Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Саратовский государственный медицинский
университет имени В.И. Разумовского»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
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 –
ОГЛАВЛЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ………………….......... ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………......... Глава 1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………... Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ………………...... 2.1. Общая характеристика исследованного материала………...... 2.2. Антропометрия и органометрия…………………………………. 2.3. Методика изучения архитектоники правой венечной артерии………………………………………………………………. 2. 4. Гистологическое исследование и гистоморфометрия………... 2.5. Методика исследования биомеханических свойств правой венечной артерии и кондуитов…………………………. 2. 6. Методы статистического анализа полученных данных……... Глава 3.АНТРОПОМЕТРИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
И ОРГАНОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СЕРДЦА
СУБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ…………………………………. Глава 4. АНГИОАРХИТЕКТОНИКА И ПАТОМОРФОЛОГИЯ ПРАВОЙ ВЕНЕЧНОЙ АРТЕРИИ………………………………….
. 4.1. Хирургическая анатомия правой венечной артерии……….... 4.2. Архитектоника начальных отделов сегментов правой венечной артерии………………………………………………...... 4.3. Микроморфометрическое исследование и патоморфология начальных отделов сегментов правой венечной артерии……. 4.4. Архитектоника зон разветвлений правой венечной артерии………………………………………………………………. 4.4.1. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления ветви артериального конуса…………………………………………………………...... 4. 4.2. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления ветви синуснопредсердного узла……………………………………………..... 4.4.3. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления правой краевой ветви…... 4. 4.4. Архитектоника зоны разветвления правой венечной артерии на уровне ответвления задней межжелудочковой ветви…………………………………
4.5. Сравнительная оценка степени стеноза правой венечной артерии и ее ветвей на уровнях зон разветвлений………………. Глава 5.ИССЛЕДОВАНИЕ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ПРАВОЙ ВЕНЕЧНОЙ АРТЕРИИ И КОНДУИТОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ПРИ РЕКОНСТРУКТИВНОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ ПО ПОВОДУ
ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНИ СЕРДЦА…………………………. 5.1. Одноосное растяжение сегментов правой венечной артерии…………………………………………………………………. 5.2. Одноосное растяжение кондуитов……………………………….
Глава 6.КОМПЬЮТЕРНОЕ 3D ПРОСТРАНСТВЕННООРИЕНТИРОВАННОЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРАВОЙ ВЕНЕЧНОЙ АРТЕРИИ
И ОЦЕНКА КРОВОТОКА:
ПРИ АТЕРОСКЛЕРОТИЧЕСКОМ ПОРАЖЕНИИ
И РЕКОНСТРУКТИВНЫХ ВМЕШАТЕЛЬСТВАХ………......... 6.1. Создание трехмерной модели сердца человека……………...... 6.2. Создание трехмерной модели правой венечной артерии……. 6.3. Конечно-элементное моделирование……………………………. 6.3.1. Постановка задачи…………………………………………......... 6.3.2. Результаты конечно-элементного моделирования правой венечной артерии без патологии………………
6. 3.3. Результаты конечно-элементного моделирования правой венечной артерии при атеросклеротическом поражении……………………………………………………........ 6. 3.4. Результаты конечно-элементного моделирования реконструктивных вмешательств на правой венечной артерии…………………………………………………………..... ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………. ВЫВОДЫ…………………………………………………………………………. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ………………………………………. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………….. ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………….
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АКШ аортокоронарное шунтирование ВА венечные артерии ВАК ветвь артериального конуса ВСПУ 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 угол отклонения угол 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 Л.А., Гудкова Р.Г., 2013;
Allender S., Scarborough P., O’Flaherty M. 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 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 А.Л., 2010; Johnston B.M., Johnston P.R., Corney S., Kilpatrick D., 2006; Galassi A., Colombo A., Buchbinder M.
et al., 2007; Goktepe S., Abilez O.J., Kuhl 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 А.В., 2007; Бабунашвили А.М., Карташов Д.С., Кавтеладзе З.А. и соавт., 2008; Чеботарь Е.В., Шахов Б.Е., 2011; Сысоев В.М., 2011; Павлова О.Е, 2013; Galassi A., Colombo A., Buchbinder M. 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., Kuhl 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 Л.А, 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 Л.А., 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 эндартерэктомия с последующим шунтированием или пластикой – являются Соколов Ю.Н., Шнейдер Ю.А., 2009; Бойцова И.В., Пухальский А.Н., 2011;
Тунгусов Д.С., Чернов И.И., Уртаев Р.А. и соавт., 2013; Sedrakyan A., Wu A.W., Parashar A. et al., 2006; Ivert T., Holzmann M. J., Sartipy U., 2014; Hokkanen M., Jrvinen O., 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 (Кация Г.В., 2003; Акчурин Р.С., Ширяев А.А., 2004;
Бабунашвили А.М., Карташов Д.С., Кавтеладзе З.А., 2008; Вечерский Ю.Ю., Верещагин М.А., 2011; Чеботарь Е.В., Б.Е. Шахов, 2011; Тепляков А.Т., Гракова Е.В., Крылов А.Л. и соавт., 2011; Kastrati A., Mehilli J., von Beckerath N.
et al., 2005; Bansal D., Muppidi R., Singla S. et al., 2008; Chevalier B., 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 не четко ориентированными в прикладном аспекте данными об архитектоники оперируемого сосуда. Применение современных высокотехнологичных методов диагностики и хирургического лечения ишемической болезни сердца хирургической анатомии правой венечной артерии с целью проведения 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 реконструктивновосстановительных 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 А.В. и соавт., 2010; Бокерия Л.А., Алекян Б.Г., 2013).
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 ангиоархитектоника, биомеханические свойства тканей стенок, но и гемодинамика (Поляев В.О., 2007; Морозов К.М., Каменский А.В., 2011;
Иванов Д.В., 2011, Доль А.В., 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 O.J., Kuhl E., 2010).
Развитие современных методов исследования сопровождается широким внедрением компьютерного моделирования в хирургию различных областей (Байтингер В.Ф., 2006; Лойт А.А., Трунин Е.М., Пугачева М.А. и соавт., 2007;
Ilyasova N.Yu., Korepanov A.O., 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 О.А., 2013;
Голядкина А.А., 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 3D модели кровотока с учетом морфологических параметров и биомеханических свойств сосудистой стенки для выбора тактики хирургического вмешательства при ишемической болезни сердца.
1. Выявить особенности архитектоники и морфометрических параметров правой венечной артерии у лиц группы риска возникновения ИБС и определить закономерности изменчивости, характер корреляций топографоморфометрических 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 реконструктивновосстановительных операциях по поводу ИБС.
На основании созданной базы данных по хирургической анатомии, патоморфологии и биомеханическим свойствам правой венечной артерии и ее ветвей, разработать компьютерную 3D 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.
Изучены в прикладном аспекте 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 правой венечной артерии с типами телосложения и показана их экстенсивность.
атеросклеротического поражения венечных артерий. Проведен сравнительный анализ гистологического строения различных сегментов правой венечной артерии. Оценена степень зависимости между локализацией атеросклеротических бляшек и строением сосудистой стенки.
Получены важные в практическом отношении данные о биомеханических свойствах сегментов правой венечной артерии и кондуитов, используемых при реконструктивно-восстановительных вмешательствах по поводу ИБС.
На основе разработанного комплекса данных о морфотопометрических и биомеханических параметров создана компьютерная 3D пространственноориентированная геометрическая модель правой венечной артерий в норме, при атеросклеротическом поражении и хирургической реконструкции. Впервые разработана 3D модель, которая является геометрическим и физикомеханическим 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 лиц группы 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.
Разработанная биомеханическая 3D пространственно-ориентированная геометрической модель правовенечного кровотока норме, при атеросклеротическом поражении и хирургической реконструкции) 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.
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, судебномедицинской экспертизе, при антропологических исследованиях, а также в учебном процессе при проведении практических занятий и чтении лекций на кафедрах патологической анатомии, оперативной хирургии и топографической анатомии, судебной медицины, анатомии человека высших медицинских учебных заведений.
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 пространственно-ориентированное моделирование позволяет изучить гемодинамическую картину бассейна правой венечной артерии, прогнозировать локализацию атеросклеротического поражения и на дооперационном этапе определить оптимальный уровень, метод оперативного вмешательства и кондуит.
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 судебногистологического 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 научноисследовательской деятельности отделов «Биомеханика» и «Математическое моделирование» Образовательно-научного института наноструктур и биосистем СГУ им. Н.Г. Чернышевского.
«