Автореферат и диссертация по медицине (14.03.02) на тему:Патоморфологическое обоснование выбора хирургической тактики операций в бассейне правой венечной артерии на основе прогнозирования и математического моделирования нарушений гемодинамики

ДИССЕРТАЦИЯ
Патоморфологическое обоснование выбора хирургической тактики операций в бассейне правой венечной артерии на основе прогнозирования и математического моделирования нарушений гемодинамики - диссертация, тема по медицине
АВТОРЕФЕРАТ
Патоморфологическое обоснование выбора хирургической тактики операций в бассейне правой венечной артерии на основе прогнозирования и математического моделирования нарушений гемодинамики - тема автореферата по медицине
Челнокова, Наталья Олеговна Саратов 2014 г.
Ученая степень
кандидата медицинских наук
ВАК РФ
14.03.02
 
 

Автореферат диссертации по медицине на тему Патоморфологическое обоснование выбора хирургической тактики операций в бассейне правой венечной артерии на основе прогнозирования и математического моделирования нарушений гемодинамики

На правах рукописи

ЧЕЛНОКОВА Наталья Олеговна

ПАТОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ХИРУРГИЧЕСКОЙ ТАКТИКИ ОПЕРАЦИЙ В БАССЕЙНЕ ПРАВОЙ ВЕНЕЧНОЙ АРТЕРИИ НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАРУШЕНИЙ ГЕМОДИНАМИКИ

14.03.02 - патологическая анатомия 14.01.17-хирургия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Саратов-2014

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Научные руководители:

доктор медицинских наук, профессор Маслякова Галина Никифоровна; доктор медицинских наук, профессор Островский Николай Владимирович.

Официальные оппоненты:

Туманов Владимир Павлович - лауреат Государственной премии РФ, доктор медицинских наук, профессор; ГБОУ ВПО «РНИМУ им. Н.И. Пирогова» Минздрава России; кафедра патологической анатомии и клинической патологической анатомии №1 ПФ; профессор кафедры.

Воробьев Александр Александрович - доктор медицинских наук, профессор; ГБОУ ВПО «Волгоградский государственный медицинский университет» Минздрава России; кафедра оперативной хирургии и топографической анатомии; заведующий кафедрой.

Ведущая организация: Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Защита диссертации состоится « 2014 года в ЛООчасов

на заседании диссертационного совета Д208.094.01 при ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России по адресу: 410012, г. Саратов, ул. Б. Казачья, 112.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России и на сайте организации (www.sgmu.ru).

Автореферат разослан «

о* » ЛХ. А Ау^ 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор медицинских наук, профессор

КМХИЙСКЛЛ i Сч;уЛ''м'С; i .1 i i. ля

СИЬЛИОILKA

2[П4 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Проблема нарушений венечного кровотока является одной из актуальных в современной медицине. Заболевания системы кровообращения по-прежнему занимают первое место среди причин инвапидизации и смертности. По данным Всемирной Организации Здравоохранения (Женева, 2010) и Росстата (2012), показатель смертности от сердечно-сосудистых заболеваний достигает 57% от общей смертности населения, из них 49,3% составляет ишемическая болезнь сердца (ИБС). Наиболее высокий процент встречаемости ИБС отмечен у мужчин в возрасте 30 - 60 лет, т.е. наиболее творческой и работоспособной части общества, что, безусловно, представляет серьезную медицинскую и социально-экономическую проблему (Зейналов Р.В., Ковальчук И.А., Громов Д.Г., 2011; Бокерия JI.A., Гудкова Р.Г., 2013; Serdar G., Oscar J.A., Ellen К., 2010; Bertuccio P., Levi F., Lucchini F. et al., 2011).

Главная роль в развитии ишемии миокарда принадлежит атеросклерозу венечных артерий. Наиболее часто атеросклеротические изменения выявляются в передней межжелудочковой ветви левой венечной артерии; второе место по частоте поражения атеросклерозом занимает правая венечная артерия (Бондаренко В.М., Гинцбург А.Л., 2010; Goktepe S., Abilez O.J., Kühl Е., 2010).

Известно, что правовенечный тип кровоснабжения сердца значительно превалирует над левовенечным и составляет около 90%. При многососудистом поражении бассейна венечных артерий окклюзия ПВА, как правило, приводит к развитию дисфункции и инфарктам миокарда правого желудочка, задней стенки левого желудочка, межжелудочковой перегородки, кардиосклероза и, тем самым, может стать фатальной для пациента (Бокерия J1.A., Бусленко Н.С., Бузиашвили Ю.И. и соавт., 2010; Ярославская Е.В., Кузнецов В.А., Пушкарев Г.С. и соавт., 2013).

Патогенез атеросклероза и сегодня остается предметом многочисленных научных дискуссий. Известно, что при атеросклерозе, в первую очередь, поражаются криволинейные участки сосудистого русла и зоны разветвлений. Рестеноэ оперированной зоны правой венечной артерии (ПВА) и используемых кондуитов, развивающийся в течение первых 3-8 месяцев, представляет не только научную, но социальную проблему. В зонах бифуркаций и анастомозов отмечен более высокий процент рестеноза, чем на небифуркационных артериальных участках, и колеблется от 1,1 до 64,8% (Чеботарь Е.В., Шахов Б.Е.,

2011; Осиев А.Г., Мироненко С.П., Верещагин M.А., 2011; Сысоев В.М., 2011; Soulis J.V., Huang J., Lyczkowski R.W., Gidaspow D., 2009; Serruys P. 2010). Исходя из этого, вопросы патогенеза атеросклероза, а именно, правой венечной артерии и изменения венечного кровотока требуют дальнейшего рассмотрения.

Наибольшей популярностью в лечении ИБС пользуются хирургические методы прямой реваскуляризации миокарда, из которых наиболее распространенной является операция аортокоронарного шунтирования (АКШ). При проведении реконструктивно-восстановительных операций на правой венечной артерии нередко возникают технические трудности, связанные с недостоверными и нечетко ориентированными в прикладном аспекте данными об архитектонике оперируемого сосуда (Лесбеков Т.М., 2008; Цыгедьников СЛ., 2010; Sedlis S.P., Eisenberg M.J., 2008). В литературе также отсутствуют сведения об изменениях ангиоархитектоники, биомеханических свойств и гемодинамики ПВА, обусловленных проведением оперативного вмешательства.

Не секрет, что компьютерное моделирование позволяет расширить возможности хирургии (Воробьев A.A., Муха Г.П., Колмаков A.A. и соавт., 2010; Безбородое С.А., 2011; De Santis G., Mortier P., De Beule M., 2010). Необходимым условием для создания компьютерной 3D модели, которая позволит оценивать параметры кровотока на любом участке сосудистого русла и прогнозировать гемодинамические последствия восстановительно-реконструктивной сосудистой операции, является разработка топографо-морфологической базы данных по правой венечной артерии (Шарабрин Е.Г., Шахов Е.Б., Блинов П.А. и соавт., 2009; Гришина O.A., 2013; Голядкина A.A., 2013).

Данные, необходимые для создания компьютерной 3D пространственно-ориентированной геометрической модели правой венечной артерии, в доступной литературе представлены скудно; кроме того, анализ современной литературы выявил существенные разногласия в сведениях о топоморфологических параметрах ПВА в аспекте индивидуальной и возрастной изменчивости. Малочисленны и разрозненны данные о микроскопическом строении ее сосудистых разветвлений. Отсутствуют сведения об упруго-деформативных свойствах стенки ПВА и кондуитов, применяемых при аортокоронарном шунтировании, а также изменениях гемодинамики в ПВА при атеросклеротическом поражении и реконструктивных вмешательствах.

Цель исследования: разработать принципы прогнозирования изменений гемодинамики в правой венечной артерии при ее атеросклеротическом

поражении на основе создания компьютерной ЗО модели кровотока с учетом морфологических параметров и биомеханических свойств сосудистой стенки для выбора тактики хирургического вмешательства при ишемической болезни сердца.

Задачи исследования

1. Выявить особенности архитектоники и морфометрических параметров правой венечной артерии у лиц группы риска возникновения ИБС и определить закономерности изменчивости, характер корреляций топографо-морфометрических характеристик.

2. Изучить гистологическое строение стенки правой венечной артерии на различных уровнях и оценить степень зависимости локализации атеросклеротических бляшек от строения сосудистой стенки.

3. Исследовать биомеханические свойства правой венечной артерии и провести сравнительный анализ с аналогичными параметрами аутовенозных и аутоартериальных кондуитов, используемых при реконструктивно-восстановительных операциях по поводу ИБС.

