Пульсативность артерий. Винтовое движение крови

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 05.11.2024

Доказательство винтового движения крови. Импульсно-волновая допплерография кровотока

Несмотря на многочисленные исследования, в настоящее время отсутствуют убедительные данные, подтверждающие гипотезу о винтовом движении крови. Исходя из сущности допплерографического метода регистрации кровотока, нам представляется перспективным использование допплеровских методик для регистрации и описания скоростных параметров винтового движения крови.

Поэтому мы попытались зарегистрировать винтовое движение крови при помощи цветового допплеровского картирования (ЦДК) и импульсно-волновой допплерографии (Куликов В.П., Кирсанов Р.И., Засорин СВ., 2006).

Поскольку в режиме цветового допплеровского картирования разными цветами кодируется противоположное по отношению к источнику излучения ультразвука направление кровотока, можно сделать вывод о том, что кровоток в двух половинах ОСА носит разнонаправленный характер: в латеральной половине он направлен к датчику, в медиальной - от датчика.

При поперечном сканировании ОСА в триплексном режиме регистрировали спектры кровотока при трех различных положениях контрольного объема. Вначале контрольный объем располагали в центральной части сосуда. Спектр кровотока в этом случае имел двунаправленный характер, то есть отражал движение частиц крови, направленных как к датчику, так и от датчика. Затем контрольный объем поочередно помещали в латеральной и медиальной половинах поперечного сечения просвета ОСА. Движение частиц крови в двух половинах поперечного сечения артерии было разнонаправленным.

Импульсно-волновая допплерография позволяет оценить скоростные параметры винтового кровотока. Результаты измерений показали, что эти параметры в правой и левой ОСА значимо не различались. Скорости поступательного движения в правой ОСА составляли: пиковая систолическая 108,10+3,80 см/с, конечная диастолическая 27,01±0,98 см/с, средняя 43,30±1,07 см/с.

Если считать движение крови вращательно-поступательным, то частицы крови движутся вдоль сосуда не прямолинейно, а по винтовым траекториям. Вектор скорости одной частицы в каждый момент времени будет направлен по касательной к винтовой линии тока и будет образовывать угол с продольной осью сосуда и угол с перпендикуляром, проведенным к продольной оси сосуда.

Ультразвуковой луч и винтовые траектории движения частиц крови не параллельны. Для нахождения истинной скорости вращательно-поступательного движения крови необходимо скорректировать угол таким образом, чтобы направление курсора совпадало с направлением вектора скорости. Однако коррекция угла в плоскости винтового потока технически невозможна.

Измеряя линейную скорость по классической методике и вращательную скорость винтового кровотока по методике, описанной выше, более объективно оценить скорость, с нашеи точки зрения, можно математическими методами, рассчитав вектор суммы этих двух скоростей.

Расчеты показали, что реальная скорость винтового потока может быть равна примерно 109,80 ± 3,80 см/с (пиковая систолическая скорость кровотока, измеренная по классической методике, составила 108,10 ± 3,80 см/с), что соответствует углу наклона винтовых линий тока к продольной оси сосуда в 10,30 ± 0,37 градуса.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Пульсативность артерий. Винтовое движение крови

Признаки изменения сосудистой резистентности. Упругость и эластичность сосудов

Гемодинамические проявления изменения сосудистой резистентности. С этим связана различная форма кривой измерения скорости в сосудистых регионах с различным сопротивлением. Так, тонус резистивных сосудов мозга минимальный по сравнению с другими регионами, сосудистое сопротивление низкое и диастолическая скорость кровотока высокая. Напротив, тонус резистивных сосудов конечностей максимальный по сравнению с другими регионами, сосудистое сопротивление высокое, диастолическая скорость минимальная.
В сосудистых регионах конечностей, характеризующихся высоким сосудистым сопротивлением, в норме регистрируется эпизод обратного кровотока в начале диастолы.

