворительной переносимости повышения венозного давления вплоть до 40 мм рт. ст.

Системная реакция на изменения церебрального венозного давления отслеживалась путем повторных измерений давления в плечевой артерии и частоты сердечных сокращений.

Локальная гемодинамическая реакция изучались путем регистрации изменений калибра сосудов микроциркуляторного русла конъюнктивы. Для этих целей использована щелевая лампа Carl Zeiss LSL 532 s (Германия), снабженная CCD-видеокамерой MSV 800 (Израиль). Размер поля обзора составил 1040 х 780 мкм, увеличение системы - около 60. Освещение производилось галогеновой лампой с голубым светофильтром.

Изучение реакций сосудистого русла произведено у 12 добровольцев из 16 (в 4 случаях исследование провести не удалось из-за плохой переносимости яркого света). У каждого из 12 испытуемых были записаны изменения сосудов от 1 до 5 полей конъюнктивы. Всего были исследованы 87 пар артериальных и венозных сегментов.

Объектом анализа были изменения систолического, диастолическо-го, пульсового, среднего артериального, перфузионного давления и пульса, а также изменения радиусов артерий и вен в трех сериях измерений: до, во время и после компрессии.

Среднее артериальное давление рассчитывали по формуле Хикэма: Ртеап = Ртт + 1/3 Рри13е, где Ртеая - среднее давление, Рт;„ - диастолическое (минимальное) давление и Ррикс - пульсовое давление, определяемое как разница между систолическим и диастолическим давлением. Перфузи-онное давление принимали равным разности между средним артериальным давлением и давлением в яремных венах. Уровень давления в яремных венах во время компрессии считали равным давлению в турникете (20 мм рт. ст.), вне компрессии - 0, что соответствует физиологической норме давления в венах шеи.

Статистический анализ проведен с помощью парного Ьтеста и регрессий. Результат считался значимым при р < 0,05.

Системная реакция. Повышение церебрального венозного давления, вызванное дозированной компрессией шейных вен, привело к подъему систолического, диастолического и среднего артериального давления, а также к увеличению частоты сердечных сокращений (рис. 4). После прекращения компрессии артериальное давление снизилось, причем все его характеристики (за исключением пульсового давления) достигли более низкого уровня, чем первоначальный. Частота сердечных сокращений уменьшилась. Перфузионное давление в условиях компрессии шейных вен становилось ниже, а после прекращения компрессии увеличилось, не достигнув, однако, исходных значений. Пульсовое давление в ходе исследования значимо не менялось.

Установлены следующие особенности системной реакции в ответ на изменения церебрального венозного давления: 1) положительная связь между артериальным и венозным давлением. 2) относительно низкий порог (по сравнению с реакцией на повышение внутричерепного давления), 3) способность действовать в области отрицательных величин венозного давления, 4) однонаправленные изменения артериального давления и пульса.

Локальная реакция. Гемодинамические изменения, инициированные компрессией шейных вен, сопровождались достоверными изменениями калибра сосудов микроциркуляторного русла. Подъем церебрального венозного давления вызывал увеличение радиусов как вен, так и артерий, снижение давления приводило к уменьшению радиусов сосудов (рис. 5)

22

Связь системной и локальной реакций. Одно из известных выражений напряжения сдвига имеет вид

А РЯ

г =-,

21

где г - напряжение сдвига, АР - градиент давления в рассматриваемом сосудистом сегменте, I- его длина. Поскольку длина артерий и вен одинакова, справедливо равенство:

АР + АР = 2т/

1 1

л к,

где АРа и АРв - градиенты давления в артерии и вене, Яа и Яв— их радиусы соответственно. Для того чтобы упростить

SP* DP* MP* Puls Р PerfP* Рнс. 4. Средние величины систолического (SP), диастолического (DP), среднего (MP), пульсового (Puls Р) и перфузионного давления (Perf Р) до (PRE), во время (TEST) и после (POST) компрессионной пробы. * Есть значимые различия между PRE. TEST и POST

дальнейшее изложение, назовем величину в скобках артериове-нозной переменной.

Если реакции, возникающие в ответ на изменение венозного давления, действуют в направлении поддержания гомеостаза (поддержания транскапиллярного градиента давления), между артериовенозной переменной и перфузионным давлением должна существовать линейная связь. Эту связь легко показать, применив последнее выражение к дистальным отделам сосудистого русла:

Р„, = Pr + АР„ + АР„ = Р + 2x1

J_ J_ R„ + R

В данном выражении Рс- транскапиллярный градиент, Рт~ давление, питающее участок сосудистого русла, состоящий из аргериолы, капилляров и венулы. Поскольку Рс предполагается постоянной величиной,

г- константа, артериовенозная переменная должна иметь линейную связь как с давлением, питающим данный участок, так и с системным перфузионным давлением.

Анализ экспериментальных данных указал на достоверный характер связи между перфузионным давлением и средними величинами артериовенозной переменной (Я = 0,42, р < 0,05, рис. 6). Свободный член регрессионного уравнения был значимым (р < 0,0005).

Проведенное исследование позволяет характеризовать церебральное венозное давление как физиологический параметр, определяющий функционирование важнейших гомеостатических механизмов. Изменения церебрального венозного давления, вызванные дозированной компрессией вен шеи, сопровождались реакциями системной гемодинамики и микрососудистого русла. Реакции были координированы и направлены на поддержание перфузионного гомеостаза.

Связь между перфузионным давлением и артериовенозной переменной (равной сумме обратных радиусов артерии и вены) получена исходя из условия постоянства напряжения сдвига в сосудистой системе. Поскольку артерии и вены имеют разные диаметры, должны отличаться и профили скорости движения крови.

ч

х

S

CL

Ваны Артерии

Рис. 5. Средние величины радиусов артерий и вен конъюнктивы до (PRE), во время (TEST) и после (POST) проведения компрессионной пробы. Различия между PRE, TEST и POST достоверны

0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 Артериовенозная переменная

П/^-ит,)

Рис. 6. Графическая иллюстрация связи между артериовенозной переменной, определяемой как сумма обратных радиусов артерий и вен (1Ж.„+1Л1ь) и перфузионным давлением

Относительную стабильность напряжения сдвига в условиях изменяющегося профиля скорости можно объяснить реологическими эффектами кровотока в мелких сосудах (см. предыдущий раздел).

При стабильном уровне перфузионного давления каждому сечению сосудистого русла соответствует условие

1 1

--1--= const,

К Re

которое отвечает закону Лапласа. Это значит, что в процесс регулирования кровотока и давления, помимо механизмов адаптации к напряжению сдвига, вовлечены механизмы, контролирующие напряжение сосудистой стенки. Известно, что сосудистое русло, адаптированное только лишь к

напряжению сдвига, нестабильно. В условиях изменяющегося профиля скорости поддержание определенного, вероятнее всего, минимального уровня напряжения сосудистой стенки становится фактором стабильности сосудов.

Нашла подтверждение гипотеза о патогенетической связи аномалий венозной системы с АВМ головного мозга. Очевидно, нарушения формирования венозного русла, сопровождающиеся локальным повышением венозного давления, способны вызвать дилатацию сосудов микро-циркуляторного русла. Увеличение калибра сосудов должно приводить к изменениям реологических свойств крови и, видимо, если подъем венозного давления превышает физиологические значения, - к снижению местных возможностей регулирования кровотока. При этом подъем артериального давления, обусловленный как местной, так и центральной реакцией на повышение венозного давления, становится дополнительным фактором, усиливающим нестабильность сосудов. Указанный каскад изменений, вызванных венозной гипертонией, способен привести к образованию артериовенозной фистулы. Важно заметить, что повышение локального венозного давления, вызванное шунтированием, должно оказывать патологическое воздействие не только на саму фистулу, но и на окружающее ее сосудистое русло, способствуя тем самым расширению территории поражения.

Опираясь на экспериментальные данные и результаты представленного теоретического анализа, можно выделить факторы, способствующие образованию АВМ. Этими факторами являются рост венозного и/или артериального давления, а также недостаточность механизмов, контролирующих напряжение сосудистой стенки. Определенную роль, очевидно, могут играть и изменения реологических свойств крови. Вопрос о том, может ли АВМ возникнуть под действием каждого из перечисленных факторов в отдельности (и каковы в этом случае должны быть выраженность и продолжительность воздействия) или несколько факторов должны оказывать влияние одновременно, требует специального изучения.

Возрастные изменения артериального давления у больных

с артериовенозными мальформациями головного мозга

Риск внутричерепного кровоизлияния является главной характеристикой АВМ, определяющей подходы к ее лечению. Установлено, что риск кровоизлияния зависит от ряда анатомических и гемодинамических факторов: размера АВМ, ее локализации, анатомических особенностей афферентных артерий и дренирующих вен, уровня внутрисосудистого давления, наличия сочетанных аневризм и др. Известно также, что риск кровоизлияния может со временем меняться.

