close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ГЕМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ СОСУДОВ СЕТЧАТКИ ГЛАЗА

код для вставкиСкачать
ФИО соискателя: КОТЛЯР КОНСТАНТИН ЕФИМОВИЧ Шифр научной специальности: 14.03.03 - патологическая физиология Шифр диссертационного совета: Д 212.203.06 Название организации: Российский университет дружбы народов Адрес организации: 117198, г.Москва, у
На правах рукописи
КОТЛЯР
КОНСТАНТИН ЕФИМОВИЧ
ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА И ГЕМОДИНАМИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ МИКРОСТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ
ПРОДОЛЬНОГО ПРОФИЛЯ СОСУДОВ СЕТЧАТКИ ГЛАЗА
14.03.03 – Патологическая физиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
доктора биологических наук
Москва, 2012
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов»
Научные консультанты: доктор медицинских наук профессор
Дроздова Галина Александровна;
доктор медицинских наук профессор
Шамшинова Анжелика Михайловна
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук профессор
Войнов Владимир Антипович
профессор кафедры Первого ММУ им. И. М. Сеченова;
доктор медицинских наук
Казарян Арминэ Амасиковна
профессор кафедры глазных болезней института повышения квалификации
врачей научного медико-хирургического центра им. Н. И. Пирогова;
доктор биологических наук профессор
Торшин Владимир Иванович
профессор кафедры нормальной физиологии РУДН
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное учреждение научноисследовательчский институт общей патологии и патофизиологии
РАМН
Защита состоится «31» октября 2012 года в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.203.06 ГОУ ВПО «Российский университет дружбы народов» по адресу: 117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 8.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Российский
университет дружбы народов» по адресу: 117198, г. Москва, ул. МиклухоМаклая, 8.
Автореферат разослан «___» ________________ 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
доктор медицинских наук профессор
Г. А. Дроздова
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В последнее время накапливается все больше
данных о том, что сосудистые факторы играют важную роль в патогенезе и развитии различных заболеваний (Cioffi G.A. et al., 2003). С возрастом и при системных заболеваниях происходят артериосклеротические и другие патологические изменения в кровеносных сосудах сердечно-сосудистой системы (Dohi Y.
et al., 1995; Stork S. et al., 2006). Эти изменения охватывают всю сосудистую
систему неоднородно (Stary H.C. et al., 1992). Крупные сосуды, такие как сонная артерия, и малые сосуды повреждены по-разному (Criqui M.H. et al., 1989).
При этом, как правило, патологические изменения начинаются в микроциркуляторном русле, поражая крупные сосуды на более поздних стадиях заболевания (Rizzoni D. et al., 2003).
Прозрачность оптических сред человеческого глаза позволяет проводить
прямые измерения микроциркуляторного русла сетчатки. Сосуды сетчатки
схожи по своей структуре и функциям с сосудами центральной нервной системы. Поэтому возможность регистрации и анализа нормальной и патологической функции сосудов сетчатки и ретинального кровотока может быть полезна
для косвенной диагностики состояния микроциркуляторного русла, включая
микроциркуляцию головного мозга.
Сосуды сетчатки не похожи на гладкие прямые трубки. Подобно другим
сосудам микроциркуляторного русла (Schmidt et al., 1983), они имеют сужения
и расширения в различных отделах, и их поперечное сечение непостоянно
вдоль сосуда. Продольная структура сосуда может меняться при изменении метаболической активности на сетчатке. Известно, что внутренние стенки артерий
и вен сетчатки с возрастом, и при некоторых системных и глазных заболеваниях претерпевают существенные функциональные или морфологические микроструктурные изменения. Более того, структура внутренней стенки сосуда сетчатки может меняться во время расширения и сужения сосуда.
Современные патофизиологические исследования микроциркуляции дают основания предполагать, что изменения внутренней продольной микроструктуры сосудов сетчатки могут служить индикатором, определяющим истинный биологический возраст больного, и представляющим собой дополнительный клинический симптом для ранней диагностики заболеваний. Более того, влияние различных методов лечения на функцию и структуру сосудистой
стенки могут быть оценены неинвазивно в клинической практике.
Патологические изменения внутренней продольной структуры сосудов
сетчатки хорошо видны на фотографиях глазного дна, например при таких заболеваниях, как артериальная гипертония и диабет. Тем не менее, до настоящего времени не удавалось детально наблюдать и квантифицировать прижизненно
и неинвазивно локальные патологические структурные и функциональные изменения внутренней сосудистой стенки ни в статике, ни при динамической реакции сосуда. Прижизненные исследования микронеровностей внутреннего
просвета сосудов ограничивались рассмотрением крупных сосудов с использованием параметров толщина слоя интимы медии или скорость прохождения
пульсовой волны (Espeland M.A. et al., 1994; Ishizu T. et al., 2002; Labropoulos N.
et al., 2005). Кроме того, не делалось попыток изучить влияние этих патологических изменений на ретинальный кровоток.
Гипотеза исследования. Продольная внутренняя структура стенки сосудов сетчатки у здоровых людей, а также при системных и глазных заболеваниях
сосудистого генеза может быть различной и характерной для данного вида патологии.
Автором разработана методика прижизненной неинвазивной количественной оценки изменений продольной внутренней структуры стенок артерий и
вен сетчатки на основе современных методов анализа и обработки изображений. Предложены, проанализированы и протестированы в клиническом эксперименте количественные параметры этих изменений. С помощью современных
методов гемореологии и вычислительной гемомеханики проанализировано
влияние обнаруженных микроизменений сосудистой стенки на параметры микроциркуляции сетчатки.
Цель исследования
Патофизиологическая прижизненная динамическая оценка и количественный анализ функциональных и структурных изменений внутренней стенки
сосудов сетчатки глаза.
Задачи исследования
1. На основе современных методов измерения динамического поведения
сосудов сетчатки глаза разработать метод прижизненной динамической оценки
и количественного анализа функциональных и структурных изменений внутренней стенки сосудов сетчатки глаза.
2. Проверить точность, повторяемость и воспроизводимость метода в
клиническом эксперименте на здоровых испытуемых.
3. Проверить возможности разработанного метода в клиническом эксперименте, изучить функциональные и структурные изменения внутренней стенки сосудов сетчатки глаза у здоровых испытуемых с возрастом, у больных
глаукомой, артериальной гипертонией, диабетом, ожирением.
4. С помощью современных методов гемореологии и вычислительной
гемомеханики проанализировать, как влияют обнаруженные микроизменения
сосудистой стенки сетчатки глаза на параметры кровотока.
5. Разработать методику количественной оценки гемодинамического сопротивления участка измеряемого в клиническом эксперименте сосуда сетчатки.
Научная новизна
Впервые на основе современных методов измерения динамического поведения сосудов сетчатки глаза с применением современных методов анализа и
обработки изображений разработана аккуратная, хорошо воспроизводимая и
повторяемая клиническая методика прижизненной динамической оценки и количественного анализа функциональных и структурных изменений внутренней
стенки сосудов сетчатки глаза.
В клиническом эксперименте на основе разработанной методики впервые
показано, что у анамнестически здоровых лиц внутренняя стенка артерий сетчатки с возрастом становится более неровной на всех стадиях сосудистой реак4
ции, а неровность внутренней стенки вен увеличивается с возрастом только в
исходной конфигурации сосуда.
Выявлено, что во время расширения сосуда у больных первичной открытоугольной глаукомой неровность внутренней сосудистой стенки (НВСС) артерий сетчатки увеличивается; при расширении сосуда внутренняя стенка артерий сетчатки больных артериальной гипертонией становится более гладкой;
внутренняя стенка вен сетчатки больных артериальной гипертонией более регулярна, чем у здоровых лиц того же возраста, и ее структура не меняется при
изменении тонуса сосуда; микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки
у больных диабетом 1 типа и у здоровых лиц того же возраста не отличается
на всех стадиях сосудистой реакции и не меняется при изменении тонуса сосуда; при этом микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки больных
диабетом 1 типа изменяется в зависимости от возраста и наличия ретинопатии;
внутренняя стенка артерий сетчатки больных ожирением более регулярна, чем
у здоровых лиц того же возраста, и ее структура не меняется при изменении тонуса сосуда.
С помощью современных методов гемореологии и вычислительной гемомеханики впервые проанализировано влияние обнаруженных микроизменений сосудистой стенки сетчатки глаза на параметры кровотока.
Положения, выносимые на защиту:
1. Разработанный метод прижизненной динамической оценки и количественного анализа функциональных и структурных изменений внутренней стенки
сосудов сетчатки глаза позволяет в клиническом эксперименте выявить изменения
внутренней стенки сосудов сетчатки глаза у здоровых лиц с возрастом, у больных
глаукомой, артериальной гипертонией, диабетом, ожирением.
2. У анамнестически здоровых лиц неровность внутренней сосудистой
стенки значительно увеличивается с возрастом у артерий на всех стадиях сосудистой реакции и у вен в исходной конфигурации. При этом продольная структура внутренней сосудистой стенки артерий здоровых испытуемых не изменяется при реактивном изменении тонуса сосуда.
3. Во время расширения сосуда у больных глаукомой НВСС артерий сетчатки увеличивается, а НВСС контрольной группы того же возраста не меняется.
4. Во время расширения сосуда у больных артериальной гипертонией
НВСС артерий сетчатки уменьшается; при этом НВСС артерий контрольной
группы того же возраста остается неизменной. Микроструктура внутренней
стенки вен сетчатки больных артериальной гипертонией более регулярна, чем в
контрольной группе и не меняется при реактивном изменении тонуса сосуда.
Ретинальные вены гипертоников шире, с выраженными изменениями калибра
вдоль участка сосуда.
5. Неровность внутренней стенки артерий сетчатки больных диабетом 1
типа не отличается от НВСС испытуемых контрольной группы на всех стадиях
сосудистой реакции и не меняется при изменении тонуса сосуда. Микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки больных диабетом изменяется в зависимости от возраста и наличия ретинопатии и не зависит от длительности заболевания, длительности лечения и наличия гипертонии.
5
6. Микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки больных ожирением более регулярна, чем в контрольной группе и не меняется при реактивном
изменении тонуса сосуда.
7. Результаты математического моделирования в рассмотренных постановках задачи показывают, что гемодинамическое сопротивление вдоль участка
сосуда сетчатки растет при увеличении НВСС.
Практическая значимость
Анализ структуры продольных профилей сосудов сетчатки может быть
использован для ранней диагностики, прогноза, выбора лечения и мониторинга
при артериосклерозе, артериальной гипертонии, сахарном диабете 1 типа, метаболическом синдроме и первичной открытоугольной глаукоме.
Предложены новые проекты и исследования по расширению понимания
физиологии и патологии сосудистой регуляции и микроциркуляции в целом, а
также по клиническому тестированию и техническому совершенствованию
разработанной методики.
Результаты математического моделирования показывают, что обнаруженные в работе микроструктурные изменения стенок сосудов сетчатки могут
быть причиной возрастных и патологических нарушений кровоснабжения сетчатки. Изменение гемодинамического сопротивления сосудов сетчатки, обусловленное изменением микроструктуры сосудистой стенки, может являться
дополнительным гемомеханическим механизмом патогенеза старения и рассмотренных в работе заболеваний.
Апробация работы. Основные результаты исследования доложены и обсуждены на: 8-ми Ежегодных международных конференциях Ассоциации по
Исследованиям в области Зрения и Офтальмологии (Association for Research and
Vision in Ophthalmology: ARVO) (Форт Лаудердейл, США, 2002, 2004, 2005,
2006, 2007, 2008, 2009, 2011 гг.); 6-ти Ежегодных международных конференциях Европейской Ассоциации по Зрению и Исследованию Глаза (European
Association for Vision and Eye Research: EVER) (Аликанте, Испания, 2002 г.,
Вилламура, Португалия, 2004, 2005, 2006 гг., Порта Рош, Словения, 2007, 2008
гг.,); 6-ти Ежегодных конференциях Немецкого Общества Офтальмологов
(Deutsche Ophthalmologische Gesellschaft: DOG) (Берлин, ФРГ, 2002, 2003, 2005,
2006, 2007, 2008 гг.); 6-ти Ежегодных конференциях Баварского Общества Офтальмологов (Bayerische Ophthalmologische Gesellschaft: BayOG) (Берлин, ФРГ,
2002, Нюрнберг, 2004 г., Вюрцбург, 2005 г., Мюнхен, 2006 г., Регенсбург, 2007
г., Мюнхен, 2008 г.); 4-х Ежегодных конференциях Немецкого Общества Гипертензиологов (Deutsche Hochdrückliga: DHL) (Ганновер, ФРГ, 2004 г., Берлин,
ФРГ, 2005 г., Мюнхен, ФРГ, 2006 г., Бохум, ФРГ, 2007 г.); Симпозиуме “Basics
and Methods for Microvascular Diagnosis of the Retina” (sympMDR). (Ильменауский Технический Университет, Ильменау, ФРГ, 2007 г.); 6-ом Международном
Симпозиуме по глаукоме (Афины, Греция, 2007 г.); 6-ой Международной конференции по биомеханике глаза (МНИИ ГБ им. Гельмгольца, Москва, 2007 г.);
30-м Международном Конгрессе Офтальмологов (World Ophthalmology Congress: WOC)(Сан Пауло, Бразилия, 2006 г.); 15-ой Международной конференции
Европейского Общества Офтальмологов (European Society of opthalmology:
6
SOE)(Берлин, ФРГ, 2005 г.); 5-ой Международной конференции по биомеханике глаза (МНИИ ГБ им. Гельмгольца, Москва, 2005 г.); 5-ом Международном
Симпозиуме по глаукоме (Кейптаун, ЮАР, 2005 г.); 14-й конференции по микро- и макроциркуляции (Веймар, ФРГ, 2005 г.); 7-ой Международной конференции Ассоциации Глазной Фармакологии и Терапии (Association for Ocular
Pharmacology and Therapeutics: AOPT)(Катания, Италия, 2005 г.); Международном Конгрессе Альпо-Адриатического Общества (Мюнхен, ФРГ, 2004 г.); 7-ом
Европейском Конгрессе по глаукоме (Флоренция, Италия, 2004 г.); 2-й Международной конференции «Патофизиология и современная медицина» (Москва,
2004 г.); 13-й конференции по микро- и макроциркуляции (Мюнхен, ФРГ,
2004 г.); 5-ом Международном Симпозиуме по Глазной Фармакологии и Терапии (Монте Карло, Монако, 2004 г.); 12-й конференции по микро- и макроциркуляции (Дрезден, ФРГ, 2003 г.); 4-ом Международном Симпозиуме по глаукоме (Барселона, Испания, 2003 г.); межкафедральной конференции кафедры общей патологии и патологической физиологии и кафедры офтальмологии Российского Университета дружбы народов (Москва, декабрь 2009 г.).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 66 работах. В том
числе: в 22 оригинальных статьях в реферируемых периодических научных изданиях; одной главе в монографии, 44 статьях в приложениях реферируемых
периодических научных изданий и сборниках научных трудов всероссийских и
международных конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 372 страницах машинописного текста. Содержит 20 таблиц и 102 иллюстрации. Работа
состоит из введения, обзора литературы, главы «Материал и методы», главы
«Результаты собственных исследований», заключения, выводов и списка литературы. Указатель литературы включает 387 источников, в том числе 18 отечественных и 369 зарубежных.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
В рамках диссертационного исследования было обследовано 207 человек,
из них 23 больных первичной открытоугольной глаукомой (ПОУГ), 15 больных
артериальной гипертонией, 33 больных сахарным диабетом 1 типа, 16 больных
с ожирением и 120 здоровых испытуемых различного возраста в исследовании
возрастной зависимости и в контрольных группах других клинических экспериментов. Критерии включения в клинические эксперименты в рамках работы
и список соответствующих скрининговых исследований приведены в работе.
