1 Островський Н.В. 1 Челнокова Н.О. 1 Голядкина А.А. 2 Мурилев В.В. 3 Семенова Ю.І. 1
1 ГБОУ ВПО «Саратовський державний медичний університет ім. В.І. Розумовського МОЗ Росії »
2 ФГБОУ ВПО «Саратовський державний університет ім. Н.Г. Чернишевського »
3 ГБОУ ВПО «Перший Московський державний медичний університет ім. І.М. Сеченова МОЗ Росії »
В експерименті проведено дослідження пружно-деформаційних властивостей лівої вінцевої артерії і її гілок у трупів чоловіків у віці 31-70 років. Проводили препарування судин, ангіометрію, одновісне розтягнення зразків артерій (n = 160) на розривної машині з подальшим статистичним аналізом отриманих результатів. Вивчали біомеханічні параметри: межа міцності, відносне і абсолютне подовження, коефіцієнт пружності. Встановлено, що стовбур лівої вінцевої артерії і початковий відділ передньої міжшлуночкової гілки міцніше і еластичнішою початкових відділів обвідної і діагональної гілок лівої вінцевої артерії. З віком жорсткість стінок артерії і її гілок зростає, статистично значуще збільшення відзначено після 40 років. Однак міцність і еластичність стінки достовірно знижуються після 50 років. Різниця середніх значень жорсткості стінки між 1-й і 4-й віковими групами склала в середньому: для стовбура лівої вінцевої артерії - 19 разів, для передньої міжшлуночкової і обвідної гілок - 14 разів, діагональної - 11 разів. В результаті проведеного дослідження виявлено сегментарная і вікова мінливість біомеханічних параметрів лівої вінцевої артерії дорослих чоловіків.
експеримент
механічні властивості
морфологія
ліва вінцева артерія
ішемічна хвороба серця
1. Єфімов О.О. Морфологічний аналіз вікових змін артеріальної стінки // Російський медико-біологічний вісник ім. академіка І.П. Павлова. 2011. № 3. С. 8-12.
2. Кількісна оцінка вікових змін морфологічних показників великих артерій / А.А. Єфімов, Л.М. Курзін, В.В. Буров, К.А. Петросян // Вісник Тамбовського університету. Серія: Природничі та технічні науки. 2013. Т. 18. № 1. С. 350-352.
3. Звичайно-елементне моделювання ішемічної хвороби серця виходячи з картини морфофункціональних змін вінцевих артерій і серцевого м'яза людини / А.А. Голядкина, І.В. Кирилова, О.А. Щучкіна, Г.Н. Маслякова, Н.В. Островський, Н.О. Челнокова // Російський журнал біомеханіки. 2011. Т. 15, № 4. С. 33-46.
4. Круглий М.М., Ярцев Ю.А. Аорта (морфофизиологические і клініко-експериментальні дослідження). Саратов: Изд-во Сарат. ун-ту, 1981. 128 с.
5. Морфобіомеханіческіе закономірності будови середньої мозкової артерії дорослих людей / В.Н. Ніколенко, О.А. Фомкина, Ю.А. Неклюдов, Ю.Д. Алексєєв // Саратовський науково-медичний журнал. 2012. Т. 8. № 1. С. 9-14.
6. пуринів Б.А., Касьянов В.А. Біомеханіка великих кровоносних судин людини. Рига, 1980. 260 с.
7. Результати хірургічного лікування ішемічної хвороби серця у хворих молодого (до 45 років) віку / Л.А. Бокерія, М.М. Алшібая, С.А. Віщіпанов, А.С. Віщіпанов, Н.О. Сокольская, М.М. Амірбеков, А.К. Жалілов // Грудна і серцево-судинна хірургія. 2014. № 1. С. 27-32.
8. Челнокова Н.О. Патоморфологічне обгрунтування вибору хірургічної тактики операцій в басейні правої вінцевої артерії на основі прогнозування та математичного моделювання порушень гемодинаміки: дис. ... канд. мед. наук. Саратов. 2014. 236 с.