4. На основании созданной базы данных по хирургической анатомии, патоморфологии и биомеханическим свойствам правой венечной артерии и ее ветвей, разработать компьютерную ЗО пространственно-ориентированную геометрическую модель бассейна правой венечной артерии (в норме, при наличии атеросклеротического поражения и хирургической реконструкции).

5. С помощью построенной модели правой венечной артерии определить изменения показателей гемодинамики и оценить влияние кровотока на сосудистую стенку (в норме, при наличии атеросклеротического поражения и хирургической реконструкции).

6. Разработать алгоритм прогнозирования изменений кровотока при реконструктивно-восстановительных операциях на правой венечной артерии и на основе созданной модели обосновать принципы выбора рационального хирургического вмешательства по поводу ишемической болезни сердца.

Научная новизна

Изучены в прикладном аспесте особенности архитектоники сегментов правой венечной артерии и ее наиболее постоянных ветвей. Выявлены новые закономерности возрастной и сегментарной изменчивости зон разветвлений правой венечной артерии. Дана характеристика соотношения размеров сердца,

длины сегментов гтравой венечной артерии с типами телосложения и показана их экстенсивность.

Дополнены представления о некоторых этапах патогенеза атеросклеротического поражения венечных артерий. Проведен сравнительный анализ гистологического строения различных сегментов ПВА. Оценена степень зависимости между локализацией атеросклеротических бляшек и строением сосудистой стенки.

Получены важные в практическом отношении данные о биомеханических свойствах сегментов ПВА и кондуитов, используемых при реконструктивно-восстановительных вмешательствах по поводу ИБС.

На основе разработанного комплекса данных о морфотопометрических и биомеханических параметров создана компьютерная 3D пространственно-ориентированная геометрическая модель правой венечной артерий в норме, при наличии атеросклеротического поражения и после хирургической реконструкции. Впервые разработана 3D модель, которая является геометрическим и физико-механическим аналогом правой венечной артерии и выполнена в виде виртуальной параметрической среды.

Теоретическое и практическое значение работы

Полученные в ходе исследования данные позволяют расширить представление о хирургической анатомии правой венечной артерии у группы лиц риска по развитию ишемической болезни сердца и провести оценку состояния оперируемого сосуда на этапе предоперационной подготовки пациента. Результаты исследования биомеханических свойств правой венечной артерии и сосудистых трансплантатов могут быть использованы для выбора кондуитов, сопоставимых по морфологическим параметрам, к шунтирующему сегменту правой венечной артерии.

Разработанные биомеханические 3D пространственно-ориентированные модели правовенечного кровотока позволяют индивидуализировать подход к выбору наиболее рационального метода реконструктивно-восстановительного хирургического вмешательства с целью предупреждения развития осложнений и обеспечения адекватной реваскуляризации миокарда при ИБС.

Материалы диссертации по возрастной, сегментарной и индивидуальной изменчивости параметров сердца и правой венечной артерии могут быть использованы в сердечно-сосудистой хирургии и лучевой диагностике при интерпретации коронарограмм, данных МРТ-, КТ-исследований, судебно-

медицинской экспертизе, при антропологических исследованиях, а также в учебном процессе на кафедрах патологической анатомии, оперативной хирургии и топографической анатомии, судебной медицины, анатомии человека высших медицинских учебных заведений при проведении лекционных и практических курсов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Морфология сосудистой стенки и архитектоника зон разветвлений, ответвлений и изгибов правой венечной артерии, ее биомеханические свойства влияют на распределение потоков крови и, как следствие, предопределяют локализацию атеросклеротического процесса.

2. Наиболее выраженные атеросклеротические изменения, коррелирующие с возрастом, развиваются в первом и втором сегментах правой венечной артерии, что обусловлено особенностями ее вариативной и индивидуальной ангиоархитектоники.

3. Индивидуальное компьютерное ЗО пространственно-ориентированное моделирование позволяет изучить гемодинамическую картину бассейна правой венечной артерии, прогнозировать локализацию атеросклеротического поражения и на дооперационном этапе определять оптимальный уровень, метод оперативного вмешательства и кондуит.

Внедрение результатов работы в практику Результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе кафедр оперативной хирургии и топографической анатомии, анатомии человека, патологической анатомии, судебной медицины ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России, кафедры математической теории упругости и биомеханики ФГБОУ ВПО «Саратовский государственной университет им. Н.Г. Чернышевского», в работе судебно-гистологического отделения и городского отделения судебно-медицинской экспертизы трупов ГУЗ «БСЭМ МЗ СО», в работе отделений сосудистой хирургии, рентгенохирургических методов диагностики и лечения ОКБ г. Саратова. Также материалы исследования применяются в научно-исследовательской деятельности отделов «Биомеханика» и «Математическое моделирование» Образовательно-научного института наноструктур и биосистем СГУ им. Н.Г. Чернышевского.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на 69-й, 70-й, 71-й, 72-й межрегиональных научно-практических конференциях студентов и молодых ученых с международным участием (Саратов, 2008, 2009, 2010, 2011); международной дистанционной научно-практической конференции, посвященной памяти профессора В.Н. Ларина «Внедрение инновационных технологий в хирургическую практику (фундаментальные и прикладные аспекты)» (Пермь, 2008); Всероссийской научной конференции с международным участием «Актуальные вопросы оперативной хирургии и клинической анатомии» (Москва, 2009); IV съезде анатомов, гистологов и эмбриологов (Саратов, 2009); Всероссийской конференции «III сессия Научного совета РАН по механике деформируемого твердого тела» (Саратов, 2009); Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине» (Саратов, 2009, 2013); X Всероссийской конференции «Биомеханика» (Саратов, 2010); межрегиональной научной конференции с международным участием «Новые технологии в экспериментальной и клинической хирургии» (Саратов, 2011); Всероссийской научной конференции молодых исследователей «Татьянин день» и Школы молодых исследователей (Москва, 2011); научно-практической конференции «Современные аспекты макро- и микроморфологии» (Саратов, 2013).

Публикации

По теме диссертационного исследования опубликованы 24 научные работы, в том числе 7 - в журналах, входящих в перечень периодических научных и научно-практических изданий, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Личный вклад соискателя в проведенное исследование

Автором лично осуществлен отбор аутопсийного материала в объеме, достаточном для получения статистически достоверных результатов, освоены и выполнены все методы исследования морфологического материала. Самостоятельно проведена аналитическая и вариационно-статистическая обработка полученных данных, на основе которых сделаны достоверные и обоснованные обобщения и выводы; оформлены рукописи автореферата и диссертация. Исследование биомеханических свойств правой венечной артерии и кондуитов, а также численное моделирование правовенечного кровотока выполнены в соавторстве с сотрудниками отдела биомеханики Образовательно-научного института наноструктур и биосистем СГУ им. Н.Г. Чернышевского»

O.A. Гришиной и A.A. Голядкнной с использованием оборудования и программного обеспечения, принадлежащего ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского».

Структура и объем диссертации Диссертация изложена на 236 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, четырех глав собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка литературы. Работа иллюстрирована 17 таблицами, 14S рисунками и содержит 15 приложений. Библиографический список включает в себя 328 литературных источников (195 отечественных и 135 зарубежных).

Связь с планом научных исследований. Работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы кафедры оперативной хирургии и топографической анатомии ГБОУ ВПО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России «Разработка методов лечения хирургических заболеваний брюшной и грудной полости», номер государственной регистрации И140210203946, и при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект 09-01-00804-а «Разработка математических методов оптимизации хирургического лечения ишемической болезни сердца».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Материалы и методы исследования Материалом для исследования послужили 228 нефиксированных сердец, 228 правых венечных артерий, 110 фрагментов сосудов, используемых в качестве шунтов (кондуитов) для реконструктивно-восстановительных операций по поводу ИБС, изъятые при аутопсии 228 трупов людей мужского пола в возрасте от 31 до 70 лет, поступившие в ГУЗ «Бюро судебно-медицинской экспертизы» Министерства здравоохранения Саратовской области. Причина смерти умерших преимущественно носила насильственный характер и не была связана с заболеваниями сердечно-сосудистой системы. Исследование трупного материала проводили не позднее 24 часов с момента наступления смерти (Пуриня Б.А., Касьянов В.А., 1980; Bergel D.H., 1961).

Для оценки возрастной динамики морфологических изменений, пользуясь рекомендацией Г.Г. Автандилова (1990, 2002), объекты исследований объединили по десятилетиям (табл. 1).

Использовали следующие методы исследования: антропометрию, органо- и ангиометрию, оригинальный метод полихромной заливки артерий холодными

массами, препарирование. Для систематизации полученных морфометрических параметров применяли принцип сегментарного деления венечных артерий, применительно к оперативным вмешательствам (Шалимов А.А., 1979).

Таблица 1

Распределение материала по возрасту

Возрастная группа Возраст (лет) Число наблюдений

Абсолютные значения Относительный показатель (%)

1 31 -40 87 38,2

2 41-50 47 20,6

3 51-60 47 20,6

4 61-70 47 20,6

Всего 228 228

Для описания ветвей ПВА пользовались Международной анатомической

терминологией (Колесников Л.Л., 2003). Правая венечная артерия нами

разделена на 3 сегмента (рис. 1): 1 - отрезок артерии от устья до отхождения

правой краевой ветви; II - отрезок артерии от правой краевой ветви до

отхождения задней межжелудочковой ветви; Ша - задняя межжелудочковая

ветвь правой венечной артерии; Шб - правая заднелатеральная ветвь правой

венечной артерии. Изучали следующие морфометрические парамегры: длину

сегментов, число, уровень

ответвления, углы отклонения и

разветвления, наружный и

внутренний диаметры, двойную

толщину стенки (толщины двух

стенок артерии в поперечном

направлении) ПВА и ее ветвей при

помощи цифрового микрометра с

погрешностью не более ±0,005 мм.

Исследование биомеханических

свойств образцов правой венечной Рис. 1. Схема сегментов и ветвей правой

венечной артерии (ВАК - ветвь артериального артерии и кондуитов проводили на

конуса, ВИСУ - ветвь сипусно-предсердного одноосной разрывной машине узла, ИКрВ - правая краевая ветвь, ЗМЖВ -

задняя межжелудочковая ветвь; ПЗЛВ - правая TiraTest 28005 и Instron 5944 с заднелатеральная ветвь, ЖВ - желудочковые использованием BioPuls. ветви, 11В - предсердные ветви)

Для построения компьютерной 3D пространственно-ориентированной геометрической модели и проведения численного моделирования использовали программный комплекс Solid Works (SP2.1, версия для учебных заведений) и ANSYS Multiphysics.

Фотографирование проводили цифровым фотоаппаратом "Nikon Coolpics J3" с последующей их обработкой в Adobe Photoshop и CorelDRAW.

При гистологическом исследовании и гисгоморфометрии применяли методы обзорного окрашивания гематоксилином и эозином, пикрофуксиновой смесью по Ван-Гизон, резорцин-фуксином по Вейгерту; метод 0КГ (оранжевый, красный, голубой) в модификации Д.Д. Зербино и JI.JI. Лукасевича (1988). Исследовали начальные отделы трех сегментов ПВА, на 180 срезах измеряли толщину интимы (intima), медии (media), соотношение толщины внутренней оболочки к толщине средней, наличие, локализацию и характер атеросклеротической бляшки, степень ее погружения в стенку сосуда или возвышения над поверхностью интимы. Оценивали ход и расположение соединительнотканных волокон, степень дезорганизации соединительной ткани. Для гистоморфометрических измерений использовали медицинский микровизор проходящего света Vizo-101 (JIOMO).

Осуществляли протоколирование всех исследований. Распределение материала по видам исследования представлено в таблице 2.

Таблица 2

Распределение материала в зависимости от метода исследования

Метод исследования Количество объектов

Антропометрия, органо- и ангиометрия 128

Гистологическое исследование с гистоморфомеприей 60

Исследование биомеханических свойств* 40

Разработка методики построения компьютерных ЗР пространственно-ориентированных геометрических моделей сердца и правой венечной артерии 40

Итого 228

Примечание:'исследование объектов проведено после орпшометрии.

Полученные результаты обрабатывали вариационно-статистическими методами с использованием пакета прикладных программ «Statistica 8.0» (StatSoft Inc., USA) и Microsoft Office Excel 2007 на IBM PC/AT «Pentium-IV» в среде Windows XP.

Для определения достоверности различий средних величин использовали статистические критерии: параметрические (t-критерий Стьюдента) и непараметрические (Манна - Уитни, Вилкоксона для парных сравнений). Корреляционный анализ проводили при помощи непараметрического критерия Спирмена. Различия считались статистически значимыми при р<0,05 (Плохинский H.A., 1970; Лакин Г.Ф., 1990; Власов В.В., 2001; Реброва О.Ю., 2003).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

При сравнительном анализе морфометрических показателей начальных отделов трех сегментов нами было отмечено статистически значимое (р<0,001) плавное уменьшение наружного диаметра (с 4,37 до 3,64 мм) и двойной толщины стенки (с 1,27 до 0,88 мм) по мере удаления от устья ПВА - от проксимального к среднему и от среднего к дистальному сегментам. Внутренний диаметр начальных отделов I (3,10±0,06 мм) и II (3,12±0,05 мм) сегментов не имел статистически значимых различий (р>0,05). Уменьшение данного показателя (с 3,12 до 2,75 мм) отмечается от II к III сегменту (р<0,001).

Анализ морфометрических параметров начальных отделов сегментов ПВА показал, что наружный диаметр правой венечной артерии на всех исследуемых уровнях увеличивается с возрастом. Примечательно, что увеличение в I и III сегментах носит скачкообразный характер. Первый скачок отмечен в возрасте 41-50 лет (от 4,08±0,09 до 4,46±0,09 мм, р=0,01 и от 3,47±0,07 до 3,82±0,10 мм, р=0,02, соответственно), второй - в возрасте 61-70 лет (от 4,31±0,06 до 4,71±0,06 мм, р=0,001 и от 3,60±0,07 до 3,79±0,07 мм, р>0,05, соответственно). На уровне II сегмента отмечено плавное увеличение наружного диаметра от 31 к 70 годам от 4,05±0,10 до 4,50±0,08 мм (р<0,001).

Внутренний диаметр начальных отделов сегментов ПВА с возрастом претерпевает иные изменения. Во всех трех сегментах отмечено незначительное увеличение просвета ПВА к 41-50 годам: от 3,25±0,09 до 3,37±0,13 мм, от 3,16±0,11 до 3,22±0,10 мм, от 2,79±0,07 до 2,99±0,10 мм, соответственно, (р<0,05). В возрасте 51-70 лет происходит плавное снижение данного параметра на уровнях I и III сегментов до 2,78±0,05мм и 2,66±0,07 мм, соответственно, (р<0,05). На уровне II сегмента статистически значимое уменьшение просвета выявлено в возрасте 61-70 лет. Полученные данные согласуются с исследованием коллег (Бисярина В.П., Яковлев В.М., Кукса ПЛ., 1986; Автандилов Г.Г., 1990,2002; Коробкеев A.A., 1992; Бузарова O.A., 2009).

При корреляционном анализе на всех исследуемых уровнях выявлена статистически значимая положительная сильная связь между наружным и внутренним диаметрами. Увеличение наружного диаметра сопровождается увеличением внутреннего просвета.

С возрастом, от 31 к 70 годам, отмечается утолщение стенки ПВА в начальных отделах всех трех исследуемых сегментов почти в 2 раза (от 0,83±0,04 до 1,27±0,05 мм, от 0,89±0,04 до 1,7(Ш),06 мм, от 0,68±0,03 до 1,13±0,06 мм, соответственно, р<0,05). Во всех случаях значительное увеличение толщины стенки связано с ее атеросклеротическим поражением. Обращает на себя внимание наличие статистически значимых корреляционных связей толщины стенки начальных отделов сегментов ПВА с углами отклонения (а) и разветвления (ß): в I сегменте - отрицательная умеренная связь с углом а ПВА от аорты, во II и III сегментах — положительная умеренная — с углом а ПКрВ, с углом а ЗМЖВ и углом ß ЗМЖВ-ПЗЛВ. При этом отмечена достоверная отрицательная корреляция двойной толщины стенки ПВА с ее внутренним просветом, т.е. увеличение толщины стенки на этих участках правой венечной артерии всегда сопровождается уменьшением ее внутреннего диаметра.

При исследовании гистологических срезов начальных отделов трех сегментов ПВА у мужчин в возрасте 31-70 лет наибольшие значения суммарной толщины стенки - толщины внутренней и средней оболочек наблюдали в сосудистых участках с наличием атеросклеротических бляшек.

Выявленное с возрастом увеличение толщины стенки начальных отделов сегментов ПВА происходит за счет увеличения толщины интимы, при этом толщина средней оболочки ПВА постепенно уменьшается. Исключение составляет начальный отдел III сегмента, где в возрастной группе 31-40 лет отмечено незначительное превышение значений толщины средней оболочки над значениями толщины внутренней. При этом на III уровне с возрастом (31-70 лет) отмечен постепенный рост и толщины средней оболочки от 176,6 мкм до 247,2 мкм. Соотношение И:М у мужчин в возрасте 31-70 лет на I уровне составило 2,07:1, на II - 2,34:1, III - 1,97:1.

Наличие атеросклеротических поражений сосудистой стенки начального отдела I сегмента ПВА на различных стадиях атерогенеза выявлено в 88,3% всех случаев. На данном уровне ПВА мы обнаружили формирование парных атеросклеротических бляшек (выступающей и погружной). Атеросклеротические изменения во всех случаях не были изолированными и

являлись продолжением атеросклеротических бляшек из устья ПВА, что вероятнее всего, связано с изменением ламинарного потока крови на данном уровне ПВА. Возникновение последнего обусловлено углом ответвления ПВА от аорты (104,0±2,0°). В 11,7% наблюдений, преимущественно в возрасте 31-40 лет, признаков поражения стенки ПВА на данном уровне не обнаружено.

На уровне начального отдела II сегмента ПВА частота встречаемости атеросклероза составила 83,4% всех случаев, из них в 70% наблюдений бляшки располагались одиночно. Эксцентрично расположенные атеросклеротические бляшки встретились в 58% наблюдений, циркулярно - в 42%. Такой высокий процент встречаемости атеросклеротических поражений на данном уровне, мы считаем, обусловлен как образованием изгиба ствола ПВА при переходе с передней на диафрагмальную поверхность, так и углом ответвления правой краевой ветви.

На уровне начального отдела III сегмента при исследовании в 66,7% наблюдений выявлено поражение стенки ПВА атеросклерозом. Атеросклеротические бляшки располагались эксцентрично (в 85% случаев) и цирку лярно (в 15% случаев). Начальный отдел данного уровня характеризуется наличием бифуркационного деления ПВА (в 88,1% случаев по данным макроморфометрического исследования) на заднюю межжелудочковую и правую заднелатеральную ветви. Угол разветвления данных ветвей в среднем составил 86,7±2,4°. При значениях угла разветвления данных ветвей более 70,0° отмечали высокие значения толщины стенки ПВА.

На уровнях начальных отделов I и II сегментов мы отметили прогрессирование атеросклеротического процесса, начиная с возрастной группы 31-40 лет, причем в каждой последующей группе процент осложненных атероматозных бляшек резко увеличивается. В начальном отделе III сегмента атеросклеротические поражения были более выражены у лиц 51-70 лет.

При обзорной окраске срезов гематоксилином и эозином выявлено наличие характерных признаков для всех стадий атерогенеза. При окраске пикрофуксиновой смесью по Ван-Гизон и резорцин-фуксином по Вейгерту обнаружили потерю эластических элементов стенок ПВА, фрагментацию и потерю извилистости внутренней эластической мембраны, утолщение интимы в результате разрастания подинтимальной соединительной ткани и ассиметричное выбухание в просвет сосуда фиброзных образований. В медии выявили грубые

коллагеновые волокна. При окраске срезов методом ОКГ обнаружены признаки дезорганизации соединительной ткани.

Наиболее часто присутствовало сочетание двух атеросклеротических бляшек - выступающей в просвет сосуда и погружающейся в стенку. Первоначально на участке артериальной стенки, подверженной воздействию гемодинамических факторов (образование зон закрученного потока крови, низких значений касательных напряжений на внутренних поверхностях стенок и перепадов значений эквивалентного напряжения в самой стенке ПВА), происходит травматизация эндотелия. В ответ на повреждение развивается дисфункция эндотелия интимы, повышается проницаемость артериальной стенки для липопротеидов и клеточных элементов. Организм реагирует на это разрастанием плотной соединительной ткани, что приводит к изменению биомеханических свойств сосудистой стенки. Артериальная стенка становится менее эластичной и более плотной. Происходит формирование атероматозной атеросклеротической бляшки с выраженной покрышкой из фиброзной ткани, составляющей от 1А до % и более всей толщины бляшки, что в малой степени компенсирует гемодинамический удар. Однако противоположная артериальная стенка по мере уплотнения первичной атероматозной бляшки начинает испытывать больший гемодинамический удар, так как энергия отраженной волны тем больше, чем плотнее отражающая поверхность. Скорее всего, это и является причиной, приводящей к последующему образованию фиброзной атеросклеротической бляшки на противоположной стенке сосуда.

Сведения, полученные в ходе гистологического исследования ПВА, подтверждают данные, касающиеся наиболее типичной локализации атеросклеротических бляшек. С возрастом от 31 до 70 лет процент атеросклеротических поражений I и II сегментов резко увеличивается с 63,2 до 93,3%, причем преобладают бляшки в стадии атероматоза и атерокальциноза. Как следствие, утрачиваются основные пропульсивные функции стенки правой венечной артерии, о чем свидетельствуют полученные результаты морфологического исследования.

Одним из основных критериев выбора тактики хирургического лечения ИБС является степень стеноза венечных артерий.

При проведении сравнительной оценки соотношений наружного и внутреннего диаметров (О„ар / Вонутр) различных зон разветвлений ПВА и ее ветвей мы выявили, что наиболее выражен стеноз просвета артерии в зонах

ПВА-ВАК и ПВА-ВСПУ. Вторую позицию по стенозу занимает зона ПВА-ПКрВ, третью - ПВ А-ЗМЖВ, особенно на бифуркационном уровне (от 24,5% до 35,7%).

Начальные проксимальные уровни боковых ветвей правой венечной артерии более подвержены стенозированию, чем дистальные. Стенозирование начальных отделов боковых ветвей венечных артерий отметили в своих работах и В.М.Сысоев (2011), D. Dvir, A. Assali, Е. Lev (2008). Степень стеноза просвета правой краевой ветви больше, а правой заднелатеральной ветви меньше, по сравнению с другими ветвями ПВА, причем у всех ветвей правой венечной артерии отмечено увеличение степени стенозирования у лиц 41-70 лет.

Нами обнаружена сегментарная и возрастная изменчивость биомеханических свойств ПВА. Установлено, что ткани стенок II сегмента обладают большей жесткостью, а задней межжелудочковой ветви (Illa) - меньшей. Проксимальный сегмент прочнее и эластичнее среднего и дистальных сегментов. При деформации на 10% жесткость стенки ПВА от 31 к 70 годам значительно увеличивается: в I сегменте - в 10,5 раза, во II - в 16,0 раза, в Ша - в 20,0 раза и в Шб - в 17,5 раза, вероятно, вследствие потери ее эластичности, что подтверждается полученными результатами гистологического исследования.

Таким образом, с возрастом жесткость стенок ПВА и ее ветвей возрастает, а прочность и эластичность снижаются, т.е. уменьшается их способность к сопротивлению приложенной деформации, что, по-видимому, обусловлено поражением стенки ПВА атеросклерозом.

При исследовании биомеханических свойств сосудистых трансплантатов установлено, что дистальные отделы лучевых, внутренних грудных, локтевых, нижних надчревных и правой желудочно-сальниковой артерий являются более жесткими, чем их средние и проксимальные сегменты. Значения напряжений дистальных отделов данных кондуитов превалируют над проксимальными, на 0,59-2,12 МПа, и на порядок (в среднем от 8 до 25 раз) превышают значения напряжений, возникающих в стенках ПВА при деформации на 10%.

Значения напряжения в стенках проксимальных отделов данных артерий в среднем превышают таковые в стенке ПВА: I сегмента - в 2,7-13,3 раза; II сегмента - в 1,2- 6,0 раза; Ша - в 4,8-17,0 раза и III6 - в 4,0-16,0 раза.

Дистальные сегменты больших подкожных вен отличаются меньшей жесткостью и, соответственно, большей эластичностью, чем их проксимальные сегменты, на 2,80 МПа, и превалируют по значениям напряжения над ПВА в

среднем: I сегмента - в 30,0 раза; II сегмента - в 14,8 раза; Illa сегмента - в 43,0 раза; Шб сегмента - в 39,0 раза.

С возрастом отмечено плавное увеличение жесткости и сопротивления тканей стенок кондуитов при относительной малой деформации. Возрастные изменения кондуитов выражены в меньшей степени по сравнению с правой венечной артерией.

В результате сравнительного анализа упруго-деформативных свойств сегментов правой венечной артерии с проксимальными сегментами артериальных и дистальными отделами венозных кондуитов установлено, что наиболее близкими по биомеханическим свойствам являются для всех сегментов ПВА - правая желудочно-сальниковая артерия, для Illa и Шб - внутренние грудные артерии. Лучевые и локтевые артерии по биомеханическим свойствам не являются кондуитами выбора, т.к. стенки данных артерий обладают малой эластичностью, но применимы дня II сегмента ПВА. Нижние надчревные артерии близки по свойствам с Ша сегментом ПВА, но в 51-70 лет их стенки обладают малой прочностью и эластичностью. Стенка больших подкожных вен жестче стенок сегментов ПВА в 14,8-50,0 раза и характеризуется меньшей прочностью в сравнении с артериальными трансплантатами.

Полученные детализированные данные об архитектонике, патоморфологии, биомеханических свойствах правой венечной артерии и кондуитов, используемых при коронарном шунтировании, позволили создать компьютерные 3D пространственно-ориентированные геометрические модели и провести численный анализ с оценкой гемодинамики правой венечной артерии в норме, при патологии и реконструктивном вмешательстве.

Для построения моделей ПВА был использован программный пакет Solid Works (SP2.1, версия для учебных заведений).

В программном комплексе ANSYS Multiphysics нами проведен анализ гемодинамики с учетом напряженно-деформированного состояния стенки ПВА в диастолической фазе сердечного цикла при условии прикрытия устья ПВА клапанным аппаратом аорты во время систолы.

При конечно-элементном моделировании в модели ПВА без патологии установлено, что локальное давление крови максимально (3643 Па) в дистальном отделе I сегмента и начальном отделе II сегмента; минимально - в дистальных отделах Ша и III6 сегментов (3322 Па) и ветвей (3066 Па). За счет разницы давления (у наружного и внутреннего радиусов) возникают потоки поперечной

циркуляции, имеющие характер завихрения, как в зоне бифуркации, так и в зонах перегиба. В зоне ветвлений, перегибов и изгибов ПВА отмечаются низкие (<1,5 Па) касательные напряжения на стенке (КНС). По гемодинамической теории атерогенеза данные факторы инициируют повреждение и развитие дисфункции эндотелия интимы, приводящие, как следствие, к образованию атеросклеротических поражений.

При конечно-элементном моделировании ПВА с наличием атеросклеротического поражения, с учетом области его локализации и степени стеноза, были выявлены зоны, характеризующиеся низкими КНС, рециркуляцией потоков и ростом значений давления кровотока при различных комбинациях атеросклеротического поражения правой венечной артерии. Выявлено, что с увеличением степени стеноза 45-60-75% объемный кровоток уменьшается на 20, 45 и 63%, соответственно. В постстенотических зонах отмечено турбулентное течение. Максимальная скорость потока крови достигается в зоне стеноза и составляет 4,0 - 8,6 м/с. Наибольшие значения эквивалентных напряжений (ЭН) (до 400 000 Па), с увеличением степени стеноза от 45 до 75%, смещаются в престенотическую область ПВА, а низкие -локализуются в зонах стенозов где, напротив, КНС характеризуются высокими значениями (до 207 Па). С точки зрения гемодинамической теории атерогенеза — это дополнительные факторы для формирования новых зон атеросклеротического поражения стенки в дистальном направлении ПВА.

При конечно-элементном моделировании АКШ в качестве кондуита использовали аутоартериальные свободные трансплантаты — внутреннюю грудную и правую желудочно-сальниковую артерии.

Мы наблюдали высокие значения ЭН на противоположной стенке ПВА в зоне хирургического вмешательства, вызванные максимальными векторами скоростей кровотока, направленными из кондуита. Выявлено, что независимо от типа трансплантата в области анастомоза наблюдается рециркуляция кровотока, более выраженная в проксимальном направлении. Однако с увеличением жесткости используемого кондуита при АКШ на порядок возрасгают максимальные значения ЭН в месте контакта трансплантата с ПВА. Возникает так называемый эффект «противоудара» на граничных боковых поверхностях ПВА от зоны анастомоза и на противоположной стенке. Происходит микротравмаггизация интимы сосудистой стенки, что является пусковым механизмом атерогенеза и как результат - образование атеросклеротических

бляшек в зоне анастомоза с последующим развитием рестеноза 11ВА. Таким образом, при аортокоронарном шунтировании целесообразно использование кондуита с биомеханическими характеристиками, наиболее приближенными к тканям правой венечной артерии.

Возможность прогнозирования локализации атероскперотического процесса и тактики лечения ИБС с помощью разработанной индивидуализированной математической модели на дооперационном этапе позволит снизить риски развития осложнений, продлить срок функционирования кондуитов и тем самым уменьшить количество повторных хирургических вмешательств, направленных на улучшение васкуляризации миокарда.

ВЫВОДЫ

1. Правая венечная артерия и ее ветви характеризуются возрастной, сегментарной и индивидуальной изменчивостью архитектоники, различной выраженностью корреляций топографо-морфометрических параметров и характеристик у лиц группы риска ишемической болезни сердца.

2. Гистологическое строение начальных отделов сегментов правой венечной артерии тесно взаимосвязано с архитектоникой сосудистого русла. Расположение и последовательность образования атеросклеротических бляшек определяются местными гемодинамическими факторами.

3. Данные о биомеханических свойствах тканей стенки правой венечной артерии и кондуитов, а также их возрастной изменчивости необходимы для прогнозирования возможных нарушений кровотока при хирургических вмешательствах. С возрастом жесткость стенок правой венечной артерии и ее ветвей возрастает, а прочность и эластичность снижаются, т.е. уменьшается их способность к сопротивлению приложенной деформации. По сравнению с ПВА возрастные изменения кондуитов выражены в меньшей степени.

4. Созданная на основе комплекса данных о хирургической анатомии, патоморфологии и биомеханике правой венечной артерии компьютерная ЗЭ пространственно-ориентированная модель сосудистого бассейна является геометрическим и физико-механическим аналогом ПВА и выполнена в виде виртуальной параметрической среды, которая позволяет вносить дополнения для дальнейших исследований.

5. Конечно-элементное моделирование позволяет изучать гемодинамические показатели (давление, векторы скоростей кровотока, объемный суммарный кровоток) с учетом напряженно-деформированного состояния стенки (низкие

касательные напряжения на стенке, эквивалентные напряжения и модуль вектора перемещения) правой венечной артерии в норме, при наличии атеросклеротического поражения и хирургической реконструкции. 6. Разработанная модель правой венечной артерии позволяет индивидуализировать подход к выбору наиболее рационального метода реконструктивно-восстановительного хирургического вмешательства с целью предупреждения развития осложнений и обеспечения адекватной реваскуляризации миокарда при ишемической болезни сердца.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. С целью постмортальной диагностики и получения информативной морфологической картины коронаросклероза, при проведении патологоанаггомического и судебно-медицинского исследований, следует принимать во внимание, что наиболее частыми зонами локализации атеросклеротического поражения с более выраженными по степени стеноза участками, являются области начальных отделов I и II сегментов правой венечной артерии.

2. Выбор кондуита при планировании проведения аортокоронарного шунтирования на правой венечной артерии следует осуществлять с учетом соответствия их биомеханических свойств.

3. В качестве оптимального кондуита, который обладает наиболее близкими биомеханическими характеристиками к аналогичным свойствам различных сегментов правой венечной артерии, следует считать: для I сегмента - правая желудочно-сальниковая артерия; для II сегмента - правая желудочно-сальниковая артерия, проксимальные и средние отделы лучевых и локтевых артерий; для Illa сегмента - правая желудочно-сальниковая артерия, проксимальные и средние отделы внутренних грудных артерии и нижних надчревных артерий; для Шб сегмента ПВА - правая желудочно-сальниковая артерия, проксимальные и средние отделы внутренних грудных артерий.

4. На дооперационном этапе для выбора рационального метода аортокоронарного шунтирования правой венечной артерии, прогнозирования локализации атеросклеротического процесса, получения гемодинамических характеристик бассейна правой венечной артерии необходимо использование индивидуализированного компьютерного 3D пространственно-ориентированного моделирования с целью обеспечения адекватной реваскуляризации миокарда.

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Челнокова Н.О., Лупин Д.А. Теоретические подходы к разработке математических методов прогнозирования изменений гемодинамики в венечных артериях при их атеросклеротическом поражении // Молодые ученые здравоохранению: матер. 69-й науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых Саратовского государственного медицинского университета. Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та, 2008. С. 479-481.

2. Челнокова Н.О., Поляев В.О., Дудина Е.В. Эволюция методов инъекционного исследования сосудов // Молодые ученые - здравоохранению: матер. 69-й науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых Саратовского государственного медицинского университета. Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та, 2008. С. 481-483.

