Ученые Пермского Политеха впервые выяснили, как сужение сосудов позвоночной артерии влияет на кровоснабжение мозга
Болезни системы кровообращения остаются одной из основных причин смерти в России: как следует из данных Росстата, только в 2023 году они составили 46,2%, что делает их одной из главных угроз для здоровья населения. Среди них – атеросклероз и ишемия (связаны с ухудшением кровоснабжения), а также инсульты. Особенно это опасно в позвоночной артерии, которая отвечает за кровоснабжение задней части головного мозга, однако в отечественной литературе она исследована мало. Спасти человека может своевременная диагностика, которая невозможна без детального изучения всех сложных процессов, которые происходят в кровеносной системе человека. Студенты совместно с учеными Пермского Политеха проанализировали движение крови по позвоночной артерии при различных степенях стеноза – сужения сосудов. Результаты показали, что при 50% повышается риск оседания тромбоцитов и формирования кровяных сгустков, а при 70% и более ситуация ухудшается: поток крови становится нестабильным, возникают опасные завихрения, которые продолжают повреждать сосуд даже после суженного участка. Это не только усиливает риск тромбоза, но и травмирует стенки артерий, что может привести к их воспалению, разрыву или полной закупорке, а значит — к резкому недостатку кислорода в тканях (ишемии) и таким осложнениям, как инфаркт или инсульт. Исследование может быть полезно в неврологии и сосудистой хирургии при моделировании этих процессов.
Статья опубликована в журнале «Master’s Journal». Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
Стеноз – это сужение сосудов, которое может возникать из-за врожденных аномалий или внешнего давления. Это патологическое состояние нарушает нормальное течение крови и снижает снабжение органов и тканей кислородом и питательными веществами, что приводит к хронической ишемии – необратимому повреждению головных клеток из-за ухудшения кровотока, и повышает риск инсульта. Стеноз может быть связан даже с ускорением развития болезни Альцгеймера – хронического заболевания, характеризующегося гибелью нейронов, ухудшением памяти, мышления и способности к самообслуживанию.
Большинство современных исследований стеноза сосредоточены преимущественно на двух артериях – сонных, которые напрямую связаны с передними отделами головного мозга, или коронарных, которые питают сердце. Практически неизученной в отечественной литературе остается позвоночная артерия – часть заднего кровоснабжения, поскольку моделировать ее сложнее. При этом многие формы ее сужения протекают без жалоб пациента или с неуникальными симптомами, что затрудняет диагностику и снижает внимание к ней. Однако нарушения движения крови в этой области не менее опасны и также могут вести к необратимым повреждениям, поэтому важно знать, как ведет себя течение и в этом участке.
Студенты под руководством ученых Пермского Политеха с помощью компьютерного моделирования выяснили, какие процессы происходят при стенозе именно в позвоночной артерии, на что редко обращалось внимание в предыдущих исследованиях.
– Мы создали геометрическую модель прямого участка позвоночной артерии с разной степенью стеноза – от 50% до 90%. Рассмотрели два режима кровотока: стационарный, то есть постоянный, и нестационарный, то есть пульсирующий, как в реальных условиях. Для анализа использовались уравнения гидродинамики, описывающие движение жидкости и учитывались свойства крови: вязкость, плотность, – рассказывает Марина Шмурак, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
В работе также уделили внимание показателю WSS (Wall Shear Stress, пристеночно-касательные напряжения) – это сила трения, которую испытывает внутренняя стенка артерии при движении крови. Этот показатель помогает оценить состояние сосудов.
– Мы впервые провели расчеты стеноза позвоночной артерии для идеализированной геометрии, а также проанализировали, как его степень влияет на кровоток задних отделов мозга. Моделирование показало, что при сужении сосудов на 50% средняя скорость крови в соответствующей зоне снижается, хотя местами может резко возрастать перед ней и после нее. Симптомы в этом случае проявляются минимально или вовсе отсутствуют, однако такое состояние уже требует внимания врача, поскольку повышает риск оседания тромбоцитов и формирования кровяных сгустков. Степень стеноза 70% и выше уже значительно более опасна: кровоток становится нестабильным и появляются завихрения, причем они продолжают воздействовать на стенки сосудов и после прохождения зоны стеноза. Это еще сильнее увеличивает риск повреждения артерий, образования тромбов и развития ишемии, то есть недостатка кислорода, – комментирует Юлия Большакова, студентка факультета прикладной математики и механики.
Результаты сверили с реальными клиническими данными, измеренными методом ДСА – рентгеновскими снимками сосудов с контрастным веществом. Это подтвердило достоверность полученных параметров.
Исследование студентов и ученых Пермского Политеха показало, что при сужении на 70% и более изменения течения крови становятся критическими. Появляются зоны образования завихрений, что является одним из ключевых факторов, который может указывать на повышенный риск развития осложнений при значительном стенозе позвоночной артерии. Это подчеркивает важность ранней диагностики с помощью УЗИ, МРТ или ангиографии. Полученные данные не только расширяют знания о физиологии кровотока, но и открывают новые возможности для диагностики и лечения сосудистых заболеваний головного мозга.