9. Челнокова Н.О., Маслякова Г.Н., Островський Н.В. Патоморфологічні зміни стінки вінцевих артерій людини в аспекті побудови адекватної комп'ютерної моделі гемодинаміки // Известия вищих навчальних закладів. Поволзький регіон. Медичні науки. 2012. № 4 (24). С. 56-64.
10. Finite element model of the patched human carotid / AV Kamenskiy, AS Desyatova, YE Salkovskiy, YA Dzenis, II Pipinos, TG Lynch, L.Yu. Kossovich, IV Kirillova, LA Bockeria, KM Morozov, VO Polyaev // Vascular and Endovascular Surgery. 2009. Т. 43. № 6. С. 533-541.
Ішемічна хвороба серця протягом багатьох десятиліть займає лідируюче положення в структурі захворюваності і смертності як в Росії, так і в країнах Європи. До того ж відзначено значне «омолодження» даного захворювання, причому більш характерне для осіб чоловічої статі. Атеросклероз лівої вінцевої артерії визнаний одним з головних чинників розвитку гострої і хронічної ішемії лівого шлуночка і міжшлуночкової перегородки [7, 9].
Впровадження сучасних високотехнологічних методів діагностики і лікування серцево-судинних захворювань, збільшення обсягу хірургічної допомоги, що надається даної категорії хворих, безумовно, дають позитивний ефект. Однак, як і при розвитку патології, так і після проведення реконструктивно-відновлювальних операцій на артеріях змінюються не тільки їх ангіоархітектоніка, але і біомеханічні властивості. Значний вплив на формування місцевої гемодинаміки, крім ангиоархитектоники, надають пружно-деформативні властивості судинної стінки [3, 5, 10].
Представлені в доступній літературі експериментальні дані по одноосьовому розтягування вінцевих артерій в світовій літературі представлені в мізерній кількості, спостерігається значний розкид отриманих даних, що пояснюється відмінностями застосованих методик і апаратури. При цьому більшість досліджень проведено на артеріях тварин. Таким чином, вивчення біомеханічних властивостей судинної стінки вінцевих артерій людини в нормі і при патологічних станах має велике значення як для морфології, так і для практичної медицини.
Мета дослідження
Експериментально вивчити пружно-деформативні і властивості міцності лівої вінцевої артерії у чоловіків у віці 31-70 років.
Матеріал і методи
Дослідження пружно-деформаційних і міцнісних властивостей лівої вінцевої артерії було виконано у відділі комп'ютерного моделювання в біомедицині та матеріалознавстві Освітньо-наукового інституту наноструктур і біосистем СГУ ім. Н.Г. Чернишевського (начальник відділу - к.ф.-м. наук, доцент А.А. Голядкина). Матеріалом для дослідження послужили 160 зразків лівих вінцевих артерій 40 сердець, які були вилучені під час аутопсії 40 трупів чоловіків у віці 31-70 років в ГУОЗ «БСМЕ СО» з дозволу Комітету з етики. Для виявлення вікової мінливості матеріал дослідження був розподілений на вікові групи: 1-я - 31-40 років, 2-я - 41-50 років, 3-тя - 51-60 років, 4-я - 61-70 років. Досліджували механічні властивості чотирьох сегментів лівої вінцевої артерії (ЛВА): I - відрізок артерії від гирла до місця її ділення (ствол ЛВА); II - перші 4 см передньої міжшлуночкової гілки; III - перші 4 см обвідної гілки; IV - перші 4 см діагональної гілки лівої вінцевої артерії. Експеримент по вивченню деформаційно-міцнісних властивостей нативних зразків артерій проводили на настільної одноколонной випробувальній машині Instron 5944 (зареєстрована в Державному Реєстрі Російської Федерації під номером 43602-10) в рідкому середовищі BioBath (при кімнатній температурі в 0,9% -ному водному розчині хлориду натрію ) з навантажувальної осередком в 500 Н (рис. 1). Використовувався тензометричний датчик з можливістю навантаження 500 Н з похибкою вимірювання 0,4% від вимірюваної величини в діапазоні від 500 Н до 5 Н і 0,5% від вимірюваної величини в діапазоні від 5 Н до 1 Н.
