Морфологическая вариабельность артериального кольца большого мозга

По данным Министерства Здравоохранения Российской Федерации за 2016 год болезни сердечно-сосудистой системы занимают лидирующую позицию по смертности и инвалидизации населения. Смертность от болезней системы кровообращения составляет 54%. Из них 35% приходится на цереброваскулярные заболевания. Среди госпитализированных в нейрохирургические клиники 6% составляют пациенты с заболеваниями сосудов головного мозга.

Патологии мозгового кровообращения в первую очередь связаны с гемодинамическими нарушениями в артериальном кольце большого мозга, Виллизиевом круге, именно поэтому его изучение так важно.

Артериальное кольцо большого мозга расположено в субарахноидальном пространстве на основании мозга и прилежит к перекресту зрительных трактов, ножкам мозга и другим образованиям ствола мозга. Одной из главных функций этой структуры является реализация основных закономерностей, автономии и относительного постоянства мозгового кровообращения.

Артериальное кольцо представляет собой 6 артерий, соединяющихся между собой в анастомоз в форме многоугольника. Строение Виллизиева круга очень вариабельно: он может быть как замкнутым, так и разомкнутым, иметь как типичное, так и нетипичное строение. Классическая конструкция артериального кольца встречается в среднем у 60 – 70% процентов населения. Варианты строения могут быть вызваны аномалиями в строении сосудов, входящих в данный анастомоз, и нетипичным местом отхождения артерий. Почти во всех случаях, нетипичное строение Виллизиева круга закладывается в эмбриогенезе и реализуется на генетическом уровне. Однако, молекулярные механизмы, определяющие строение Виллизиева круга у человека, ещё не изучены.

В 2015 году учёные Стэнфордского университета провели комплексное исследование на песчанках и установили, что существует 4 гена, отвечающих за развитие артерий, входящих в состав артериального кольца этих животных, а также влияющих на варианты его строения. Выбор подопытных животных обусловлен тем, что типичное замкнутое артериальное кольцо большого мозга у песчанок, как и у людей, встречается в 60- 70%. По результатам исследований удалось выяснить, что ген GPx4 кодирует передние соединительные артерии, а ген PFN2 отвечает за достаточное количество коллагена в стенках артерий артериального круга большого мозга. При сравнении этих генов у песчанки и у человека был установлен высокий процент гомологичности их друг к другу, что говорит о том, что и в человеческом организме экспрессия этих генов может определять варианты строения Виллизиева круга.

По классическому типу артериальное кольцо замкнуто и симметрично. Среди мужчин классический тип – примерно в 1.3 раза встречается чаще, чем у женщин.

Существует множество различных классификаций вариантов строения Виллизиева круга. В 2014 году американскими учеными был выделен 21 тип строения Виллизиева круга (рис. 1). По этой классификации кроме типичного варианта строения круга, также существует 6 вариаций, связанных с измененным строением артерий: 6 с передней соединительной артерией, 3 с передней мозговой артерией, 4 с задней соединительной артерией и 5 с задней мозговой артерией, остальные два типа это разомкнутый круг и различные ветвления задней соединительной артерии.

Рис. 1

Типы строения Виллизиева круга

В целом, больше всего вариантов строения Виллизиева круга встречается в заднем отделе артериального кольца. Так, задняя соединительная артерия самая вариабельная, ее ход за время постнатального развития может измениться с прямолинейного до петлеобразного.

Также установлено, что при различных формах основания черепа наблюдается различная частота встречаемости вариантов строения Виллизиева круга. Так, у долихокранов при типичном варианте строения артериальное кольцо имеет форму удлиненного продольного овала и встречается в 25% случаев. У людей с мезообразным основанием черепа, Виллизиев круг имеет форму укороченного продольного овала и наблюдается в 57% случаев. А у брахикранов типичное артериальное кольцо характерно для 66% людей и имеет форму круга.

Выявлены взаимосвязи между нетипичным строением артериального кольца и формой основания черепа. Так, недоразвитие или отсутствие одной из ПМА чаще встречается у мужчин при брахибазилярном черепе, у женщин же вероятность этой вариации при разных формах черепа – одинакова. Вариант строения артериального кольца с задней трифуркацией как у мужчин, так и у женщин чаще встречается при брахибазилярном строении черепа. А сосудистые сети на месте одной ЗСА образуются у мужчин чаще при мезобазилярном типе строения черепа, а у женщин – при долихобазилярном.

Важным аспектом в изучении артерий Виллизиева круга являются его морфометрические показатели, благодаря которым можно установить наличие полового диморфизма, возрастные и постнатальные изменения сосудов.

К таким наглядным морфометрическим показателям относится наружный диаметр; толщина стенки; внутренний диаметр; площадь поперечного сечения просвета, а также длина участков артерий, составляющих артериальное кольцо.

Так, по морфометрическим данным, полученным несколькими группами исследователей с 2009 по 2015 год, можно установить, что периметр артериального кольца примерно равен 7 см. Наибольшая длина наблюдается у передней мозговой и задней соединительной артерий. Во время жизни длина функционально активных артерий уменьшается, что больше характерно для правой части артериального круга большого мозга. Наибольшая толщина стенки отмечается у сосудов переднего отдела Виллизиева круга по сравнению с задним отделом.

Таблица 1

Морфометрические данные артерий артериального круга

С возрастом толщина стенки увеличивается в 1.5 раза по сравнению с наружным диаметром, что связано с разницей в кровообращении в этих отделах.

При классической замкнутой конструкции Виллизиева круга, поток крови, проходящий через переднюю мозговую артерию, составляет 10%, через среднюю мозговую артерию 30% и заднюю мозговую артерию – 10%. Объем крови, поступающий в передний отдел артериального кольца большого мозга, оказывает большее гемодинамическое влияние на стенки сосудов, вызывая морфологические изменения в виде деформаций средней оболочки артерии, повреждения которой приводят к выпячиванию стенки артерии – образованию аневризм.

Около 85% мешотчатых аневризм образуется именно в артериальном кольце большого мозга. Чаще на передней соединительной артерии. Разрывы аневризм приводят к субарахноидальному кровоизлиянию, в результате которого возникает ишемический инсульт, проявляющийся в различных физиологических нарушениях. Например, при разрыве аневризмы передней мозговой артерии могут появиться гемипарез, гемианестезия, апраксия, апатия. Предотвращать возможные последствия аневризматической болезни головного мозга клиницистам поможет знание анатомии, морфометрических и морфологических особенностей артерий Виллизиева круга.

Таким образом, данные, полученные в ходе исследований артериального круга большого мозга, могут быть использованы в ходе лечения атеросклероза. Активное внедрение для клинических манипуляций новых хирургических технологий, в том числе робототехники, требует детальных знаний о хирургическом доступе к определенным артериям и их труднодоступным участкам. Также морфометрические особенности сосудов могут сыграть колоссальную роль для судебной медицины, так как по этим данным можно будет устанавливать приблизительный посмертный возраст человека.