CC BY
80
УДК 611.08:539.412.1:539.52 (045)
О. А. Фомкина
МОРФОБИОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВНУТРИЧЕРЕПНОЙ ЧАСТИ ПОЗВОНОЧНОЙ АРТЕРИИ В ВОЗРАСТНОМ АСПЕКТЕ
Аннотация. В эксперименте на одноосное продольное растяжение образца на разрывной машине Tira Test 28005 (Германия) с нагрузочной ячейкой 100 Н изучали общую прочность, предел прочности, абсолютную и относительную деформацию внутричерепной части позвоночной артерии. Под микроскопом на поперечных срезах артерии измеряли ее наружный диаметр, толщину стенки, высчитывали диаметр просвета. Всего исследовано 228 артерий (132 -от трупов мужчин, 96 - от трупов женщин), полученных не позднее 16 часов после аутопсии взрослых людей, причина смерти которых не была связана с острой сосудистой церебральной патологией. По изученным параметрам артерии характеризуются отсутствием полового диморфизма и билатеральной изменчивости. Возрастные изменения артерии наиболее выражены в старческом возрасте. Они заключаются в постепенном увеличении ее диаметра, в основном за счет утолщения сосудистой стенки; уменьшении способности сосудистой стенки к растяжению и в снижении величины прочностных свойств.
Ключевые слова: позвоночная артерия, прочность стенки, деформация, возрастно-половая и билатеральная изменчивость.
Abstract. The author has determined general solidity, breaking point, absolute and relative deformation of an endocranial part of a vertebral artery by means of an experiment on monoaxonic longitudinal distension by a tensile-testing machine Tira Test 28005 (Germany) with a loading cell - 100 N. The researcher has measured an arterial external diameter and wall thickness on a cross section observed under a microscope, and calculated a lumen diameter. The article analyses 228 vertebral arteries in total (132 - from corpses of men, 92 - from corpses of women). The arteries were excised not later than 16 hours after autopsy of adult people, whose death had not been caused by an acute vascular cerebral pathology. In the scope of observed parameters the artery is characterized by the absence of sexual dimorphism and bilateral variability. Age-related changes are expressed more vividly in senility through artery diameter increase due to vascular wall thickness enlargement; reduction of artery wall distention ability; decrease in strengthening properties value.
Key words: vertebral artery, wall solidity, deformation, age and sexual variability, bilateral variability.
Введение
Одним из самых опасных заболеваний сосудов головного мозга остается внутричерепная аневризма, встречающаяся у 0,3-5 % всех умерших [1-3]. Чаще всего она расположена на передней мозговой - передней соединительной артериях (45 %), реже - на средней мозговой артерии (19 %) и, наконец, на артериях вертебробазилярной системы (4 %). В 13 % случаев наблюдаются множественные аневризмы - на двух и более артериях. Аневризмы сосудов головного мозга часто разрываются и вызывают кровоизлияния. В России 80-90 % нетравматических субарахноидальных кровоизлияний происходят именно вследствие разрыва внутричерепных аневризм, что сопряжено с высоким риском летального исхода. При изучении патогенеза нарушений моз-
говой гемодинамики внимание исследователей в основном обращено на такие факторы, как атеросклероз, врожденные аномалии сосудов, нейрогумораль-ные и эндокринные сдвиги, влияние патологии других органов и систем [4]. Воздействие на мозговой кровоток свойств самой сосудистой стенки изучено крайне недостаточно. Очевидно, что некоторые вопросы, касающиеся патогенеза возникновения аневризм, могли бы найти ответ в свете гемодинамиче-ской теории упругости. Однако данных, необходимых для построения адекватной модели сосудистого русла, в доступной литературе недостаточно. Анализ анатомической и клинической литературы выявил существенные разногласия в сведениях о размерах артерий виллизиего круга в аспекте индивидуальной изменчивости, билатеральных различий и полового диморфизма у людей различного возраста. В том же аспекте не менее важны численные значения упруго-деформативных параметров артерий виллизиева круга. Малочисленность этих данных, отсутствие описания способа и техники измерения не позволяют принять такие сведения за основу a priori и требуют уточнения. Нами изучены и описаны морфобиомеханические параметры базилярной и передней мозговой артерий [5-6].