Мал. 1. Розривне установка Instron 5944 з BioBath
Дослідження проводили протягом першої доби після настання смерті. До початку експериментів зразки зберігалися в фізіологічному розчині при температурі 20 ± 1 ° С. Зразки вирізалися з посудини в двох напрямках - поздовжньому і окружному. Методика визначення біомеханічних властивостей матеріалу полягала в приміщенні між зажимами випробувальної машини протилежних кінців зразка. Оптично визначали геометрію зразка (довжину, ширину, товщину або радіус) і ставили швидкість переміщення траверси.
Експеримент полягав в наступному: при запуску машини верхній затиск на траверсі переміщається зі встановленою швидкістю, тим самим розтягується досліджуваний зразок. Останній деформується, і при цьому в ньому виникає опір (зусилля). В процесі розтягування зразка фіксуються значення прикладеної сили (Н) для виникнення деформації і значення переміщень зразка (мм) в напрямку прикладання сили. Вся інформація про подовження зразка, швидкості переміщення траверси і випробуваного зразком опору під час проведення експерименту надходить в автоматизований комп'ютерний обчислювальний комплекс. При руйнуванні досліджуваного матеріалу випробування закінчували. Вивчали наступні отримані біомеханічні параметри: значення напруги (МПа) - межі міцності, що припадає на 1 мм2 поперечного перерізу зразка досліджуваної артерії при дії на нього розривної навантаження; відносне подовження (%) - відношення максимального подовження зразка до розриву до його первісної довжині; коефіцієнт пружності (МПа) - відношення значення напруги до величини відносної деформації, тобто здатність опору матеріалу до розтягує деформації.
Результати дослідження та їх обговорення
Експеримент по розтягуванню зразка артерії проводили з додатком деформації до його розриву, таким способом отримували значення абсолютної деформації зразка. Однак в організмі людини подібних навантажень артерії не відчувають. З метою отримання даних про відносному подовженні в межах дії фізіологічних навантажень (20-300 мм рт. Ст.) Досліджували за оригінальною методикою ліві вінцеві артерії на 10 нативних серцях, в результаті отримали діапазон максимального фізіологічного відносного подовження сегментів лівої вінцевої артерії, який склав не більше 10% в поздовжньому напрямку і 5% - в поперечному.
В ході проведення статистичного аналізу про залежність сила / подовження і зміна площі поперечного перерізу зразків отримані середні залежності «відносне подовження - напруга» для лівої вінцевої артерії з урахуванням сегментарного ділення і віку.
Встановлено, що стінки артерії I сегмента володіють більшою еластичністю, ніж стінки II, III і IV сегментів в середньому на 15% (p <0,05). Для стінок I і II сегментів лівої вінцевої артерії характерно стрибкоподібне збільшення жорсткості з віком. Так, від 1-ї до 2-ї вікової групи жорсткість артеріальної стінки збільшується в середньому від 0,01 ± 0,0015 МПа до 0,15 ± 0,005 і 0,10 ± 0,003 МПа відповідно. У 3-й віковій групі даний параметр зменшується в I сегменті до 0,10 ± 0,002 МПа, в II - до 0,08 ± 0,001 МПа, і до 4-ї вікової групи параметр знову зростає до 0,19 ± 0,005 і 0, 14 ± 0,004 МПа відповідно. Для III і IV сегмента ЛВА виявлено, що жорсткість стінки плавно збільшується від 1-ї до 4-ї вікової групи від 0,01 ± 0,0011 до 0,14 ± 0,002 і 0,11 ± 0,0013 МПа відповідно (рис. 2).
