Full Text

Введение Аневризмы сосудов головного мозга представляют собой патологические расширения просвета сосудов и присутствуют у 2-5% [4] населения. Их разрыв приводит к субарахноидальному кровоизлиянию, которое является одной из причин геморрагического инсульта. Смертность при субарахноидальном кровоизлиянии составляет до 45%, а половина выживших имеет серьезные проблемы неврологического характера [9]. Более того, у пациентов с множественными аневризмами худший прогноз при разрыве по сравнению с пациентами с одной аневризмой [14]. Диагностика аневризм затруднена в связи с отсутствием характерной симптоматики. Развитие томографических методов обследования существенно увеличило вероятность того, что аневризма будет вовремя обнаружена [14]. Несмотря на то что прогноз при разрыве аневризмы довольно неблагоприятный, выполнение превентивного операционного вмешательства по лечению неразорвавшейся аневризмы остается под вопросом, так как оно может быть связано с серьезными постоперационными осложнениями [31]. Именно этот факт требует выработки адекватных и надежных критериев, позволяющих оценить риск и вероятность разрыва. Если аневризма может быть отнесена к группе с высоким риском разрыва, необходимо выполнять ее клиппирование или эмболизацию. Если же риск разрыва невысок, достаточно будет осуществлять консервативное лечение под наблюдением врача. Периодическое наблюдение позволит выяснить параметры роста аневризмы и при необходимости принять меры по ее хирургическому лечению. На протяжении нескольких десятилетий многие авторы [1, 12, 26, 34] пытаются выявить морфологические и механические факторы, определяющие риск разрыва аневризм сосудов головного мозга. Среди таких факторов в первую очередь исследователи рассматривают размер аневризмы [34]. Ранее считалось [34], что большие аневризмы диаметром от 7 мм и выше имеют наибольший риск разрыва. Современные исследования показали, что даже малые аневризмы (до 4 мм) имеют высокий риск разрыва, поэтому понадобились другие критерии. Более того, задача осложнена еще и тем, что необходимо выработать объективные критерии, работающие вне зависимости от пола, возраста, расы и других индивидуальных параметров каждого конкретного пациента. Сегодня авторами оцениваются отношение размера аневризмы и сосуда [4, 5, 7, 14], соотношение сторон аневризмы, ширина шейки [11], расположение аневризмы [23], неправильная форма [10, 11, 31], величина касательных напряжений на стенке [14], эффективные напряжения в стенке, давление крови в куполе аневризмы [13]. На рисунке показаны схематические изображения сосуда головного мозга с аневризмой. Слева представлена аневризма с гладкой поверхностью. Отмечены диаметр сосуда (vessel diameter), высота аневризмы (height) и диаметр шейки аневризмы (width). а б Рис. Схематические изображения сосуда головного мозга с аневризмой: а - диаметр сосуда (vessel diameter) (1), высота аневризмы (height) (2) и диаметр шейки аневризмы (width) (3), б - аневризма неправильной формы (irregular shape) На рис., б показана аневризма неправильной формы (irregular shape), у которой на куполе присутствует выпуклость в виде «малой аневризмы». Соотношение размеров аневризмы (aspect ratio) будем определять отношением высоты аневризмы и диаметра шейки, т.е. height/width. Отношение к размеру сосуда (size ratio) - это отношение высоты аневризмы (height) к диаметру сосуда (vessel diameter). Данная работа посвящена обзору современных исследований, в которых изучены критерии разрыва аневризм. Были проанализированы как морфологические, так и биомеханические критерии. Особое внимание уделено возможности применения критериев при выполнении биомеханического моделирования поведения сосудов головного мозга с аневризмами. В табл. 1 представлены морфологические (геометрические) факторы, которые авторы оценивают для разорвавшихся и неразорвавшихся аневризм. Критериальные значения морфологических факторов приведены в табл. 2. Далее рассмотрим каждый фактор (критерий) в отдельности более подробно. Размер аневризмы Размер аневризмы является характеристикой, на которую исследователи обращают внимание в первую очередь. В 1992 г. вышла статья [12], в которой авторы утверждали, что размер - это то, что отличает разорвавшиеся аневризмы от неразорвавшихся. По мнению Inagawa с соавторами, 4 мм - размер, характерный для неразорвавшихся аневризм. Критерием высокого риска разрыва авторы считали размер аневризмы более 5 мм. В 2003 г. в журнале Lancet были опубликованы результаты работы [34] большого коллектива авторов, посвященной проблеме поиска критериев разрыва аневризм сосудов головного мозга. В исследовании использовались данные 4060 пациентов из 61 медицинского центра США, Канады и Европы. Результаты исследования говорят о том, что бессимптомные аневризмы размером до 7 мм артерий переднего бассейна виллизиевого круга имеют наименьший риск разрыва. Несмотря на то что современные исследования в большинстве своем показывают, что именно относительные параметры аневризм (например, соотношение размеров и отношение к размеру сосуда) являются критериями разрыва, существуют работы [2, 20, 21, 23], в которых делаются выводы о том, что именно размер аневризмы может быть предиктором ее разрыва. В работе [21] говорится, что все рассмотренные разорвавшиеся аневризмы были более 9 мм в диаметре. Однофакторный статистический анализ показал, что размер, рост аневризмы между исследованиями и неправильная форма являются статистически значимыми факторами разрыва. Однако многомерный логистический регрессионный анализ продемонстрировал, что только рост аневризмы между исследованиями и неправильная форма являются значимыми. В 2017 г. было опубликовано исследование [20] данных 44 пациентов с зеркальными аневризмами средней мозговой артерии. Статистический анализ показал, что и их размер, и неправильная форма являются предикторами разрыва. Более того, при наличии двух зеркальных аневризм средней мозговой артерии аневризма большего размера, несмотря на ее форму, должна быть в первую очередь подвержена хирургическому лечению. Orz с соавторами [23] показали, что размер и расположение аневризмы являются статистически значимыми предикторами разрыва. Большинство малых аневризм (менее 7 мм в диаметре) располагалось на передней соединительной артерии. Таблица 1 Морфологические факторы разрыва аневризм Статья Год выпуска Фактор Число аневризм Число пациентов разорвавшиеся неразорвавшиеся [12] 1992 Размер аневризмы 513 256 556 [30] 2001 Соотношение сторон 129 72 201 [1] 2014 Соотношение сторон, неправильная форма, отношение площадей 124 178 192 [10] 2016 Соотношение сторон, неправильная форма - - 63 [3] 2017 Размер аневризмы, неправильная форма 268 445 264 [18] 2016 Неправильная форма 2784 3030 5814 [21] 2014 Размер аневризмы, рост аневризмы, неправильная форма 6 174 150 [31] 2016 Соотношение сторон, неправильная форма, средний диаметр 67 102 169 [24] 2010 Отношение к размеру сосуда 16 24 40 [4] 2018 Отношение к размеру сосуда, направление купола аневризмы, порозность - - - [8] 2017 Отношение к размеру сосуда - 70 66 [20] 2017 Размер аневризмы 44 44 44 [5] 2015 Отношение к размеру сосуда 50 30 80 [14] 2016 Отношение к размеру сосуда, расположение аневризмы 58 39 97 [11] 2017 Неправильная форма, соотношение сторон, ширина шейки 258 155 391 [7] 2008 Отношение к размеру сосуда, угол аневризмы 25 20 45 [25] 2016 Отношение к размеру сосуда, размер аневризмы 461 42 503 [2] 2013 Размер аневризмы - - 932 [28] 2009 Отношение к размеру сосуда - - 85 [19] 2016 Отношение к размеру сосуда 68 40 108 [23] 2015 Размер и местоположение аневризмы 76 28 21 [34] 2003 Размер аневризмы 2599 6221 4060 [9] 2017 Размер аневризмы и ее расположение 96 281 265 [26] 2017 Размер аневризмы - - 5720 [15] 2015 Соотношение сторон 69 86 69 [22] 2004 Соотношение сторон, размер аневризмы 75 107 75 [29] 1999 Соотношение сторон - - 17 [33] 2003 Соотношение сторон 409 365 532 Таблица 2 Критериальные значения морфологических факторов разрыва Статья Год выпуска Фактор Значение Артерия с наибольшим числом разорвавшихся аневризм [12] 1992 Размер аневризмы 4 мм и меньше - неразорвавшиеся 5 мм и больше - разорвавшиеся Передняя соединительная [29] 1999 Соотношение сторон 1,6 и более - разорвавшиеся - [30] 2001 Соотношение сторон 1,6 и более - разорвавшиеся - [34] 2003 Размер аневризмы 7 мм и более - разорвавшиеся - [22] 2004 Соотношение сторон, размер аневризмы 2,7 - для разорвавшихся, 1,8 - для неразорвавшихся, 7,7 мм - средний размер разорвавшихся, 5,1 мм - средний размер неразорвавшихся - [7] 2008 Отношение к размеру сосуда, угол аневризмы 2,05 и более - для разорвавшихся, 112 градусов и более - для разорвавшихся - [24] 2010 Отношение к размеру сосуда 2,57 - средний размер для неразорвавшихся, 4,08 - для разорвавшихся, более 3 - для разорвавшихся - [1] 2014 Соотношение сторон, неправильная форма 1,3 и более - для разорвавшихся Передняя мозговая и ее ветви [21] 2014 Размер аневризмы, рост аневризмы, неправильная форма 9 мм и более - для разорвавшихся, 2 мм - рост аневризмы между исследованиями для разорвавшихся - [15] 2015 Соотношение сторон 1,06 и более - для разорвавшихся - [5] 2015 Отношение к размеру сосуда Средние размеры 2,09 и 1,55 для разорвавшихся и неразорвавшихся соответственно - [10] 2016 Соотношение сторон, неправильная форма, отношение площадей 1,6 и более - для разорвавшихся. Отношение площадей 1,5 и более для разорвавшихся [18] 2016 Неправильная форма - Средняя мозговая и передняя соединительная [31] 2016 Соотношение сторон, неправильная форма, средний диаметр Соотношение 0,96 и более для разорвавшихся. Средний диаметр - 2,43 мм и более для разорвавшихся - [14] 2016 Отношение к размеру сосуда, расположение аневризмы 1,07 и 1,55 - средние размеры для неразорвавшихся и разорвавшихся Передняя соединительная и задняя соединительная [20] 2017 Размер аневризмы 7 мм и более - для разорвавшихся - Окончание табл. 2 Статья Год выпуска Фактор Значение Артерия с наибольшим числом разорвавшихся аневризм [9] 2017 Размер аневризмы, расположение аневризмы От 5 до 10 мм - размер разорвавшихся Передняя соединительная [26] 2017 Размер аневризмы - - [3] 2017 Размер аневризмы, неправильная форма 2,5 и 6,9 мм - средние размеры для неразорвавшихся и разорвавшихся соответственно - [8] 2017 Отношение к размеру сосуда 2,1 и более - для разорвавшихся - [11] 2017 Неправильная форма, соотношение сторон, ширина шейки Соотношение сторон 1,5 и более для разорвавшихся - [4] 2018 Отношение к размеру сосуда, направление купола аневризмы, порозность - - [25] 2016 Отношение к размеру сосуда, размер аневризмы Отношение к размеру сосуда более 1,5 - для разорвавшихся аневризм Передняя соединительная [2] 2013 Размер аневризмы Аневризмы передней соединительной артерии диаметром от 4 мм должны лечиться, аневризмы размером менее 7 мм других артерий имеют малый риск разрыва Передняя соединительная [28] 2009 Отношение к размеру сосуда 2,05 и более - для разорвавшихся - [23] 2015 Размер и местоположение аневризмы - Передняя соединительная [33] 2003 Соотношение сторон 1,6 и более - для разорвавшихся - Соотношение размеров аневризмы (aspect ratio) В научной литературе первое упоминание о соотношении размеров аневризмы относится к 1999 г. Hiroshi Ujiie с соавторами [29] при помощи ультразвуковой доплерографии исследовали влияние данного параметра на гемодинамику внутри аневризмы. Было показано, что при соотношении размеров от 1,6 и выше гемодинамика внутри аневризматического мешка характеризуется малыми скоростями, приводящими к разрушению стенки, что справедливо для разорвавшихся аневризм. Далее эти же авторы [30] измерили соотношения размеров для более 200 пациентов с разорвавшимися (129 штук) и неразорвавшимися (78 штук) аневризмами. Статистический анализ подтвердил, что соотношение размеров, равное 1,6, является критерием, при помощи которого стоит отличать аневризмы, склонные к разрыву, от аневризм, не склонных к разрыву. Аналогичные выводы получил Weir в 2003 г. [32] в своей работе на основе данных о 774 аневризмах 532 пациентов. В статье [22] изучены морфологические характеристики 183 аневризм (75 разорвавшихся и 107 неразорвавшихся). Было выявлено, что соотношение размеров аневризм является надежным предиктором их разрыва. Однако для разорвавшихся аневризм было получено среднее значение 2,7, а для неразорвавшихся - 1,8. В последние годы соотношение размеров аневризмы также исследуется и считается предиктором разрыва. Baches [1] наряду с неправильной формой считает соотношение размеров более 1,3 ассоциированным с разорвавшимися аневризмами. Jing [15] с соавторами при помощи логистической регрессии показали, что большое соотношение размеров аневризмы характеризует разрыв множественных аневризм сосудов головного мозга. Huang [10] выявил, что соотношение размеров более 1,6, независимо от размеров аневризмы и индивидуальных параметров пациента, характеризует разрыв. В работе [31] соотношение размеров считается предиктором разрыва (значение более 0,96). Отношение к размеру сосуда (size ratio) Данный параметр, в отличие от размера аневризмы, исследователи используют не так давно. Первая работа, посвященная исследованию отношения размера аневризмы к размеру сосуда, была опубликована в 2008 г. [7]. Позднее, в 2009 г., Tremmel с соавторами [28] при помощи численного моделирования показали, что отношение размера аневризмы к размеру сосуда связано с риском разрыва, а высокие значения данного параметра определяют аневризмы с потоками крови, характерными для разорвавшихся аневризм. Этот вывод подтверждает факт, что именно гемодинамика является одной из причин разрыва аневризмы. Численные расчеты в [28] показали, что не размер аневризмы, а именно соотношение ее размера с диаметром сосуда определяют гемодинамику внутри аневризмы. Отношение размера аневризмы к диаметру сосуда может быть довольно просто измерено и вычислено на основе двумерных ангиографических изображений, а величина данного параметра больше 3 свидетельствует о том, что такая аневризма имеет высокий риск разрыва [24]. Исследования последних лет [5, 8, 14, 19, 25] также указывают на то, что отношение размера аневризмы к диаметру сосуда может считаться предиктором разрыва. Средние значения данного параметра были 2,09 и 1,55 для разорвавшихся и неразорвавшихся аневризм [5]. Jiang [14] с соавторами вычислили другие средние значения: 1,07 и 1,55 для неразорвавшихся и разорвавшихся аневризм, а Futami [8] считает, что отношение размера аневризмы к диаметру сосуда величиной 2,1 может считаться пороговым и характеризовать переход аневризмы в стадию высокого риска разрыва. Lv [19] с соавторами в своем исследовании рассматривали одиночные аневризмы задней соединительной артерии малого диаметра (до 7 мм), которые, в соответствии с выводами Isuia, являются безопасными с точки зрения разрыва. Однако в статье Lv приводятся данные о том, что более половины (68 против 40) малых аневризм задней мозговой артерии разорвались, а их size ratio оказалось более высоким, что подтвердил многофакторный логистический анализ. Неправильная форма (irregular shape) Под неправильной формой аневризмы будем понимать наличие неровностей и выпуклостей на ее стенке, или «аневризм на аневризме». Такую форму аневризм описал Weir еще в 1987 г. [33], а в книге [27] указано, что в 84% случаев разрыв аневризмы происходит в ее куполе. В последние годы все больше исследователей [1, 3, 10, 18, 21, 31] указывают на тот факт, что разорвавшиеся аневризмы имеют неправильную форму. С точки зрения механики, стенка аневризмы с неоднородностями может иметь неоднородное поле напряжений, а структура потока внутри таких аневризм становится нестабильной и неоднородной. Более того, отмечается, что неправильная форма купола аневризмы указывает на высокий риск разрыва, независимо от ее размера [10, 18]. Возникновение неровностей на поверхности купола свидетельствует о деградации ее стенки и о возможном тромбозе ее просвета [18]. На самом деле, с точки зрения диагностики, неправильная форма является удобным, доступным и объективным критерием, так как его выявление не требует выполнения каких-либо вычислений или измерений. Неправильная форма аневризмы может быть обнаружена при просмотре результатов компьютерной или магнитно-резонансной томографии. Касательные напряжения на стенке аневризмы Данный механический параметр (табл. 3), наряду с морфологическими, также отмечается авторами как определяющий рост и разрыв аневризм. Существует две противоположные точки зрения [6] на то, какие (высокие или низкие) касательные напряжения на стенке считать опасными и определяющими разрыв аневризмы. С одной стороны, считается, что высокие касательные напряжения могут вызывать механическое повреждение эндотелия, которое может инициировать ремоделирование и дегенерацию стенки. Это может вызвать дальнейшее увеличение размера аневризмы и ее разрыв. С другой стороны, низкие касательные напряжения влияют на застой крови в куполе, вызывающий дисфункцию эндотелия и адгезию тромбоцитов и лейкоцитов на поверхности стенки, что вызывает повреждение интимы, ее воспаление и дальнейшую деградацию стенки. По результатам Kaneko и соавторов [16], низкие касательные напряжения и вихревые потоки в куполе аневризмы меняют ориентацию эндотелиальных клеток и способствуют росту аневризмы и повреждению ее стенки. Данные выводы были сделаны на основе выполнения численного моделирования и натурного эксперимента по наблюдению за потоком жидкости в модели сосуда с аневризмой. В то же время эндотелиальные клетки в нормальном сосуде с ламинарным потоком крови ориентированы по потоку и имеют регулярно ориентированную структуру. Таблица 3 Гемодинамические (механические) факторы разрыва аневризм Статья Год выпуска Наименование фактора Метод исследования [6] 2011 Высокие касательные напряжения Численное моделирование [17] 2012 Низкие касательные напряжения Численное моделирование, натурный эксперимент [15] 2015 Низкие касательные напряжения Численное моделирование [16] 2017 Низкие касательные напряжения Численное моделирование, натурный эксперимент В статье [15] показано, что низкие касательные напряжения на стенке аневризмы, независимо от других параметров и данных пациента, являются фактором разрыва множественных внутричерепных аневризм. Более того, разорвавшиеся аневризмы, в отличие от неразорвавшихся, имели более сложную структуру потоков и множественные завихрения. Это может быть объяснено тем, что именно разорвавшиеся аневризмы имеют, как правило, неоднородную структуру стенки, поверхность которой предполагает наличие аневризм в аневризме (неправильная форма) [1, 10, 18]. Kojima численно и при помощи натурного эксперимента исследовал аневризму глазной артерии, за которой велось наблюдение в течение 5 лет (с 2006 по 2011 г.) и которая разорвалась. Численное моделирование пульсирующего потока крови показало, что аневризма росла в областях с низкими касательными напряжениями на стенке [17]. Результаты расчетов были подтверждены экспериментально. Kojima по аналогии с работой [13] показал, что давление крови на стенке аневризмы играет существенную роль в процессе роста аневризмы, а аневризмы большего размера имеют более высокое кровяное давление в куполе по сравнению с малыми аневризмами. Увеличение соотношения размеров (aspect ratio) с возрастом аневризмы подтверждает клинические исследования и свидетельствует о том, что у разорвавшихся аневризм этот параметр больше, чем у неразорвавшихся. Остается нерешенным вопрос, какое значение данного критерия считать критическим и как оценивать с помощью него риск разрыва. Более 1000 численных расчетов были выполнены для 210 пациент-ориентированных моделей сосудов с разорвавшимися и неразорвавшимися аневризмами. Результаты показали, что распределения касательных напряжений существенно отличаются для двух рассмотренных типов аневризм. Статистически значимыми оказались более высокие касательные напряжения (примерно в 1,5 раза выше) на стенке разорвавшихся аневризм [6]. Заключение За последние 30 лет взгляд на предикторы разрыва аневризм претерпел существенные изменения. Ранее в первую очередь рассматривали абсолютные размеры аневризмы. Далее были введены в рассмотрение относительные размеры. Это связано с развитием современных диагностических методов, а также с накоплением большого количества данных о пациентах с аневризмами. В связи с тем что за рассмотренный период многими научными группами были исследованы сотни и даже тысячи разорвавшихся и неразорвавшихся аневризм, можно предположить, что предикторы разрыва, выявленные в последние годы, могут быть более точными, адекватными и объективными, чем предлагаемые 20-30 лет назад. Тем не менее существует проблема в исследовании морфологических и биомеханических параметров аневризм как предикторов разрыва. Она состоит в том, что разные авторы приводят разные критерии (и разные значения числовых характеристик критериев), которые определяют аневризмы, склонные к разрыву. Необходимо выработать единые доступные и простые критерии, которые могли бы использоваться на этапе диагностики и применяться в предоперационном планировании. Следует отметить, что наиболее часто упоминаемая артерия, пораженная аневризмами, - это передняя соединительная. В большинстве работ, посвященных выявлению факторов риска разрыва аневризм сосудов головного мозга, рассматриваются неразорвавшиеся аневризмы и аневризмы после разрыва. Конечно, было бы логичнее анализировать их до разрыва, пока их характеристики не изменены. Однако такие аневризмы сложно выявить и подобрать соответствующую выборку для статистического анализа. Было найдено одно такое исследование [17], которое показало, что низкие касательные напряжения на стенке играют решающую роль в росте аневризмы. Касательные напряжения на стенке - это наиболее удобный в плане проведения численных расчетов параметр. Но его числовые характеристики затруднительно измерить у пациента на этапе диагностики, поэтому пока его применение в медицинской практике остается практически невозможным. Однако развитие вычислительных методов и методов диагностики позволяет предположить, что именно механические факторы, которые могут быть рассчитаны при помощи методов биомеханики и компьютерного моделирования, смогут стать наиболее эффективным и надежным параметром оценки вероятности роста и разрыва. Необходима разработка адекватного и подтвержденного (теоретически и экспериментально) критерия разрыва аневризм, который мог бы позволить диагностам выявлять аневризмы, склонные к разрыву, и назначать их своевременное лечение. Возможно, что наиболее надежный вариант оценки риска разрыва аневризмы состоит в оценке нескольких факторов. Мы полагаем, что для каждого конкретного пациента необходимо оценивать и механические, и геометрические факторы в совокупности. При таком подходе будут задействованы и методы оценки морфологии аневризм на основе данных компьютерной и магнитно-резонансной томографии, и методы компьютерного моделирования. В качестве исходных данных при моделировании должны быть использованы изображения сосудов, полученные при помощи компьютерной и/или магнитно-резонансной томографии, а также индивидуальные параметры кровотока, оцененные при помощи ультразвукового исследования [13].

About the authors

D. V Ivanov

A. V Dol

References

Statistics

Views

Abstract - 82

PDF (Russian) - 39

Refbacks

• There are currently no refbacks.