Целью настоящего исследования явилось экспериментальное изучение морфометрических и биомеханических характеристик внутричерепной части позвоночной артерии (ВЧПА) у взрослых людей разного пола и возраста.
1. Материалы и методы исследования
Материалом исследования послужили 228 артерий (132 - от трупов мужчин, 96 - от трупов женщин), полученных не позднее 16 ч после аутопсии взрослых людей, причина смерти которых не была связана с острой сосудистой церебральной патологией. Под бинокулярным микроскопом МБС-9 измеряли наружный диаметр и толщину стенки с точностью до 0,01 мм. Диаметр просвета высчитывали как разность наружного диаметра и удвоенной толщины стенки артерии.
Изучение биомеханических свойств ВЧПА проводилось в лаборатории математического моделирования в биомеханике (заведующий - кандидат физико-математических наук, доцент И. В. Кириллова) кафедры математической теории упругости и биомеханики механо-математического факультета Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского. В эксперименте на одноосное растяжение образца на разрывной машине Tira Test 28005 (Германия) с нагрузочной ячейкой 100 Н определяли усилие, соответствующее разрывной нагрузке испытуемого образца, и величину его деформации. Скорость нагружения составляла 10 мм/мин. До начала эксперимента образцы артерий находились в физиологическом растворе при температуре 20 ± 1 °С. По принятой в биомеханике методике [7-9] определяли общую прочность (Н), предел прочности (Н/мм2), относительное удлинение (%). За общую прочность (разрывную нагрузку) принималось максимальное усилие до разрыва, выдерживаемое образцом. Она характеризует способность материала как целостного образования воспринимать действие внешних сил, не разрушаясь. Предел прочности (разрывное напряжение) - напряжение, приходящееся на 1 мм2 поперечного сечения артерии при действии на него разрывной нагрузки. Деформация - способность материала удлиняться вплоть до разрыва, показывает, на какую часть первоначальной длины может
быть растянут образец. Она определяется по величине относительного удлинения, которое представляет собой отношение величины максимальной деформации образца до разрыва к его первоначальной длине.
Согласно периодизации, рекомендованной VII Всесоюзной научной конференцией по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии (Москва, 1965), материал исследования был подразделен на 4 возрастных периода: 1 - первый период зрелого возраста, 2 - второй период зрелого возраста, 3 - период пожилого возраста, 4 - период старческого возраста.
Полученные данные обрабатывали вариационно-статистическим методом с использованием пакета прикладных программ Statistica-6 и Microsoft Exsel Windows-XP. Для всех параметров определяли минимальное и максимальное значения, среднюю арифметическую (М), ошибку средней арифметической (m), среднее квадратическое отклонение (s), коэффициент вариации (Cv). Для оценки достоверности различий между рядами вариант использовали параметрические (критерий Стьюдента) и непараметрические (критерии серии Вальда - Вольфовица, ^-критерий Манна-Уитни и двухвыборочный критерий Колмогорова - Смирнова) статистические критерии достоверности. При этом различия считали достоверными при 95 % пороге вероятности (р < 0,05).
2. Результаты исследования и их обсуждение
Статистически достоверных половых и билатеральных различий по величине морфобиомеханических параметров ВЧПА нами не выявлено (р > 0,05). Средняя величина наружного диаметра ВЧПА без учета возраста составляет 2,91 ± 0,05 мм (п = 228; А = 1,37-5,12 мм; s = 0,69 мм; Qv = 23,6 %), толщины стенки - 0,28 ± 0,01 мм (п = 228; А = 0,12-0,70 мм; s = 0,08 мм; С = 27,6 %), диаметра просвета - 2,35±0,04 мм (п = 228; А = 0,97-4,27 мм; s = 2,35 мм; С = 25,6 %). Биомеханические параметры ВЧПА достигают значений: общая прочность - 5,35 ± 0,11 Н (п = 200; А = 2,60-10,50 Н; s = 1,36 H; Qv = 25,3 %); предел прочности - 1,87 ± ± 0,05 Н/мм2 (п = 228; А = 0,79-4,32 Н/мм2; s = 0,66 Н/мм2; ^ = 35,2 %); абсолютное удлинение - 4,26 ± 0,06 мм (п = 228; А = 2,00-7,40 мм; s = 0,89 мм; ^ = 20,9 %); относительное удлинение - 45,39 ± 0,94 % (п = 200; А = = 18,82-105,00 %; s = 13,24 %; Qv = 29,2 %). Наибольшей вариабельностью величины признака характеризуются толщина стенки и предел прочности, наименьшей - наружный диаметр и абсолютное удлинение ВЧПА.
В возрастном аспекте морфометрические и биомеханические характеристики ВЧПА изменяются неравномерно (табл. 1).
Так, наружный диаметр и диаметр просвета ВЧПА с возрастом увеличиваются постепенно, без существенных различий между смежными возрастными группами (р > 0,05). Достоверное увеличение наружного диаметра артерии на 0,34 мм (13,0 %) отмечено в пожилом возрасте по сравнению с первым периодом зрелого возраста (р < 0,05), в старческом возрасте на 0,39-
0,56 мм (13,7-21,0 %) по сравнению с первым и вторым периодами зрелого возраста (р < 0,05-0,01). Диаметр просвета ВСПА достоверно увеличивается в старческом возрасте на 0,36 мм (16,2 %) (р < 0,05) по сравнению с первым периодом зрелого возраста.
Стенка ВЧПА стабильно утолщается до периода пожилого возраста и не изменяется в старческом возрасте: ее величина во втором периоде зрелого
возраста на 0,03 мм (13,0 %) больше, чем в первом периоде зрелого возраста (р < 0,05); а в пожилом - на 0,07 мм (26,9 %) больше, чем в старческом (р < 0,01) (рис. 1).
Таблица 1
Возрастная изменчивость параметров ВЧПА взрослых людей
Параметр Возрастной период n Вариационно-статистические показатели
А М і m s Cv
Наружный диаметр (мм) 1 54 1,43-4,00 2,68 і 0,08 0,55 20,6
2 92 1,56-4,68 2,85 і 0,06 0,58 20,2
3 42 1,76-4,75 3,02 і 0,11 0,73 24,1
4 40 і,37-5,12 3,24 і 0,11 0,90 27,8
Толщина стенки (мм) 1 54 0,15-0,37 0,23 і 0,01 0,04 20,2
2 92 0,12-0,42 0,26 і 0,01 0,05 20,2
3 42 0,22-0,55 0,33 і 0,01 0,08 24,1
4 40 0,20-0,70 0,33 і 0,02 0,09 29,1
Диаметр просвета (мм) 1 54 1,09-3,46 2,22 і 0,07 0,52 23,6
2 92 1,21-3,98 2,33 і 0,06 0,53 23,1
3 42 1,02-3,78 2,36 і 0,09 0,62 25,4
4 40 0,97-4,27 2,58 і 0,12 0,77 30,1
Общая прочность (Н) 1 34 2,66-6,30 4,31 і 0,16 0,94 21,9
2 80 2,65-10,50 5,50 і 0,15 1,33 24,2
3 62 3,50-9,50 6,06 і 0,16 1,25 20,7
4 24 3,10-6,20 4,50 і 0,16 0,76 16,9
Предел прочности (Н/мм2) 1 34 0,85-4,03 2,08 і 0,12 0,69 33,1
2 80 1,09-4,32 2,08 і 0,07 0,61 29,2
3 62 0,79-3,38 1,79 і 0,07 0,55 30,8
4 24 0,79-1,49 1,06 і 0,05 0,23 21,3
Относительное удлинение (%) 1 34 32,14-75,56 53,37 і 1,63 9,53 17,9
2 80 25,00-105,00 48,47 і 1,39 12,51 25,8
3 62 22,50-86,00 44,82 і 2,24 12,48 27,9
4 24 18,82-70,00 37,73 і 2,57 12,59 33,4
Возрастной период
Рис. 1. Изменчивость морфометрических параметров ВЧПА с возрастом, мм
Общая прочность ВЧПА до периода пожилого возраста увеличивается (р < 0,05-0,01): во втором периоде зрелого возраста на 1,19 Н (27,6 %); в по-
жилом возрасте - на 0,56 Н (10,2 %). В старческом возрасте наблюдается статистически достоверное уменьшение разрывной нагрузки на 1,56 Н (34,7 %) (рис. 2).
Предел прочности, одинаковый на протяжении всего зрелого возраста, к пожилому возрасту уменьшается в среднем на 0,29 Н/мм2 (16,2 %) (р < 0,05); в старческом возрасте - на 0,73 Н/мм2 (68,9 %) по сравнению с периодом пожилого возраста (р < 0,01) (рис. 3).
Способность к растяжению ВЧПА с возрастом уменьшается. Во втором периоде зрелого возраста на 10,0 % (р < 0,05); в старческом - на 18,8 % (р < 0,05) (рис. 4). Статистически достоверных различий величины относительной деформации во втором периоде зрелого возраста и пожилом возрасте не обнаружено (р > 0,05).
Таким образом, по изученным морфологическим и биомеханическим признакам ВЧПА характеризуются отсутствием полового диморфизма и билатеральной изменчивости. Возрастные изменения артерии наиболее выражены в старческом возрасте. Они заключаются в постепенном увеличении ее диаметра, что достигается в основном за счет утолщения сосудистой стенки; умень-
шении способности сосудистой стенки к растяжению и в снижении величины прочностных свойств ВЧПА. Так, после 74 лет: общая прочность снижается в среднем на 22,2 %; предел прочности в 4,3 раза сильнее - на 96,2 %, что детерминируется резким утолщением стенки артерии в этом возрасте.
Список литературы
1. Крылов, В. В. Микрохирургия аневризм виллизиева многоугольника / В. В. Крылов, В. В. Ткачев, Г. Ф. Добровольский. - М. : Антидор, 2004. - 160 с.
2. Alnaes, M. S. Finite element simulations of blood flow in the circle of Willis: master thesis / M. S. Alnaes. - Oslo, 2006. - 86 p.
3. Thubrikar, M. J. Vascular mechanics and pathology / M. J. Thubrikar. - New York, 2007. - 494 p.
4. Епифанов, В. А. Реабилитация больных, перенесших инсульт / В. А. Епифанов. - М. : Медпресс-информ, 2006. - 251 с.
5. Николенко, В. Н. Возрастно-половая изменчивость морфобиомеханических параметров передней мозговой артерии взрослых людей / В. Н. Николенко, О. А.Фомкина, И. В. Кириллова, Д. В. Иванов // Саратовский научномедицинский журнал. - 2009. - Т. 5, № 4. - С. 482-485.
6. Фомкина, О. А. Возрастно-половая изменчивость морфобиомеханических параметров базилярной артерии взрослых людей / О. А. Фомкина, В. Н. Николенко // Саратовский научно-медицинский журнал. - 2009. - Т. 5, № 2. - С. 159-163.
7. Пуриня, Б. А. Биомеханика крупных кровеносных сосудов человека / Б. А. Пуриня, В. А. Касьянов. - Рига : Зинатне, 1980. - 260 с.
8. Круглый, М. М. Аорта (морфофизиологическое и клинико-экспериментальные исследования) / М. М. Круглый, Ю. А. Ярцев. - Саратов, 1981. - 128 с.
9. Николенко, В. Н. Морфобиомеханические закономерности и индивидуальная изменчивость конструкции спинного мозга : автореф. ... дис. докт. мед наук / Николенко В. Н. - Саранск, 1997. - 44 с.
Фомкина Ольга Александровна кандидат медицинских наук, ассистент, кафедра анатомии человека, Саратовский государственный медицинский университет им. В. И. Разумовского
E-mail: [email protected]
Fomkina Olga Alexandrovna Candidate of medical sciences, assistant, sub-department of human anatomy, Saratov State Medical University named after V. I. Razumovsky
УДК 611.08:539.412.1:539.52 (045)
Фомкина, О. А.
Морфобиомеханические параметры внутричерепной части позвоночной артерии в возрастном аспекте / О. А. Фомкина // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. - 2011. -№ 3 (19). - С. 42-48.