Эластичность — это свойство артерий упруго деформироваться под действием нагрузки и полностью восстанавливать свои размеры после прекращения действия сил с течением времени. Эластические свойства артериальной стенки могут быть описаны в таких терминах как податливость, растяжимость и жесткость (O'Rourke, 1982; Safar, London, 1994; Nichols, O'Rourke, 1998).

Упругость — способность тела возвращаться к исходному состоянию после деформирующего воздействия. Очевидно, что понятия упругости и эластичности сходны, и между ними нет принципиальных различий. В практическом аспекте для оценки упруго-эластических свойств артерий используют модуль упругости и модуль Юнга. Под модулем упругости понимается обратная величина коэффициента линейного растяжения под действием растягивающего груза.
Существует несколько групп методов неинвазивной оценки эластичности.

Сфигмограммы можно получить, накладывая датчики пульса непосредственно на место, где прощупывается пульсирующий сосуд. В зависимости от того, какие артерии исследуются, различают сфигмограммы центрального и периферического пульса. Первые можно получить на артериях эластического типа — аорте и ее крупных ветвях (например, общей сонной артерии), вторые — на артериях мышечного типа (например, лучевой артерии).

Синхронное исследование сосудов разных уровней позволяет вычислить скорость распространения пульсовой волны. Для этого измеряется время запаздывания начала систолического подъема периферического пульса (At,) от центрального и расстояние между точками исследования.

СРПВ можно определить с помощью синхронно снятых реограмм (Москаленко Ю.Е., Хилько В.А., 1984) или любых других гемодинамических кривых. Известны методики измерения СРПВ, основанные на синхронной регистрации периферической сфигмограммы и ЭКГ, как эквивалента центрального пульса (Айзен Г.С., 1961). Современным, но малодоступным, является метод измерения СРПВ при допплеровском исследовании на двухканальном допплерографе (Nichols, O'Rourke, 1998; Blacher, Safar, 2000).

При наличии ЭКГ-блока на ультразвуковом сканере возможно измерение СРПВ путем определения запаздывания начала систолического подъема допплерограммы, снятой с периферической артерии (периферический пульс), от вершины зубца S ЭКГ (центральный пульс). При этом становятся доступны для исследования недоступные для датчика пульса интракраниальные артерии (Засорин СВ., Куликов В.П., 2004).

Полученные таким образом, значения СРПВ у здоровых лиц (средний возраст 19,5 ± 0,3 года) на участке "дуга аорты - М1 сегмент СМА" составляют 350 ± 1 см/с, а на участке "дуга аорты - ОБА" - 387 ± 0,3 см/с. Знамения СРПВ для мозговых артерий закономерно ниже, чем в артериях других регионов, так как в этих артериях самое низкое региональное сосудистое сопротивление и, следовательно, напряжение стенки. А чем менее жесткая стенка артерии, тем меньше СРПВ. При увеличении жесткости артерий, которое закономерно происходит с возрастом, скорость пульсовой волны увеличивается от 4 м/с у новорожденного до 8 м/с в пятидесятилетнем возрасте.

Вторая группа методов оценки эластичности артерий основана на измерении их пульсативности, т.е. колебаний диаметра (площади) просвета артерии относительно изменения давления.
Измерения диаметра производятся при ультразвуковом исследовании в В-или М-режимах. В случае использования В-режима необходимо параллельно регистрировать ЭКГ.

Измерение в М-режиме проще, так как позволяет отчетливо визуально контролировать максимальное и минимальное значение диаметра просвета артерии в течение сердечного цикла. Артериальное давление обычно измеряют методом Короткова.

Аппланациониая тонометрия. Третья группа методов исследования эластичности артерий основана на анализе кривой давления с использованием аппланационной тонометрии (Brin, Yin, 1986; McGrath, Liang, Teede, Shiel, Cameron, Dart, 1998).

Снижение показателей эластичности по сравнению с должными величинами указывает на патологические изменения стенки сосудов при атеросклерозе и других поражениях. Однако при этом следует помнить, что эластичность артерий достаточно лабильна, так как она взаимозависима с уровнем артериального давления. Поэтому стандартизация показателей упруго-эластических свойств артерий требует нормализации полученных параметров по давлению.