Исследование возрастной зависимости. 11 здоровых по медицинским показателям лиц исследовались в ходе перспективного клинического эксперимента в каждой из трех возрастных групп: 21 – 27 лет (5 мужчин, 6 женщин, средний возраст: 24,9 ± 1,9 лет [среднее ± станд. отклонение]); 40 – 60 лет (3 мужчин, 8 женщин, средний возраст: 50,2 ± 5,3 лет) и 60 – 85 лет (4 мужчин, 7
женщин, средний возраст: 68,6 ± 7,6 лет). Участники эксперимента отказались
от регулярного приема системных препаратов в течение трех месяцев, предшествующих исследованию.
7
Исследование больных первичной открытоугольной глаукомой. Проведено два независимых перспективных клинических наблюдения реакции артерий
сетчатки на искусственное повышение внутриглазного давления (ВГД) в группах пациентов с ПОУГ и соответствующих группах сравнения. Оба исследования проводились в сотрудничестве с др. Эдгаром Нагелем, владельцем частной
офтальмологической клиники г. Рудольштадта, ФРГ и др. Вальтардом Вильзером, директором фирмы IMEDOS Systems UG в г. Йена, ФРГ. В обоих исследованиях принимали участие пациенты с нелеченой ранее ПОУГ или больные
ПОУГ, для которых медикаментозная антиглаукомная терапия была временно
приостановлена в течение 4-х недель, предшествовавших исследованию. Исследование проводилось в группах больных ПОУГ два раза:
- до начала терапевтического лечения (или после перерыва в таком лечении непосредственно перед исследованием): нелеченые группы ПОУГ;
- через 4 недели после начала постоянного лечения антиглаукомным препаратом дорцоламид (глазные капли) 3 раза в день: леченые группы ПОУГ.
Исследование 1 (стимуляция кратковременным резким увеличением ВГД)
Были обследованы 9 больных ПОУГ (7 мужчин, 2 женщины, средний
возраст: 55,6 ± 8,4 лет) и 9 здоровых по медицинским показателям лиц той же
возрастной группы (5 мужчин, 4 женщины, средний возраст: 58,8 ± 10,3 лет).
Среднее ВГД в контрольной группе составило 13,7 ± 1,6 мм рт.ст. У больных
ПОУГ значение этого параметра составило: 23,3 ± 1,9 мм рт.ст. до лечения и
17,6 ± 2,2 мм рт.ст. после лечения препаратом дорцоламид.
Исследование 2 (стимуляция умеренным 100 секундным увеличением ВГД)
Были обследованы 14 больных ПОУГ (7 мужчин, 7 женщин, средний возраст: 61,2 ± 7,6 лет) и 13 здоровых по медицинским показателям лиц той же
возрастной группы (4 мужчины, 9 женщин, средний возраст: 62,6 ± 6,7 лет).
Среднее ВГД в контрольной группе составило 13,8 ± 2,9 мм рт.ст. У больных
ПОУГ значение этого параметра составило: 22,4 ± 6,0 мм рт.ст. до лечения и
16,8 ± 3,0 мм рт.ст. после лечения препаратом дорцоламид.
Исследование больных артериальной гипертонией. Перспективное клиническое исследование также проводилось в сотрудничестве с др. Эдгаром Нагелем и др. Вальтардом Вильзером. В ходе исследования наблюдались 15 больных артериальной гипертонией (8 мужчин, 7 женщин, средний возраст: 50,5 ±
12,2 лет) и 15 здоровых по медицинским показателям лиц той же возрастной и
гендерной группы.
Исследование больных сахарным диабетом 1 типа. Это перспективное
клиническое исследование проводилось в сотрудничестве с кафедрой реабилитативной и спортивной медицины Мюнхенского Технического Университета,
ФРГ (зав. кафедрой: проф., др. Мартин Халле, руководитель исследования
проф., др. Арно Шмидт-Трюксэсс) и отделением диабета и эндокринологии
мюнхенской городской больницы р-на Богенхаузен (др. Торстен Зигмунд). В
исследовании приняли участие 33 больных сахарным диабетом 1 типа (16 мужчин, 17 женщин в возрасте 51,7 ± 8,3 лет) и 33 здоровых по медицинским показателям лиц той же возрастной и гендерной группы. Критериями участия в экс8
перименте для пациентов был инсулинозависимый сахарный диабет 1 типа без
ретинопатии (22 пациента, 66% группы) или с легкой формой ретинопатии (11
пациентов, 34% группы). Средняя продолжительность болезни составляла 28,6
± 10,8 лет: средняя продолжительность инсулиновой терапии: 11,2 ± 6,9 лет. У
15 пациентов (45%) была диагностирована артериальная гипертония.
Исследование больных ожирением. Перспективное клиническое исследование проводилось в сотрудничестве с кафедрой реабилитативной и спортивной медицины Мюнхенского Технического Университета, ФРГ (зав. кафедрой:
проф., др. Мартин Халле, руководитель исследования проф., др. Арно ШмидтТрюксэсс). В эксперименте принимало участие 16 больных ожирением (4 мужчин, 12 женщин в возрасте 48,5(44,0; 53,3) лет [медиана (25-й процентиль; 75-й
процентиль)]) и 16 здоровых по медицинским показателям лиц той же возрастной и гендерной группы.
Соответствие этическим стандартам. Перед началом каждого эксперимента в рамках данного диссертационного исследования, после подробного
объяснения сути, структуры и возможных последствий исследования все участники эксперимента давали добровольное письменное согласие на участие. Дизайн исследований был рассмотрен и одобрен Специальными Этическими Комиссиями при Медицинском Факультете Мюнхенского Технического Университета (исследование возрастной зависимости, исследование больных диабетом
и исследование больных ожирением), а также при Медицинской Ассоциации
Тюрингии (исследование больных ПОУГ, исследование больных артериальной
гипертонии). Все исследования проводились в соответствии с этическими стандартами и предписаниями Хельсинской Декларации 1964 года.
Методы исследования. Диаметр сосудов сетчатки измерялся в реальном
времени с помощью анализатора сосудов сетчатки (Retinal Vessel Analyzer,
RVA, IMEDOS GmbH, Йена, ФРГ) (Garhofer G. et al., 2010). Аппарат выполняет
автоматическую, неинвазивную, прижизненную регистрацию изменения диаметра сосуда в зависимости от времени и расположения вдоль сосуда. Участок
сосуда внутри измерительного окна RVA сканируется автоматически 25 раз в
секунду с помощью алгоритма на основе генератора случайных чисел. В настоящей работе исследовались участки артерий и вен сетчатки обоих глаз длиной около 1 мм (Рис. 1, вверху).
Участок сосуда выбирался по следующим критериям: расположение
внутри круговой области вокруг диска зрительного нерва диаметром равным
двум диаметром диска; отсутствие ответвлений сосуда внутри измеряемого
участка; изгиб сосуда не более 30° внутри измеряемого участка; расстояние до
соседних сосудов равное, как минимум, одному диаметру сосуда. В работе использовались, в основном, относительные измерения диаметра в % к исходному
(начальному) диаметру или среднему исходного диаметра. 30 с до начала физиологического стимула (в большинстве экспериментов – мигающего света)
определялись как это исходное состояние, относительно которого нормировалась последующая реакция на стимул.
9
расширение
сосуда
релаксация
сосуда
исходная
конфигурация
сужение
сосуда
расширение
исходная
сужение
Рис. 1. Регистрация продольных профилей сосудов сетчатки. Продольные профили в исходной конфигурации, при сужении сосуда, расширении сосуда и его релаксации. Вверху:
в RVA-системе при исследовании больных ПОУГ. Внизу: в новой DVA-системе при исследовании больных гипертонией. Анализируемый цикл стимуляции мигающим светом выделен на временных зависимостях изменения диаметра сосуда слева вверху на этой части рисунка. Оригинальный интерфейс прибора – в цвете.
Для исключения влияния кровяного давления на исследуемые микроциркуляторные реакции, в начале и в конце каждого измерения RVA регистрировались артериальное давление и пульс. По данным систолического и диастолического давления вычислялось среднее артериальное давление по известной
формуле.
10
Регистрация продольных профилей сосудов сетчатки. Регистрируемая с
помощью RVA информация об изменении диаметра выбранного участка сосуда
позволяет дополнительно к упомянутому анализу усредненных временных изменений определять пространственную конфигурацию продольного сечения
этого участка сосуда (Рис. 1) - продольный профиль внутренней стенки сосуда.
Эту структура, определенная на Рис. 2, была названа «продольным профилем
сосуда». В разработанной в рамках диссертационного исследования методике
сравнивались продольные профили, регистрируемые на различных временных
интервалах, связанных с различным тонусом сосуда. Метод предоставляет уникальную возможность прижизненной неинвазивной функциональной динамической микроскопии внутренней стенки сосудов сетчатки. Методика подробно
описана в ранее опубликованных работах (Kotliar K.E. et al., 2008; Kotliar K.E.
et al., 2008; Kotliar K. et al., 2010).
Рис. 2. Определение продольного профиля сосуда
Длина участка сосуда измерялась в RVA в тех же относительных единицах (ОЕ), что и диаметр сосуда. ОЕ соответствуют 1 мкм для модели глаза
Гульштранда, аккомодирующего на бесконечность (Vilser W. et al., 2002). Поскольку диаметр сосуда вдоль его участка измерялся RVA через равные промежутки длиной 12,5 ОЕ, то использовалась также производная измерительная
единица (ИЕ): 1ИЕ=12,5 ОЕ или 12,5 мкм для модели глаза Гульштранда, аккомодирующего на бесконечность.
Для описания и количественного анализа продольного профиля сосуда
сетчатки вводилось понятие частоты его изменения. Неровности на временной
или пространственной кривой могут быть описаны с помощью их частоты и
амплитуды. При этом используется идеология Фурье, заключающаяся в том,
что любая кривая на каждом ее участке состоит из суммы гармонических кривых (например, синусоидальных) разной амплитуды и частоты. Применив эти
принципы к продольным профилям сосудов сетчатки, можно определить характерные волны (неровности) сосудистой стенки различной частоты, такие как:
высокочастотная неровность сосудистой стенки (ВНСС, микронеровности),
включающая 10 – 20 изменений диаметра сосуда амплитудой 1,5 - 15 мкм на 1
мм его длины и низкочастотная неровность сосудистой стенки (ННСС, макронеровности) определяемые как 0,5-5 изменений диаметра сосуда амплитудой
15-50 мкм на 1 мм длины сосуда.
Спектральный анализ продольных профилей сосудов сетчатки. Для количественного описания продольного профиля сосуда сетчатки на основе быстрого преобразования Фурье рассчитывался спектр мощности кривой простран11
ственного изменения диаметра сосуда. Каждый спектр мощности нормировался
таким образом, что все его значения для различных частот приводились к площади под кривой спектра мощности, т.е. делились на эту величину (Bronzino
J.D. et al., 1987).
Из индивидуальных нормированных спектров мощности для каждого типа пространственной кривой и для каждого группы испытуемых были вычислены усредненные нормированные спектры мощности (УНСМ) путем вычисления медианных значений по группе в каждой точке спектрального распределения, как это было предложено ранее другими авторами при исследовании активности мозга (Bronzino J.D. et al., 1987). Вычислялись следующие параметры
УНСМ: конечная частота спектра (КЧС), усредненные частоты пиков спектра и
усредненные площади под кривой спектра внутри избранных частотных полос.
Пространственные частоты вычислялись в работе в единицах ИЕ-1, обратных вышеупомянутым измерительным единицам (ИЕ), использующимся при
измерениях участка сосуда в RVA. Физическая величина «частота», измеряемая
в Герцах (Гц), обычно используется для характеристики временных изменений.
В данной работе использовалось понятие «пространственной частоты», характеризующей пространственные кривые. Пространственная частота подобно
временной частоте также вычислялась в Гц. Подобно временной характеристике Гц, соответствующей одному колебанию в секунду, пространственный Гц
характеризовался одним колебанием на одну измерительную единицу ИЕ. Пространственная частота в 0,1 Гц соответствовала, таким образом, одному полному колебанию продольного профиля сосуда на 10 ИЕ или на 125 мкм глаза
.
