Морфобиомеханические закономерности строения средней мозговой артерии взрослых людей

Адрес: 410012 г. Саратов, Б. Казачья, 112.

Тел.: (8452) 66-97-65.

ным для жизни кровоизлияниям. В России 80-90% нетравматических субарахноидальных кровоизлияний происходят именно вследствие разрыва внутричерепных аневризм, что сопряжено с высоким риском летального исхода. При изучении патогенеза нарушений мозговой гемодинамики внимание исследователей в основном обращено на такие факторы, как атеросклероз, врожденные аномалии сосудов, нейрогумо-ральные и эндокринные сдвиги, влияние патологии других органов и систем [4]. Воздействие на мозговой кровоток свойств самой сосудистой стенки изучено недостаточно. Очевидно, что ряд вопросов, касающиеся патогенеза возникновения аневризм, могли бы найти ответ в свете гемодинамической теории упругости. Однако данные, необходимые для построения адекватной модели сосудистого русла, в литературе единичные. Анализ анатомической и клинической литературы выявил существенные разногласия в сведениях о размерах артерий виллизиева 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 внутричерепной части позвоночной, базилярной, передней мозговой артерий [5–7].

Цель: экспериментальное изучение морфометрических и биомеханических характеристик средней мозговой артерии у взрослых людей разного пола и возраста.

Методы. Материалом исследования послужили сегменты средних мозговых артерий, полученные при аутопсии 100 трупов взрослых людей в возрастном диапазоне от 21 до 84 лет, причина смерти которых не была связана с острой или хронической сосудистой церебральной патологией. Для выявления половых различий были изучены отдельно фрагменты артерий, полученные от 72 мужчин и 28 женщин. Для детального анализа возрастной динамики на основании периодизации, рекомендованной VII Всесоюзной научной конференцией по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии (Москва, 1965), материал исследования распределен на 4 возрастных периода (первый период зрелого возраста, второй период зрелого возраста, пожилой и старческий).

Методика макромикроскопического исследования артерий заключалась в следующем: с помощью тонкой бритвы производили поперечные миллиметровые срезы, которые помещали в чашку Петри с физиологическим раствором, расправляли препаровальными иглами и под микроскопом МБС-9 измеряли наружный диаметр и толщину стенки артерий с точностью до 0,01 мм. Так как на срезах поперечник артерий имел эллипсоидную форму, то измеряли два взаимно перпендикулярных диаметра артерии и уже из них рассчитывали его среднюю величину [5–8]. Диаметр просвета артерий рассчитывали как разность наружного диаметра и удвоенной толщины стенки артерии.

Изучение биомеханических свойств артерий проводилось в лаборатории математического моделирования в биомеханике (зав. — канд. физ.-мат. наук, доц. И. В. Кириллова) кафедры математической теории упругости и биомеханики механо-математического факультета Саратовского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского (ректор, зав. каф. — д-р физ.-мат. наук, проф. Л. Ю. Коссович).

Забор материала для изучения биомеханических свойств артерий производили не позднее 16–18 ч после наступления смерти и не позднее 2 ч после проведения аутопсии. Установлено, что механические свойства биологических тканей в течение одних суток после смерти меняются незначительно [9]. Эксперименты проводили на разрывной машине Tira Test

28005 (регистр. номер 23512–02 в Государственном реестре РФ), с нагрузочной ячейкой 100 Н. Данная машина позволяет испытывать образцы на сжатие и растяжение в одном направлении. Скорость нагружения составляла 10 мм/мин.

По принятой в биомеханике методике [9–11] определяли общую прочность (Н), предел прочности (Н/мм2), модуль Юнга (Н/мм2), абсолютную (мм) и относительную деформации (%) артерий.

Под общей прочностью понимали наибольшее усилие до разрыва, выдерживаемое образцом. Она характеризует способность материала, как целостного образования, воспринимать действие внешних сил не разрушаясь. Предел прочности — 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 относительной деформации, которая представляет собой отношение величины максимальной деформации образца до разрыва к его первоначальной длине. Модуль упругости (Юнга) характеризует способность материала сопротивляться растягивающей деформации и представляет собой отношение предела прочности к величине относительной деформации. Чем выше значение модуля упругости, тем жестче материал, и, наоборот, чем он меньше, тем материал эластичнее.

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, U-критерий Манна — Уитни и двухвыборочный критерий Колмогорова — Смирнова) статистические критерии достоверности. При этом различия считали достоверными при 95%-ном пороге вероятности (р<0,05).

Изучена индивидуальная изменчивость морфобиомеханических параметров средней мозговой артерии. Как и большинство исследователей, занимающихся изучением диапазона анатомической нормы, за среднюю величину признака мы принимали диапазон варьирования М±σ.

Результаты. Средняя величина наружного диаметра средней мозговой артерии без учета пола, возраста и стороны артериального круга составляет 2,95±0,03 мм (А=2,12-4,37 мм; s=0,44 мм; Cv=14,9%), толщины стенки — 0,29±0,01 мм (А=0,17–0,55 мм; s=0,07 мм; Cv=24,5%), диаметра просвета — 2,37±0,02 мм (А=1,44-3,46 мм; s=0,38 мм; Cv=15,9%). Средние величины биомеханических параметров средней мозговой артерии следующие: общая прочность (максимальное усилие) — 2,46±0,05 Н (А=1,00– 4,60 Н; s=0,68 H; Cv=27,7%); предел прочности — 0,91±0,02 Н/мм2 (А=0,59-1,83 Н/мм2; s=0,35 Н/мм2; Cv=38,2%); абсолютное удлинение — 4,69±0,08 мм (А=2,40-8,50 мм; s=1,08 мм; Cv=23,1%); относительное удлинение — 42,47±0,92% (А=18,21-77,77%; s=13,03%; Cv=30,7%); модуль Юнга — 2,29±0,07 Н/мм2 (А=0,66-6,56 Н/мм2; s=1,03 Н/мм2; Cv=34,8%). Наибольшей вариабельностью величины признака отличаются предел прочности и модуль Юнга, наименьшей — наружный диаметр и диаметр просвета средней мозговой артерии. Билатеральные различия величины параметров артерии выражены в пределах от 1,0% (наружный диаметр и толщина стенки артерии) до 10,0% (модуль Юнга) и статистически незначимы (p>0,05).

Значительная изменчивость морфобиомеханических параметров средней мозговой артерии позволила выделить группы вариантов их значений (табл. 1, 2).

Выраженным половым диморфизмом характеризуются толщина стенки, составляющая у мужчин 0,31±0,01 мм, у женщин на 14,8% меньше — 0,27±0,01 мм (р<0,01); диаметр просвета, равный у мужчин 2,39±0,03 мм, у женщин на 50,3% меньше — 1,59±0,03 мм (р<0,01); общая прочность, которая у мужчин на 13,8% больше, чем у женщин, — 2,55±0,05 Н и 2,24±0,09 Н соответственно (р<0,01). Статистически достоверных половых различий по величине других морфобиомеханических параметров не обнаружено. В возрастном аспекте морфометрические и биомеханические характеристики базилярной артерии изменяются неравномерно (табл. 3). Так, наружный диаметр с возрастом увеличивается: его величина во 2-м периоде зрелого возраста в среднем на 8,3% больше, чем в 1-м периоде зрелого возраста (р<0,01); до периода пожилого возраста наружный диаметр меняется незначительно (p>0,05); в

Таблица 1

Параметр артерии, диапазон изменчивости и частота встречаемости	ГРУППЫ ВАРИАНТОВ ИЗМЕНЧИВОСТИ
Наружный диаметр (мм) Диапазон изменчивости	Узкие		Средние		Широкие
	<2,51		2,51-3,39		>3,39
Частота встречаемости	абс. 35	% 15,3	абс. 162	% 71,1	абс. 31	% 13,6
Толщина стенки (мм) Диапазон изменчивости	Тонкостенные		Средние		Толстостенные
	<0,22		0,22-0,36		>1,36
Частота встречаемости	абс. 16	% 7,0	абс. 176	% 77,2	абс. 36	% 15,8
Диаметр просвета (мм) Диапазон изменчивости	Узкопросветные		Средние		Широкопросветные
	<1,99		1,99-2,75		>2,75
Частота встречаемости	абс. 26	% 11,5	абс. 166	% 72,8	абс. 36	% 15,7

Таблица 2

Параметр артерии, диапазон изменчивости и частота встречаемости	ГРУППЫ ВАРИАНТОВ ИЗМЕНЧИВОСТИ
Общая прочность (H) Диапазон изменчивости	Малоустойчивые к разрыву		Средней прочности		Устойчивые к разрыву
	<1,78		1,78-3,14		>3,14
Частота встречаемости	абс. 33	% 16,5	абс. 139	% 69,5	абс. 28	% 14,0
Предел прочности (Н/мм2) Диапазон изменчивости	Малоустойчивые к разрыву		Средней прочности		Устойчивые к разрыву
	<0,56		0,56-1,25		>1,25
Частота встречаемости	абс. 31	% 15,5	абс. 130	% 65,0	абс. 39	% 19,5
Относительное удлинение (%) Диапазон изменчивости	Малорастяжимые		Средней растяжимости		Сильнорастяжимые
	<29,47		29,43-55,49		>55,49
Частота встречаемости	абс. 30	% 15,0	абс. 140	% 70,0	абс. 30	% 15,0
Модуль Юнга (Н/мм2) Диапазон изменчивости	Пониженной жесткости		Средней жесткости		Повышенной жесткости
	<1,26		1,26-3,22-		>3,22
Частота встречаемости	абс. 29	% 14,5	абс. 139	% 69,5	абс. 32	% 16,0