Показатели эластичности зависят также от напряжения сосудистой стенки, что делает их перспективными для исследования сосудистого тонуса.

Винтовое движение крови

Как показано выше, в соответствии с представлениями классической гемодинамики (Фолков Б., Нил Э., 1976), движение крови в системе кровообращения описывается с позиций ламинарного и турбулентного течения. Считается, что кровоток в кровеносных сосудах имеет поступательный характер, подчиняется законам гидродинамики и описывается формулами Пуазейля и Бернулли. Наряду с этим существуют гипотетические представления о существовании иного типа движения крови: винтового, или вращательно-поступательного.

Уже у Фолкова Б. и Нила Э. (1976) описывается 4 группы мышечных волокон миокарда желудочков, имеющих спиральный ход. Отмечается, что при их сокращении кровь как бы выжимается из сердца.

В 1975 г. Guasp на основании морфологического исследования строения миокарда была предложена модель миоархитектоники сердца, в которой стенка левого желудочка представлялась в виде конуса, состоящего из спиралевидных волокон, при сокращении которых происходит полукруговое движение левого желудочка против часовой стрелки, обеспечивающее соответствующее закручивание сердечного выброса.

Олейник С.Ф. и Балабаева П.Н. (1966) также рассматривают ротационные (вращательные) движения сердца, но объясняют данный тип движения гидродинамической отдачей, возникающей при выбросе струи крови из желудочков в спирально изогнутые магистральные сосуды.

Доброва Н.Б., Кузьмина Н.Б., Роева Л.А. (1974), изучив геометрию и внутренний рельеф полости левого желудочка по слепкам, показали, что его внутренняя поверхность представляет собой множество направляющих каналов, расположенных по спиралевидным линиям. Исходя из этого, они предположили, что подобное строение обусловливает формирование винтообразного потока крови.

Известны многочисленные данные морфологических исследований, свидетельствующие о том, что гладкомышечные клетки средней оболочки артерий ориентированы по спирали под острым углом к продольной оси сосуда, причем направление этой спирали на правой и левой половинах туловища симметрично (Гуревич М.И., Берштейн С.А., 1972; Куприянов В.В., Караганов Я.Л., Козлов В.И., 1975; Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981; Каро К., Педли Т., Шротер Р, Сид У, 1981).

Также описана спиралевидная ориентация эластических волокон в стенках артерий (Серов В.В., Шехтер А.Б., 1981). На основании этих и собственных данных Куприянов В.В. (1983) заключил, что кровь в артериях может двигаться по спирали, а мышечные и стромальные элементы сосудистой стенки образуют эласто-моторную спираль, сокращение которой влечет за собой не только сужение, но и укорочение сосуда.

Багаев С.Н., Захаров В.Н., Орлов В.А. (2002) с помощью рентгеноконтрастной ангиографии экспериментально показали возможность существования винтового движения крови в артериях. Таким образом, винтовое движение менее энергозатратно в биологическом плане.

Устиновым Ю.А. (2003) была построена математическая модель, из которой вытекает, что винтовая анизотропия артериальных стенок сосуда может являться одной из причин винтового пульсового движения крови.

Гемодинамическая значимость сосудистых поражений. Факторы влияющие на значимость нарушений кровотока

Поражение сосуда может быть минимальным и не вызывать очевидных нарушений кровотока. В этом случае говорят о гемодинамически незначимом поражении. Гемодинамически значимое поражение сопровождается очевидным изменением важных характеристик кровотока - скорости и организованности потока. Понятие гемодинамической значимости применимо к любым поражениям сосудов и к любым сосудам, но используется, как правило, по отношению к артериальным стенозам. Гемодинамическая значимость - принципиальное понятие, существенно влияющее на стратегию и тактику лечения и судьбу пациента.