Изменению риска кровоизлияния могут способствовать локальные и системные гемодинамические сдвиги. К такому заключению легко прийти, если принять во внимание ряд известных фактов. Во-первых, с возрастом происходит значительное физиологическое увеличение кровяного давления, прирост которого в период от рождения до преклонного возраста может составить 100% и более. Поскольку АВМ кровоснаб-жается артериями, регуляторные способности которых ограничены, такое существенное изменение давления должно оказывать воздействие на течение АВМ. Во-вторых, существует обратное влияние АВМ на системную гемодинамику Изменения системного артериального давления, возникающие в связи с функционированием АВМ, также должны сказываться на ее клиническом течении. В-третьих, локальная гемодинамика, и в частности давление в афферентных артериях, зависит от размера АВМ. Поскольку размер может со временем меняться, следует ожидать соответствующих изменений гемодинамических и клинических характеристик мальформации.

Объяснение сложным взаимоотношениям основных анатомических, гемодинамических и клинических свойств АВМ дает концепция фазовых изменений гемодинамики. Согласно этой концепции, локальные и системные гемодинамические сдвиги (а вместе с ними - изменения анатомических и клинических характеристик АВМ) имеют закономерный взаимосвязанный характер.

С учетом перечисленных обстоятельств анализ возрастных особенностей гемодинамики, и в первую очередь - изменений системного и церебрального артериального давления, рассматривался как важный источник данных о функционировании мальформаций головного мозга.

Церебральное давление измерялось в корковых артериях больших полушарий, системное давление - в лучевых артериях.

Возраст больных с АВМ (п = 27) варьировал от 7 до 58 лет и составил в среднем 29 ± 15 года (здесь и далее указано среднее значение и стандартное отклонение). В группе было 16 пациентов мужского пола и 11 - женского, 6 детей и 21 взрослый. В 19 случаях первым клиническим проявлением АВМ были кровоизлияния, в 7 - приступы эпилепсии, в одном - фокальный неврологический дефицит. Мальформации имели размер от 2 до 5 см (3,3 ± 0,9 см).

Возраст больных группы для сравнений (п = 17) варьировал от 5 до 68 лет, составляя в среднем 34 ± 19 года. В группе было 11 пациентов мужского пола и 6 - женского, 4 ребенка и 13 взрослых.

Давление и зависимые физиологические параметры измерялись с помощью компонентной мониторной системы HP (Hewlett Packard, США). Интраоперационный мониторинг включал ЭКГ, капнографию, оксиметрию и анализ газов крови. Легочная вентиляция поддерживалась на уровне умеренной гипокапнии (раСОл 30-35 мм рт. ст.). В качестве

основного анестезиологического пособия в указанный период времени применялась тотальная внутривенная анестезия.

Для измерения давления использовались закрытые системы, заполненные физиологическим раствором с добавлением небольшой дозы гепарина. Пункции церебральных артерий производились в направлении сердца с помощью игл 26 G или микрокатетеров.

Если позволяли технические возможности, давление в афферентных артериях и системное давление измерялись и до, и после устранения АВМ.

Изучались среднее системное (MS), среднее церебральное (MC) артериальное давление и относительное церебральное давление, которое определялось как отношение MC/MS. Анализ данных проведен с помощью корреляций, ANO VA и линейных регрессионных моделей.

У больных с АВМ достоверных связей между возрастом и давлением обнаружено не было (рис. 7, 8); в группе сравнения возраст имел достоверные связи с системным и относительным церебральным давлением (рис. 9, 10). Сравнение коэффициентов корреляции группы больных с АВМ и группы сравнения выявило достоверные различия связей MS - возраст (-0,13 vs. 0,81, р < 0,0005) и MC - возраст (-0,33 vs. 0,39, р < 0,05). Коэффициенты корреляции, характеризующие связи MC/MS - возраст, значимо не различались.

• MS о MC

Л

у = -0.085Х + 84 RJ = 0,01 б; Beta = -0,13 р > 0.5

О. 5 S

Л 14

о о О

CJ 20

у = -0,26х ■*■ 65 R2 = 0,11: Beta = -о.зз p>0,CS

0 -,-

0 ДО 20 30 40 60 60 70 Возраст (голы)

Рис. 7. График зависимости системного и церебрального артериального давления от возраста у больных с АВМ: MS - системное давление, измеренное в лучевой артерии, МС - церебральное давление, измеренное в афферентной артерии АВМ

а

у = -0.0023Х + 0,73 № = 0,062; Bota »-0,25 р>0,|

20 30 40 50 Возраст (годы}

Рис. 8. График зависимости относительного церебрального давления (MC/MS) в афферентных артериях АВМ от возраста

ANOVA с post-hoc сравнениями подтвердил возрастные различия давления. И системное, и церебральное давление у детей с АВМ было выше, чем в группе сравнения (MS - 79,8 ±7,6 vs. 61,0 + 2,9 мм рт. ст., р < 0,001; МС - 63,8±7,8 vs. 52,0±4,5 мм рт. ст., р < 0,05; рис. 11). Различия давления у взрослых (больные возраста 15 лет и старше) не имели статистической значимости (MS - 82,2± 10,4 vs. 86,5± 10,2 мм рт. ст., р > 0,1; МС - 55,5 ± 12,5 vs. 63,9 ± 11,1 мм рт. ст., р > 0,05).

120

„

н 00

о

н

о. 80

5

tu 30

£

X

01 5 40

ш

га

а 20

у = 0,61х + 60 R2 =0.66; Beta = 0,81

у = 0,23х + 53 R2 = 0.15; Beta =0,39 Р > 0.1

1.2

30 40 Возраст (годы)

so

60

Рис. 9. График зависимости системного и церебрального давления от возраста в группе сравнения. МБ - системное давление, измеренное в лучевой артерии, МС - церебральное давление, измеренное в корковой артерии

100 т 90

_ ао

н

0 /о .

а 60 2

Л 50

£ 40

1

а зо -

а

5 20 10

о

® с АВМ □ без АВМ

Рис. 11. Соотношение средних величин системного (MS) и церебрального (МС) давления у детей, с АВМ и без ABM. MS и МС у детей с АВМ достоверно выше (р < 0,001 и р < 0,05 соответственно)

у = -0,0033* + 0,88 R2 = 0,27; Beta = -0,52 р < 0.05

0 10 20 30 40 50 60 70 Возраст (годы)

Рис. 10. График зависимости относительного церебрального давления (MC/MS) от возраста в группе сравнения

100 90 80

н

" 70

о. 60 г

5 50

et

20 -I 10 j

0 4-

ЗсАВМ □ без АВМ

Ms мс

Рис. 12. Соотношение средних величин системного (MS) и церебрального (МС) давления у взрослых с АВМ и без АВМ возраста 30 лет и старше. MS у больных с АВМ достоверно ниже (р < 0,05). Различия МС не достоверны (р <0,1).

С учетом различий связей возраст - давление проведено дополнительное сравнение характеристик давления между группами больных возраста 30 лет и старше. Системное артериальное давление у больных с АВМ было ниже, чем в группе сравнения (81,3 ± 6,2 мм рт. ст.; п = 12 уэ. 88,6±9,5 мм рт. ст.; п = 10; р < 0,05, рис. 12). Величины церебрального давления значимо не различались (55,0 ±12,2 мм рт. ст.; п = 12 Ув. 62,3 ± 11,7 мм рт. ст.; п = 10; р > 0,1). Различий относительного давления во всех рассмотренных возрастных группах обнаружено не было.

Соотношения между давлением в артериях мозга и давлением в афферентных артериях АВМ представлены графически (рис. 13). В зависимости от возраста больного, размера узла АВМ и типа клинических проявлений, давление в афферентных артериях АВМ могло соответствовать контрольным величинам давления, быть выше и ниже их.

Проведенное исследование позволило утверждать: 1) функционирование церебральных АВМ может сопровождаться локальной и системной артериальной гипертонией, 2) с увеличением возраста больных давление в афферентных артериях АВМ и системное артериальное давление претерпевают изменения от относительной гипертонии к гипотонии.

Сравнение характеристик давления у больных с шунтированием и без шунтирования показало, что давление в афферентных артериях АВМ у детей превышает давление в артериях мозга.

Повышенное давление было зафиксировано также в афферентных артериях АВМ малого размера, причем эта особенность малых маль-формаций не имела явной связи с возрастом больных.