Таблица 3

Параметр	Возрастная группа	n	Вариационно-статистические показатели
			А	М±m	S	Cv
	1-й период зрелого возраста	54	2,12-4,00	2,66±0,04	0,33	12,4
Наружный диаметр	2-й период зрелого возраста	92	2,25-3,81	2,88±0,04	0,33	11,3
(мм)	Пожилой возраст	42	2,50-3,87	2,99±0,05	0,34	11,5
	Старческий возраст	40	2,62-4,37	3,47±0,08	0,46	13,3
	1-й период зрелого возраста	54	0,17-0,43	0,27±0,01	0,07	25,8
Толщина стенки	2-й период зрелого возраста	92	0,20-0,40	0,26±0,01	0,04	17,8
(мм)	Пожилой возраст	42	0,22-0,50	0,31±0,01	0,06	20,2
	Старческий возраст	40	0,25-0,55	0,36±0,01	0,08	23,7
	1-й период зрелого возраста	54	1,44-3,46	2,12±0,05	0,35	16,4
Диаметр просвета	2-й период зрелого возраста	92	1,60-3,17	2,35±0,03	0,29	12,2
(мм)	Пожилой возраст	42	1,75-3,07	2,37±0,05	0,34	14,4
	Старческий возраст	40	2,02-3,41	2,76±0,05	0,35	12,6
	1-й период зрелого возраста	34	1,50-3,95	2,43±0,12	0,69	28,2
Общая прочность	2-й период зрелого возраста	80	1,20-4,60	2,64±0,07	0,66	25,1
(H)	Пожилой возраст	62	1,00-3,70	2,27±0,09	0,68	29,9
	Старческий возраст	24	1,20-3,50	2,42±0,13	0,64	26,6
	1-й период зрелого возраста	34	0,44-1,58	1,08±0,05	0,30	30,5
Предел прочности	2-й период зрелого возраста	80	0,45-1,83	1,05±0,04	0,35	33,3
(Н/мм2)	Пожилой возраст	62	0,29-1,19	0,71±0,03	0,24	33,3
	Старческий возраст	24	0,35-1,02	0,68±0,04	0,17	25,5
	1-й период зрелого возраста	34	3,10-7,75	5,01±0,16	0,92	18,4
Абсолютное удлинение	2-й период зрелого возраста	80	2,40-7,50	4,60±0,13	1,12	24,5
(мм)	Пожилой возраст	62	2,60-7,50	4,68±0,13	1,05	22,5
	Старческий возраст	24	2,70-8,50	4,58±0,24	1,20	26,2
	1-й период зрелого возраста	34	31,25-77,50	46,51±2,02	11,78	25,3
Относительное удлинение	2-й период зрелого возраста	80	18,21-77,78	43,32±1,49	13,30	30,7
(%)	Пожилой возраст	62	20,00-75,00	42,27±1,69	13,35	31,5
	Старческий возраст	24	20,77-60,00	34,39±1,99	9,74	28,3
	1-й период зрелого возраста	34	0,92-4,00	2,44±0,15	0,85	35,0
Модуль Юнга	2-й период зрелого возраста	80	0,82-6,56	2,65±0,13	1,18	44,7
(Н/мм2)	Пожилой возраст	62	0,66-3,60	1,81±0,09	0,76	41,9
	Старческий возраст	24	0,69-4,03	2,14±0,16	0,79	37,1

Варианты изменчивости величины морфометрических характеристик средней мозговой артерии и их встречаемость

Варианты изменчивости величины биомеханических характеристик средней мозговой артерии и их встречаемость

Возрастная изменчивость параметров средней мозговой артерии

старческом возрасте он снова увеличивается — на 16,1% по сравнению с периодом пожилого возраста (р<0,01). Толщина стенки, одинаковая на протяжении всего зрелого возраста, к пожилому возрасту увеличивается в среднем на 19,2% (р<0,01), а затем еще на 16,1% в периоде старческого возраста (р<0,01). Просвет средней мозговой артерии также увеличивается с возрастом: его величина во 2-м периоде зрелого возраста в среднем на 10,8% больше, чем в 1-м периоде зрелого возраста (р<0,01); до периода пожилого возраста диаметр просвета практически не меняется (p>0,05); в старческом возрасте он снова увеличивается — на 16,5% по сравнению с периодом пожилого возраста (р<0,01) (рис. 1).

Общая прочность средней мозговой артерии незначительно отличается у людей 1-го и 2-го периодов зрелого возраста (р>0,05). К пожилому возрасту она умень- шается на 16,3% по сравнению со 2-м периодом зрелого возраста (р<0,01), а затем статистически незначимо увеличивается в старческом возрасте (р>0,05) (рис. 2).

Предел прочности примерно одинаковый у людей 1-го и 2-го периодов зрелого возраста, к пожилому возрасту резко уменьшается на 47,9% (р<0,01) и практически не изменяется на протяжении старческого возраста (р>0,05) (рис. 3).

Величина абсолютной деформации не имеет достоверных возрастных различий между смежными и крайними возрастными группами (р>0,05) (рис. 1).

Относительная деформация, оставаясь постоянной величиной у взрослых людей зрелого и пожилого возраста, в старческом статистически значимо уменьшается в среднем на 22,9% (р<0,01) (рис. 4).

Модуль упругости примерно одинаковый у людей 1-го и 2-го периодов зрелого возраста, к пожилому возрасту резко уменьшается на 46,0% (р<0,01) и практически не изменяется на протяжении старческого возраста (р>0,05) (рис. 3).

Рис. 1. Изменчивость морфометрических параметров и абсолютной деформации средней мозговой артерии с возрастом, мм

Обсуждение. Выявленное статистически достоверное увеличение толщины стенки, наружного и внутреннего диаметра средней мозговой артерии с возрастом, а также преобладание толщины стенки и диаметра просвета у мужчин зафиксировано в работе Ю. А. Гладилина и В. Н. Николенко [8]. Утолщение стенки мы связываем с некоторыми структурными изменениями в стенке сосуда, сопровождающими атеросклероз. Еще Г. Г. Автандилов [12] отметил, что из всех артерий мозга ранее всего процесс атеросклероза начинается в средних мозговых и базилярной артериях. При этом наиболее частые и резкие проявления атеросклероза наблюдаются в возрасте 50–70 лет.

Прочность стенки средней мозговой артерии на материале нашего исследования достоверно уменьшается после 55–60 лет, что согласуется с данными, описанными в литературе [9, 11]. Б. А. Пуриня и В. А. Касьянов [9] указали на резкое снижение относительной деформации стенки артерии уже с 50-летнего возраста. Наши данные свидетельствуют о статистически значимом уменьшении относительной деформации в среднем на 22,9% (р<0,01) только в периоде старческого возраста. Жесткость средней мозговой артерии в зрелом возрасте в 1,5 раза выше, чем в пожилом и старческом, что согласуется с данными М. А. Годлевской [11] и не согласуется с данными Б. А. Пурини и В. А. Касьянова [9], указывающих на увеличение жесткости стенки артерии начиная с 35 лет.

Рис. 2. Изменчивость общей прочности средней мозговой артерии с возрастом, Н

Заключение. Таким образом, средняя мозговая артерия характеризуется половым диморфизмом по величине толщины ее стенки, диаметра просвета и общей прочности, которые у мужчин соответственно на 14,8, 50,3 и 13,8% больше, чем у женщин. Билатеральные различия морфобиомеханических параметров артерии колеблются в пределах от 1,0% (наружный диаметр и толщина стенки артерии) до 10,0% (модуль Юнга) и статистически незначимы (p>0,05). От периода 1-го зрелого возраста к старческому происходит увеличение морфологических параметров средней мозговой артерии: толщины стенки — в 1,4 раза, наружного диаметра и диаметра просвета — в 1,3 раза. При этом максимальное увеличение наружного диаметра и диаметра просвета артерии приходится на старческий возраст (в среднем на 16,0%), толщины стенки — на период пожилого возраста (19%). Прочностные свойства средней мозговой артерии с возрастом уменьшаются, особенно в периоде пожилого возраста: общая прочность — на 16,3%, предел прочности в 3 раза сильнее — на 47,3%, что детерминируется резким утолщением стенки артерии после 55–60 лет. С этого же возраста стенка артерии становится менее жесткой, уменьшается ее сопротивляемость к растягивающей деформации. Способность к удлинению, оставаясь постоянной величиной у взрослых людей зрелого и пожилого возраста, после 74 лет резко снижается.

♦ Предел прочности —■— Модуль Юнга

Рис. 3. Изменчивость предела прочности и модуля Юнга средней мозговой артерии с возрастом, Н

Рис. 4. Изменчивость относительной деформации средней мозговой артерии с возрастом, %

Полученные экспериментальные данные о морфологических и деформационно-прочностных свойствах средней мозговой артерии найдут применение при построении модели сосудистого русла, а также, благодаря прикладному значению, позволят обеспечить минимальное травматическое воздействие на стенку сосуда при внутрисосудистых вмешательствах на ней.