Різниця середніх значень жорсткості стінки ЛВА між 1-й і 4-й віковими групами склала: для I сегмента - 19 разів, для II і III - 14 разів, IV - 11 разів. Значення максимального відносного подовження різних сегментів ЛВА в середньому складають: I - 35,0 ± 1,0%, II - 20,0 ± 0,7%, III - 30,0 ± 0,9% і IV - 24,0 ± 0,8%.
а 
б
в 
г
Мал. 2. Залежність відносних подовжень від напруг для I (а), II (б),
III (б) і IV (г) сегментів лівої вінцевої артерії в поздовжньому напрямку
Модуль Юнга (коефіцієнт пружності), що характеризує жорсткість стінок сегментів лівої вінцевої артерії, визначали як відношення напруги до відносного подовження в рамках фізіологічних навантажень. З представленої гістограми (рис. 3) видно, що у осіб у віці 31-40 років відзначена велика еластичність стінки артерій, ніж в інших вікових групах, модуль Юнга в даній віковій групі складає в середньому 0,25 ± 0,03 МПа. Збільшення жорсткості стінки у віці 41-70 років в 3-5 разів, мабуть, обумовлено поразкою лівої вінцевої артерії атеросклерозом.
Мал. 3. Вікова мінливість модуля Юнга для лівої вінцевої артерії
При порівнянні середніх значень модуля Юнга, отриманих для сегментів ЛВА, відзначено, що більше жорсткістю, ніж еластичністю, мають II та III сегменти ЛВА, а більшою еластичністю - I і IV сегменти ЛВА (рис. 4).
Мал. 4. Значення модуля Юнга для сегментів лівої вінцевої артерії
висновок
Таким чином, ствол ЛВА і початковий відділ передньої міжшлуночкової гілки міцніше і еластичнішою початкових відділів обвідної і діагональної гілок лівої вінцевої артерії. З віком жорсткість стінок 4 сегментів ЛВА зростає, статистично значуще збільшення відзначено після 40 років, що узгоджується з представленими результатами в роботах по вивченню механічних властивостей артерій [1, 2, 4, 5, 6, 8, 10]. Однак міцність і еластичність стінки ЛВА достовірно знижуються після 50 років. На наш погляд, це обумовлено розвитком більш пізніх стадій коронароатеросклероз, що і призводить до зменшення здатності артеріальної стінки до опору прикладеної деформації.
У цьому дослідженні розроблена методика по визначенню біомеханічних властивостей ЛВА на сучасній розривної машині. Отримано нові дані по біомеханічних параметрах лівої вінцевої артерії, так як експеримент вперше проводився в умовах, максимально наближених до фізіологічних, тобто у водному середовищі. В ході роботи виявлено сегментарная і вікова мінливість пружно-деформаційних і міцнісних властивостей лівої вінцевої артерії чоловіків у віці 31-70 років. Отримані дані можуть бути використані при біомеханічному моделюванні венечного судинного русла, а також при проведенні стентування, ангіопластики і аортокоронарного шунтування ЛВА з метою зниження ризику розвитку інтра- і післяопераційних ускладнень.
рецензенти:
Калмін О.В., д.м.н., професор, завідувач кафедри анатомії людини, ФГБОУ ВПО «Пензенський державний університет» Міністерства освіти та науки Росії, г. Пенза;
Баландіна І.А., д.м.н., професор, завідувач кафедри нормальної, топографічної та клінічної анатомії, оперативної хірургії ГБОУ ВПО «Пермський державний медичний університет ім. акад. Е.А. Вагнера »МОЗ України, м Перм.
бібліографічна посилання
Островський Н.В., Челнокова Н.О., Голядкина А.А., Мурилев В.В., Семенова Ю.І. Поєднується МІНЛИВІСТЬ біомеханічних параметрів лівої вінцевих артерій ДОРОСЛИХ ЧОЛОВІКІВ // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2015. - № 4 .;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=21158 (дата звернення: 13.06.2019).
Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»
(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)
Ru/ru/article/view?