АВМ считается врожденным сосудистым уродством. Кроме этого, известны случаи так называемых de novo АВМ, что доказывает возможность появления мальформаций в постэмбриональном периоде. Независимо от того, появилась ли АВМ внутриутробно или была индуцирована после рождения, факт артериальной гипертонии у детей, а также гипертонии в афферентных артериях АВМ малого размера свидетельствует о том. что в истории АВМ присутствует период повышения давления. Очевидно, этот период следует непосредственно за возникновением мальформации. Учитывая особенности возрастных трендов локального и системного давления, можно утверждать, что давление в афферентных артериях АВМ, а в ряде случаев и системное давление, претерпевают фазовые изменения, включающие периоды повышения и снижения от относительной гипертонии к гипотонии. Таким образом, получено подтверждение концепции фазовых гемодинамических изменений.

1,2

а

О 10 20 30 40 50 60 70 Возраст (годы)

Рис. 13. Относительное давление в: артериях АВМ размером 1, 3 и 5 см (а, Ь: и с соответственно), с кровоизлияниями i (H-ge+) и без кровоизлияний (H-ge'), предсказанные моделью; в сравнении ci контролем - пунктирная линия регрессии с доверительными интервалами

Закономерности клинического течения церебральных артериовенозных мальформаций

Изменения гемодинамических характеристик АВМ должны отражаться на ее анатомических и клинических особенностях. Понимание этих закономерностей необходимо для успешного лечения АВМ. Анализ, проведенный в предыдущих главах, позволил выдвинуть ряд гипотез, касающихся течения мальформаций, которые могут быть проверены клинически.

Во-первых, поскольку предполагается, что риск кровоизлияния из АВМ является бимодальной функцией, в истории АВМ должен присутствовать период, где ее размер и риск кровоизлияния имеют положительную связь. Установить данный факт клинически достаточно трудно, поскольку объектом наблюдения должны быть бессимптомные АВМ. Тем не менее, подтвердить (или опровергнуть) гипотезу все же можно, поскольку можно считать бессимптомными те мальформаций, которые выявлены в результате кровоизлияний из сочетанных аневризм, а также некоторые мальформации у больных с множественными АВМ. Такие случаи должны присутствовать в любой крупной серии наблюдений. Дополнительные данные к вопросу об изменениях клинических свойств АВМ мог бы дать анализ динамики размера мальформаций у больных с одиночными и рецидивными кровоизлияниями.

Во-вторых, эпилептические припадки и неврологический дефицит, согласно концепции фазовых изменений гемодинамики, можно считать симптомами, которые возникают в период снижения перфузионного давления, то есть в то время, когда между размером АВМ и риском кровоизлияния устанавливается отрицательная связь. Это значит, что АВМ, основным проявлением которых является эпилепсия или/и неврологический дефицит, должны иметь наиболее крупные размеры.

В-третьих, поскольку гемодинамические и анатомические характеристики АВМ со временем меняются, следует ожидать изменения структурных особенностей мальформации. В частности, такие часто обсуждаемые особенности АВМ, как ангиоматоз, интранидальные аневризмы и фистулы, могут иметь различное клиническое значение на разных этапах функционирования АВМ.

Изучение клинической роли размера мальформаций проведено с помощью one-way ANOVA с post-hoc сравнениями. Поскольку клинические проявления АВМ во многом зависят от ее локализации, анализ проведен как во всей группе целиком, так и в подгруппах больных с супра-тенториальными и субтенториальными мальформациями. Связь между размером АВМ и числом кровоизлияний исследована с помощью корреляций. Анализ клинического значения других признаков АВМ проведен методом %г. Результаты исследования считались достоверными при р < 0,05.

Связи между размером АВМ и ее клиническими проявлениями свидетельствовали о бимодальных изменениях риска кровоизлияния. Наименьший размер имели бессимптомные мальформации (2,2 ± 1,0 см); далее, по мере увеличения размера, следовали АВМ с одиночными кровоизлияниями (2,8 ± 1,1 см), АВМ с рецидивами кровоизлияний (3,2 ± 1,3 см) и АВМ с негеморрагическими проявлениями (3,9 ± 1,5 см). Число рецидивов кровоизлияний имело положительную связь с размером АВМ (р < 0,05).

Результаты исследования указали на полиморфизм АВМ головного мозга, который был обусловлен врожденными различиями и изменениями свойств мальформаций с течением времени. Для детского возраста были более характерны фистульный тип АВМ (р < 0,0005), субтентори-альная локализация (р < 0,005) и наличие интранидальных аневризм (р < 0,05). У взрослых чаще обнаруживались сочетанные аневризмы (р < 0,05) и АВМ с ангиоматозными изменениями (р < 0,01).

Согласно результатам проведенного исследования, кровоизлияния были более характерны для мальформаций глубинного расположения (р < 0,005) и мальформаций, которые получают кровоснабжение короткими артериями (р < 0,01). Негеморрагические проявления чаще имели место при полушарном расположении АВМ (р < 0,001), кровоснабжении длинными артериями (р < 0,005), диффузном дренировании (р < 0,005) и при наличии ангиоматозных изменений (р < 0,01).

Рецидивы кровоизлияний наиболее часто возникали из АВМ, которые получают кровоснабжение короткими артериями (р < 0,005), имеют интранидальные аневризмы (р < 0,01) и фистульный тип строения (р < 0,01). Безрецидивное течение было более характерно для АВМ по-лушарного расположения (р < 0,05)

Гемодинамические осложнения в структуре исходов лечения

Возможности современной медицины позволяют реализовать несколько подходов к лечению АВМ. В основе каждого из них лежит один из известных и хорошо зарекомендовавших себя методов лечения - хирургический, эндоваскулярный или радиохирургический. Вне зависимости от того, какому методу отдано предпочтение, лечение АВМ может сопровождаться тяжелыми осложнениями, причиной которых являются изменения гемодинамики АВМ и гемодинамики мозга. Как правило, такие осложнения возникают у больных с крупными АВМ, шунтирующими значительное количество крови.

К гемодинамическим осложнениям были отнесены: 1) синдром прорыва при нормальном перфузионном давлении, 2) окклюзивная гиперемия, 3) кровоизлияния из АВМ при ее этапном выключении, 4) разрывы сочетанных аневризм в результате вмешательств на АВМ, 5) некоторые случаи интраоперационных кровотечений и/или отека мозга.

По мнению ряда исследователей, гемодинамические расстройства являются одной из основных причин осложнений, связанных с лечением АВМ, а по мнению других, роль этих нарушений сильно преувеличена.

Хирургическое удаление АВМ было основным методом лечения. При крупных мальформациях, располагающихся в функционально важных зонах мозга, лечение начинали с эмболизаций. В ряде случаев для повышения эффективности лечебных мероприятий АВМ были эмболи-зированы непосредственно во время хирургических вмешательств.

Избирательно, при небольшом размере узла АВМ или небольшом размере ее резидуальной части (обычно не более 3 см), применялось протонное облучение. Предпочтение эмболизациям и/или протонному облучению перед прямым хирургическим вмешательством отдавалось в случаях, когда больные с мальформациями функционально значимых зон мозга не имели неврологических нарушений или эти нарушения были выражены незначительно. У некоторых пациентов эмболизации применены как средство симптоматического (паллиативного) лечения эпилепсии и стил-синдрома.

Окончательное решение относительно способа лечения АВМ принималось с учетом мнения больного и его родственников. Во всех случаях предоставлялась полная информация о характере болезни и возможностях каждого метода.

Больным, поступившим в остром периоде кровоизлияний, помощь оказывалась в соответствии с принципами неотложной нейрохирургии. Острым периодом считались первые три недели от момента кровоизлияния. Плановое лечение проводилось спустя 1-2 месяца после кровоизлияния. Дополнительным условием проведения протонного облучения была полная резорбция внутримозговых гематом.

Все хирургические вмешательства выполнены с применением операционной оптики и микрохирургического инструментария. В качестве эмболизирующего материала в подавляющем большинстве случаев использовался N-бутнлцианакрилат (Гистоакрил, В. Braun, Германия). Лечение протонным пучком проводилось на ускорителе Института теоретической и экспериментальной физики (Москва).

С целью стандартизации данных использована классификация АВМ Спецлера - Мартина (шкала СМ). Исходы лечения оценивались спустя месяц после проведения лечебных мероприятий в соответствии со шкалой Глазго. Клиническое состояние определялось по данным телефонного или письменного опроса, при необходимости - амбулаторного осмотра. Радикальность лечения оценивалась с учетом контрольных ангио-графий или МРТ-исследований. Если проводилось лечение протонным пучком, рекомендованный срок для контрольных радиологических обследований составлял 2 года после облучения.

Анализ связей между частотой гемодинамических расстройств и исходами лечения проведен методом непараметрических корреляций (Kendall tau). Результаты считались значимыми при р < 0,05.

Данные о лечебных мероприятиях представлены в таблице 2.

Из 273 больных 41 (15%) поступил в экстренном порядке. У 22 пациентов имелись внутричерепные кровоизлияния, требующие хирургического лечения. Трем больным были наложены наружные вентрику-лярные дренажи, у 19 - удалены внутримозговые гематомы.

Всем экстренным больным с внутримозговыми гематомами, за исключением одного, нуждающегося в немедленной операции, были выполнены ангиографические обследования. У 18 пациентов удаление гематом и резекция АВМ произведены в ходе одного хирургического вмешательства.

Таблица 2

Характеристика лечебных мероприятий, проведенных 273 больным с 280 АВМ и 16 аневризмамиа

Иссечение узла ABM 163(164)ь

Ютипирование афферентных артерий АВМ 4

Радиохирургическое лечение 51(55)

Эндоваскулярная эмболизация АВМ 39

Хирургическое выключение аневризмы 10(11)

Интраоперационная эмболизация АВМ / аневризмы 10е

Окклюзия аневризмы спиралью 1

Удаление внутримозговой гематомы 19

Дренирование боковых желудочков 3

Консервативное лечение / наблюдение_38d

а Множественные АВМ и сочетанные аневризмы выявлены у 6 и 14 больных соответственно.

ь Здесь и ниже указано число больных, в скобках - число АВМ или аневризм с учетом множественных локализаций.

с У двух больных одновременно выключены сочетанные аневризмы ворсинчатых артерий.

Один больной имел малую бессимптомную аневризму, которая не требовала лечения. Еще одна аневризма регрессировала после иссечения АВМ.

Тридцать восемь больных (14% от общего числа) отказались или временно воздержались от лечения.

Лечение АВМ с помощью хирургического, эндоваскулярного или/и радиохирургического методов проведено 234 больным (86%). Тринадцать из них имели сочетанные аневризмы, по поводу которых также проведено хирургическое или эндоваскулярное лечение.

Хирургические вмешательства на АВМ выполнены 167 больным (71%). У 158 мальформации были удалены полностью (95% от общего числа оперированных).

Эмболизации АВМ выполнены у 49 больных. В 39 случаях применялся эндоваскулярный способ эмболизаций, в 10 - АВМ были эмболи-зированы интраоперационно. Полное выключение АВМ достигнуто у 2 пациентов (4%). У 18 больных после эмболизаций проведено протонное облучение. Восемь АВМ удалены хирургическим путем, 6 из них были эмболизированы во время операций.

Радиохирургическое лечение получил 51 больной. К концу исследования контрольные ангиографии или МРТ прошли 26 больных. У 15 (58%) из них произошла полная облитерация АВМ.

Таким образом, полного удаления АВМ удалось достичь у 175 больных из 234, то есть у 75%. При мальформациях низких градаций (I-III шкалы СМ) доля радикальных исходов составила 78%, при АВМ IV и V градаций - 53%. Следует заметить, показатели радикальности должны быть несколько выше, поскольку не все больные прошли контрольные обследования после радиохирургического лечения.

В результате проведенных лечебных мероприятий были выключены все сочетанные аневризмы. У 12 больных вмешательства на аневризмах и АВМ произведены одномоментно, в одном случае - отдельными этапами. Небольшая аневризма перикаллезной артерии регрессировала спустя год после иссечения АВМ.

Исходы лечения 235 больных (включен случай вентрикулярного кровоизлияния, закончившегося смертью) с 242 АВМ и 15 аневризмами были следующими: хороший исход достигнут у 142 (60%) больных, удовлетворительный - у 61 (26%), сомнительный исход наблюдался в 28 (12%) случаях, летальный - в 4 (2%). Больных, находившихся в вегетативном состоянии, не было.

У значительного числа больных исход лечения определялся неврологическими расстройствами, которые были обусловлены ранее перенесенными кровоизлияниями. Ухудшение состояния во время проведения лечебных мероприятий было отмечено в 29 случаях (12%). Причины ухудшения состояния приведены в таблице 3.

Гемодинамические осложнения возникли у 16 больных (7%). Преобладали проявления окклюзивной гиперемии: в двух случаях имело место кровоизлияние в зоне удаленной АВМ, в 8 - локальный отек мозга. Синдром прорыва развился у 3 больных: в двух случаях после хирургического удаления мальформации, в одном - после интраоперационной эмболизации АВМ. В двух наблюдениях проявлением синдрома прорыва был выраженный отек мозга, в одном - массивное кровоизлияние и отек. Кровоизлияния из резидуальных АВМ возникли у двух больных и были непосредственно связаны с эндоваскулярным лечением. Интраопе-

рационное кровотечение, имевшее в своей основе гемодинамические механизмы, отмечено в одном случае.

Частота гемодинамических осложнений имела достоверную связь с исходами лечения (р < 0,05).

Причинами двух летальных исходов были повреждения мозга, возникшие в остром периоде тяжелых внутричерепных кровоизлияний. В двух других случаях смерть наступила из-за гемодинамических осложнений. У одного больного летальный исход произошел вследствие массивного кровоизлияния во время эндоваскулярной эмболизации АВМ. В другом случае причиной летального исхода был синдром прорыва, развившийся после резекции крупной АВМ базальных отделов лобной доли.

Таблица 3

Осложнения и патологические состояния, возникшие при лечении 235 больных с АВМ головного мозга

Хирур- Эмбо- Радио- Лечение

Осложнение гическое лиза- хирур- крово- Всего %

лечение ции гия излияния

п = 167 п = 49 п = 51 п = 41

Синдром прорыва 2 1 - - 3 1,3

Окклюзивная гиперемия 6 3 1 - 10 4,3

Кровоизлияния - 2 - - 2 0,9

Кровотечение 1 - - - 1 0,4

Ишемия 2 1 - - 3 1,3

Отек-дислокация мозга - - - 2 2 0,9

Ретракционная травма 4 - - - 4 1,7

Разрыв аневризмы 1 - - - 1 0,4

Менингит 2 - - - 2 0,9

Инфаркт миокарда 1 - - - 1 0,4

Всего 19 7 1 2 29 12

Летальность при лечении острых кровоизлияний из АВМ составила 5% (2/41). Летальность при плановых вмешательствах - 1% (2/196), послеоперационная летальность - 0,6% (1/167).

Проведенное исследование позволяет считать гемодинамические расстройства основным типом осложнений, которые сопровождают лечение АВМ. Гемодинамические осложнения возникли у 7% больных, в то время как общее количество больных с осложнениями (и соматическими, и неврологическими) составило 12%.

Преобладание расстройств гемодинамического типа во многом закономерно. В их основе лежат изменения кровотока и давления, связанные с прекращением артериовенозного шунтирования. Шунт, как известно, не только составляет патофизиологическую сущность АВМ, но также со временем становится элементом сосудистой системы мозга. Поскольку сосудистая система адаптирована к артериовенозному шунту, его устранение может стать источником патологических состояний. Учитывая это обстоятельство, осложнения гемодинамического типа можно считать специфичными для АВМ.

Биофизические механизмы гемодинамических расстройств

Взяв за основу временные параметры, удобно рассматривать три основных способа удаления АВМ: одномоментный, этапный и постепенный.

Одномоментное лечение предполагает полное удаление АВМ в течение короткого промежутка времени. Этот способ может быть осуществлен хирургическим, значительно реже - эндоваскулярным методом. При этапном способе лечения АВМ устраняется по частям. На каждом этапе, который отделен от предыдущего (последующего) по времени, производится относительно быстрое выключение более или менее значительной части мальформации. Этапное лечение наиболее часто осуществляется путем одной или нескольких эмболизаций и хирургического удаления остающейся части мальформации. Постепенное выключение АВМ обеспечивается радиохирургическим методом. В этом случае непрерывная облитерация АВМ происходит на протяжении нескольких лет. Способы лечения могут быть скомбинированы друг с другом, давая значительно большее число вариантов устранения АВМ.

С точки зрения концепции фазовых гемодинамических изменений при постепенном или этапном удалении АВМ может произойти увеличение риска кровоизлияния, что зависит от исходного состояния мальформации и выбранной стратегии лечения. Одномоментный способ удаления АВМ имеет в этом отношении бесспорное преимущество, поскольку позволяет ликвидировать риск кровоизлияния немедленно и полностью. Вместе с тем, при быстром удалении АВМ церебральная гемодинамика оказывается под действием факторов, связанных со скачкообразными изменениями кровотока и давления.

Наиболее тяжелым осложнением, которое может возникнуть вследствие быстрого удаления АВМ, является синдром прорыва при нормальном перфузионном давлении. Биофизические и физиологические закономерности функционирования сердечно-сосудистой системы позволяют высказать ряд суждений, касающихся механизмов этого осложнения.

Рассмотрим одномоментное выключение простейшей АВМ, имеющей одиночную афферентную артерию. Учитывая резкое преобладание

калибра афферентной артерии над калибром нормальных артерий мозга, можно рассматривать ее выключение как эквивалент разрыва гидродинамической цепи. Небольшим резидуальным кровотоком, за счет которого осуществляется кровоснабжение окружающей мозговой ткани, можно пренебречь и считать, что на всем протяжении артерии - от проксимальных отделов до места ее выключения - давление достигает системного уровня.

Уменьшение общего мозгового кровотока на величину кровотока через АВМ должно привести к пропорциональному снижению системного давления:

АР = кАО, или АР = кОАт . Соответственно, давление в афферентной артерии АВМ после ее удаления может быть определено как

P/_posl ~ F\_pre ~ Шлвм >

где Ps рге- системное давление до удаления АВМ, Pf posl- давление в

афферентной артерии после удаления АВМ.

С учетом формулы объемного кровотока с постоянным напряжени-

тлг3

ем сдвига Q =-имеем

• At]

ТЛГ^

Р = Р - к ■

где г - напряжение сдвига, г - радиус артерии, 7] - вязкость крови.

Для АВМ с множественными источниками кровоснабжения давление в каждой артерии может быть определено формулой:

Р =р

f-POSt s _ Pre ^ Z_i '

где ^V - сумма кубов радиусов афферентных артерий АВМ, а

-у./

Т7Г - суммарный кровоток через АВМ. Соответственно, изменение

4 г,-

давления в афферентной артерии APf составит:

др =р _Р

где Pf pK - давление в афферентной артерии до выключения АВМ.

Подъем артериального давления может оказать повреждающее действие на артериальную стенку и привести к нарушению механизмов ре-

гулирования мозгового кровотока. Областью наиболее выраженных повреждений должны быть территории сосудистого русла, прилежащие к узлу АВМ, где отмечаются самые значительные изменения артериального давления. Именно здесь на послеоперационных ангиограммах обнаруживаются дилатированные участки афферентных артерий. Эти изменения вполне соответствуют морфологическим признакам гипертонического повреждения ауторегуляции кровотока. Срыв регуляции означает потерю способности сосудов контролировать кровоток и давление. При этом должен появиться ток прорыва, который, как известно, существенно превышает нормальные показатели мозгового кровотока.

Способность сосуда противостоять давлению характеризует напряжение, которое возникает в его стенке:

гР

Г = Т'

где г - внутренний радиус сосуда, h - толщина его стенки, Р - внутри-сосудистое давление. Выражение представляет собой интеграл формулы Лапласа по толщине сосудистой стенки при нулевом внешнем давлении. Последнее условие хорошо выполняется для сосудов мозга, поскольку внутричерепное давление в нормальных условиях находится около нулевого уровня.

Радиус афферентной артерии вблизи узла АВМ можно считать постоянной величиной, о чем свидетельствуют многочисленные морфологические и ангиографические данные. Это положение наилучшим образом выполняется для крупных афферентных артерий, где диспропорция между кровотоком через АВМ и локальным мозговым кровотоком наиболее велика.

С учетом постоянства напряжения сдвига давление в любой точке афферентной артерии может быть определено из уравнения

dP__ 2г dl~ г '

откуда, интегрируя, получаем

г

где Pj- давление в дистальных отделах артерии, Р,- давление в точке,

отстоящей от дистального конца артерии на расстояние /. Сделав подстановку в выражение для Т, определим толщину стенки артерии:

Pfr + 2rl

Из формулы видно, что толщина сосудистой стенки, как и внутри-сосудистое давление, являются линейной функцией координаты (длины участка артерии).

Поскольку при определенном значении давления наступает потеря артерией регуляторных способностей, должно существовать критическое напряжение Ттгх, выше которого мышечная стенка не в состоянии

противостоять давлению.

При выключении артерии происходит подъем давления по всей ее длине до уровня системного давления. Возросшее напряжение в артериальной стенке можно определить, подставив выражение к1 в формулу

напряжения. Критическому значению Ттах будет соответствовать критическая точка /тах, местоположение которой определяет длину пораженного участка артерии:

РгТ

Т =-

шах

Р,г + 2т1„

откуда получаем для /,г

Т

\ max

2т

Из формулы следует, что длина пораженного участка афферентной артерии прямо пропорциональна системному давлению и радиусу артерии.

С учетом низкого сопротивления патологических сосудов узла АВМ величину Р^ можно характеризовать общим средним значением

для всех афферентных артерий Pf. Тогда длину пораженного артериального русла можно оценить следующим образом:

' Т

-Р-Р,

т 1 У/ =11=2-¿уг.

/ ^ тах ^ ( (

Очевидно, величина тока прорыва должна быть пропорциональна суммарной длине пораженных участков афферентных артерий, а значит - определяться суммой их радиусов ^Г г и уровнями системного и ло-

кального давления. Для случаев, когда АВМ кровоснабжается несколькими артериями одинакового калибра, формула принимает вид

где п- число афферентных артерий.

Важно отметить, что изменения системного давления могут иметь разнонаправленный характер: с одной стороны, прекращение шунтирования должно способствовать снижению системного давления, с другой - появление тока прорыва может стимулировать артериальную ги-пертензию. Повышению системного давления должен также способствовать подъем внутричерепного давления, вызванный усилением мозгового кровотока и отеком мозговой ткани.

Возникновение положительной связи между церебральным кровотоком и системным давлением означает возможность появления порочного круга. Ток прорыва и рост давления в полости черепа должны вызвать подъем системного давления, который, в свою очередь, будет стимулировать расширение зоны повреждения сосудистого русла и, следовательно, дальнейшее усиление тока и повышение внутричерепного давления.

Итак, теоретический анализ обнаружил относительно простые характеристики АВМ, которые могут быть использованы для прогнозирования гемодинамических осложнений.

Для оценки прогностического значения суммы радиусов афферентных артерий и ряда других анатомо-функциональных характеристик АВМ проведен ретроспективный анализ случаев синдрома прорыва, возникших в период с 1980 по 2002 гг. Группу сравнения образовали больные экспериментальной серии с благоприятным течением послеоперационного периода (ri = 20). Прогностическое значение параметров ,

размера АВМ и числа афферентных артерий, определено с помощью дискриминантного анализа.

В период с 1980 по 2002 гг. в НИИ нейрохирургии были оперированы 486 больных с церебральными АВМ. Гемодинамические расстройства возникли у 29, что составило 6% от общего числа больных (табл. 4).

пг,

max

2т

Таблица 4

Гемодинамические осложнении, возникшие при хирургическом лечении 486 больных с АВМ головного мозга

Осложнение Количество %

Окклюзивная гиперемия 17 3,5

Синдром прорыва 9 1,9

Интраоперационное кровотечение 1(3)а 0,2(0,6)

Послеоперационное кровоизлияние 1 0,2

Разрыв сочетанной аневризмы 1 0,2

Всего 29 6,0

11 У двух больных с интраоперационным кровотечением после операции развился синдром прорыва

Клиническая характеристика больных с синдром прорыва представлена в таблице 5.

Таблица 5

Клинические данные больных, перенесших синдром прорыва (о = 9)

^ Воз- гт Локали Сто- Прояв- ГРада № Пол г ция

раст зация рапа ление

Угнетение Исход АВМ Гсм) сознания Глазго

Г 45 Ж Теменная Пр Эпи-, кр-е II 4

2 18 М Лобная Пр Эпи- III 5

3 27 м Теменная Л Кр-е III 5

4а 47 м Височная Пр Кр-е III 4

5 28 ж Лобная Пр Кр-е IV

6 28 ж Лобная Пр Эпи- III 4

7 33 м Теменная Пр Кр-е V 6

8а 33 ж Лобная Пр Эпи-, кр-е III 5

9 52 м Лобная Пр Кр-е III 5

4 Кома Удов л.

4 Оглушение Сомнит.

Кома Летальный Сопор Сомнит.

Кома Летальный

1 Наблюдения, где имелись сочетанные аневризмы.

Результаты дискриминантного анализа приведены в таблице 6. Достоверными отличительными признаками АВМ, удаление которых осложнилось синдромом прорыва, были сумма радиусов афферентных артерий (р < 0,0005) и число афферентных артерий (р < 0,005).

Таблица 6

Итог дискриминантного анализа3

Признак Wilks' Lambda F-удаление jp-уровень Толерантность

Размер ABM 0,2463 0,6609 0,4242 0,4200

N 0,3453 10,5702 0,0034 0,1574

Ег 0,4495 21,0056 0,0001 0,1090

Er3 0,2397 0,0016 0,9687 0,7214

' Анализ проведен между группой больных с синдромом прорыва (п = 9) и группой больных с благоприятным течением послеоперационного периода (п = 20). N - число афферентных артерий, Хг и 2г3 - сумма радиусов и сумма кубов радиусов афферентных артерий АВМ соответственно.

Послеоперационная летальность в рассматриваемой серии составила 0,6% (3/486). В двух случаях причиной смерти был синдром прорыва. Причиной еще одного летального исхода стала окклюзивная гиперемия, развившаяся вследствие тромбоза крупной околостволовой дренирующей вены АВМ.

Для оценки патофизиологической роли перечисленных выше характеристик АВМ использованы результаты интраоперационных исследований. Соответствующая группа была образована из 18 больных, у которых были определены все необходимые для анализа параметры: показатели давления до и после удаления АВМ и характеристики афферентных артерий. Анализ проведен с помощью корреляций.

Изменения давления в афферентных артериях АВМ, произошедшие за время операции, коррелировали с их числом (г = 0,57, р < 0,05) и суммой £7 (г = 0,59, р < 0,05). Связи с размером узла АВМ и £73 не

достигли значимого уровня (г = 0,45, р > 0,05 и г = 0,46, р > 0,05 соответственно).

Проблема гемодинамических расстройств, связанных с лечением АВМ, обсуждается на протяжении нескольких десятилетий. Для того чтобы понять ее значение, достаточно сопоставить летальность, обусловленную гемодинамическими осложнениями, с риском летального исхода при естественном течении АВМ. Риск смерти в результате кровоизлияния из АВМ составляет около 1% в год (Ondra S.I. et al., 1990).

Поскольку гемодинамические осложнения являются одной из основных причин госпитальной летальности (в данной серии - единственной причиной), важность проблемы становится очевидной.

Проведенное исследование позволило выделить количественную характеристику, которая может быть использована для прогнозирования синдрома прорыва. Такой характеристикой является сумма радиусов афферентных артерий, биофизическую основу которой составляют изменения напряжений в сосудистой стенке.

Высокая частота сочетанных аневризм среди больных с синдромом прорыва не является неожиданностью. Увеличение калибра афферентных артерий сопровождается ростом числа Рейнольдса и, следовательно, появлением (или усилением) турбулентности. Известно, что результатом воздействия турбулентного потока на сосудистую стенку может быть образование аневризм.

Сумма радиусов афферентных артерий коррелировала с изменениями церебрального давления. Это подтверждает патофизиологическое значение данной характеристики и указывает на возможность ее использования как для оценки риска синдрома прорыва, так и риска локальных гемодинамических расстройств. Очевидно, прогноз локальных осложнений должен также учитывать особенности расположения узла АВМ, ее дренирующих вен и афферентных артерий.

Выделенный признак, выраженный в абсолютных или относительных единицах (частях целого или процентах) удобно использовать в качестве классификационного критерия АВМ. Такой критерий позволяет определить целесообразность одномоментного или этапного лечения мальформации, что, как было показано, должно оказать существенное позитивное влияние на результаты лечения.

ВЫВОДЫ

1. Параметры локальной и системной гемодинамики при артериовеноз-ных мальформациях головного мозга претерпевают последовательные фазовые изменения, включающие периоды повышения и снижения внутрисосудистого давления. Наиболее значительный подъем давления происходит при минимальном числе источников кровоснабжения, малом сопротивлении сосудистой сети, окружающей мальформацшо, и малой длине афферентных артерий. Наиболее быстро давление повышается при наличии множественных источников кровоснабжения, большом сопротивлении окружающей сосудистой сети и малой длине афферентных артерий.

2. Повышению давления на начальном этапе функционирования мальформации способствует реологический эффект, связанный с изменением характера течения крови в сосудах микроциркуляторного русла по мере увеличения их калибра. Об этом свидетельствует анализ

оригинальной двухкомпонентной модели кровотока, основанной на точном решении уравнений Навье - Стокса.

3. Существенную роль в обеспечении фазовых гемодинамических сдвигов играют хмеханизмы, инициируемые изменениями церебрального венозного давления. Данный факт подтвержден экспериментальным исследованием локальных и системных гемодинамических реакций, возникающих в ответ на подъем и снижение церебрального венозного давления.

4. Исследования, включающие интраоперационные измерения давления, показали: с увеличением возраста больных отмечается относительное повышение, а затем - снижение средних показателей локального и системного артериального давления, что подтверждает фазовый характер гемодинамических изменений при артериовеноз-ных мальформациях головного мозга.

5. При сравнительном изучении свойств аргериовенозных мальформа-ций с различными вариантами клинических проявлений установлено, что вместе с увеличением размера мальформации происходит волнообразное изменение риска кровоизлияния: от бессимптомного состояния к состоянию с повышенным риском кровоизлияния и далее - к преимущественно негеморрагическим проявлениям.

6. Анализ возрастных, анатомо-функциональных и структурных особенностей артериовенозных мальформаций указал на полиморфизм заболевания, связанный с врожденными причинами и изменениями свойств мальформации с течением времени. В ходе исследования было установлено, что для детского возраста более характерен фистульный тип строения мальформации, субтенториальная локализация, наличие интранидальных аневризм; для взрослых - наличие со-четанных аневризм и ангиоматозных изменений.

7. Как при хирургическом, так и при мультидисциплинарном подходе к лечению артериовенозных мальформаций гемодинамические расстройства являются основным типом осложнений и оказывают значимое влияние на исходы лечебных мероприятий.

8. Для прогнозирования и предупреждения гемодинамических осложнений целесообразно использовать биофизические характеристики артериовенозных мальформаций. Критерием риска наиболее тяжелых форм послеоперационных гемодинамических осложнений является сумма радиусов афферентных артерий, пропорциональная напряжениям в стенках питающих сосудов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. При определении показаний к лечению артериовенозных мальформаций наряду с ее клиническими проявлениями и состоянием больного следует учитывать перспективный риск кровоизлияния. Характеристиками мальформации, свидетельствующими о высоком риске

кровоизлияния, являются: кровоснабжение короткими афферентными артериями, наличие дренирующих вен компактного строения и расположение в области глубинных структур мозга. Наиболее высокий риск рецидивного кровоизлияния имеют мальформации фистульного строения, мальформации с интранидальными аневризмами и короткими афферентными артериями. Важным признаком, характеризующими риск кровоизлияния, является уровень давления в сосудах мальформации.

2. Выбор способа и метода лечения артериовенозных мальформаций должен быть сделан с учетом опасности осложнений, которые могут возникнуть при проведении лечебных мероприятий. При невысоком риске гемодинамических осложнений типа синдрома прорыва и при расположении мальформации за пределами критических зон мозга предпочтение следует отдать одномоментным способам лечения. В условиях высокого риска осложнений необходимо прибегнуть к одному из вариантов этапного хирургического или нехирургического лечения.

3. Если полное устранение мальформации невыполнимо, следует рассмотреть вопрос о ее частичном выключении. Целью такого вмешательства может быть устранение наиболее опасных в отношении кровоизлияний участков, а также лечение эпилепсии и неврологических расстройств.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. Хирургическое лечение сочетанных артериовенозных мальформаций и аневризм головного мозга / Ю. М. Филатов, Ш. Ш. Элиава, М. В. Чурилов, И. Н. Руднев, А. Б. Таланов // Материалы I съезда нейрохирургов России. - Екатеринбург, 1995. - С. 282-283.

2. Тактика хирургического лечения сочетанных артериовенозных мальформаций и аневризм головного мозга / Ю. М. Филатов, Ш. Ш. Элиава, М. В. Чурилов, И. Н. Руднев, А. Б. Таланов // Журнал вопросы нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко. - 1997. - № 1. - С. 4-6.

3. Персистирующая тригеминальная артерия при сосудистых заболеваниях головного мозга. / Ю. М. Филатов, Ш. Ш. Элиава, С. П. Золотухин, А. Б. Таланов // Журнал вопросы нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко. - 1998. -№ 2. - С. 3-6.

4. Surgery of associated arteriovenous malformations and aneurisms of the brain / Y. M. Filatov, S. S. Eliava, A. B. Talanov // Book of abstracts of 7th congress of the Baitic neurosurgical association. - Vilnius, 1997. - P. 46.

5. Strategy of treatment of AVMs associated with intracranial aneurysms / У. M. Filatov, S. S. Eliava, A. B. Talanov, A. Y. Lubnin, V. I. Lukyanov

// Book of abstracts of 11-th European congress of neurosurgeiy. - Copenhagen, 1999.-P. 238.

6. Сочетание мальформаций зрительного бугра с аневризмами ворсинчатой артерии / Ю. М. Филатов, Ш. Ш. Элиава, А. Ю. Лубнин, А. А. Бараев, Р. Ф. Гимранов, А. Б. Таланов // Журнал вопросы нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко. - 1999. -№ 3. - С. 30-31.

7. Relative changes of cerebral intra-arterial pressure in patients with arteriovenous malformations / A. B.Talanov, V. I. Lukianov, A. M. Zeitlin // Book of abstracts of 12-th World congress of neurosurgery. - Sydney, 2001.-P. 140.

8. A new device for aneurisms treatment, an experimental study / A. B. Talanov, V. I. Lukianov // Book of abstracts of 12-th World congress of neurosurgery. - Sydney, 2001. - P. 168.

9. Устройство для декомпрессии и окклюзии аневризм головного мозга / А. Б. Таланов // Пат. 2156114 Российская Федерация, МПК7 С1 7 А 61 В 17/12. 99123536/14; Заявл. 09.11.1999; Опубл. 20.09.2000, Бюл. № 26, С. 235.

10. Интраоперационные эмболизации артериовенозных мальформаций головного мозга, показания и возможности / А. Б.Таланов, Ю. М. Филатов, Ш. 111. Элиава, А. Ю. Лубнин, А. Г. Щекутьев, Л. В. Шишкина, А. А. Бараев // Материалы III съезда нейрохирургов России. - СПб., 2002. - С. 373-374.

11. Способ лечения артериовенозных мальформаций головного мозга / А.Б.Таланов // Пат. 2189181 Российская Федерация, МПК7 С1 7 А 61 В 17/00. 2001117466/14; Заявл. 27.06.2001; Опубл. 20.09.2002, Бюл. № 26, С. 262.

12. Необычный доступ к межножковой цистерне, осуществленный при операции по поводу огнестрельного ранения / А.Б. Таланов, А.Б. Волчков // Материалы научно-практической конференции Нижегородского межобластного нейрохирургического центра. - Киров, 2005. - С. 45-47.

13. Биофизические принципы функционирования артериовенозных мальформаций головного мозга: монография / А. Б. Таланов. - Иваново: ПресСто, 2008. - 124 с.

14. Артериовенозная мальформация прозрачной перегородки, сочетающаяся с персистирующей тригеминальной артерией / А. Б. Таланов, Ю. М. Филатов, Ш. III. Элиава, А. Е. Новиков, Я. Г. Кулищова // Журнал вопросы нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко. - 2009. -№4.-С. 51-55.

15. Prognosis of hemodynamic complications associated with treatment of cerebral arteriovenous malformations / A. B. Talanov // Materials of 14-th World congress of neurological surgery. - Boston, 2009. -http://www.aans.org. - 30.08.2009 - 4.09.2009.

ТАЛАНОВ Андрей Борисович

БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АРТЕРИОВЕНОЗНЫХ МАЛЬФОРМАЦИЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Подписано в печать 29.07.2009. Формат 60x84 1/16. Печ. л. 3,0. Усл. печ. л. 2,8. Тираж 100 экз.

Типография «ПресСто» 153025, г. Иваново, ул. Дзержинского, 39, оф. 307

Артериовенозные мальформации (АВМ) головного мозга являются одной из основных причин внутричерепных кровоизлияний, что определяет социальное и медицинское значение этого заболевания. Внимание к АВМ обусловлено также их связью с рядом фундаментальных проблем формирования и функционирования сосудистой системы.

За последние несколько десятилетий взгляды на мальформации головного мозга сильно изменились. Точка зрения, утверждающая безусловно врожденный характер заболевания, подвергается пересмотру. Появились многочисленные факты, указывающие на возможность появления АВМ в постэмбриональном периоде, а также свидетельства значительного изменения свойств мальформации с течением времени.

В результате эволюции АВМ происходят существенные изменения риска кровоизлияния. Риск кровоизлияния из бессимптомной мальформации составляет менее 1% в год, риск рецидива достигает 6 - 33% в течение ближайшего года после кровоизлияния, затем происходит его постепенное снижение; мальформации, впервые проявившиеся негеморрагическими симптомами, имеют риск кровоизлияния - 2-3% в год [36, 38, 45 63, 68, 74, 120, 137]. Попытки определить связь между анатомо-функциональными характеристиками АВМ и риском кровоизлияния дают противоречивые результаты, причины изменений риска кровоизлияния остаются непонятными.

Современная медицина располагает несколькими методами лечения АВМ головного мозга: хирургическим, эндоваскулярным и радиохирургическим. Точное сопоставление угрозы здоровью и жизни при естественном течении мальформации» с опасностью; осложнений, которые могут возникнуть при проведении лечебных мероприятий, является необходимым условием успешного лечения. Реализация! такого подхода требует ясного^ понимания не только закономерностей естественного течения, но также - закономерностей течения заболеваниято время и после лечебного воздействия.

Представления о патогенезе осложнений, связанных с лечением АВМ головного мозга, заметно различаются; Эффективность предложенных ранее: способов прогнозирования и предупреждения осложнений признается. не всеми; исследователями. Неопределенность риска кровоизлияния и отсутствие надежных критериев оценки риска осложнений существенно затрудняют принятие; тактических решений. Оказание помощи: при некоторых видах АВМ остается серьезной проблемой [79, 87, 134].

Главной причиной смертности^ и инвалидизации при церебральных АВМ являются впервые:возникшие1 кровоизлияния. До эпизода геморрагии мальформация, как правило, ничем себя не проявляет. В этой связи наиболее серьезные, успехи- в решении проблемы кровоизлияний-, ожидаются в направлении? превентивного лечения- бессимптомных, АВМ: Решение этой; задачи требует детального изучения закономерностей не только клинического, но и доклинического течения болезни.

Перечисленные обстоятельства указывают на: необходимость изучения закономерностей функционирования АВМ, которые определяют как естественное течение болезни, так, и возникновение осложнений; связанных с проведением лечебных мероприятий.

Патофизиологическую сущность АВМ составляет шунтирование -прямой сброс крови из артерий в вены. Являясь биофизическим процессом^ который подчинен точным математическими соотношениями, шунтирование дает уникальную возможность использовать для изучения мальформа-ции методы теоретического исследования. В-условиях, когда нет достоверных данных о сроках инициирования мальформации и когда из-за опасности кровоизлияния резко ограничены возможности клинического наблюдения, теоретический анализ должен рассматриваться как полноправный способ изучения заболевания.

Цель исследования

Основываясь на биофизических принципах функционирования сосудистой системы, определить закономерности функционирования и клинического течения артериовенозных мальформаций головного мозга.

Задачи исследования

1. Провести теоретическое изучение изменений системной и локальной гемодинамики, вызванных артериовенозной мальформацией головного мозга.

2. Исследовать возрастную динамику системного и церебрального артериального давления - основного гемодинамического параметра, определяющего течение мальформации.

3. Изучить клинические особенности артериовенозной мальформации в зависимости от возраста больных, ее функционально-анатомических и структурных характеристик.

4. Оценить влияние гемодинамических осложнений на результаты лечения артериовенозных мальформаций головного мозга.

5. Исходя из закономерностей функционирования мальформаций, разработать подход к прогнозированию и предупреждению наиболее тяжелых форм гемодинамических осложнений.

Научная новизна

Разработана концепция фазовых изменений гемодинамики, которая объясняет разнонаправленные изменения свойств мальформаций, а также помогает раскрыть закономерности возникновения тяжелых осложнений, связанных с их лечением. Согласно выдвинутой концепции, при возникновении и дальнейшем усилении артериовенозного шунтирования давление в сосудах мальформации первоначально растет, достигает максимума и затем постепенно снижается. Вместе с давлением фазовые изменения претерпевают другие параметры системной и локальной гемодинамики, а также клинические характеристики мальформации, включая риск кровоизлияния.

Впервые в клинической практике проведено сравнительное изучение возрастных особенностей артериального давления у больных с артериове-нозными мальформациями головного мозга и у больных с нормальным циркуляторным состоянием. Установлено, что функционирование мальформации ■ может сопровождаться ростом церебрального и системного артериального давления. Подъем давления зафиксирован ^ детей с мальформациями. Повышение давления отмечено также в афферентных артериях мальформаций малого размера. Обнаруженные факты подтверждают концепцию фазовых изменений гемодинамики.

Установлено, что изменения церебрального венозного давления инициируют механизмы, приводящие к сонаправленным изменениям артериального давления как на системном, так и на локальном уровне. В нормальном состоянии эти механизмы обеспечивают поддержание стабильных градиентов перфузионного давления. У больных с мальформациями их действие способствует появлению положительной обратной связи между церебральным венозным и артериальным давлением, что создает условия для фазовых гемодинамических сдвигов.

Получены экспериментальные данные, подтверждающие значение венозной гипертонии в патогенезе артериовенозных мальформаций. Дано объяснение стабильному состоянию сосудистого русла, подчиняющегося принципу постоянного напряжения сдвига; и нестабильности сосудов при увеличении их калибра. Установлено, что наряду с венозной гипертонией существенную роль в инициировании мальформации могут играть изменения артериального давления, утрата контроля за тонусом сосудов микро-циркуляторного русла и изменения реологических свойств крови.