3. Челнокова Н.О., Островский Н.В. Топографо-анатомические основы прогнозирования изменений гемодинамики в венечных артериях при их атеросклеротическом поражении // Внедрение инновационных технологий в хирургическую практику (фундаментальные и прикладные аспекты): матер. Междунар. дистанц. науч.-практ. конф., посвящ. памяти выдающегося ученого и хирурга проф. Василия Николаевича Парина. Пермь, 2008. С. 193-195.

4. Челнокова Н.О., Островский Н.В., Поляев В.О. Теоретические основы разработки математических методов прогнозирования изменений гемодинамики в венечных артериях при их атеросклеротическом поражении // Клиническая анатомия и экспериментальная хирургия: Ежегодник Российской ассоциации клинических анатомов в составе ВНОАГЭ. Приложение к журналу «Морфологические ведомости» / под ред. проф. И.И. Кагана. Вып. 8. Оренбург, 2008. С. 42-51.

5. Прикладные аспекты изучения ангиоархитекгоники венечных артерий / Н.О. Челнокова, Н.В. Островский, Е.В. Дудина, Д.В. Попрыга II Морфология. 2009. Т. 4. Вып. 4. С. 150.

6. Сравнительная морфометрия патологически изменённой и нормальной стенки аорты / И.О. Челнокова, Е.В. Дудина, Д.В. Попрыга, И.А. Фролов // Молодые ученые - здравоохранению региона: матер. 70-й науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых Саратовского государственного медицинского университета. Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та, 2009. С. 526-528.

7. Этапы развития хирургических методов лечения ишемической болезни сердца / Н.О. Челнокова, И.А. Фролов, Е.В. Дудина [и др.] // Молодые ученые -

здравоохранению региона: матер. 70-й науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых Саратовского государственного медицинского университета. Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та, 2009. С. 532-533.

8. Морфометрическая основа математического моделирования коронарного кровотока / Н.О. Челнокова, Н.В. Островский, Е.В. Дудина, Д.В. Попрыга // Актуальные вопросы оперативной и топографической анатомии: матер. Всерос. науч. конф. с между нар. участием кафедр оперативной хирургии и топографической анатомии, посвящ. 100-летию со дня рождения академика РАМН, проф. В.В. Кованова / под ред. член.-корр. РАМН, проф. A.B. Николаева. М., 2009. С. 130-132.

9. Методологические подходы к математическому моделированию коронарной гемодинамики / Н.О. Челнокова, Н.В. Островский, Е.В. Дудина, Д.В. Попрыга // Клиническая анатомия и экспериментальная хирургия: Ежегодник Российской ассоциации клинических анатомов в составе ВНОАГЭ. Приложение к журналу «Морфологические ведомости» / под ред. проф. И.И. Кагана. Вып. 9. Оренбург, 2009. С. 146-147.

10. Механические свойства и .гистологическое строение желудочков сердца человека / И.В. Кириллова, A.A. Грамакова, O.A. Щучкина, Н.О. Челнокова // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2009: матер, ежегод. Всерос. науч. школы-семинара / под ред. проф. Д.А. Усанова. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2009. С. 76-80.

11. Механические свойства и построение 3D модели правой коронарной артерии человека / И.В. Кириллова, O.A. Щучкина, A.A. Грамакова, Н.О. Челнокова // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2009: матер, ежегод. Всерос. науч. школы-семинара / под ред. проф. Д.А. Усанова. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2009. С. 80-84.

12.Механические свойства и гистологическое строение миокарда сердца человека / A.A. Голядкина, И.В. Кириллова, O.A. Щучкина, Н.О. Челнокова // III сессия Научного совета РАН по механике деформируемого твердого тела: тез. докл. Всерос. конф. / под ред. проф. Л.Ю. Коссовича. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2009. С. 22.

13.Прикладные аспекты в построении пространственной 3D геометрической модели правой венечной артерии человека / Н.О. Челнокова, O.A. Щучкина, A.A. Грамакова [и др.] // Молодые ученые - здравоохранению: матер. 71-й науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых с междунар. участием, посвящ. 65-

летаю со Дня Победы в ВОВ. Ч. 2. Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та, 2010. С. 274-275.

14. Анализ механических свойств коронарных (венечных) артерий сердца человека / A.A. Грамакова, И.В. Кириллова, O.A. Щучкина, Н.О. Челнокова // Биомеханика 2010: тез. докл. X Всерос. конф. / под ред. проф. Л.Ю. Коссовича. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2010. С. 61.

15.Конечно-элементное моделирование ишемической болезни сердца исходя из картины морфофункциональных изменений венечных артерий и сердечной мышцы человека /A.A. Голядкмна, И.В. Кириллова, Н.О. Челнокова [и др.] II Российский журнал биомеханики. 2011. T.1S, №4 (54). С.33-46.

16. Челнокова Н.О., Голядкина A.A., Щучкина O.A. (Слинико-морфологические основы моделирования гемодинамики в системе венечных артерий с учетом их взаимодействия с миокардом // Саратовский научно-медицинский журнал. 2011. Т. 7, № 4. С. 762-768.

17.Методологические подходы к математическому моделированию гемодинамики в венечных артериях / Н.О. Челнокова, Н.В. Островский, П.А. Каравайкин, И.С. Шмелев // Новые технологии в экспериментальной и клинической хирургии: матер, межрегион, науч. конф. с междунар. участием. Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та, 2011. С. 150-153.

18. Особенности ангиоархитектоники венечных артерий, применяемые дня построения их пространственной 3D геометрической модели / Н.О. Челнокова, П.А. Каравайкин, A.A. Кулдошин [ и др.] // Молодые ученые - здравоохранению: матер. 72-й межрегион, науч.-практ. конф. студентов и молодых ученых с междунар. участием. Ч. 2. Саратов: Изд-во Сарат. мед. ун-та, 2011. С. 524-525.

19.Челнокова Н.О., Маслякова Г.Н., Островский Н.В. Патоморфологические изменения стенки венечных артерий человека в аспекте построения адекватной компьютерной модели гемодинамики // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. 2012. № 4 (24). С. 56-64.

20.Соразмерностъ тотальных размеров тела, органометрических параметров сердца и аорты взрослых мужчин / Н.О. Челнокова, Н.В.Островский, Е.А. Анисимова, В.В. Мурылев // Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9, № 2 . С. 220-224.

21.Челнокова Н.О. Закономерности изменчивости ангиоархитектоникн правой венечной артерии взрослых мужчин в аспекте построения компьютерной 3D пространственно-ориентированной геометрической модели // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 632; URL: http://www.science-education.ru/113-11331

22. Челнокова Н.О. Топографо-анатомические особенности ангиоархитектоникн правой венечной артерии применительно к созданию компьютерной 3D геометрической модели // Фундаментальные исследования. 2013. № 9 (6). С. 1159-1163.

23.Корреляционные взаимоотношения органометрических признаков сердца и аорты с антропометрическими параметрами взрослых мужчин / Н.О. Челнокова, Н.В. Островский, Г.Н. Маслякова, Е.А. Анисимова // Бюллетень медицинских Интернет-конференций (ISSN 2224-6150). 2013. Т. 3. Вып. 5. С. 935.

24.Натурный эксперимент по одноосному растяжению биологических тканей / O.A. Гришина, A.A. Голядкина, И.В. Кириллова, Н.О. Челнокова // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2013: матер, ежегод. Всерос. науч. школы-семинара / под ред. проф. Д.А. Усанова. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2013. С. 15-17.

Подписано в печать 24.04.2014. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman. Печать RISO. Объем 1,0 печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 125.