Локальная гемодинамическая значимость, как уже отмечалось, характеризуется очевидным возрастанием или снижением скорости кровотока и дезорганизацией потока крови в зоне поражения. Для артериальных стенозов принято считать, что стенозы до 50% по диаметру, как правило, гемодинамически не значимые, а стенозы более 50%, как правило, гемодинамически значимые. Однако следует учитывать, что отсутствие очевидных нарушений гемодинамики не является абсолютным критерием гемодинамической незначимости поражения.

Региональная гемодинамическая значимость. Атеросклеротический стеноз и другие поражения артерий, кровоснабжающих регион, отражаются в зависимых от этих поражений, расстройствах региональной гемодинамики. Наиболее частым проявлением региональной гемодинамической значимости является асимметрия кровотока, например, по средним мозговым артериям приодностороннем стенозе внутренней сонной артерии. Важным количественным критерием гемодинамической значимости поражения артерий нижних конечностей является величина лодыжечного артериального давления по сравнению с артериальным давлением, измеренным на предплечье.
Подробно региональные проявления поражения артерий и вен изложены в главах, посвященных соответствующим регионам.

Важнейшие факторы, определяющие гемодинамическую значимость стеноза.
1. Площадь (диаметр) остаточного просвета. Главным фактором, предопределяющим гемодинамические проявления стеноза, является степень стено-зирования. На протяжении стеноза и в постстенотическои области возникают энергетические потери за счет действия силы трения, ускорения крови в стенозе и нарушения однонаправленности потока. Потери энергии в стенотическои части сосуда обратно пропорциональны четвертой степени радиуса. Например, при стенозе сосуда 75% по диаметру сопротивление потоку в 81 раз больше, чем в нестенозированном сегменте.

2. Протяженность стеноза. Потери энергии прямо пропорциональны протяженности стенозированного участка. Выраженность расстройств региональной гемодинамики при протяженности стеноза 10 и 20 мм будет различной.

3. Неровность поверхности. Степень энергетических потерь существенно зависит от конфигурации стеноза. При "резком" обрыве стенозированного участка или "изъеденности" контура потери энергии больше, чем в случае его "плавности".

4. Сочетанное поражение сосудов. Региональная гемодинамическая значимость стеноза возрастает в условиях сочетанного поражения сосудов. Сочетанное поражение симметричных артерий или параллельно залегающих артерий ухудшает условия коллатерального кровоснабжения. Эшелонированный стеноз, создающий несколько блоков на протяжении артерии, существенно ограничивает объемный кровоток в ней.

5. Величина системного артериального давления. Очевидно, что на скорость кровотока в зоне стеноза влияет градиент давления между пре- и постстенотическим участками артерии, который, с одной стороны, зависит от силы сердечных сокращений, с другой - от величины периферического сопротивления. Интегративным показателем работы сердца и периферического сопротивления является системное артериальное давление. Кратковременное повышение системного АД приводит к существенному изменению гемодинамики в зоне стеноза в виде увеличения линейной скорости кровотока и сосудистого сопротивления.

научная статья по теме ВИНТОВОЕ (ВРАЩАТЕЛЬНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ) ДВИЖЕНИЕ КРОВИ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ Биология

Текст научной статьи на тему «ВИНТОВОЕ (ВРАЩАТЕЛЬНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ) ДВИЖЕНИЕ КРОВИ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ»

УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2013, том 44, № 2, с. 62-78

ВИНТОВОЕ (ВРАЩАТЕЛЬНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ) ДВИЖЕНИЕ КРОВИ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ

ГБОУ ВПО "Алтайский государственный медицинский университет " Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.

ФГБУ "Научно-исследовательский институт физиологии" СО РАМН, Алтайский филиал.

В работе рассматриваются теоретические предпосылки возникновения гипотезы о винтовом (спиральном или вращательно-поступательном) движении крови в сердечно-сосудистой системе и ее последующее экспериментальное подтверждение. Описана роль современных методов визуализации кровотока, таких как ультразвуковая цветовая допплерография и магнитно-резонансная ангиография, в регистрации и изучении закономерностей данного феномена. Приведены данные об известных параметрах винтового движения крови, таких как направление вращения и его количественные характеристики в магистральных артериях. Рассмотрены основные гипотезы о механизмах закручивания потока крови с позиции структурной организации сердечно-сосудистой системы. Обсуждается биологическая роль винтового движения крови, в отношении которой существуют диаметрально противоположные точки зрения, рассматривающие его с одной стороны как физиологический феномен, с другой стороны - как патогенетический фактор развития атеросклероза.

Ключевые слова: винтовое движение крови, сердечно-сосудистая система, гемодинамика, магнитно-резонансная ангиография, цветовое дуплексное сканирование, импульсноволновая доп-плерография

В физиологии кровообращения доминируют представления о ламинарном и турбулентном движении крови в кровеносных сосудах [9, 20, 29]. Согласно этим представлениям характер течения крови определяется соотношением инерционных и вязких сил. Если преобладают силы вязкого трения, то движение крови имеет ламинарный характер. При преобладании в потоке жидкости инерционных сил его ламинарная структура нарушается, и течение становится турбулентным. Считается, что в физиологических условиях в сердечно-сосудистой системе преобладает ламинарное течение крови, описываемое законом Хагена-Пуазейля, за исключением камер сердца, корня аорты и бифуркаций крупных артерий.

ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГИПОТЕЗЫ О ВИНТОВОМ ДВИЖЕНИИ КРОВИ

Известно, что закон Хагена-Пуазейля применим только для ламинарного непульсирующего течения при однородной вязкости жидкости [88].

В реальных условиях системы кровообращения он оказывается недостаточным для объяснения механизмов транспорта крови вследствие того, что стенки кровеносных сосудов не жесткие, а эластичные, диаметр артериальных сосудов с каждой последующей генерацией прогрессивно уменьшается, сосуды совершают изгибы и бифуркации, кровоток носит пульсирующий характер, кровь не является гомогенной жидкостью вследствие содержания форменных элементов и ее вязкость не является постоянной величиной [23, 106]. Поиск новых закономерностей кровообращения привел к появлению гипотезы о винтовом или вращательно-поступательном движении крови (ВДК) в кровеносных сосудах и полостях сердца [8, 17, 106]. Согласно данной гипотезе, наряду с поступательным движением, происходит закручивание потока крови вдоль продольной оси сосуда с движением частиц крови по винтовым траекториям (рис. 1).

С позиций гидродинамики винтовое движение является частным случаем завихренного движения идеальной жидкости, в котором вихревые линии совпадают с линиями тока. Последнее от-

Рис. 1. Схематичное изображение линий тока жидкости при винтовом движении.

личает винтовое движение от турбулентного. Основы теории винтовых течений заложены русским ■ ученым Громекой (1881) и, независимо от него, 1 итальянским математиком Бельтрами (1889), поэтому они получили название течений Громеки- ' Бельтрами [6].

Наряду с теоретическими предпосылками ] возникновению гипотезы о винтовом движении ( крови способствовало появление экспериментальных фактов, показавших асимметричное распределение скоростей кровотока в аорте и не согласующихся с представлениями о ламинарном ] движении крови.

РЕГИСТРАЦИЯ ВИНТОВОГО ДВИЖЕНИЯ , КРОВИ ]

нагрузка и отсутствие возможности количественной оценки параметров кровотока.

Возможности изучения ВДК значительно расширились с появлением и внедрением в клиническую практику неинвазивных методик визуализации кровотока, таких как магнитно-резонансная ангиография (МРА) и ультразвуковые допплеров-ские технологии. Большинство работ в этой области было посвящено изучению кровотока в аорте. Основные исследования, в которых описаны факты регистрации ВДК у людей, представлены в табл. 1.