Гульштранда. Таким образом, в данной работе: [пространственная
частота] =
-1
ИЕ = Гц. Как следствие, площадь под нормированным спектром мощности и
площадь под УНСМ являлись безразмерными величинами: [площадь под
УНСМ] = Гц*Гц-1= 1
В среде MATLAB 6.1 (MathWorks Inc., США) была создана программа
для анализа продольных профилей сосуда и построения их силовых спектров.
Анализировались участки продольных профилей сосудов сетчатки длиной ~
400 мкм, что соответствует 25 = 32 ИЕ. С целью усовершенствования методики,
для получения более подробной информации о внутренней структуре сосуда в
исследованиях больных гипертонией, диабетом 1 типа и больных ожирением
анализировались более длинные участки продольных профилей длиной ~ 800
мкм (26 = 64 ИЕ). Рабочие таблицы для подготовки, фильтрации, обработки и
анализа данных были созданы в среде MS Excel. Соответствующие сервисные
программы создавались в среде Visual Basic для MS Excel.
Конечная частота спектра (КЧС). Параметр КЧС рассчитывалась в данном исследовании для каждого анализируемого временного интервала каждого
испытуемого. КЧС представляет собой количественный параметр, показывающий наличие высоких частот в спектре и характеризующий эти частоты. КЧС
вычислялся из силового спектра продольного профиля сосуда сетчатки, рассчитываемого с помощью быстрого преобразования Фурье (Bronzino J.D. et al.,
1987). КЧС делит площадь под кривой силового спектра на две части, состав12
vessel diameter,
диаметр
сосуда в%%toкbaseline
исходному
ляющие соответственно 95% и 5% площади всего спектра (Schwender D. et al.,
1996; Nieuwenhuijs D. et al., 2002).
ARTERY
АРТЕРИЯ
I
II
108
III
IV
106
104
102
100
98
Световая стимуляция
flicker-stimulation
96
-30 -15
0
15
30
45
60
75
90 105 120 135 150 165 180
time,сsс
время,
время,
диаметр
сосуда в%
%toк baseline
исходному
vessel diameter,
II исходная
до
исходная конфигурация
до световой стимуляции:
baseline
(before the flicker-stimulation):
30 s30 с
расширение
ответ
на
стимуляцию:
30-60
сс индивидуально
IIII
расширение
сосуда
в
ответ
на
стимуляцию:
30-60
индивидуальн.
II dilation during the provocation: 30-60 s (individually)
III
реактивное
сужение
сосуда
после
стимуляции:
индивидуально
III
реактивное
сужение
сосуда
после
стимуляции:
30
с
индивидуальн.
III constriction (vessel regulatory reaction): 30 s (individually)
релаксация ии30-60
возврат
исходной
конфигурации:
30-60
-60ссввконце
конце цикла
цикла
IV релаксация
IV
возврат
кк исходной
30
relaxation:
s (at
the end конфигурации:
of
a single examination)
VEIN
ВЕНА
II
I
III
IV
106
104
102
100
Световая
flicker - стимуляция
stimulation
98
-30
-15
0
15
30
45
60
75
90
105
120
135
150
time, сс
s
время,
время,
I I исходная
конфигурация
до
световой
стимуляции:
30
с
исходная
до
baseline (before the flicker-stimulation): 60 s
IIIIII расширение
сосуда
ответ
на стимуляцию:
30 с индивидуально
индивидуальн.
расширение
ответ на
dilation during
theвprovocation:
30-60 s (individually)
IIIIIIначальная
начальная
релаксация
сосуда
после
стимуляции:
30
III
релаксация
сосуда
после
стимуляции:
30сспосле
послестимуляции
стимуляции
initial relaxation: 60 s (directly after flicker cessation)
IV
релаксация
и
возврат
к
исходной
конфигурации:
30
с
в
конце
цикла
IV
релаксация
и
возврат
к
исходной
конфигурации:
30
с
в
конце
цикла
IV relaxation: 60 s (at the end of a single examination)
Рис. 3. Временные зависимости артериальной (вверху) и венозной (внизу) реакции сосуда
сетчатки на стимуляцию мигающим светом. Определение временных интервалов для регистрации подольных профилей участков сосудов. Видоизменено и дополнено по (Kotliar K.E.
et al., 2008).
С учетом соответствующих ограничений, КЧС использовалась для анализа конфигурации продольного профиля сосудов сетчатки, отражая изменения
высокочастотной неровности профиля на различных промежутках времени, а
также межиндивидуальную изменчивость этой неровности.
13
Высокие КЧС показывают наличие микронеровностей внутренней стенки
сосуда, в то время как более низкие значения КЧС соответствуют более гладким кривым без микронеровностей, но не исключают полностью наличие таких
микронеровностей.
Клинических исследований, обработка и анализ данных
Исследование возрастной зависимости. Спустя 20 мин после расширения
зрачка испытуемого одной каплей раствора мидриатика (Mydriaticum Stulln,
ФРГ) производилось непрерывное измерение изменения исходного диаметра
крупного венозного сосуда с помощью RVA в течение 100 с в постоянном свете
с последующими двумя циклами стимуляции, состоящими из 60 с непосредственной стимуляции мигающим светом и 150 с обсервационного измерения в
постоянном свете каждый. Общая продолжительность измерения составила 9
мин. Один из циклов стимуляции с наибольшим количеством данных был выбран для стандартизованного анализа продольного профиля сосуда (Рис. 2).
Измерения артериальной реакции производилось в автономном режиме без непосредственного участия пациента с записанной во время исследования видеокассеты.
По индивидуальным временным зависимостям изменения диаметра сосуда рассчитывались усредненные временные зависимости для артерий и вен во
всех возрастных подгруппах (Рис. 3). Четыре временных интервала для анализа
данных были введены, так как показано на Рис. 3. Продольные профили сосудов сетчатки в течение описанных временных интервалов регистрировались для
каждого испытуемого и сравнивались как внутрииндивидуально (на разных
стадиях сосудистой реакции), так и межиндивидуально.
Исследование больных первичной открытоугольной глаукомой. После
расширения зрачка испытуемого производилось непрерывное измерение диаметра крупного венозного сосуда сетчатки с помощью RVA. Измерения артериальной реакции выполнялись в автономном режиме. Общее время исследования составляло 10 мин. В начале эксперимента измерялось состояние исходного диаметра сосуда в течение 120 с. Затем ВГД в измеряемом глазу повышалось с использованием принципов окуло-осцилло-динамографии по Ульриху
(ООДГ, Taberna pro medicum, ФРГ) (Ulrich W.D., Ulrich C., 1985). Временная
зависимость изменения диаметра сосуда являлась основой для стандартизованного анализа продольного профиля сосуда (Рис. 4).
В исследовании 1 стандартизованная программа в аппарате ООДГ увеличивала ВГД до супрасистолического уровня на 3 с. Систолическое давление на
сетчатке и в цилиарном теле измерялось в течение 40 с линейного сброса ВГД
(Рис. 4, вверху).
В исследовании 2 после 100-секундного увеличения давления под присоской до уровня 35 мм рт.ст. давление сбрасывалось. Сразу после окончания регистрации изменения диаметра сосудов с помощью RVA присоска сбрасывалась, ВГД измерялось методом аппланационной тонометрии. Затем с помощью
той же присоски давление снова увеличивалось на короткое время до уровня 35
мм рт.ст. и измерялось ВГД при этом давлении для определения индивидуального уровня ВГД под действием стандартизированной стимуляции.
14
диаметр
сосуда в %
vessel diameter,
% кtoисходному
baseline hhh
Усредненные временные зависимости в подгруппах (Рис. 4) показывают реактивное расширение артерий сетчатки в ответ на увеличение ВГД. Это реактивное
расширение наблюдалось у всех испытуемых обеих групп: результат, описанный
ранее в работах моих коллег (Nagel E. et al., 2001; Nagel E., Vilser W., 2004).
115
115
I
II
110
110
IV
III
105
105
100
100
95
95
normal
person группа
контрольная
glaucoma
больныеpatient
ПОУГ
90
90
стимуляция
IOP-provocation
повышением
ВГД course
85
-120
-60
0
60
120
180
240
300
360
420
480
time,сs
время,
исходная
конфигурация:
120 с
baseline:
120 s
II
vessel diameter,
baseline hhh
диаметр
сосуда в % кtoисходному
IIIII расширение
исходная
конфигурация:
120стимуляции:
с 30 s individually
сосуда
во время
30 с индивидуальн.
dilation after
IOP-provocation:
IIIIIIII начальная
расширение
сосуда 60
во
время
стимуляции:
с индивидуальн.
initial restoration:
s
immediately
after30
phase
II
релаксация
сосуда:
60
с непосредственно
после
фазы II
IV релаксация
restoration:
60 s at
the
end of
examination
III
IV
начальная
и
релаксация
возврат
к исходной
сосуда:
конфигурации:
60the
с непосредств.
60 с после
в концефазы
цикла
II
IV релаксация и возврат к исходн. конфигурации: 60 с в конце цикла
115
115
I
II
110
110
III
IV
V
105
105
100
100
95
95
90
стимуляция
повышением
ВГД course
IOP-provocation
90
85
-120
-60
0
60
120
180
240
300
360
420
480
time, сs
время,
конфигурация:
120120
с с
III исходная
исходная
конфигурация:
baseline:
120 s
II
расширение
сосуда
во
время
стимуляции:
30-60
с индивидуальн.
dilation during
IOP-provocation
: 30-60
s 30-60
individually
IIII расширение
сосуда
во время
стимуляции:
с индивидуальн.
III
реактивное
сужение
сосуда
после стимуляции:
30
с sиндивидуальн.
III
constriction
(ve
ssel
regulation
reaction):
30
individually
III
реактивное
сужение
сосуда
после
стимуляции:
30
с индивидуальн.
IV
релаксация
сосуда:
60 с непосредственно
фазы III
IV начальная
initial restoration
: 60
s immediately
after phaseпосле
IIIпосле
IV
начальная
релаксация
сосуда:
60
с
непосредственно
фазы III
V
релаксация
и
возврат
к
исходной
конфигурации:
60
с
в
конце
цикла
V restoration: 60 s at the end of the examination
V релаксация и возврат к исходной конфигурации: 60 с в конце цикла
Рис. 4. Временные зависимости артериальной реакции на стимуляцию повашением ВГД и
определение временных интервалов для регистрации подольных профилей участков сосудов в исследовании больных ПОУГ. Видоизменено и дополнено по (Nagel E. et al., 2001;
Nagel E. et al., 2002). Вверху: Исследование 1: краткое повышение ВГД до супрасистолического уровня: усредненная реакция больных ПОУГ и испытуемах контрольной группы.
Внизу: Исследование 2: умеренное повышение ВГД в течение 100 с: типичная индивидуальная реакция одного из испытуемых контрольной группы.
Временные интервала для анализа данных были введены, так как показано на
Рис. 4. Из-за технических особенностей фаза сужения сосуда не рассматривалась в
15
диаметр сосуда в % к исходному
исследовании 1. Продольные профили сосудов сетчатки в течение описанных временных интервалов анализировались по вышеупомянутой методике.
Исследование больных артериальной гипертонией. После расширения
зрачка испытуемого с помощью мидриатика производилось непрерывное измерение диаметра крупного венозного сосуда сетчатки с помощью RVA (Nagel E.
et al., 2004). Измерялось изменение исходного диаметра сосуда в течение 100 с
в постоянном свете с последующими пятью циклами стимуляции, состоящими
из 20 с непосредственной стимуляции мигающим светом и 80 с обсервационного измерения в постоянном свете каждый. Общая продолжительность измерения составила 10 мин.
Для увеличения точности и качества измерений как артериальная, так и
венозная сосудистые реакции были измерены дополнительно в автономном режиме с записанной во время исследования видеокассеты с помощью новейшей
версии RVA, Dynamic Vessel Analyzer (DVA) (Garhofer G. et al., 2010). DVA позволяет независимо измерять одновременно участки двух сосудов, и имеет повышенную точность измерений (25 измерений в секунду на один пиксель изображения). Рассчитывалась усредненные временные зависимости в подгруппах,
при этом один из пяти циклов стимуляции с наибольшим количеством данных
выбирался для стандартизованного анализа продольного профиля сосуда (Рис. 5).
Были введены пять временных интервалов для анализа данных. Продольные профили сосудов сетчатки в течение описанных временных интервалов анализировались по вышеупомянутой методике.
исходная
Световая
стимуляция
время, с
I исходная конфигурация до световой стимуляции: 5 с
II расширение 1 сосуда во время стимуляции: 5 с
III расширение 2 сосуда после стимуляции: 5 с
IV реактивное сужение сосуда после стимуляции: 5 с индивидуально
V релаксация и возврат к исходной конфигурации: 5 с в конце цикла
Рис. 5. Исследование больных артериальной гипертонией. Временная зависимость артериальной реакции сосуда сетчатки на стимуляцию мигающим светом. Временные интервалы
для регистрации подольных профилей участков сосудов. Видоизменено и дополнено по
(Kotliar K. et al., 2009)
16
Исследования больных сахарным диабетом 1 типа и больных ожирением.
После расширения зрачка испытуемого производилось одновременное непрерывное измерение диаметра крупного венозного и артериального сосуда сетчатки с помощью DVA (Kotliar K.E. et al., 2010). Использовался стандартный
протокол DVA: изменение исходного диаметра сосуда в течение 50 с в постоянном свете с последующими тремя циклами стимуляции, состоящими из 20 с
непосредственной стимуляции мигающим светом и 80 с обсервационного измерения в постоянном свете каждый. Общая продолжительность измерения: 350
с. По индивидуальным временным зависимостям изменения диаметра сосуда
рассчитывалась усредненная временная зависимость в подгруппах. Один из
трех циклов стимуляции с наибольшим количеством данных был выбран для
стандартизованного анализа продольного профиля сосуда. Пять временных интервалов для анализа данных были введены, так как это показано на Рис. 5.
Анализ повторяемости и воспроизводимости метода. Метод регистрации и количественной оценки продольных профилей сосудов сетчатки анализировался с методологической точки зрения. Тестировалась точность основных
параметров метода как степень приближения к их истинной величине и точность представления или воспроизведения метода. Точность регистрации продольного профиля сосуда с помощью RVA, как степень приближения к реальному продольному профилю (внутренней структуре сосудистой стенки) не рассматривалась, поскольку для такой проверки были бы необходимы специальные гистологические исследования. Таким образом, в рамках данной работы с
помощью пилотных исследований на небольшом числе испытуемых определялось, является ли метод регистрации и количественной оценки продольных
профилей сосудов сетчатки повторяемым и воспроизводимым. В частности,
исследовались следующие аспекты: кратковременная повторяемость; воспроизводимость на больших временных промежутках; воспроизводимость измерений
в сосудах различного диаметра; пространственная воспроизводимость: различия в правом и левом глазу и расположение на глазном дне. Более подробное
тестирование повторяемости и воспроизводимости метода является темой отдельного исследования и выходит за рамки данной работы.
Статистический анализ данных. Поскольку нормальное распределение
полученных данных не было подтверждено для большинства параметров в исследованиях представленной работы (критерий Колмогорова-Смирнова), для
сравнения групп использовались непараметрические критерии КрускаллаУоллиса и Манна-Уитни. Данные, удовлетворяющее нормальному распределению, представлялись в виде: среднее ± станд. отклонение. Непараметрические
данные представлялись в виде: медиана(25-й процентиль; 75-й процентиль).
При сравнении трех групп необходимая коррекция на множественное сравнение была проведена с помощью критерия Даннета (Glantz S.A., 1999) с коэффициентом 3. При сравнении пяти различных фаз сосудистой реакции относительно одного параметра необходимая коррекция на множественное сравнение
была проведена с помощью критерия Даннета с коэффициентом 5. Статистическое сравнение проводилось при уровне значимости p = 0,05 для каждого анализируемого параметра. Для расширенного статистического анализа данных,
17
включая параметрический (Пирсон) и непараметрический (Спирмен) корреляционный анализ, использовались программы: SPSS v. 12.0.1. (SPSS Inc., США)
и Primer of Biostatistics, v. 4.03 (Glantz S.A., 1999). Коэффициенты линейной
регрессии рассчитывались методом наименьших квадратов. В исследованиях
повторяемости и воспроизводимости дополнительно вычислялся коэффициент
вариации для основных параметров продольного профиля сосудов сетчатки.
При анализе пространственной воспроизводимости дополнительно использовался непараметрический критерий Данна для двух выборок разной длины
(Glantz S.A., 1999).
Компьютерное моделирование кровотока в сосудах сетчатки
Программа CFD «NS3DV43C» для решения задачи в Ньютоновской постановке. Для компьютерного моделирования методами вычислительной динамики жидкостей в Ньютоновском случае использовался параллельный трехмерный анализатор NS3DV43C, разработанный на кафедре Механики Жидкости и Газа Мюнхенского Технического Университета, ФРГ (Skoda R., 2003) и
успешно протестированный ранее в различных прикладных задачах (Skoda R.,
2003; Skoda R. et al., 2007). NS3DV43C представляет собой распределенный,
центрированный в элементах и блочно-структурированный метод конечных
объемов, использующий схему SIMPLE для связи давления и скорости.
Программа CFD «N3DV6C» для моделирования неньютоновского поведения
крови. Для компьютерного моделирования в неньютоновском случае использовался
параллельный трехмерный анализатор N3DV6C, разработанный на кафедре Механики Жидкости и Газа Мюнхенского Технического Университета, ФРГ (Skoda R.,
2003). N3DV6C представляет собой расширенную версию вышеупомянутого
NS3DV43C для задач с кавитацией. Для прикладных задач данного исследования
N3DV6C был адаптирован сотрудниками кафедры Бенедиктом Флюрлем и Матиасом Богнером для неньютоновской модели крови по Квемада (Quemada D., 1981).
В работе приведено подробное техническое описание методов, способы
обмена, визуализации и анализа данных моделирования.
Модель кровеносного сосуда сетчатки для компьютерного моделирования. С помощью методов вычислительной динамики жидкости рассчитывались
падение давления ∆p и коэффициент гидравлического сопротивления ζv вдоль
различных участков сосудов равной длины l с различной неровностью внутренней стенки в предположении постоянства объемного кровотока Q (Рис. 6А).
Неразмерный коэффициент гидравлического сопротивления сосудистого сегмента ζv может быть найден из формулы для падения давления (Лойцянский
Л.Г., 1987; Fung Y.C., 1990):
∆p = ζ v
ρ
2
c
2
;
c=
π
Q
4
d
2
;
(1)
где ρ – плотность крови. Введя неразмерные параметры длины сосудистого
сегмента, амплитуды и периода волнистости и, предполагая постоянство объемного кровотока Q = const , получим общее выражение для ζv как функции геометрических параметров сосудистого сегмента и, в частности, параметров неровности внутренней сосудистой стенки:
18
L=
l
;
d
Λ=
λ
a
d
; Α=
d
ζ v = f { L; Λ; Α}
.
(2)
В рамках работы эта зависимость исследовалась методами вычислительной динамики жидкости.
А
a
u1, Q1
d1 = d2
Q1 = Q2
d1
?
∆p <∆
∆p
1
u2, Q2
d2
a
2
h
Б
b
В
c
A
a
B
s=A(ε)*sin(2π/λ)z
A=Amax
A=A(ε)
ε
λ
d
A=0
y
Q
p1
1
l
y
x
p2
y=0,1=const
z
B-B
1
2
z=0,1=const
2
B
3D -grid generation
Рис. 6. Постановка задачи и геометрические параметры вычислительной модели. А: постановка задачи. Б: геометрические параметры волнистого участка сосуда в продольном сечении. В: генерирование трехмерной сетки для вычислительной модели.
Трехмерная геометрия участка ретинальной артерии и соответствующая
расчетная сетка были созданы на языке C++. Для изменения волнистости модели был создан отдельный блок (блок (а) на Рис. 7 справа), внешняя граница которого моделировалась комбинацией синусоидальных кривых в виде функции
g, состоящей из низкочастотной компоненты с амплитудой aнч и периодом λнч,
и высокочастотной компоненты с aвч, λвч. Переменная x представляла собой
координату вдоль участка сосуда:
g = aнчsin((2π/λнч)x) + aвчsin((2π/λвч)x)
.
(3)
Модель вычислительной динамики жидкости для Метода Конечных Объемов представляет собой модель жидкости внутри сосуда, разбитую на мелкие
шестигранные трехмерные элементы, объединенные в более крупные блоки
(Рис. 7). Для уменьшения времени расчета, использовалась осевая симметрия
модели. Расчеты производились для 15° градусных секторов модели, которые
представляли собой 1/24 объема всей модели (аналог сектора на Рис. 7 справа).
После численного моделирования данные такого сектора дополнялись для рас19
четов до полного сегмента в программе Tecplot 10.0. Каждый сектор был разбит
на четыре блока (Рис. 7 справа): часть твердого тела вращения с волнистостью
(а) и три шестигранника (б, в, г). Исходные параметры программы создания
трехмерной модели для метода конечных объемов и параметры модели для
компьютерной симуляции приведены в работе.
X
Y
Y
X
Z
Z
б
в
г
Рис. 7. Трехмерная геометрия конечно-элементной модели сосуда с неровными стенками.
Справа: 60° сектор модели: подобные сектора использовались для сокращения времени
вычисления.
Компьютерное моделирование кровотока в Ньютоновском случае. Кровоток моделировался уравнениями Навье-Стокса для несжимаемой Ньютоновской жидкости (Лойцянский Л.Г., 1987; Skoda R., 2003):
∇⋅c = 0
∂c
+ c ⋅∇c = −∇p + η∇ 2 c
∂t
ρ
(5)
.
(5)
Здесь c – скорость, p – давление, η – динамическая вязкость крови, ∇ – линейный дифференциальный оператор в прямоугольных координатах. На внутренних стенках моделируемых сосудистых сегментов принималось условие неприлипания. Определяющие уравнения решались описанным параллельным трехмерным анализатором NS3DV43C в прямоугольной системе координат. Для каждого
тестируемого фиксируемого геометрического параметра L, Λ или Α рассчитывалась соответствующая геометрическая модель трехмерной конфигурации сосудистого сегмента (Рис. 6 А, Б; Рис. 7), а затем проводилось численное моделирование методом конечных объемов, которое занимало 1 – 3 часа и состояло из 5000 –
20000 циклов до того как численный метод сходился. В конце такой прогонки с
помощью программы Tecplot 10.0. картировались и анализировались скорости и
распределение давления вдоль анализируемого участка сосуда, а также направления кровотока. Перемещение стенок сосуда под воздействием кровотока, а также
пульсирующий характер кровотока в артериолах, часто считающийся явлением
второго порядка в модельных экспериментах (Fung Y.C., 1990), не учитывались в
постановке задачи. Для исследования возможных эффектов турбулентности в мо20
дели рассматривалось два режима, ламинарный и турбулентный. Результаты симуляции в обоих режимах сравнивались.
Компьютерное моделирование кровотока в неньютоновском случае. Неньютоновская реология крови описывалась моделью Квемада (Quemada D., 1981) с
использованием функции распределения гематокрита по сечению Лерхе и Ольке
(Lerche D., Oelke R., 1990). Теоретические аспекты, связанные с этой более сложной моделью кровотока подробно представлены в работе. Определяющие уравнения решались описанным параллельным трехмерным анализатором N3DV6C в
прямоугольной системе координат. Для каждого тестируемого значения геометрического параметра рассчитывалась соответствующая геометрическая модель
трехмерной конфигурации сосудистого сегмента, а затем проводилось численное
моделирование методом конечных объемов, которое занимало 8 – 40 часов и состояло из 45000 – 350000 циклов. В конце такой прогонки, с помощью программы Tecplot 10.0. картировались и анализировались распределение гематокрита,
скоростей и давления вдоль анализируемого участка сосуда, а также направления
кровотока и векторов скоростей.
Моделирование кровотока в реальных сосудах сетчатки. Для моделирования кровотока в реальных сосудах сетчатки, трехмерная геометрия реального
сосудистого сегмента генерировалась с использованием данных RVA. Конфигурация границ просвета сосуда рассчитывалась по продольным профилям сосуда в предположении его осевой симметрии. Измеренные в клиническом эксперименте данные о конфигурации продольного профиля сохранялись в форме
текстового файла, который автоматически вызывался основной программой построения трехмерной модели сосуда. Затем продольный профиль интерполировался с помощью Би-сплайна. Внешняя граница просвета сосуда в блоке (а) на
Рис. 7 справа в этом случае вместо синусоидальной кривой приобретала форму
реального продольного профиля сосуда. Три оставшихся блока модели оставались неизменными. Для численного моделирования использовались анализаторы NS3DV43C и N3DV6C. Тестировались реальные сосудистые сегменты равной длины с продольными профилями, измеренными у пациентов и здоровых
испытуемых.
Прижизненные клинические исследования продольных профилей
сосудов сетчатки
Артериальное давление и пульс.
Во всех исследованиях данной работы пульс и среднее артериальное давление не отличалось значимо между группами в начале измерения RVA и не
изменялось значимо в какой-либо из групп в течение всего периода измерения.
Продольная конфигурация сосудистой стенки.
Исследование возрастной зависимости. На Рис. 8 представлены характерные продольные профили сосудов сетчатки в этом исследовании. В работе
представлены УНСМ продольных профилей артерий и вен для трех возрастных
групп и четырех фаз сосудистой реакции на стимул.
21
105
рел.
100
95
исх.
суж.
90
0
10
20
30
20
locality,
MUMEsegment,
Ortsverlauf,
position along
the
vessel
MU
позиция
вдоль
участка
сосуда, ИЕ
диам
. сосуд
а вв
%
ср
едн
. иисходн.
схо
дн.
vessel
diameter,
mean
vessel
diameter,
%baseline
to baseline
диам.
сосуда
%%ккto
средн.
110
ВЕНА,
МОЛОДОЙ
VEIN,
YOUNG
40
расш.
106
суж.
104
102
100
98
исх.
96
94
рел.
92
0
5
10
15
15
20
20
25
30
35
locality,
MU
locality,
MUсосуда,
позиция
участка
positionвдоль
along
the
vessel
segment,ИЕ
MU
расш.
110
суж.
105
рел.
100
95
исх.
90
85
0
10
20
20
30
40
Ortsverlauf,
ME
position вдоль
along
locality,
the
vessel
MUсосуда,
segment, ИЕ
MU
позиция
участка
108ВЕНА,
ПОЖИЛОЙ
VEIN,
SENIOR
jn9
108
115
диам
. сосуд
а вв%
едн . иисходн.
схо
дн.
диам.
сосуда
%
кср
средн.
vessel
diameter,
%кto
baseline
mean
Gefasdurchmesser,
zur
MW.-B
aseline
vessel
diameter,
to
baseline
mean
диам
. сосуда
сосуд
ав
%%
кк %
ср
едн
иисходн.
схо
дн.
диам.
в%
средн.
расш.
110
Gefasdurchmesser,
%to
zurbaseline
MW-Baselin
e
diameter,
%
диам
сосуд
а вв %
едн
. иисходн.
схо mean
дн.
диам..vessel
сосуда
%ккср
средн.
120
ARTERY,
SENIOR
АРТЕРИЯ,
ПОЖИЛОЙ
115
АРТЕРИЯ,
МОЛОДОЙ
ARTERY,
YOUNG
an8
расш.
106
104
102
100
суж.
рел.
98
исх.
96
0
5
10
15
15
20
20
25
30
locality,
MU сосуда,
positionвдоль
along
the
vessel
segment,
MU
позиция
участка
ИЕ
35
просвет
сосуда
vessel
0,3
vessel
просвет
сосуда
0,25
**
0,2
*
*
0,15
**
*
**
*
просвет
сосуда
vessel
0,1
constriction
сужение
baseline relaxation
исходная
релаксация dilation
расширение
0,05
-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3
vascular
tone, rel.
measurement
unitsед.
сосудистый
тонус,
отн. условн.
АРТЕРИИ
ARTERIES
healthy young
молодые
4 средн.
5 6middle
7 age8
healthy
возраст
"waviness"
(S стенки:
EF, spt. КЧС,
Hz) Гц
неровность
сосудистой
venous
„waviness“
просвет
сосуда
vessel
"waviness"
(SEF, стенки:
spt. Hz)КЧС, Гц
неровность
сосудистой
расширени
е
сужение
baseline
constriction
dilation
initial
relaxation
relaxationвозрастной
исходная
расширение
начальн.
релаксац.
релаксация
исходная продольные
сужение
начальн.
релаксац.
релаксация
Рис. 8. Характерные
профили
сосудов
сетчатки
в исследовании
зависимости. В верхнем ряду показаны продольные профили артерий, в нижнем ряду –
профили вен сетчатки. Слева – профили сосудов молодого испытуемого, справа – профили
сосудов пожилого. исх. = исходная; расш. = расширение; суж. = сужение; рел. = релаксация;
ИЕ= измерительные единицы.
0,21
0,19
0,15
0,13
0,11
0,09
0,07
0,05
ВЕНЫ
VEINS
VEINS
healthy senior
пожилые
*
0,17
baseline
исходная
-1
relaxation
relaxation
dilation
релаксация init.
начальн.
релаксац.
расширение
0
1 vascular
2
3tonus4
5
vascular
tone, rel.
measurement
unitsед.
сосудистый
тонус,
отн. условн.
healthy young
молодые
6средн.
7
healthy middle
age8
возраст
healthy senior
пожилые
Рис. 9. Высокочастотная неровность сосудистой стенки, выраженная параметром КЧС, в
зависимости от сосудистого тонуса в исследовании возрастной зависимости. Значки вдоль
осей показывают степень неровности и различный тонус сосуда соответственно. Тонус сосуда представлен в условных единицах от -10 to 10 ( -10 соответствует полному сужению
просвета сосуда, 0 – исходному тонусу +10 – полному расширению). Статистически значимые межгрупповые различия: *=p<0,05; **=p<0,01.
Зависимость ВНСС, выраженная параметром КЧС, от сосудистого тонуса
показана на Рис. 9. В артериях сетчатки КЧС значимо отличалась у молодых и
22
пожилых анамнестически здоровых лиц на каждой фазе сосудистой реакции
(p<0,05). Артериальная КЧС значимо отличалась у молодых и лиц среднего
возраста во время расширения и сужения сосуда, а также во время релаксации
(p<0,05). Различия между этими группами в исходной конфигурации артерий не
наблюдались. Межгрупповые различия КЧС для вен не наблюдались, кроме
различия между молодыми и пожилыми здоровыми испытуемыми в исходной
конфигурации. (p<0,05). ВНСС артерий сетчатки увеличивалась с возрастом на
каждой стадии сосудистой реакции (r=0,35 – 0,43; p<0,05; корреляция Спирмена). ВНСС вен сетчатки значимо увеличивалась с возрастом только в исходной
конфигурации сосуда (r=0,43; p<0,05; корреляция Спирмена).
Таким образом, в исследовании возрастной зависимости: высокочастотная неровность сосудистой стенки сосудов сетчатки в продольном сечении сосуда увеличивалась с возрастом в артериях сетчатки анамнестически здоровых
испытуемых на всех стадиях сосудистой реакции и в венах сетчатки в исходной
конфигурации. Результаты исследования показывают, что с возрастом внутренняя стенка артерий сетчатки анамнестически здоровых становится более нерегулярной. Выбор группы испытуемых не позволяет однозначно ответить на вопрос, связаны ли эти изменения непосредственно со старением или с возрастным увеличением факторов риска сосудистых заболеваний.
Исследование больных первичной открытоугольной глаукомой. В исследовании1 в группе больных глаукомой до лечения ВНСС артерий сетчатки значимо возрастала при расширении сосуда от исходного тонуса (Рис. 10).
xn6
vessel в
diameter,
% to baseline-mean
диам. сосуда
% к средн.
исходн.
115
расш.
110
105
исх.
100
В
диам. сосуда
% к средн
. исходн.
vvesselв
diameter,
% to baseline-mean
н.рел.
95
рел.
90
суж.
85
0
10
20
30
40
50
60
70
80
locality,сосуда,
MU
позиция вдоль участка
ИЕ
125
115
xgl7
Б
vesselв
diameter,
% to baseline-mean
диам. сосуда
% к средн.
исходн.
120
А
расш.
110
рел.
105
100
95
r
н.рел.
исх.
90
суж.
85
80
0
10
20
30
40
50
60
locality,сосуда,
MU
позиция вдоль участка
ИЕ
70
80
xgl12
расш
.
120
н.рел.
115
исходная
сужение
110
105
расширение
100
95
исх.
90
начальн. релаксация
рел.
85
релаксация
суж.
80
0
10
20
30
40
50
locality, MU
60
70
80
позиция вдоль участка сосуда, ИЕ
Рис. 10. Характерные продольные профили артерий сетчатки на разных стадиях сосудистой
реакции на стимуляцию ВГД в исследовании больных ПОУГ. А: профили артерий здорового испытуемого; Б: профили артерий больного ПОУГ; В: профили артерий больного ПОУГ
после 4 недель лечения дорцоламидом. исх. = исходная; расш. = расширение; суж. = сужение; н.рел. = начальная релаксация; рел. = релаксация; ИЕ= измерительные единицы.
23
"waviness"
(SEF,
MU КЧС,
)
неровность
сосудист.
стенки:
Гц
0,3
просвет
vessel
*
0,25
*
-1
-1
"waviness"
MUКЧС,
) Гц
неровность
сосудист.(SEF,
стенки:
В группе глаукомных больных до лечения ВНСС на стадии расширения
сосуда была выше, чем в контрольной группе (Рис. 11 вверху, p<0,05).
В исследовании 2 в группе больных глаукомой до лечения ВНСС артерий
сетчатки также значимо возрастала при изменении сосудистого тонуса от сужения до расширения (Рис. 10Б: линии сужения и расширения, Рис. 11 слева внизу, p<0,05). В группе глаукомных больных до лечения ВНСС на стадии расширения сосуда была выше, чем в контрольной группе (Рис. 11 внизу, p<0,05). Во
время сужения сосуда ВНСС было незначимо меньше в группе глаукомных
больных до лечения, чем в контрольной группе (р>0,1).
0,2
0,15
0,1
vessel
просвет
0,05
0
исходная
baseline
-1
healthy
normal old
subjects
контроль
0
релаксация
restoration
1
2
3
расширение
dilation
4
5
6
7
8
0,24
0,22
0,2
0,18
0,14
y = 0,0017x + 0,1356
0,12
релаксация
исходная
релаксация
restoration baseline
restoration
расширение
dilation
0,1
-3
-2
сосудистый
-1 0
1
2
3
4
5
тонус,
% tone,
к исходному
vascular
%to baseline
6
normal subjects
контроль
glaucoma
patients
ПОУГ
7
8
9 10
glaucoma+dorzolamide
ПОУГ+дорцол
сосудистый
vascular tone тонус
0,3
просвет
vesse l
*
*
0,25
0,2
0,15
0,1
vesse l
просвет
0,05
сужение
constriction
исходная
baselineрелаксация
restoration
расширение
dilation
0
normal
subjects
healthy
old
контроль
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
glaucoma
ПОУГ patients
glaucoma+dorzolamide
ПОУГ+дорцол.
8
-1
"waviness"
MUКЧС,
) Гц
неровность
сосудист.(SEF,
стенки:
-1
"wсосудист.
aviness" стенки:
(SEF, MU
неровность
КЧС,) Гц
y = 0,006x + 0,1505
0,16
glaucoma
ПОУГ patients
ПОУГ+дорцол.
glaucoma+dorzolamide
y = 0,0103x + 0,1552
0,24
y = 0,0113x + 0,1573
0,22
0,2
0,18
y = 0,0072x + 0,1622
0,16
0,14
y = -0,001x + 0,1493
0,12
сужение
релаксация
расширение
constriction
restorationисходная
baseline релаксация
restoration
dilation
normal subjects
контроль
glaucoma
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3 ПОУГ
4
5patients
6
7
vascular
% to baseline
glaucoma+dorzolamide
сосудистый тонус,
% tone,
к исходному
ПОУГ+дорцол
0,1
сосудистый
vascular tone тонус
Рис. 11. Высокочастотная неровность сосудистой стенки, выраженная параметром КЧС в
зависимости от сосудистого тонуса в исследовании больных ПОУГ. Вверху: исследование1;
внизу: исследование2. Слева: результаты исследований 1 и 2: статистически значимые межгрупповые и внутригрупповые различия: *=p<0,05. Справа: Результаты регрессионного
анализа: меньшее изменение НВСС после стимуляции увеличением ВГД у здоровых испытуемых контрольной группы (более пологий наклон серой линии регрессии на диаграмме).
В обоих исследованиях больных ПОУГ после лечения ВНСС артерий во
время расширения имела тенденцию быть выше, чем в контрольной группе, но
ниже, чем до лечения (Рис. 11, p>0,1).
Таким образом, в обоих исследованиях больных ПОУГ высокочастотная
неровность сосудистой стенки артерий сетчатки увеличивалась во время расширения сосуда у больных ПОУГ и оставалась неизменной в контрольной группе
того же возраста. Обнаруженные функциональные изменения продольных профилей артерий сетчатки при глаукоме могут являться признаком локальных наруше24
ний сосудистой стенки при этом заболевании. В обоих исследованиях после 4-х
недель лечения дорцоламидом 3 раза в день продольные профили артерий сетчатки больных ПОУГ приближались по своей конфигурации к артериям контрольной
группе того же возраста. Эти изменения были в рамках проведенных исследований незначимы.
Исследование больных артериальной гипертонией
Артерии. Средний диаметр регистрируемых участков артерий в исходной
конфигурации составил: 119,6(109,2; 137,1) ОЕ в группе больных гипертонией
и 112,6(109,3; 127,0) ОЕ в контрольной группе (p=0,52). Характерные примеры
продольных профилей артерий сетчатки на разных стадиях сосудистой реакции
представлены на Рис. 12.
healthy volunteer
здоровый
испытуемый
расш.2
115
расш.1
110
105
100
исх.
95
суж.
90
рел.
85
0
0
10
20
30
40
50
10
20
30
40
50
position along
theучастка
vessel segment,
MU
позиция
вдоль
сосуда,
ИЕ
position along the vessel segment, MU
60
60
vessel
diameter,
диам
. сосуд
а в%%toкbaseline
ср едн .mean
и схо дн.
диам
а в%%
ср едн mean
. и схо дн.
vessel. сосуд
diameter,
toкbaseline
systemic
hypertensive
patient
больной
артериальн.
гипертонией
расш.2
115
110
расш.1
105
100
исх.
95
90
рел.
суж.
85
0
0
10
20
30
40
50
10
20
30
40
50
position
along
the
vessel
segment,
MU
позиция
вдоль
участка
сосуда,MUИЕ
position
alongthe
the
vessel segment,
position
along
vessel
segment,
MU
60
60
Рис130
. 12. Характерные продольные профили артерий130
сетчатки на разных стадиях сосудистой реакции на стимуляцию мигающим светом в исследовании больных артериальной гипертонией.
исх. = исходная; расш.1 = расширение1; расш.2 = расширение2; суж. = сужение; рел. =
релаксация; ИЕ= измерительные единицы.
Усредненные нормированные спектры мощности продольных профилей
артерий сетчатки для обеих групп и пяти фаз сосудистой реакции на стимул
приведены в работе. Важные для представления результатов УНСМ показаны
на Рис. 13. УНСМ артерий контрольной группы не отличалась на различных
стадиях сосудистой реакции (p>0,2). УНСМ на всех стадиях артериальной реакции здоровых испытуемых имели два-три характерных пика. Частота главного пика находилась в пределах от 0,016 до 0,022 Гц (одно полное низкочастотное пространственное колебание большой амплитуды на 45,5 – 62,5 ИЕ или на
568 – 781 мкм).
Вторичный пик УНСМ на частотах 0,035 – 0,042 Гц на различных стадиях
сосудистой реакции соответствует одному полному пространственному колебанию средней частоты на 23,8 – 28,6 ИЕ или 298 – 357 мкм (см. например
правую часть Рис. 12.
В группе больных артериальной гипертонией УНСМ стадий сужение, исходная и релаксация были похожи друг на друга и отличались от обоих УНСМ
стадии расширения (Рис. 13). Усредненная площадь под кривой УНСМ внутри
полосы частот 0,03 – 0,06 Гц значимо различалась на стадии расширение1
(0,226(0,150; 0,292)) от стадий сужения
(0,317(0,221; 0,396)), исходная
25
av.. reduced
spectrum
усредн.
нормир.power
силовой
спектр
(0,371(0,241; 0,425)) и релаксация (0,352(0,243; 0,412)) (p<0,05). Этот параметр
значимо отличался на стадии расширение2 (0,226(0,150; 0,364)) от стадии исходная (p<0,05).
0,07
Гипертония:
ИСХОДНАЯ
HYPERTENSION:
BASELINE
HYPERTENSION:
BASELINE
0,06
Гипертония:
РАСШИРЕНИЕ1
HYPERTENSION:
DILATION1
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
frequency ,Гц
частота,
Hz
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
период
period =
мкм
58,8 ИЕ
MU == 735
735µm
0,040 Гц
Hz 0,052 Гц
Hz период
мкм
period = 25,0 ИЕ
MU == 312
312µm
(0,023, 0,034)
период
мкм
period = 19,2 ИЕ
MU == 240
240µm
0,017 Гц
Hz
Рис. 13. Усредненные нормированные спектры мощности продольных профилей артерий
сетчатки. Пики соответствуют доминирующим частотам в продольных профилях артерий.
В группе больных гипертонией площадь под силовым спектром внутри рамки различается
при расширении сосуда и в его исходной конфигурации.
УНСМ больных артериальной гипертонией на стадиях сужение и исходная образует три основных пика: главный и два вторичных равной высоты (Рис.
13). Частота главного пика находится в пределах от 0,015 до 0,018 Гц (одно
низкочастотное пространственное колебание большой амплитуды на 55,5 – 66,7
ИЕ или 694 – 833 мкм: см. например левую часть Рис. 12. Частота главного пика УНСМ на исходной стадии сосудистой реакции значимо различалась между
контрольной группой и группой пациентов (p<0,05).
Усредненная площадь под кривой УНСМ внутри полосы частот 0,045 –
0,060 Гц значимо различалась на стадии релаксации между контрольной группой (0,050(0,038; 0,069)) и группой больных гипертонией (0,172(0,053; 0,195);
p<0,05).
УНСМ на стадиях расширения имеет два характерных частотных пика
(Рис. 13). Главный пик находится на тех же частотах, что и на других стадиях
сосудистой реакции, однако он значительно выше (p<0,05). Вторичный пик
УНСМ: 0,035 – 0,042 Гц (23,8 – 28,6 ИЕ, 298 – 357 мкм, Рис. 13) – среднечастотное пространственное колебание подобное такому же колебанию в контрольной группе (Рис. 12, левая часть).
26
vessel diameter, % to baseline mean
Хотя для каждой кривой продольного профиля можно рассчитать нормированный спектр мощности, существует бесконечное количество кривых, соответствующих конкретному спектру: все эти кривые характеризуются данным
спектром частот, при этом отдельные «парциальные» колебания имеют разное
фазовое смещение друг относительно друга. Для лучшего понимания результатов исследования была проведена математическая реконструкция с использованием набора характеристических колебаний, представленных пиками на
УНСМ. Для каждой стадии сосудистой реакции синусоидальные кривые этих
колебаний были произвольно смещены друг относительно друга и сложены поточечно. Результирующая кривая являлась, таким образом, суперпозицией этих
характеристических колебаний и соответствовала УНСМ группы на данной
стадии реакции. Эта кривая представляла собой усредненный продольный профиль группы со всеми его характерными особенностями. На Рис. 14 показан
пример такой реконструкции из УНСМ Рис. 13.
главн.
main peak
пик
второй
пик
second peak
третий
пик
third peak
исходная
просвет артерии
0
10
20
30
40
50
60
vessel
diameter,
baseline
mean
диаметр
сосуда в%
% to
к средн.
исходн.
позиция
участка
position вдоль
along the
vessel сосуда,
segment,ИЕ
MU
125
dilation
расширен.
исходная
baseline
120
115
110
105
100
95
90
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
расширение
просвет артерии
Рис. 14. Математическая реконструкция
характеристических продольных профилей
артерий сетчатки. Слева вверху: набор
гармонических функций, соответствующих
доминирующим пикам спектра мощности.
Слева внизу: реконструированный участок артерии длиной 2 мм: сумма смещенных характеристических гармонических
функций. Справа: графическая интерпретация полученного результата: артерия
становиться более гладкой при расширении.
position along
theартерии
retinal artery,
µm
позиция
вдоль
сетчатки,
мм
Вены. Были обнаружены статистически значимые межгрупповые различия среднего диаметра измеренных вен на исходной стадии: 164,4(151,8; 168,4)
ИЕ в группе больных гипертонией и 146,4(132,3; 152,1) ИЕ – в контрольной
группе (p<0,03). Кроме того, амплитуда продольных профилей вен на исходной
стадии значимо различалась между группами: 33,5(21,6; 35,8) ИЕ в группе
больных гипертонией и 19,9(16,0; 23,6) ИЕ – в контрольной группе (p<0,02).
УНСМ продольных профилей вен сетчатки для обеих групп и пяти фаз венозной реакции на стимул приведены в работе. Важные для представления результатов УНСМ показаны на Рис. 15.
27
усредн. нормир. силовой спектр
УНСМ вен в каждой из групп не отличались на различных стадиях сосудистой реакции (p>0,3): продольные профили вен, как здорового испытуемого,
так и больного гипертонией смещались почти параллельно во время сосудистой
реакции, не изменяя свою конфигурацию.
NORM
ЗДОРОВЫЕ
0,07
SYST.
HYPERTENSION
ГИПЕРТОНИЯ
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
Частота, Гц
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
период
мкм
period = 58,8
62,5 ИЕ
MU == 781
735µm
0,065 Гц период
мкм
period = 25,0
32,3 ИЕ
MU == 403
312µm
период
мкм
period = 19,2
15,4 ИЕ
MU == 192
240µm
0,017 Hz
0,031
Гц
(0,015, 0,031)
Рис. 15. Усредненные нормированные спектры мощности продольных профилей вен сетчатки в исследовании больных артериальной гипертонией. Пики соответствуют доминирующим частотам в продольных профилях вен. Площадь под силовым спектром внутри
черной рамки значительно различается между группами при исходной конфигурации, расширении1 сосуда и релаксации 1,2 .
0,017 Hz
0,016
Гц
(0,015, 0,023)
0,052 Hz
УНСМ вен больных гипертонией отличались от УНСМ контрольной
группы: усредненная площадь под кривой УНСМ внутри полосы частот 0,03 –
0,065 Гц значимо различалась между группами на стадиях расширение1 (гипертония: 0,171(0,113; 0,351); здоровые: 0,366(0,328; 0,490)); релаксация1 (гипертония: 0,213(0,134; 0,359); здоровые: 0,382(0,303; 0,514)) и релаксация2 (гипертония: 0,252(0,128; 0,374); здоровые: 0,425(0,311; 0,496)), p<0,03. Усредненная
площадь под кривой УНСМ внутри полосы частот 0 – 0,025 Гц значимо различалась между группами на стадиях исходная (гипертония: 0,528(0,304; 0,709);
здоровые: 0,310(0,205; 0,422)); расширение1 (гипертония: 0,629(0,453; 0,696);
здоровые: 0,350(0,296; 0,505)) и релаксация2 (гипертония: 0,564(0,349; 0,710);
здоровые: 0,296(0,187; 0,453)), p<0,05.
УНСМ в контрольной группе образует один главный пик на всех стадиях
венозной реакции (Рис. 15) с частотой 0,031(0,016;0,031) Гц на стадиях исходная, расширение1, релаксация1,2 и 0,016(0,016;0,031) Гц на стадии расширение2: полное среднечастотное пространственное колебание на 32,2(32,2; 62,5)
ИЕ (403(403; 781) мкм) или на 62,5(32,2; 62,5) ИЕ (781(403; 781) мкм) соответственно. УНСМ в группе больных гипертонией также содержит один главный
28
пик на всех стадиях венозной реакции (Рис. 15) с частотой 0,016(0,016;0,023)
Гц: низкочастотное пространственное колебание на 62,5(43,5; 62,5) ИЕ
(781(543; 781) мкм).
С целью обобщения основных результатов была проведена математическая реконструкция усредненных продольных профилей вен в обеих группах.
Принципы такой реконструкции описаны выше для артерий, а результаты
представлены на Рис. 16.
гипертония
systemic hypertension
контрольн.
группа
control
vessel
diameter,
µm
диаметр
сосуда
, мкм
190
180
170
160
150
140
130
0
200
400
600
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
position
along
the venous
segment,
позиция
вдоль
вены
сетчатки,
ммµm
гипертония
здоровый
просвет вены
просвет вены
Рис. 16. Математическая реконструкция характеристических продольных профилей вен
сетчатки из соответствующих УНСМ на . Вверху: реконструированный участок вены длиной 2 мм. Внизу: графическая интерпретация: вены у гипертоников становиться менее неровными на всех фазах сосудистой реакции.
Таким образом, в исследовании больных артериальной гипертонией неровность сосудистой стенки артерий сетчатки больных гипертонией уменьшалась во время расширения сосуда и оставалась неизменной в контрольной
группе того же возраста. На остальных фазах сосудистой реакции микроструктура продольного профиля сосуда оставалась неизменной в обеих группах. Вены больных артериальной гипертонией предрасширены и даже предрастянуты,
а в продольных профилях вен этих больных низкие частоты более выражены, а
средние частоты менее выражены, чем в контрольной группе.
Исследование больных сахарным диабетом 1 типа. Биометрические параметры участников исследования приведены в работе. Масса тела, липопротеины низкой плотности и систолическое кровяное давление значимо различались в группе больных диабетом и в контрольной группе сравнения.
Средний диаметр регистрируемых участков артерий в исходной конфигурации составлял: 117,0±11,7 ОЕ в группе больных диабетом и 112,1±11,6 ОЕ
в контрольной группе (p=0,52). На Рис. 17 представлены характерные примеры
продольных профилей артерий сетчатки на разных стадиях сосудистой реакции
на стимуляцию мигающим светом в этом исследовании.
29
Усредненные нормированные спектры мощности продольных профилей
артерий сетчатки для обеих групп и пяти фаз сосудистой реакции на стимул
приведены в работе. УНСМ артерий в каждой из групп не отличались на различных стадиях сосудистой реакции (p>0,2): продольные профили артерий сетчатки, как здоровых лиц, так и пациентов, смещались почти параллельно во
время сосудистой реакции, не изменяя свою конфигурацию (Рис. 17). В целом,
УНСМ артерий больных диабетом 1 типа не отличались от УНСМ здоровых
лиц: в обеих группах на всех стадиях сосудистой реакции не было обнаружено
межгрупповых различий соответствующих спектральных параметрах (p>0,2).
здоровый
healthyиспытуемый
volunteer
130
130
120
расш.1
110
расш.2
100
исх.
90
суж.
рел.
80
0
10
20
30
40
50
position
theучастка
vessel segment,
MU
позицияalong
вдоль
сосуда, ИЕ
60
диам vessel
. сосуд
а в % к% ср
едн . и схо
дн.
diameter,
to baseline
mean
диам vessel
. сосуд
а в %%
к to
срbaseline
едн . и mean
схо дн.
diameter,
patient
with
diabetes mellitus
больной
диабетом
1 типа
120
расш.1,2
110
100
исх.
90
суж.
рел.
80
0
10
20
30
40
50
60
позиция
вдоль
сосуда,
position along
theучастка
vessel segment,
MUИЕ
Рис. 17. Характерные продольные профили артерий сетчатки на разных стадиях сосудистой
реакции на стимуляцию мигающим светом в исследовании больных диабетом 1 типа. исх. =
исходная; расш.1 = расширение1; расш.2 = расширение2; суж. = сужение; рел. = релаксация; ИЕ= измерительные единицы.
УНСМ в обеих группах на всех стадиях сосудистой реакции образует два
основных характеристических пика. По расчетам из индивидуальных силовых
спектров, частота первичного пика варьирует в пределах 0,018 - 0,021 Гц (низкочастотное пространственное колебание большой амплитуды на 47,6 - 55,6 ИЕ
или 595 - 694 мкм), Рис. 17. Вторичный пик УНСМ варьирует в пределах 0,035 0,045 Гц на разных фазах сосудистой реакции (среднечастотное пространственное
колебание на 22,2 - 28,6 ИЕ или 277 - 357 мкм).
Для детального анализа результатов исследования группа больных сахарным диабетом была разделена на подгруппы согласно различным критериям.
Возрастные изменения
Группа больных диабетом была разделена на две подгруппы согласно
возрасту пациентов. Подгруппа молодых пациентов (N=16, 44,9(42,5; 47,6) лет)
и группа пожилых пациентов (N=17, 57,9(52,5; 63,6) лет) были проанализированы и сравнены между собой и с соответствующим образом сформированными контрольными подгруппами. УНСМ продольных профилей артерий сетчатки для возрастных подгрупп и соответствующих контрольных подгрупп на пяти фазах сосудистой реакции на стимул приведены в работе.
Продольные профили пожилых пациентов отличались наличием высокочастотной неровности, а в продольной структуре ретинальных артерий моло30
дых пациентов преобладали низкочастотные компоненты (Рис. 18). УНСМ на
стадиях сужения, расширения и релаксации значимо различались в возрастных
подгруппах. Особенно были выражены различия значений параметра «усредненная площадь под кривой УНСМ» внутри полосы частот 0,07 - 0,2 Гц (одно
пространственное колебание на 5,0 - 14,3 ИЕ или на 63 - 179 мкм). Высокочастотная неровность сосудистой стенки артерий молодых пациентов на стадиях
расширения сосуда была менее выражена, чем у испытуемых соответствующей
контрольной подгруппы. УНСМ на этих стадиях значимо различались в подгруппах: различия значений параметра «усредненная площадь под кривой
УНСМ» внутри полосы частот 0,07 - 0,2 Гц (одно полное пространственное колебание на 5,0 - 14,3 ИЕ или на 63 - 179 мкм) показаны в работе.
130
расш.2
120
расш.1
110
100
исх.
90
суж.
рел.
80
0
10
20
30
40
50
60
позиция
участка
сосуда,
ИЕMU
position вдоль
along the
vessel
segment,
diameter,
baseline
mean
диам.vessel
сосуда
в %%
к to
средн
. исходн.
диам.
сосуда
в %%
к to
средн
. исходн.
vessel
diameter,
baseline
mean
молодой
больной
young patient
with диабетом
diabetes
пожилой
old patient
больной
with diabetes
диабетом
130
расш.2
120
расш.1
110
100
исх.
90
суж.
рел.
80
0
10
20
30
40
50
60
позиция
вдоль
участка
сосуда,
ИЕ MU
position
along
the vessel
segment,
Рис. 18.
Характерные продольные профили артерий сетчатки на разных стадиях сосудистой
исходная
реакции на стимуляцию мигающим светом в возрастных подгруппах в исследовании больных диабетом 1 типа. исх. = исходная; расш.1 = расширение1; расш.2 = расширение2; суж.
= сужение; рел. = релаксация; ИЕ= измерительные единицы.
УНСМ артерий в подгруппе пожилых больных диабетом 1 типа не отличались от УНСМ соответствующей контрольной группы. В обеих подгруппах
на всех стадиях сосудистой реакции не было обнаружено межгрупповых различий в значении спектральных параметров (p>0,2). УНСМ артерий в обеих контрольных подгруппах не отличались между собой на различных стадиях сосудистой реакции (p>0,3).
Диабетическая ретинопатия
Группа больных диабетом была разделена на две подгруппы согласно наличию диабетической ретинопатии. Пациенты с ретинопатией: N=11, возраст
48,7(45,8; 55,2) лет и пациенты без ретинопатии: N=22, возраст 50,6(45,8; 58,2)
лет были проанализированы и сравнены между собой и с соответствующим образом сформированными контрольными подгруппами.
На Рис. 19 представлены характерные примеры продольных профилей
артерий сетчатки в подгруппах на разных стадиях сосудистой реакции на стимуляцию мигающим светом. УНСМ продольных профилей артерий сетчатки
для возрастных подгрупп и соответствующих контрольных подгрупп на пяти
фазах сосудистой реакции на стимул приведены в работе. УНСМ и соответствующие им продольные профили артерий различались в подгруппах больных
31
диабетом. Продольные профили пациентов без ретинопатии отличались наличием среднечастотной неровности, в то время как в продольной структуре ретинальных артерий больных диабетом с ретинопатией преобладали низкочастотные компоненты (Рис. 19).
УНСМ на стадии сужения значимо различались в подгруппах больных
диабетом: различия значений параметра «усредненная площадь под кривой
УНСМ» внутри полосы частот 0,03 - 0,05 Гц (одно полное пространственное
колебание на 20,0 - 30,3 ИЕ или на 250 - 416 мкм) приведены в работе.
больнойpatient
диаб. сwith
ретинопатией
diabetes
retinopathy diabetes
patient,
retinopathy
больной диаб.
безnoретинопатии
healthy испытуемый
volunteer
здоровый
130
110
исх.
суж.
100
90
рел.
80
0
10
20
30
40
50
position
along
the vessel
segment,
позиция
вдоль
участка
сосуда,
ИЕ MU
60
130
расш.2
120
расш.1
110
100
90
исх.
рел.
суж.
80
0
10
20
30
40
50
позиция
сосуда,
ИЕ MU
positionвдоль
alongучастка
the vessel
segment,
60
диамvessel
. с ос уд
а в % к%ср
. и схо
дн.
diameter,
toедн
baseline
mean
расш.1
расш.2
120
диамvessel
. с ос уд
а в % к%срtoедн
. и схоmean
дн.
diameter,
baseline
диам
. с ос
уд а в % %
к ср
. и схо
дн.
vessel
diameter,
to едн
baseline
mean
130
расш.2
120
расш.1
110
100
90
исх.
рел.
суж.
80
0
10
20
30
40
50
60
position
alongучастка
the vessel
segment,
позиция
вдоль
сосуда,
ИЕ MU
расширение2
расширение1
сужение
релаксация
Рис. 19. Характерные
исходная
продольные
артерий
сетчатки на разных
стадиях сосудистой
baseline
dilationпрофили
1
dilation
2
constriction
restoration
реакции на стимуляцию мигающим светом в подгруппах согласно наличию диабетической
ретинопатии в исследовании больных диабетом 1 типа. исх. = исходная; расш.1 = расширение1; расш.2 = расширение2; суж. = сужение; рел. = релаксация; ИЕ= измерительные
единицы.
Среднечастотная неровность сосудистой стенки артерий пациентов с ретинопатией на стадиях сужения и расширения сосуда была менее выражена,
чем у испытуемых соответствующей контрольной подгруппы (Рис. 19). УНСМ
на этих стадиях значимо различались в подгруппах: различия значений параметра «усредненная площадь под кривой УНСМ» внутри полосы частот 0,03 0,05 Гц приведены в работе. УНСМ артерий в подгруппе больных диабетом без
ретинопатии не отличались от УНСМ соответствующей контрольной группы
(p>0,3). УНСМ артерий в обеих контрольных подгруппах также не отличались
между собой на различных стадиях сосудистой реакции,(p>0,3).
Подгруппы согласно продолжительности болезни, продолжительности
инсулиновой терапии, и наличию артериальной гипертонии.
При разделении группы больных диабетом 1 типа на подгруппы согласно
перечисленным критериям, на всех стадиях сосудистой реакции не было обнаружено каких-либо значимых межгрупповых различий значений спектральных
параметров продольных профилей артерий сетчатки ни для подгрупп пациентов, ни для соответствующих подгрупп сравнения.
С целью обобщения основных результатов этой части работы проведена
математическая реконструкция усредненных продольных профилей артерий в
подгруппах. На Рис. 21 представлена математическая реконструкция для
УНСМ в подгруппах больных диабетом, разделенных согласно возрасту пациентов. Внутренняя стенка артерий больных диабетом с возрастом становится
более неровной. Высокочастотная неровность артериальной стенки становится
более выраженной.
32
относительный диаметр сосуда
молодой больной диабетом
пожилой больной диабетом
0
200
400
600
800
1000 1200
1400 1600
1800 2000
позиция вдоль участка сосуда, мкм
пожилой больной диабетом
молодой больной диабетом
просвет артерии
просвет артерии
Рис. 21. Математическая реконструкция характеристических продольных профилей артерий сетчатки в возрастных подгруппах больных диабетом. Вверху: реконструированные
продольные профили участков артерии длиной 2 мм. Внизу: графическая интерпретация:
внутренняя стенка артерий пожилых пациентов становится менее гладкой.
относительный диаметр сосуда
CONSTRICTION:
retinopathy
СУЖЕНИЕ: ретинопатия
CONSTRICTION:
control
to retinopathy
СУЖЕНИЕ: контроль
к ретинопатии
CONSTRICTION:
no retinopathy
СУЖЕНИЕ: нет ретинопатии
20
0
200
40
400
60
600
800
80
1000
100
1200
120
1400
140
1600
1800
ИЕ
мкм
2000
position
theучастка
arterial segment,
позицияalong
вдоль
сосуда µm
Рис. 20. Математическая реконструкция характеристических продольных профилей артерий сетчатки в подгруппах больных диабетом разделенных согласно наличию диабетической ретинопатии на стадии сужения (констрикции) сосуда.
33
На Рис. 20 представлен пример математической реконструкции в подгруппах больных диабетом, разделенных согласно наличию ретинопатии. В целом, на стадии сужения, а на других стадиях сосудистой реакции в меньшей
степени, внутренняя стенка артерий у диабетиков с ретинопатией становится
более гладкой с более выраженными низкочастотными и менее выраженными
высокочастотными компонентами. Продольные профили артерий больного
диабетом без ретинопатии представляют собой переходную стадию, где вышеуказанные компоненты присутствуют в менее выраженной форме.
Таким образом, в исследовании больных диабетом 1 типа продольная
микроструктура внутренней сосудистой стенки артерий сетчатки в целом не
отличались у пациентов и здоровых лиц контрольной группы. Кроме того,
• продольные профили стенки артерии в каждой из обеих групп не отличались
на различных стадиях сосудистой реакции;
• структура внутренней стенки артерий пожилых пациентов отличалась наличием высокочастотной неровности, а в продольной структуре артерий молодых
пациентов преобладали низкочастотные компоненты;
• высокочастотная неровность сосудистой стенки артерий молодых пациентов
на стадии расширения была менее выражена, чем у испытуемых контрольной
подгруппы;
• микроструктура внутренней стенки артерий на стадии сужения значимо различалась в подгруппах пациентов, разделенных согласно наличию диабетической ретинопатии;
• среднечастотная неровность стенки артерий пациентов с ретинопатией на
стадиях сужения и расширения была менее выражена, чем у испытуемых контрольной подгруппы;
• при разделении группы больных диабетом на подгруппы согласно продолжительности болезни, продолжительности инсулиновой терапии, или наличию артериальной гипертонии, на всех стадиях сосудистой реакции не было обнаружено
межгрупповых различий в микроструктуре внутренней стенки артерий ни для
подгрупп пациентов, ни для соответствующих подгрупп сравнения.
Исследование больных ожирением. Биометрические параметры участников
исследования приведены в работе. Значения всех параметров кроме липопротеинов высокой плотности значимо отличались в группе больных ожирением и в
контрольной группе сравнения. Средний диаметр регистрируемых участков артерий в исходной конфигурации составил: 116,4(105,7; 128,6) ОЕ в группе больных
ожирением и 109,7(103,2; 117,5) ОЕ в контрольной группе (p=0,28).
Характерные примеры продольных профилей артерий сетчатки на разных
стадиях сосудистой реакции на стимуляцию мигающим светом и УНСМ продольных профилей артерий сетчатки для обеих групп и пяти фаз сосудистой
реакции на стимул приведены в работе. УНСМ артерий в каждой из групп не
отличалась на различных стадиях сосудистой реакции (p>0,3): продольные
профили артерий сетчатки, как здорового испытуемого, так и больного ожирением, смещаются почти параллельно во время сосудистой реакции, не изменяя
свою конфигурацию.
34
усредн. нормир. силовой спектр
УНСМ артерий в группе больных ожирением отличались от УНСМ контрольной группы (Рис. 22). Усредненная площадь под кривой УНСМ внутри
полосы частот 0,055 – 0,095 Гц была меньше в группе больных ожирением на
всех стадиях сосудистой реакции. Эти различия были значимы для стадий:
расширение1 (ожирение: 0,156(0,081; 0,196); здоровые: 0,271(0,177; 0,408));
расширение2 (ожирение: 0,115(0,068; 0,215); здоровые: 0,257(0,140; 0,247)) и
релаксация (ожирение: 0,137(0,066; 0,240); здоровые: 0,314(0,136; 0,388)),
p<0,05; Рис. 22.
0,1
HEALTHY
ЗДОРОВЫЕ
M.O.B.I.L.I.S.
ОЖИРЕНИЕ
0,08
0,06
0,04
0,02
Частота, Гц
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
период
period =
мкм
31,3
58,8 ИЕ
MU == 391
735µm
период
мкм
period = 18,2
25,0 ИЕ
MU == 227
312µm
период
мкм
period = 10,5
19,2 ИЕ
MU == 132
240µm
Рис. 22. УНСМ продольных профилей артерий сетчатки в исследовании больных ожирением.
Фаза расширения1 сосуда. Пики соответствуют доминирующим частотам в продольных профилях. Площади под УНСМ внутри рамок значительно различаются между группами при расширении1, расширении2 (только для полосы 0,055-0,095Гц) и релаксации.
0,052 Hz
0,032 Гц
0,052 Hz
0,055 Гц
0,052 Hz
0,095 Гц
Усредненная площадь под кривой УНСМ внутри полосы частот 0 – 0,032
Гц была больше в группе больных ожирением на всех стадиях сосудистой реакции. Эти различия были значимы для стадий: расширение1 (ожирение:
0,404(0,345; 0,470); здоровые: 0,305(0,133; 0,403)) и релаксация (ожирение:
0,427(0,309; 0,465); здоровые: 0,273(0,140; 0,438)), p<0,05; Рис. 22.
УНСМ в контрольной группе образует один главный пик на всех стадиях
сосудистой реакции (Рис. 22): 0,031(0,031;0,063) Гц на стадиях исходная, расширение1,2 и релаксация и 0,031(0,031;0,039) Гц на стадии сужение (среднечастотное пространственное колебание на 31,9(15,6/25,6; 31,9) ИЕ или на
392(196/321; 392) мкм). УНСМ в группе больных ожирением также образует
одиночный главный пик на всех стадиях сосудистой реакции (Рис. 22):
0,031(0,031;0,031) Гц на всех стадиях (среднечастотное колебание большой амплитуды на 62,5(62,5; 62,5) ИЕ или на 781 (781; 781) мкм). КЧС не различалась
между группами, ни на какой из фаз артериальной реакции (p>0,5).
Таким образом, в продольных профилях артерий больных ожирением
низкие средние частоты более выражены, а высокие средние частоты менее вы35
ражены, чем в контрольной группе. Эти микроструктурные изменения продольных профилей артерий сетчатки у больных ожирением могут быть индикатором изменения функции сосудистого эндотелия и состояния гладкой мускулатуры при этом заболевании, которое, в свою очередь, может привести к
ухудшению кровообращения и нарушению сосудистой регуляции на сетчатке.
Повторяемость и воспроизводимость. На основе пилотных клинических
исследований изучались технические особенности разработанной методики,
включая ее точность и повторяемость. Количественные результаты этой части
исследования и анализ основных характеристик продольных профилей сосудов
сетчатки приведены в тексте диссертации. Были сделаны следующие выводы о
повторяемости и воспроизводимости методики исследования:
• количественный метод анализа структуры неровности внутренней сосудистой стенки артерий сетчатки повторяем у здоровых испытуемых на небольших
временных промежутках ~ 1 мин.
• На длительных промежутках времени ~ 1 года и более продольные профили
сосудов сетчатки изменяются, при этом артерии подвержены большим изменениям, чем вены.
• Продольные профили крупных артерий сетчатки отличаются от продольных
профилей более мелких сосудов, что указывает на необходимость исследовать
этот аспект подробнее, и в общем случае - нормировать данные неровности сосудов сетчатки на абсолютный диаметр исследуемого сосуда.