Отпечатано с готового оригинал-макета Центр полиграфических и копировальных услуг Предприниматель Серман Ю.Б. Свидетельство № 3117 410600, Саратов, ул. Московская, д.152, офис 19, тел. 26-18-19, 51-16-28

-7042

2014153998

 
 

Текст научной работы по медицине, диссертация 2014 года, Челнокова, Наталья Олеговна

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный медицинский

университет имени В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации

04201459595 На правах рукописи

Челнокова Наталья Олеговна

ПАТОМОРФОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ХИРУРГИЧЕСКОЙ ТАКТИКИ ОПЕРАЦИЙ В БАССЕЙНЕ ПРАВОЙ ВЕНЕЧНОЙ АРТЕРИИ НА ОСНОВЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАРУШЕНИЙ ГЕМОДИНАМИКИ

14.03.02 - патологическая анатомия 14.01.17- хирургия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор Г.Н. Маслякова; доктор медицинских наук, профессор Н.В. Островский

Саратов - 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ...............................3

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................6

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................17

Глава 2.МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ........................37

2.1. Общая характеристика исследованного материала...............37

2.2. Антропометрия и органометрня.......................................39

2.3. Методика изучения архитектоники правой венечной артерии........................................................................41

2.4. Гистологическое исследование и гистоморфометрия...........46

2.5. Методика исследования биомеханических свойств

правой венечной артерии и кондуитов..............................48

2.6. Методы статистического анализа полученных данных........50

Глава 3. АНТРОПОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

И ОРГАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СЕРДЦА

СУБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.......................................52

Глава 4.АНГИОАРХИТЕКТОНИКА И ПАТОМОРФОЛОГИЯ

ПРАВОЙ ВЕНЕЧНОЙ АРТЕРИИ.......................................60

4.1. Хирургическая анатомия правой венечной артерии.............60

4.2. Архитектоника начальных отделов сегментов правой венечной артерии...........................................................69

4.3. Микроморфометрическое исследование и патоморфология начальных отделов сегментов правой венечной артерии......82

4.4. Архитектоника зон разветвлений правой венечной артерии........................................................................97

4.4.1. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления ветви артериального

конуса........................................................................97

4.4.2. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления ветви синусно-предсердного узла........................................................106

4.4.3. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления правой краевой ветви......115

4.4.4. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления задней межжелудочковой ветви..................................................................................124

4.5. Сравнительная оценка степени стеноза правой венечной

артерии и ее ветвей на уровнях зон разветвлений..................135

Глава 5.ИССЛЕДОВАНИЕ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРАВОЙ ВЕНЕЧНОЙ АРТЕРИИ И КОНДУИТОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ ПО ПОВОДУ ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНИ СЕРДЦА...............................141

5.1. Одноосное растяжение сегментов правой венечной

артерии...........................................................................141

5.2. Одноосное растяжение кондуитов.....................................146

Глава б.КОМПЬЮТЕРНОЕ ЗБ ПРОСТРАНСТВЕННО-ОРИЕНТИРОВАННОЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРАВОЙ ВЕНЕЧНОЙ АРТЕРИИ И ОЦЕНКА КРОВОТОКА:

ПРИ АТЕРОСКЛЕРОТИЧЕСКОМ ПОРАЖЕНИИ

И РЕКОНСТРУКТИВНЫХ ВМЕШАТЕЛЬСТВАХ..................152

6.1. Создание трехмерной модели сердца человека.....................152

6.2. Создание трехмерной модели правой венечной артерии.......155

6.3. Конечно-элементное моделирование.................................157

6.3.1. Постановка задачи........................................................157

6.3.2. Результаты конечно-элементного моделирования правой

венечной артерии без патологии..........................................159

6.3.3. Результаты конечно-элементного моделирования правой венечной артерии при атеросклеротическом

поражении....................................................................162

6.3.4. Результаты конечно-элементного моделирования реконструктивных вмешательств на правой венечной артерии.......................................................................165

ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................................170

ВЫВОДЫ....................................................................................188

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.............................................190

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...............................................191

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................222

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АКШ аортокоронарное шунтирование

ВА венечные артерии

ВАК ветвь артериального конуса

ВСГТУ ветвь синусно-предсердного узла

ЖВ желудочковые ветви

змжв задняя межжелудочковая ветвь

ИБС ишемическая болезнь сердца

КНС касательное напряжение на стенке

ЛВА левая венечная артерия

НДС напряженно-деформированное состояние

ов огибающая ветвь

пв предсердные ветви

ПВА правая венечная артерия

ПЗЛВ правая заднелатеральная ветвь

ПКрВ правая краевая ветвь

ПМЖВ передняя межжелудочковая ветвь

угол а угол отклонения

угол Р угол разветвления

ЭН эквивалентные напряжения

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Прогнозирование изменений гемодинамики при атеросклеротическом поражении сосудов бассейна венечных артерий является весьма актуальной проблемой современной медицины. Это связано с внедрением в клиническую практику комплексного подхода в лечении ишемической болезни сердца, направленного на оптимизацию венечного кровотока для реперфузии миокарда.

По данным Всемирной Организации Здравоохранения (Женева, 2011) сердечнососудистые заболевания уносят жизни 16,7 миллионов людей в год, что составляет 29,2 % от общей смертности населения Земли. В Российской Федерации по данным Росстата (2012), 57% в структуре смертности населения составляют заболевания сердечно-сосудистой системы, из них 49,3% — ишемическая болезнь сердца (ИБС). Ведущие позиции ишемической болезни сердца в структуре заболеваемости и смертности населения представляют серьезную медицинскую и социально-экономическую проблему, т.к. отмечен высокий процент встречаемости данной патологии у лиц мужского пола в возрасте 30 — 60 лет, т.е. трудоспособной, высококвалифицированной части общества (Буланов Г.А., 2008; Беленков Ю.Н., Оганов Р.Г., 2008; Зейналов Р.В., Ковальчук И.А., Громов Д.Г., 2011; Бокерия JI.A., Гудкова Р.Г., 2013; AllenderS., Scarborough P., O'Flaherty М. et al., 2008; Serdar G., Oscar J.A., Ellen K., 2010; Bertuccio P., Levi F., Lucchini F., et al. 2011; и др.).

Причиной ишемии миокарда является снижение перфузии, обусловленной окклюзией венечных артерий сердца, чаще вследствие поражения атеросклерозом. Наиболее часто атеросклеротические изменения выявляются в передней межжелудочковой ветви левой венечной артерии, второе место по частоте поражения атеросклерозом занимает правая венечная артерия (ПВА) (Нагорнев В.А., 2006; Чазов Е.И., Бойцов С.А., 2009; Тимофеева А.В., 2009; Лиходед В.Г., Бондаренко В.М., Гинцбург АЛ, 2010; Johnston В.М.,

Johnston P.R., Corney S., Kilpatrick D., 2006; Galassi A., Colombo A., Buchbinder M. et al., 2007; Goktepe S., Abilez О J., Kühl E., 2010; и др.).

Патогенез собственно атеросклероза на сегодня до конца не ясен и остается предметом многочисленных научных дискуссий. Ряд современных исследователей отдают предпочтение гемодинамической теории атерогенеза (Авалиани В.М., 2007; Каменский A.B., 2007; Бабунашвили A.M., Карташов Д.С., Кавтеладзе З.А. и соавт., 2008; Чеботарь Е.В., Шахов Б.Е., 2011; Сысоев В.М., 2011; Павлова O.E., 2013; Galassi A., Colombo А., Buchbinder М. et al., 2007; Wentzel J., Gijsen F., Thury A. et al., 2008; Soulis J.V., Huang J., Lyczkowski R.W., Gidaspow D., 2009; Goktepe S., Abilez O.J., Kühl E., 2010; и др.). В ней ведущая роль отводится влиянию воздействию низких и высоких касательных напряжений, колебанию значений эквивалентных напряжений на стенках сосуда, образованию зон высокого давления в артериях, приводящих к повреждению и развитию дисфункции эндотелия интимы. Сегодня установлено, что на участках артериальной стенки в зонах низкого касательного напряжения отмечается обильная миграция моноцитов к эндотелию, а также интенсивное накопление липидов гладкомышечными клетками в местах поврежденного эндотелия на участках сосудистой стенки с высокими значениями эквивалентного напряжения и деформаций (Fry D.L., 2002; Himburg H.A., Grzybowski D.M., Hazel A.L., et al., 2004; Jung J., Lyczkowski R.W., Panchal Ch.B., Hassanein A., 2006; Soulis J.V., Farmakis Th. M., Giannoglou G.D. et al., 2006; Huang J., Lyczkowski R.W., Gidaspow D., 2009; Kumar A., 2010; Kabinejadian F., Chua L.P., Ghista D.N. et al., 2010; Sankaran S., Moghadam M.E., Kahn A.M. et al., 2012; Swillens A., Witte M., Nordgaard H. et al., 2012; и др.). Многочисленные исследования, направленные на изучение этиологии, патогенеза, лечения и профилактики нарушений венечного кровотока, свидетельствуют об актуальности и нерешенности на сегодняшний день проблемы прогнозирования изменений гемодинамики в условиях патологически измененного сосудистого.русла.

По данным JI.A. Бокерия, И.И. Беришвили (2006), И.А. Горячевой (2012), J.A. Goidstein (2002), правовенечный тип кровоснабжения сердца значительно

превалирует над левовенечным, составляя порядка 90% наблюдений. В связи с этим ведущая роль в кровоснабжении правых отделов сердца, задней стенки левого желудочка, межжелудочковой и межпредсердной перегородок, заднемедиальной группы сосочковых мышц и проводящей системы сердца принадлежит правой венечной артерии. Окклюзия правой венечной артерии, при правовенечном типе кровоснабжении, особенно при многососудистом поражении атеросклерозом бассейна венечных артерий, приводит, как правило, к развитию дисфункции и инфарктам миокарда правого желудочка, задней стенки левого желудочка, межжелудочковой перегородки, кардиосклероза, нарушений сердечного ритма и клапанного аппарата, тем самым, может стать фатальной для пациента (Кокшенева И.В., 2007; Бокерия JI.A., Бусленко Н.С., Бузиашвили Ю.И. и соавт., 2010; Ярославская Е.В., Кузнецов В. А., Пушкарев Г.С. и соавт., 2013).

Хирургические методы лечения ишемической болезни сердца, в частности методы прямой васкуляризации миокарда, несомненно, имеют преимущества перед терапевтическими. Методы прямой реваскуляризации -наложение маммарно-коронарного анастомоза, аортокоронарное шунтирование с аутовенозными и аутоартериальными кондуитами, коронарная эндартерэктомия с последующим шунтированием или пластикой - являются, наиболее эффективными в достижении адекватной артериальной реваскуляризации миокарда (Островский Ю.П., 2007; Руденко A.B., Соколов Ю.Н., Шнейдер Ю.А., 2009; Бойцова И.В., Пухальский А.Н., 2011; Лысенко A.B., Черноусое А.Ф., Стоногин A.B., Голубев Е.П., 2012; Тунгусов Д.С., Чернов И.И., Уртаев P.A. и соавт., 2013; Sedrakyan A., Wu A.W., Parashar А. et al., 2006; Ivert Т., Holzmann M. J., Sartipy U., 2014; Hokkanen M., Järvinen О., Huhtala H., Tarkka M.R., 2014). При этом рестеноз правой и левой венечных артерий, развивающийся в течение первых 3-8 месяцев после оперативного вмешательства, представляет собой не только научную, но и социальную проблему (КацияГ.В., 2003; Акчурин P.C., Ширяев A.A., 2004; Бабунашвили A.M., Карташов Д.С., Кавтеладзе З.А., 2008; Вечерский Ю.Ю., Андреев С. Л., Затолокин В.В., 2010; Осиев А.Г., Мироненко С.П.,

Верещагин M.А., 2011; Чеботарь Е.В., Шахов Б.Е., 2011; Тепляков А.Т., Гракова Е.В., Крылов A.JI. и соавт., 2011; Kastrati A., Mehilli J., von Beckerath N. et al., 2005; Bansal D., Muppidi R., Singla S. et al., 2008; Chevalier В., Silber S., Park S J. et al., 2009; Serruys P., 2010).

При проведении реконструктивно-восстановительных операций по поводу ишемической болезни сердца на правой венечной артерии нередко возникают технические трудности, связанные с недостоверными и нечетко ориентированными в прикладном аспекте данными об архитектоники оперируемого сосуда. Применение современных высокотехнологичных методов диагностики и хирургического лечения ишемической болезни сердца требует комплексного детализированного и тщательного изучения хирургической анатомии правой венечной артерии с целью проведения адекватной реваскуляризации миокарда (Лесбеков Т.М., 2008; Цыгедьников С.А., 2010; Sedlis S.P., Eisenberg M.J., 2008).

Сегодня очевидны критерии отбора пациентов для применения того или иного метода хирургического лечения ишемической болезни сердца, хотя они отличаются в различных клиниках. Критериев же прогнозирования результатов восстановления кровотока в венечных артериях при реконструктивно-восстановительных оперативных вмешательствах по поводу ишемической болезни сердца в настоящее время не существует.

При определении показаний к оперативному вмешательству по поводу ишемической болезни сердца особое значение имеет анализ исходного состояния перфузии миокарда и коронарного кровотока (Цыбин А.К., Островский Ю.П., Мрочек А.Г., 2003; Авалиани В.М., 2007; Шипулин В.М., Козлов Б.Н., Евтушенко A.B. и соавт., 2010; Бокерия Л.А., Алекян Б.Г., 2013). Для выбора рационального метода реваскуляризации миокарда предпочтительны данные математического моделирования изменений в сосудистом русле с учетом напряженно-деформированного состояния сосудистой стенки и гемодинамики в норме и при патологии на основе точных морфометрических параметров венечных артерий. Многочисленные исследования подтверждают, что при проведении реконструктивно-

восстановительных операций на артериях изменяются не только их ангиоархитектоника, биомеханические свойства тканей стенок, но и гемодинамика (Поляев В.О., 2007; Морозов K.M., Каменский A.B., 2011; Иванов Д.В., 2011, Доль A.B., 2013; Huang J., Lyczkowski R.W., Gidaspow D., 2009; Soulis J.V., Farmakis Th.M., Giannoglou G.D., Louridas G.E., 2006; Kumar A., 2010; Goktepe S., Abilez О .J., Kühl E., 2010).

Развитие современных методов исследования сопровождается широким внедрением компьютерного моделирования в хирургию различных областей (Байтингер В.Ф., 2006; Лойт A.A., Трунин Е.М., Пугачева М.А. и соавт., 2007; Воробьев A.A., Муха Г.П., Колмаков A.A. и соавт., 2010; Безбородов С.А., 2011; Ilyasova N.Yu., Korepanov А.О., Kupriyanov A.V. et al., 2002; De Santis G., Mortier P., De Beule M., 2010). С помощью индивидуальной компьютерной модели можно выявить и достаточно точно оценить индивидуальные особенности хирургической анатомии артерий, грамотно провести предоперационное планирование, избежать послеоперационных осложнений. Математическое моделирование позволяет оценивать параметры кровотока на любом участке сосудистого русла и прогнозировать гемодинамические последствия восстановительно-реконструктивной сосудистой операции (Шарабрин Е.Г., Шахов Е.Б., Блинов П.А. и соавт., 2009; Гришина O.A., 2013; Голядкина A.A., 2013).

Таким образом, компьютерное моделирование расширяет возможности изучения влияния многочисленных факторов, предопределяющих развитие того или иного патологического процесса, и позволяет индивидуализировать подход к выбору метода восстановления венечного кровотока с учетом особенностей архитектоники правой венечной артерии пациента при условии взаимодействия сосудистого русла с миокардом.

В связи с этим, определение ангиоархитектоники, морфологических параметров, геометрии и биомеханических свойств тканей является необходимым подготовительным этапом процесса моделирования правой венечной артерии. Между тем, в доступной литературе содержатся лишь общие характеристики вариантной анатомии правой венечной артерии и очевидны

существенные разногласия в сведениях о ее топоморфологических и биомеханических параметрах в аспекте индивидуальной и возрастной изменчивости.

Недостаточное количество детализированных данных о хирургической анатомии, морфологии и биомеханических свойствах сосудистой стенки правой венечной артерии, отсутствие сведений об изменениях гемодинамики в правовенечном артериальном бассейне при атеросклеротическом поражении и реконструктивных вмешательствах определяют цель и задачи настоящей работы.

Цель исследования: разработать принципы прогнозирования изменений гемодинамики в правой венечной артерии при ее атеросклеротическом поражении на основе создания компьютерной ЗБ модели кровотока с учетом морфологических параметров и биомеханических свойств сосудистой стенки для выбора тактики хирургического вмешательства при ишемической болезни сердца.

Задачи исследования

1. Выявить особенности архитектоники и морфометрических параметров правой венечной артерии у лиц группы риска возникновения ИБС и определить закономерности изменчивости, характер корреляций топографо-морфометрических характеристик.

2. Изучить гистологическое строение стенки правой венечной артерии на различных уровнях и оценить степень зависимости локализации атеросклеротических бляшек от строения сосудистой стенки.

3. Исследовать биомеханические свойства правой венечной артерии и провести сравнительный анализ с аналогичными параметрами аутовенозных и аутоартериальных кондуитов, используемых при реконструктивно-восстановительных операциях по поводу ИБС.

4. На основании созданной базы данных по хирургической анатомии, патоморфологии и биомеханическим свойствам правой венечной артерии и ее

ветвей, разработать компьютерную ЗБ пространственно-ориентированную геометрическую модель бассейна правой венечной артерии (в норме, при наличии атеросклеротического поражения и хирургической реконструкции)

5. С помощью построенной модели правой венечной артерии определить изменения показателей гемодинамики и оценить влияние кровотока на сосудистую стенку (в норме, при наличии атеросклеротического �