Впервые регистрация вращательных составляющих скорости кровотока в аорте у людей была, вероятно, осуществлена с помощью фазово-кон-трастной МРА в 1987 г. Клипстейном и соавторами [75], которые выявили поперечную циркуляцию частиц крови на двухмерных срезах восходящей и нисходящей аорты у 10 здоровых добровольцев. В последующих исследованиях была получена более детальная картина поля скоростей в аорте [34, 72, 89], осуществлена регистрация ВДК в легочном стволе и его ветвях [89, 105], а также в камерах сердца [62, 73, 74, 124]. Развитие магнитно-резонансных технологий позволило детально визуализировать структуру потока в крупных сосудах за счет возможности получения трехмерных (30) скорость-кодированных изображений и киноизображений (40, в реальном времени), показывающих траектории движения частиц крови. Анализ скорость-кодированных изображений, полученных с помощью МРА, показал, что поток в области дуги аорты имеет сложную структуру с изменением поля скоростей в течение сердечного цикла и наличием вторичных течений. В то же время в ряде работ было убедительно показано, что важной особенностью течения в восходящем отделе и дуге аорты у большинства здоровых людей является закрутка потока крови по часовой стрелке по ходу кровотока [35, 36, 60, 67, 84, 85].

Сегадал и Матре [102], а позже Мэтисон с коллегами [87], проводили исследование кровотока в восходящей аорте у пациентов во время открытых операций на сердце с использованием специально сконструированного ультразвукового допплеровского измерителя скорости, и выявили, помимо антеградной и ретроградной фаз кровотока, поперечные компоненты скорости, что свидетельствовало, по мнению авторов, о вращении

Таблица 1. Экспериментальные факты регистрации феномена винтового движения крови в магистральных артериях у здоровых людей

Область регистрации ВДК Метод Библиография Количество обследованных, п Частота регистрации, %

Аорта МРА Klipstein et al., 1987 [75] Kilner et al., 1993 [72] 10 10 100 100

Mohiaddin et al., 1994 [89] 10 100

Bogren, Buonocore, 1994 [34] 13 100

Hoydu et al., 1994 [69] 3 100

Bogren, Buonocore, 1999 [35] 26 100

Bogren et al., 2004 [36] 20 100

Markl et al., 2004 [84] 10 100

Markl et al., 2005 [85] 10 100

Frydrychowicz et al., 2008 [60] 11 100

Легочный ствол ЦДК МРА Sloth et al., 1994 [105] 12 100

Общие сонные ЦДК Куликов и др. 2006 [12] 54 61

артерии Внутренние сонные МРА Harloff et al., 2009 [64] 10 100

артерии Бедренные артерии ЦДК Stonebridge et al., 1996 [107] 11 100

Кирсанов, 2011 [10] 34 59

Примечание: МРА - магнитно-резонансная ангиография, ЧП ЭХО-КГ - чреспищеводная эхокардиография, ЦДК - ультразвуковое цветовое допплеровское картирование.

Таблица 2. Частота регистрации винтового движения крови в магистральных артериях у здоровых людей по данным ЦДК [10]

Артерия Частота регистрации, % Р

Общая сонная артерия, п = 104 52 48 0.89

Внутренняя сонная артерия, п = 77 69 56 0.08

Наружная сонная артерия, п = 50 48 40 0.32

Позвоночная артерия, п = 50 68 40

Подключичная артерия, п = 44 64 30

Плечевая артерия, п = 36 11 11 1.0

Общая бедренная артерия, п = 34 62 56 0.47

Примечание: п - количество обследованных волонтеров;р - значимость различий частоты регистрации вращательного движения крови в артериях правой и левой стороны по двухстороннему критерию Фишера.

крови в аорте. Дальнейшее применение доппле-ровских технологий для изучения ВДК связано с использованием режима цветового допплеровско-го картирования (ЦДК). Данный режим позволяет оценить направление кровотока за счет окрашивания потока в оттенках красной и синей шкалы. Красным цветом кодируется движение частиц крови, направленное к источнику ультразвуковых колебаний (датчику), синим - от источника. Возможность регистрации вращательного компонента кровотока в режиме ЦДК достигается при локации поперечного сечения сосуда. Выявление

различного (красно-синего) окрашивания двух половин поперечного сечения сосуда свидетельствует о ВДК, т.к. разнонаправленное движение частиц крови в этом случае можно объяснить лишь наличием вращения потока крови при его поступательном продвижении по сосуду. С помощью ЦД

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Читайте также: