Биомеханика артерий шеи и головы: развитие аневризм и отрыв атеросклеротических бляшек при сочетанных патологиях

Биомеханика артерий шеи и головы: развитие аневризм и отрыв атеросклеротических бляшек при сочетанных патологиях

Автор: Доль А.В.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 3 (105) т.28, 2024 года.

Бесплатный доступ

На сегодняшний день основной причиной смертности в мире остаются заболевания сердечно-сосудистой системы. При этом сочетанная патология артерий шеи и головы, при которой атеросклерозом поражены сонные артерии, а также наблюдается изменение кровотока в позвоночных артериях или в виллизиевом круге (ВК) в силу аплазии соединительной артерии, существенно повышает риск образования аневризм и их последующего разрыва. Оценка степени риска возникновения осложнений при таком типе патологического состояния может позволить врачу своевременно приступить к профилактическим мерам в конкретных клинических случаях. В работе представлены результаты моделирования различных вариантов сочетанных патологий в артериях шеи и головы. Рассматриваемый сегмент включает участки общих сонных, наружных и внутренних сонных артерий (ВСА), а также сосуды виллизиева круга и базилярную артерию. Основной идеей исследования было создание прогнозной модели, позволяющей оценить риски развития аневризм в виллизиевом круге и отрыва атеросклеротических бляшек в сонных артериях. Такая система может быть полезна врачам в рутинной практике при планировании тактики лечения у пациентов с сочетанными патологиями артериального русла. На основе анализа литературы выявлен ряд патологий артериальной системы шеи и головы, наиболее часто встречающихся в различных комбинациях: с точки зрения геометрических особенностей рассматривались стенозы ВСА 30 и 70 % и аплазия (отсутствие) одной из соединительных артерий. Кроме того, учитывается характер кровотока в базилярной артерии, который при синдроме позвоночно-подключичного обкрадывания может менять направление. На основе анализа массовых кровотоков и касательных напряжений выделяли две степени риска образования аневризм. Высокий риск соответствует случаям, для которых обе этих величины статистически значимо отличались от нормы. Средний риск соответствует случаям, для которых статистически значимо от нормы отличалась только одна из величин. Для моделей, содержащих атеросклеротические бляшки, были сведены в таблицы данные о касательных и нормальных напряжениях на поверхностях атеросклеротических бляшек. На основе анализа выборок для каждого случая был определен риск отрыва бляшки с каждой стороны, выявлено 11 сочетаний патологических состояний с повышенным риском.

Еще

Артерия, виллизиев круг, сонная артерия, аневризма, атеросклеротическая бляшка, мкэ

Короткий адрес: https://sciup.org/146282986

IDR: 146282986   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2024.3.02

Список литературы Биомеханика артерий шеи и головы: развитие аневризм и отрыв атеросклеротических бляшек при сочетанных патологиях

  • Воробьев, Р.В. Аналитический обзор проблемы здорового старения в странах европейского региона воз и российской федерации / Р.В. Воробьев, А.В. Короткова // Социальные аспекты здоровья населения. – 2016. – № 5.
  • Здравоохранение в России: cтат.сб. / С.Ю. Никитина, Т.Л. Харькова, В.Ж. Чумарина, И.Н. Шаповал, Л.И. Агеева, Г.А. Александрова, Н.М. Зайченко, Г.Н. Кириллова, С.А. Леонов, Е.В. Огрызко, И.А. Титова, Пак Ден Нам; Стат.сб. / Росстат. – М., 2019. – С. 170.
  • A prospective study of acute cerebrovascular disease in the community: the Oxfordshire community stroke project 1981–6. 2. Incidence, case fatality rates and overall outcome at 1 year of cerebral infarction, primary intracerebral and subarachnoid haemorrhage / J. Bamford, P. Sandercock, M. Dennis, J. Burn, C. Warlow // J Neurol Neurosurg Psychiatry. – 1990. – Vol. 53, no. 16. – P. 22.
  • Incidence of intracerebral and subarachnoid haemorrhage in southern Sweden / O.G. Nilsson, A. Lindgren, N. Ståhl, L. Brandt, H. Säveland // J Neurol Neurosurg Psychiatry. – 2000. – Vol. 69. – P.601–607.
  • Li, Y. Spontaneous regression of an intracranial aneurysm after carotid endarterectomy / Y. Li, T.D. Payner, A.A. Cohen-Gadol // Surg Neurol Int. – 2012. – Vol. 3. – P. 66.
  • Espinosa, G. Endovascular treatment of carotid stenosis associated with incidental intracranial aneurysm / G. Espinosa, L. Dzieciuchowicz, L. Grochowicz // Annals of Vascular Surgery. – 2009. – Vol. 23, no. 5. – P. 688.e1–688.e5.
  • The role of circle of willis anatomy variations in cardio-embolic stroke - a patient-specific simulation based study / D. Mukherjee, N. Jani, J. Narvid, S.C. Shadden // Ann. Biomed. Eng. – 2018. – Vol. 46, no. 8. – P. 1128–1145.
  • Dzmitry, V. Comparative study of the arterial circle of Willis in individuals with or without cerebrovascular disorders / V. Dzmitry, I. Tokina // MOJ. Anat. Physio. – 2023. – Vol. 10, no. 1. – P. 14–16.
  • Anatomical variations in the circle of Willis are associated with increased odds of intracranial aneurysms: The Tromsø study / L.B. Hindenes, T. Ingebrigtsen, J.G. Isaksen, A.K. Håberg, L.-H. Johnsen, M. Herder, E.B. Mathiesen, T.R. Vangberg // Journal of the Neurological Sciences. – 2023. – Vol. 452. – P. 120740
  • How critical is fibrous cap thickness to carotid plaque stability? a flow–plaque interaction model / Z.-Y. Li, S.P.S. Howarth, T. Tang, J.H. Gillard // Stroke. – 2006. – Vol. 37. – P. 1195–1199.
  • Walker, J. Ultrasound based measurement of ‘carotid stenosis > 70 %’: an audit of uk practice / J. Walker, A.R. Naylor // Eur. J. Vasc. Endovasc. Surg. – 2006. – Vol. 31. – P. 487–490.
  • Carotid stenosis by digital subtraction angiography: reproducibility of the european carotid surgery trial and the north american symptomatic carotid endarterectomy trial measurement methods and visual interpretation / R. Vanninen, H. Manninen, K. Koivisto, H. Tulla, K. Partanen, M. Puranen // Am. J. Neuroradiol. – 1994. – Vol. 15, no. 9. – P. 1635–1641.
  • Российский консенсус по диагностике и лечению пациентов со стенозом сонных артерий / М.А. Чернявский, О.Б. Иртюга, С.Н. Янишевский, А.С. Алиева, К.А. Самочерных, К.Б. Абрамов, Т.В. Вавилова, В.А. Лукьянчиков, Д.И. Курапеев, А.Г. Ванюркин, Д.В. Чернова, Н.К. Шелуханов, А.В. Козленок, З.А. Кавтеладзе, М.В. Малеванный, Р.А. Виноградов, Т.Н. Хафизов, Г.Е. Иванова, Н.В. Жуковская, А.А. Фокин, И.М. Игнатьев, А.А. Карпенко, П.В. Игнатенко, Д.А. Астапов, В.Ю. Семенов, В.А. Порханов, В.В. Крылов, Д.Ю. Усачев, А.В. Светликов, Б.Г. Алекян, Р.С. Акчурин, А.М. Чернявский, А.О. Конради, Е.В. Шляхто // Российский кардиологический журнал. – 2022. – Т. 27, № 11. – С. 76–86.
  • Khan, U.A. Risk of intracerebral aneurysm rupture during carotid revascularization / U.A. Khan, J. Shalhoub, A.H. Davies // Journal of Vascular Surgery. – 2012. – Vol. 56, no. 6. – P. 1739–1747.
  • Small, unruptured intracranial aneurysms and management of symptomatic carotid artery stenosis. North American symptomatic carotid endarterectomy trial group / L.J. Kappelle, M. Eliasziw, A.J. Fox, H.J. Barnett // Neurology. – 2000. – Vol. 55. – P. 307–309.
  • Extracranial severe carotid stenosis and incidental intracranial aneurysms / E. Ballotta, G. Da Giau, R. Manara, C. Baracchini // Annals of Vascular Surgery. – 2006. – Vol. 20. – P. 5–8.
  • Клинический случай лечения сочетанной патологии: разрыв аневризмы средней мозговой артерии на фоне стеноза внутренней сонной и коронарных артерий / А.Н. Казанцев, Р.С. Тарасов, К.П. Черных, Р.Ю. Лидер, Н.Э. Заркуа, Г.Ш. Багдавадзе, Ю.П. Линец // Патология кровообращения и кардиохирургия. – 2020. – Т. 24, № 2. – С. 109–118.
  • Заваруев, А.В. Синдром позвоночно-подключичного обкрадывания / А.В. Заваруев // Журнал неврологии и психиатрии. – 2017. – Т. 1. – С. 72–77.
  • Potter, B.J. Subclavian steal syndrome / B.J. Potter, D.S. Pinto, // Circulation. – 2014. – Vol. 129. – P. 2320–2323.
  • Contorni, L. Il Circolo collaterals vertebro-vertebral nella obliterazionedell’arteria subclavian all sua origine / L. Contorni // Minerva Chira. – 1960. – Vol. 15. – P. 268–271.
  • Reversal of blood flow through the vertebral artery and its effect on cerebral circulation / M. Reivich, H.E. Holling, B. Roberts, J.F. Toole // The New England Journal of Medicine. – 1961. – Vol. 265. – P. 878–885.
  • Fisher, C.M. New vascular syndrome, “subclavian steal” / C.M. Fisher // N Engl J Med. – 1961. – Vol. 265. – P. 912–913.
  • Todua, F. Subclavian Steal Effect / F. Todua, D. Gachechiladze // Noninvasive Radiologic Diagnosis of Extracranial Vascular Pathologies. – 2018. – Springer, Cham. – P. 195–200.
  • A review of subclavian steal syndrome with clinicalcorrelation / S. Osiro, A. Zurada, J. Gielecki, M.M. Shoja, R.S. Tubbs, M. Loukas // Med Sci Monit. – 2012. – Vol. 18, no. 5. – P. 57–63.
  • Transcranial Doppler ultrasonography of the basilar artery in patients with retrograde vertebral artery flow / C. Harper, P.A. Cardullo, A.K. Weyman, R.B. Patterson // Journal of Vascular Surgery. – 2008. – Vol. 48, no. 4. – P. 859–864.
  • Flossmann, E. Prognosis of vertebrobasilar transient ischaemic attack and minor stroke / E. Flossmann // Brain. – 2003. – Vol. 126, no. 9. – P. 1940–1954.
  • Отдаленные результаты хирургического лечения больных с окклюзией I сегмента подключичных артерий / П.О. Казанчян, В.А. Попов, Ю.А. Стеняев, Ю.В. Дебелый, Т.В. Рудакова, Е.А. Валиков, Р.Н. Ларьков, А.В. Дерзанов // Ангиология и сосудистая хирургия. – 2002. – Т. 8, № 4. – С. 94–101.
  • Эндартерэктомия при атеросклеротическом стенозе внутренней сонной артерии / Д.К. Лунев, А.В. Покровскийĭ, Д.Н. Джибладзе, Т.И. Глазунова, В.Л. Буяновский // Журнал невропатологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. – 1991. – Т. 91, № 7. – С. 66–68.
  • Серажитдинов, А.Ш. Особенности хирургической тактики при одномоментной реконструкции сонной и подключичной артерий / А.Ш. Серажитдинов, В.В. Владимирский, В.И. Лифенцов // Ангиология и сосудистая хирургия. – 2010. Т. 16, № 3. – С. 113–116.
  • Finet, G. Biomechanical interaction between cap thickness, lipid core composition and blood pressure in vulnerable coronary plaque: impact on stability or instability / G. Finet, J. Ohayon, G. Rioufol // Coron Artery Dis. – 2004. – Vol. 15, no. 1. – P. 13–20.
  • Prediction of atherosclerotic plaque life – Perceptions from fatigue analysis / P. Paritala, T. Yarlagadda, J. Wang, Y. Gu, Z. Li // Procedia Manufacturing. – 2019. – Vol. 30. – P. 522–529.
  • A three dimensional finite element analysis of stress distribution in a coronary atherosclerotic plaque: in vivo prediction of plaque rupture location / J. Ohayon, G. Finet, F. Treyve, G. Rioufol, O. Dubreuil // Biomech Appl Comput Assist Surg. – 2005. – Vol. 37. – P. 225–241.
  • On the sensitivity of wall stresses in diseased arteries to variable material properties / S.D. Williamson, Y. Lam, H.F. Younis, H. Huang, S. Patel, M.R. Kaazempur-Mofrad, R.D. Kamm // J Biomech Eng. – 2003. – Vol. 125, no. 1. – P. 147–155.
  • Distribution of circumferential stress in ruptured and stable atherosclerotic lesions. A structure analysis with histopathological correlation / G.C. Cheng, H.M. Loree, R.D. Kamm, M.C. Fishbein, R.T. Lee // Circulation. – 1993. – Vol. 87, no. 4. – P. 1179–1187.
  • Modeling of human circle of Willis with and without aneurisms / D. V. Ivanov, A.V. Dol, O. Pavlova, A.V. Aristambekova // Acta Bioeng. Biomech. – 2014. – Vol. 16, no 2. – P. 121–129.
  • Численное исследование влияния стеноза внутренних сонных артерий на гемодинамику артерий виллизиевого круга / А.В. Доль, Д.В. Иванов, А.С. Бахметьев, С.И. Киреев, Д.Н. Майстренко, А.А. Гудзь // Российский журнал биомеханики. – 2021. – Т. 25, № 4. – С. 356–368.
  • Non-Newtonian biomagnetic fluid flow through a stenosed bifurcated artery with a slip boundary condition / Y. Xu, J. Zhu, L. Zheng, X. Si // Appl. Math. Mech.-Engl. Ed. – 2020. – Vol. 41. – P. 1611–1630.
  • Королева, М.В. Показатели кровотока в магистральных артериях головы у женщин различных фитнес-групп / М.В. Королева, В.В. Королева, Г.А. Шорин // Человек. Спорт. Медицина. – 2008. – №19 (199). – С. 109–113.
  • Aaslid, R. Noninvasive transcranial Doppler ultrasound recording of flow velocity in basal cerebral arteries / R. Aaslid, T.-M. Markwalder, H. Nornes // Journal of Neurosurgery Page Range. – 1982. – Vol. 57, no. 6. – P. 769–774.
  • Tan, T.Y. Hemodynamic effects of subclavian steal phenomenon on contralateral vertebral artery / T.Y. Tan, U. Schminke, T.Y. Chen // J Clin Ultrasound. – 2006. – Vol. 34. – P. 77–81.
  • Westerhof, N. The arterial Windkessel / N. Westerhof, J.W. Lankhaar, B.E. Westerhof // Med Biol Eng Comput. – 2009. – Vol. 47, no. 2. – P. 131–141.
  • Razavi, S.E. Numerical simulation of the blood flow behavior in the circle of Willis / S.E. Razavi, R. Sahebjam // BioImpacts. – 2014. – Vol. 4, no. 2. – P. 89–94.
  • Доль, А.В. Механические свойства атеросклеротических бляшек, покрышек и стенок: испытания на мобильном стенде / А.В. Доль // Российский журнал биомеханики. – 2023. – Т. 27, № 3. – С. 81–88.
  • Иванов, Д.В. Определение механических свойств артерий виллизиевого многоугольника / Д.В. Иванов, О.А. Фомкина // Российский журнал биомеханики. – 2008. – Т. 12, № 4. – С. 75–83.
  • Экспериментальное и численное моделирование структуры потока в модели дистального анастомоза бедренной артерии / В.М. Молочников, Г.Г. Хубулава, Е.И. Калинин, Н.Д. Пашкова, И.В. Никифоров // Российский журнал биомеханики. – 2023. – Т. 27, № 3. – С. 36–52.
  • Трехмерный конечно-элементный анализ влияния утраты дентального имплантата на распределение напряжения в имплантационном протезе нижней челюсти / Р.А. Розов, К.У. Хигучи, Дж. Брунски, В.Н. Трезубов, А.А. Смердов, М.Л. Мишнев // Российский журнал биомеханики. – 2023. – Т. 27, № 3. – С. 24–35.
  • Иванов, Д.В. Биомеханические основы прогнозирования протекания каротидного атеросклероза / Д.В. Иванов, А.В. Доль, Ю.И. Кузык // Российский журнал биомеханики. – 2017. – Т. 21, № 1. – С. 29–40.
  • Экспериментальное и численное моделирование структуры потока в модели дистального анастомоза бедренной артерии / В.М. Молочников, Г.Г. Хубулава, Е.И. Калинин, Н.Д. Пашкова, И.В. Никифоров // Российский журнал биомеханики. – 2023. – Т. 27, № 3. – С. 36–52.
  • Трехмерный конечно-элементный анализ влияния утраты дентального имплантата на распределение напряжения в имплантационном протезе нижней челюсти / Р.А. Розов, К.У. Хигучи, Дж. Брунски, В.Н. Трезубов, А.А. Смердов, М.Л. Мишнев // Российский журнал биомеханики. – 2023. – Т. 27, № 3. – С. 24–35.
  • Доль, А.В. Математические модели движения крови в системе сосудов с упругими стенками / А.В. Доль, Ю.П. Гуляев, Д.В. Иванов // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 9. – С. 79–84.
  • Численное моделирование течения жидкости в венозном клапане при пробе Вальсальвы / Я.А. Гатаулин, Е.Д. Никитин, А.Д. Юхнев, Д.А. Росуховский // Российский журнал биомеханики. – 2022. – № 3. – С. 78–86.
  • Abdominal aortic hemodynamics in young healthy adults at rest and during lower limb exercise: quantification using image-based computer modeling / B.T. Tang, C.P. Cheng, M.T. Draney, N.M. Wilson, P.S. Tsao, R.J. Herfkens, C.A. Taylor // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. – 2006. – Vol. 291. – P. H668–H676.
  • Alterations in wall shear stress predict sites of neointimal hyperplasia after stent implantation in rabbit iliac arteries / J.F. LaDisa Jr., L.E. Olson, R.C. Molthen, D.A. Hettrick, P.F. Pratt, M.D. Hardel, J.R. Kersten, D.C. Warltier, P.S. Pagel // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. – 2005. – Vol. 288. – P. H2465–H2475.
  • Исследование структуры кровотока в персонифицированных моделях ответвления шунта от бедренной артерии / А.Д. Юхнев, А.А. Маринова, Е.М. Смирнов, Я.А. Гатаулин, Л.Г. Тихомолова, А.А. Врабий, А.А. Супрунович // Российский журнал биомеханики. – 2023. – Т. 27, № 4. – С. 25–39.
  • Nachar, N. The Mann-Whitney U: A test for assessing whether two independent samples come from the same Distribution / N. Nachar // Tutorials in Quantitative Methods for Psychology. – 2008. – Vol. 4. – P. 1–13.
  • Hanusz, Z. Normalization of the Kolmogorov–Smirnov and Shapiro–Wilk tests of normality / Z. Hanusz, J. Tarasińska // Biometrical Letters. – 2015. – Vol. 52.
  • Численное моделирование полного протеза коленного сустава с силиконовой прослойкой / А. Мааче, М. Амаджи, Х. Амеддах, Х. Мазуз // Российский журнал биомеханики. – 2024. – Т. 28, № 1. – С. 77–87.
  • The association of the circle of Willis anomaly and risk of stroke in patients with carotid artery disease / E.Ö. Göksu, P. Koç, E. Küçükseymen, A. Ünal, F. Genç, E.S. Gencer, A. Yaman // Arq Neuropsiquiatr. – 2017. – Vol. 75, no. 7. – P. 429–432.
  • Circle of Willis anomalies in stroke patients related with symptomatic carotid artery disease / S. Kamışlı, Ö. Kamışlı, U. Teker, Y. Kablan, K. Saraç, C. Özcan // Turkish J Cerebrovasc Dis. – 2012. – Vol. 18, no. 1. – P. 6–9.
  • Lazzaro, M.A. The role of circle of Willis anomalies in cerebral aneurysm rupture / M.A. Lazzaro, B. Ouyang, M. Chen // Journal of NeuroInterventional Surgery. – 2012. – Vol. 4. – P. 22–26.
  • Simultaneous internal carotid artery stenosis and ipsilateral anterior communicating artery saccular aneurysm treatment: a case report / A.V. Korotkikh, D.A. Nekrasov, A.A. Khilchuk, S.G. Scherbak, A.M. Sarana // Radiology Case Reports. – 2020. – Vol. 15, no. 7. – P. 1083–1086.
  • Distribution of circumferential stress in ruptured and stable atherosclerotic lesions. A structural analysis with histopathological correlation / G.C. Cheng, H.M. Loree, R.D. Kamm, M.C. Fishbein, R.T. Lee // Circulation. – 1993. – Vol. 87. – P. 1179–1187.
  • The impact of calcification on the biomechanical stability of atherosclerotic plaques / H. Huang, R. Virmani, H. Younis, A.P. Burke, R.D. Kamm, R.T. Lee // Circulation. – 2001. Vol. 103. – P. 1051–1056.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp