В ПНИПУ исследовали влияние изгиба позвоночной артерии на кровоток в мозг
Исследование влияния изгиба позвоночных артерий на кровоснабжение мозга провели ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 10 июля сообщает пресс-служба вуза.
По статистике в России 80% из ежегодно регистрируемых 422–470 тыс. случаев инсульта приходится на ишемические, когда происходит не разрыв сосуда с кровоизлиянием, а его закупорка тромбом. При этом кровь перестает поступать в соответствующие участки мозга, и его клетки гибнут из-за возникающей нехватки кислорода.
Лечение в этом случае заключается в быстром восстановлении кровоснабжения, что минимизирует повреждения нейронов и сохраняет жизнеспособность ткани мозга. При этом эффективность восстановления зависит и от характеристик изначальной циркуляции крови, питающей мозг. Она же, в свою очередь, определяется многими факторами.
Так, нарушение доставки крови к мозгу может происходить в том числе из-за патологий в позвоночной артерии. Данные, полученные специалистами Пермского Политеха в ходе исследования влияния одной из таких патологий — критического изгиба позвоночной артерии, дает врачам возможность лучше понимать механизмы нарушений кровообращения и находить эффективные методы их лечения.
Результаты исследования ученые представили в статье «Численный анализ влияния угла поворота позвоночной артерии на показатели гемодинамики» (Numerical analysis of the rotation angle of the vertebral artery on the hemodynamic parameters), опубликованной в Master’s Journal.
Поскольку около 20% потребностей мозга в крови обеспечивают позвоночные артерии, которые являются основной магистралью снабжения кровью его задних отделов, то их состояние значительно влияет на циркуляцию крови. При этом от угла изгиба этих артерий зависит скорость движения крови, ее давление и сопротивление кровотоку в сосудах.
Исследование взаимодействия данных параметров важно для выявления и терапии сосудистых заболеваний. Кровоток в позвоночных артериях в настоящее время исследуется с помощью УЗИ, МРТ и КТ. В некоторых случаях применяют инвазивный метод с введением в кровь контраста, что позволяет визуально наблюдать на компьютере движение ее по артериям.
Однако если требуется определение риска развития различных заболеваний, а не текущее состояние кровотока, то в ход идет компьютерное моделирование, для чего создаются виртуальные копии кровеносных сосудов. Они позволяют анализировать динамику кровяного потока в 3D, находить возникающие напряжения на стенках сосудов и зоны появления вихрей, которые возникают в местах сужений, изгибов сосудов или при высоком давлении.
Именно такую модель — виртуальную копию участка позвоночной артерии, разработали специалисты ПНИПУ. Они использовали современные методы вычислительной гидродинамики, которые позволили им создать реалистичные модели кровотока для разных значений угла изгиба артерии. Модель учитывает размер просвета сосудов, который у человека может стать как уже нормы — из-за бляшек или спазма, так и шире — при аневризме.
Результаты проведенного с помощью модели исследования показали, что, когда артерия имеет угол изгиба в определенных пределах, в ней возникают зоны повышенного давления и хаотичного течения крови. Это приводит к повреждению стенок сосуда. Поэтому данное исследование будет полезно для ранней диагностики и коррекции таких патологий.
Магистрант кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ Мария Матросова рассказала о полученных исследователями результатах:
«Угол изгиба позвоночной артерии значительно влияет на скорость кровотока, давление и образование вихрей в сосуде. Особенно опасными по результатам исследований оказались изгибы под углами от 90° до 150° (угол измеряется от оси симметрии), где наблюдались наибольшие колебания скорости и давления. Это может повреждать стенки сосудов и ухудшать кровоснабжение мозга, повышая риск возникновения инсульта».
Поэтому, отмечает исследователь, медикам при диагностике позвоночника очень важно обращать внимание на артерии, изогнутые под такими углами.
«Для цифровой модели использовались реальные данные УЗИ позвоночной артерии: ее размеры и скорость кровотока, — пояснил доцент кафедры „Вычислительная математика, механика и биомеханика“ ПНИПУ, кандидат физико-математических наук Марина Шмурак. — Сама геометрия данной модели — это идеализированная артерия, представляющая собой цилиндрическую изогнутую трубку. Угол поворота при исследовании варьировался от прямого хода кровяного течения. На этом этапе анализируется влияние изменения этого угла в плоскости на кровоток».
Ученые ПНИПУ намерены усложнить модель, которая будет учитывать еще и такие факторы, как пространственный изгиб, текучесть и вязкость крови (реологические характеристики), а также изменение граничных условий и др.
Компьютерная модель позволит изучать кровоток пациента без инвазивных процедур для любых условий (разные углы изгиба, давление, вязкость крови), заранее определяя существующие для него риски еще до появления симптомов тромбообразования или деформации стенки сосуда.
Такие данные помогут в разработке персонализированного лечения и виртуального тестирования результатов планируемых хирургических вмешательств.
Выполненное учеными Пермского Политеха исследование доказывает необходимость своевременного выявления опасных изгибов позвоночной артерии у пациентов. Данные же, получаемые с помощью разрабатываемой модели, помогут врачам в понимании причин нарушений кровообращения, что станет основой разработок эффективных методов диагностики и лечения, в том числе новых направлений в превентивной медицине.