В единой системе анатомо-функциональных и структурных характеристик показаны и объяснены возрастные различия мальформаций, выделены признаки, позволяющие оценивать риск первичных и рецидивных кровоизлияний.

Идентифицированы и теоретически обоснованы прямая и обратная связь между размером мальформации и риском кровоизлияния. Установлено, что наименьший размер имеют бессимптомные мальформации, далее по мере увеличения размера следуют артериовенозные мальформации, проявившиеся одиночными кровоизлияниями, мальформации с рецидивами кровоизлияний и мальформации с негеморрагическими симптомами.

Представлены систематизированные данные о влиянии гемодинами-ческих осложнений на исходы лечения артериовенозных мальформаций. Показана ведущая роль гемодинамических расстройств в общей структуре осложнений.

Основываясь на изучении биофизических закономерностей движения крови и соответствующих изменений напряжений в стенках сосудов, питающих мальформацию, выделены признаки, характеризующие риск возникновения тяжелых гемодинамических осложнений. Показано, что такой критерий, как сумма радиусов афферентных артерий артериовенозной мальформации, наилучшим образом отражает степень риска гемодинамиче-ских расстройств типа синдрома прорыва.

Практическая значимость

Результаты работы дают возможность оценивать динамику риска кровоизлияния из артериовенозной мальформации, что необходимо для выбора адекватной лечебной стратегии. Учет выделенных в ходе исследования критериев риска гемодинамических осложнений позволяет прогнозировать и предупреждать их возникновение, способствуя тем самым улучшению результатов лечения.

Анализ свойств бессимптомных мальформаций показал возможность проведения в отношении большинства из них радикального превентивного лечения. Данный факт имеет принципиальное значение для планирования лечебных мероприятий, направленных на борьбу со спонтанными внутричерепными кровоизлияниями.

Непосредственный клинический эффект дает учет обозначенных в данном исследовании признаков, характеризующих риск первичных и рецидивных кровоизлияний.

Результаты исследований применяются в клинической практике ГУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко» РАМН, Региональном сосудистом центре ОГУЗ «Ивановская областная клиническая больница», МУЗ «Клиника Ивановской государственной медицинской академии». Материалы диссертации используются в лекционных курсах и на практических занятиях на кафедрах нейрохирургии ГОУ ДПО «Российская медицинская академия последипломного образования Росздрава», неврологии и нейрохирургии ГОУ ВПО «Ивановская государственная медицинская академия Росздрава».

Положения, выносимые на защиту

1. У больных с артерновенозными мальформациями церебральная и системная гемодинамика испытывают последовательные фазовые изменения. По мере усиления артериовенозного шунтирования давление в сосудах мальформации сначала растет, а затем, после достижения максимума, постепенно снижается. Вместе с гемодинамическими сдвигами фазовые изменения претерпевает клиническая картина заболевания.

2. Гемодинамические расстройства являются основной причиной осложнений, возникающих при проведении плановых лечебных мероприятий по поводу мальформаций головного мозга, включая случаи неблагоприятных исходов.

3. Риск возникновения осложнений) гемодинамического типа может быть характеризован биофизическими параметрами мальформации. Критерием риска наиболее тяжелых форм послеоперационных гемодинами-ческих осложнений, при прочих равных, условиях, является сумма радиусов афферентных артерий, пропорциональная напряжениям, возникающим в стенках питающих сосудов.

Апробация работы

Апробация диссертации состоялась 22 мая 2009 г. на заседании проблемной комиссии «Нейрохирургическое лечение сосудистой патологии головного мозга» ГУ «НИИ нейрохирургии им. акад. Н. Н. Бурденко» РАМН.

Основные материалы диссертации доложены на I Съезде нейрохирургов России (Екатеринбург, 1995), VII Конгрессе Балтийской нейрохирургической ассоциации (Вильнюс, 1997), XI Европейском конгрессе по нейрохирургии (Копенгаген, 1999), XII Мировом конгрессе по нейрохирургии (Сидней, 2001), III Съезде нейрохирургов России (Санкт-Петербург, 2002), XIV Мировом конгрессе по нейрохирургии (Бостон, 2009), итоговых научных конференциях НИИ нейрохирургии им. акад. H.H. Бурденко (1998, 2000, 2003).

По материалам исследования опубликовано 15 научных работ, включая рецензированную монографию (ISBN 978-5903595-30-3), два изобретения (патенты № 2156114 и № 2189181 Российской Федерации) и 4 статьи в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации для публикации основных научных результатов докторских диссертаций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 157 страницах машинописного текста, иллюстрирована 15 рисунками и 17 таблицами. Библиографический список включает 197 работ, из них 18 — отечественных и 179 - зарубежных авторов.

ВЫВОДЫ

1. Параметры локальной и системной гемодинамики при артериовеноз-ных мальформациях головного мозга претерпевают последовательные фазовые изменения, включающие периоды повышения и снижения внутрисосудистого давления. Наиболее значительный подъем давления происходит при минимальном числе источников кровоснабжения, малом сопротивлении сосудистой сети, окружающей мальформацию, и малой длине афферентных артерий. Наиболее быстро давление повышается при наличии множественных источников кровоснабжения, большом сопротивлении окружающей сосудистой сети и малой длине афферентных артерий.

2. Повышению давления на начальном этапе функционирования маль-формации способствует реологический эффект, связанный с изменением характера течения крови в сосудах микроциркуляторного русла по мере увеличения их калибра. Об этом свидетельствует анализ оригинальной двухкомпонентной модели кровотока, основанной на точном решении уравнений Навье - Стокса.

3. Существенную роль в обеспечении фазовых гемодинамических сдвигов играют механизмы, инициируемые изменениями церебрального венозного давления. Данный факт подтвержден экспериментальным исследованием локальных и системных гемодинамических реакций, возникающих в ответ на подъем и снижение церебрального венозного давления.

4. Исследования, включающие интраоперационные измерения давления, показали: с увеличением возраста больных отмечается относительное повышение, а затем - снижение средних показателей локального и системного артериального давления, что подтверждает фазовый характер гемодинамических изменений при артериовенозных мальформациях головного мозга.

5. При сравнительном изучении свойств артериовенозных мальформаций с различными вариантами клинических проявлений установлено, что вместе с увеличением размера мальформации происходит волнообразное изменение риска кровоизлияния: от бессимптомного состояния к состоянию с повышенным риском кровоизлияния и далее — к преимущественно негеморрагическим проявлениям.

6. Анализ возрастных, анатомо-функциональных и структурных особенностей артериовенозных мальформаций указал на полиморфизм заболевания, связанный с врожденными причинами и изменениями свойств мальформации с течением времени. В ходе исследования было установлено, что для детского возраста более характерен фистульный тип строения мальформации, субтенториальная локализация, наличие ин-транидальных аневризм; для взрослых - наличие сочетанных аневризм и ангиоматозных изменений.

7. Как при хирургическом, так и при мультидисциплинарном подходе к лечению артериовенозных мальформаций гемодинамические расстройства являются основным типом осложнений и оказывают значимое влияние на исходы лечебных мероприятий.

8. Для прогнозирования и предупреждения гемодинамических осложнений целесообразно использовать биофизические характеристики артериовенозных мальформаций. Критерием риска наиболее тяжелых форм послеоперационных гемодинамических осложнений является сумма радиусов афферентных артерий, пропорциональная напряжениям в стенках питающих сосудов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

При определении показаний к лечению артериовенозных мальформа-ций наряду с ее клиническими проявлениями и состоянием больного следует учитывать перспективный риск кровоизлияния. Характеристиками мальформации, свидетельствующими о высоком риске кровоизлияния, являются: кровоснабжение короткими афферентными артериями, наличие дренирующих вен компактного строения и расположение в области глубинных структур мозга. Наиболее высокий риск рецидивного кровоизлияния имеют мальформации фистульного строения, мальформации с интранидальными аневризмами и короткими афферентными артериями. Важным признаком, характеризующими риск кровоизлияния, является уровень давления в сосудах мальформации. Выбор способа и метода лечения артериовенозных мальформаций должен быть сделан с учетом опасности осложнений, которые могут возникнуть при проведении лечебных мероприятий. При невысоком риске гемодинамических осложнений типа синдрома прорыва и при расположении мальформации за пределами критических зон мозга предпочтение следует отдать одномоментным способам лечения. В условиях высокого риска осложнений необходимо прибегнуть к одному из вариантов этапного хирургического или нехирургического лечения. Если полное устранение мальформации невыполнимо, следует рассмотреть вопрос о ее частичном выключении. Целью такого вмешательства может быть устранение наиболее опасных в отношении кровоизлияний участков, а также лечение эпилепсии и неврологических расстройств.