• В норме абсолютный диаметр артерии более чем ее расположение на глазном дне влияет на структуру продольных профилей артерий сетчатки.
• Продольная структура вен в норме, видимо, не зависит ни от их расположения на глазном дне, ни от их абсолютного внутреннего диаметра.
• Значения основных параметров неровности внутренней сосудистой стенки
сосудов сетчатки не отличаются значимо в правых и левых глазах испытуемых.
Компьютерное моделирование кровотока в сосудах различной внутренней структуры методами вычислительной динамики жидкости
Ньютоновская постановка задачи
Предварительные результаты компьютерного моделирования показали
отсутствие значимых различий между моделями ламинарного и турбулентного
кровотока в рамках поставленной задачи. Поэтому дальнейшие численные расчеты диссертационного исследования проводились только в рамках ламинарного кровотока. Результаты компьютерного моделирования с постоянной начальной скоростью кровотока cin представлены на Рис. 23 и Рис. 24.
Рис. 23Б, В и Г демонстрируют вариации параметров для модельных продольных профилей, описываемых однокомпонентным синусом и представленных на Рис. 23А. Для Рис. 23Б зависимость коэффициента потерь, являющегося
мерой гидравлического сопротивления, описывается уравнением:
ζ v = f { L; Λ = const; Α = const}
36
.
(6)
При фиксированных Α и Λ коэффициент потерь ζv возрастает при увеличении безразмерного параметра длины сосуда или уменьшении диаметра сосуда. Чем длиннее сегмент сосуда или чем меньше диаметр сосуда, тем выше
гидравлическое сопротивление, что соответствует закону Пуазейля о ламинарном токе жидкости в трубе. Изменение гидравлического сопротивления почти
пропорционально изменению безразмерного параметра L длины сосуда.
На Рис. 23В представлена зависимость коэффициента гидравлического
сопротивления ζv от параметра неровности сосудистой стенки Λ:
ζ v = f {Λ; L = const; Α = const}
значения
SEF-
2,010
0,06
cin=5 мм/с
l =1,5 мм
Б21000
КЧС
values
коэфф.
гидравлического
coefficient
of hydraulicсопротивления
resistance ζ v
Sr-values
числа
Sr
(сinin=5
мм/с)
=5mm/s)
(C
А
(7)
.
Α 3=0,067
Λ 3=0,003
16000
0,015
0,507
0,077
0,002
не
no опред..
defin.
не defin.
опред..
no
Α 2=0,067
Λ 2=0,03
6000
гладкий
сосуд без
smooth tube
неровностей
1000
5
10
15
20
parameter
of vessel
segment
L
безразмерный
параметр
участка
сосуда
cin=5 мм/с
l =1,5 мм
В6500
Α 2 =0,167
Λ 2 =0,03
11000
Г
20000
Λ 2=0,0133
18000
L
cin=5 мм/с
l =1,5 мм
коэфф.
гидравлического
сопротивления
of hydraulic
resistance ζ v
Коэфф. coefficient
гидравлического
сопротивления
14000
12000
Α3=0,077>Α
Α2 L3= 11,5
4500
Λ 3=0,0153>Λ
Λ2
10000
гладкий сосуд
мин.
средн.
диаметра
smooth
tube of
minдиаметра
diameterдля
for Α 2 иand
mean
diameterдля
for Α 3
3500
Α2=0,067
L2= 10
гладкий сосуд
мин.
smooth
tube of
minдиаметра
diameterдля
for Α 1 иand
средн.
mean
диаметра
diameterдля
for Α 2
2500
Α1=0,059<Α
Α2 L1= 8,9
smooth
tube
of mean
diameterдля
for Α 1
гладкий
сосуд
среднего
диаметра
1500
0
0,025
0,05
0,075
0,1
0,125
0,15
L3=11,5
8000
Λ 1=0,117<Λ
Λ2
гладкий
a smooth
tube of mean
сосуд
средн.
diameter
диаметра
6000
асимптота
asymptote
коэфф.
гидравлического
сопротивления
coefficient
of hydraulic resistance
ζv
L2=10
16000
5500
L1=8,9
4000
2000
гипотеза
hypotesis
0
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
of vessel
wavinessсосуда
Α
безразмерныйparameter
параметр
участка
Α
Λ
Рис. 23. Численные результаты компьютерного моделирования с использованием ньютоновской модели кровотока. Б, В, Г: зависимость безразмерного коэффициента гидравлического сопротивления участка сосуда ζv от безразмерных параметров: L, Λ и A, определяющих соответственно диаметр участка сосуда, длину волны и амплитуду неровности сосудистой стенки для неровных стенок представленных вверху слева. Начальная скорость (скорость притока на границе исследуемого участка) cin = 5 мм/с, длина сосуда l = 1,5 мм для
всех численных экспериментов, представленных на графиках. Sr – числа Струхаля.
of vessel
waviness
Λ
безразмерныйparameter
параметр
участка
сосуда
При фиксированных Α и L коэффициент ζv моделируемого участка сосуда
уменьшается при увеличении безразмерного параметра Λ. Чем длиннее волны
37
неровности сосудистой стенки, тем меньше гидравлическое сопротивление участка сосуда.
На Рис. 23Г представлена зависимость::
ζ v = f {Α; L = const; Λ = const. } .
(8)
Если при фиксированных длине волны неровности сосудистой стенки λ и диаметре сосуда d амплитуда неровности стенки a возрастает, гидравлическое сопротивление ζv сосудистого сегмента также возрастает. При этом оно, очевидно, стремится к бесконечности, если значение амплитуды неровности стенки a
приближается к половине диаметра, поскольку в этом модельном случае неровность стенки полностью закрывает просвет сосуда.
Коэффициент гидравлического сопротивления исследуемого участка сосуда ζv возрастает при увеличении параметра КЧС неровности сосудистой
стенки (Рис. 24Б, Г). Кривые соответствующих зависимостей на своем левом
конце стремятся к сопротивлению прямого гладкостенного сосуда (для прямого
сосуда значение КЧС не может быть корректно определено и принимается равным 0). Здесь также как на графике Рис. 23В, чем больше диаметр исследуемого участка сосуда при фиксированной амплитуде неровности стенки, тем меньше влияние неровности сосудистой стенки на гидравлическое сопротивление
сосуда.
Сравнительное влияние геометрических параметров модели.
Анализ чувствительности модели проводился с целью сравнительного
изучения влияния входных геометрических параметров модели на выходной
параметр, гидравлического сопротивления исследуемого участка сосуда ζv.
Сравнительное влияние каждого из геометрических параметров изучалось численными методами. Геометрические факторы влияния Λ, Α и L варьировались
независимо внутри промежутка их изменения, начиная от их минимального
значения (0%) до их максимального значения (100%). Затем для каждого фактора строилась кривая изменения выходного параметра относительно его соответствующих минимальных значений при 0%. Несмотря на то, что параметр L
(диаметр участка сосуда – длина участка сосуда) вызывает наиболее значимые
изменения гидравлического сопротивления, параметры неровности сосудистой
стенки, Λ и Α также оказывают значительное влияние на сопротивление кровотоку. Λ представляет собой наиболее интересный параметр в рамках данного
диссертационного исследования, поскольку отражает изменение частоты неровности сосудистой стенки, которая, в свою очередь, показывает изменения ее
внутренней микроструктуры.
Согласно расчетам, изменение Λ может вызвать 3 – 4 кратное увеличение сопротивления кровотоку, если период неровности стенки λ достаточно мал (соответствующая КЧС сравнительно велика), т.е. если внутренний просвет сосуда
в продольном сечении имеет микронеровности.
38
Таким образом, результаты математического моделирования кровотока в
модельных артериолах сетчатки методами вычислительной механики жидкости
в Ньютоновском случае показывают, что увеличенная высокочастотная неровность внутренней сосудистой стенки увеличивает гемодинамическое сопротивление кровотоку. Результаты компьютерного моделирования показали отсутствие значимых различий между моделями ламинарного и турбулентного кровотока в рамках поставленной задачи.
0,06
0,015
0,002
не
noопред.
defin.
В
Sr-values
числа
Sr
(Cin=5mm/s)
0,06
значения
SEF-
КЧС
values
2,010
0,507
0,077
не defin.
опред.
no
значения
SEF-
КЧС
values
2,008
0,02
0,671
0,006
0,214
неnoопред.
defin.
неdefin.
опред.
no
cin=5 мм/с
l =1,5 мм
Б
коэфф.
гидравлического
сопротивления
coefficient
of hydraulic
resistance ζ v
числа
Sr
Sr-values
(Cin=5mm/s)
6000
Α 3=0,077
L3=11,5
5000
Α 2=0,067
L2=10
4000
Α 1=0,059
L1=8,9
3000
2000
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
частотныйfrequency
параметрparameter
неровности
сосудистой
стенки
КЧС, Гц
of vessel
waviness
SEF, Hz
cin=5 мм/с
l =1,5 мм
Г
5000
коэфф. гидравлического сопротивления
ζv
А
Α 3=0,077
L3=11,5
4500
гипотеза
4000
Α 2=0,067
L2=10
3500
3000
2500
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
2,2
частотный параметр
стенки
Гц
frequencyнеровности
parameter of сосудистой
vessel waviness
SEF, КЧС,
Hz
Рис. 24. Численные результаты компьютерного моделирования с использованием ньютоновской модели кровотока. Б, Г: безразмерный коэффициент гидравлического сопротивления участка сосуда ζv в зависимости от параметра неровности сосудистой стенки КЧС для
неровностей, представленных на панели А, В. Для сравнения одна из кривых, представленных на Г, показана на Б треугольниками. Начальная скорость (скорость притока на границе
исследуемого участка) cin = 5 мм/с, длина сосуда l = 1,5 мм для всех численных экспериментов, представленных на графиках. Sr – числа Струхаля.
Неньютоновская постановка задачи
Численные результаты компьютерного моделирования с использованием
неньютоновской модели кровотока и анализ зависимостей приведенного коэффициента сопротивления кровотоку ζv /ζv0 от безразмерных параметров неровности сосудистой стенки представлены в диссертации. Основные выводы по
39
результатам моделирования задачи в этой постановке совпадают с выводами
для Ньютоновской модели кровотока.
Таким образом, результаты математического моделирования кровотока в
модельных артериолах сетчатки методами вычислительной механики жидкости
и в Ньютоновском и в неньютоновском случаях показывают, что повышенная высокочастотная неровность внутренней сосудистой стенки увеличивает
гемодинамическое сопротивление кровотоку.
Цветное картирование параметров кровотока реальных сосудов сетчатки. В рамках диссертационного исследования производилось картирование,
и рассчитывались количественные результаты моделирования кровотока в реальных сосудах сетчатки методами вычислительной механики жидкости в
Ньютоновском и неньютоновском случае (Рис. 25).
Рис. 25. Численное моделирование кровотока для продольных профилей артерий сетчатки,
измеренных с помощью RVA. Примеры моделирования для участка артерии здорового испытуемого и больного глаукомой в ньютоновской постановке задачи. Вверху: внутренняя
конфигурация просвета сосуда в продольном сечении: реконструкция по продольным профилям сосудов, представленным на Ошибка! Источник ссылки не найден. А, Б в предположении осевой симметрии. Внизу: картирование осевой (слева) и вертикальной (справа)
скоростей. Реальный масштаб по осям координат изменен.
40
На Рис. 25 представлено черно-белое изображение примера такого картирования осевых и вертикальных скоростей кровотока при численном моделировании в Ньютоновском случае в реальных сосудах сетчатки на разной стадии
реакции.
Реальные продольные профили сосудов в примере на Рис. 25 взяты из исследования 2 больных ПОУГ и соответствуют профилям на Рис. 10 А, Б. В работе приведены также результаты картирования и значения других основных
геометрических и гемодинамических параметров в этом примере. Исследуемый
сосуд больного ПОУГ имеет больший просвет, чем соответствующий сосуд
здорового испытуемого. Поскольку диаметр сосуда имеет наибольшее влияние
на гидравлическое сопротивление, количественные результаты обоих испытуемых на Рис. 25 не могут быть напрямую сравнены между собой.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Возрастные и патологические изменения в толщине слоя интима медии
крупных артериальных сосудов, таких как сонная артерия, исследованы и описаны в литературе (Schmidt-Trucksass A. et al., 2003). G. Michelson с соавт.
(2007) также сообщают о возрастном изменении толщины стенки малых артерий и вен сетчатки. Поскольку сосуды сетчатки легко наблюдаются оптическим
путем и являются частью центральной микроциркуляции, они могут быть использованы как объекты исследования болезней микрососудов.
В диссертационном исследовании представлен новый методологический
подход к прижизненному исследованию функциональной динамики крупных артериальных и венозных сосудов центральной микроциркуляции. Разработан, протестирован в клиническом эксперименте, проанализирован и усовершенствован
количественный метод исследования продольной структуры внутренней стенки
сосудов сетчатки глаза.
Показано, что периодическое чередование суженных и расширенных сегментов вдоль участка сосуда сетчатки наблюдаются как в норме, так и при артериальной гипертонии, открытоугольной глаукоме, ожирении и сахарном диабете 1
типа. Меняющийся вдоль сосуда сетчатки его внутренний диаметр образует нерегулярный продольный профиль с микронеровностями, который отличается в норме и при патологии. Часто эти отличия наблюдаются лишь при реакции сосуда и
изменении его тонуса в ходе функциональной стимуляции. Внутренние стенки
артерий и вен сетчатки с возрастом и при рассмотренных в работе системных и
глазных заболеваниях претерпевают существенные функциональные или морфологические микроструктурные изменения, которые могут быть обусловлены различными причинами: биомеханической неустойчивостью тонкой сосудистой
стенки (Jacobsen J.C. et al., 2002), частичным патологическим нарушением функции сосудистого эндотелия (Haefliger I.O. et al., 1994), а также локальными изменениями ригидности или нарушениями функции гладкой мускулатуры сосудистой
стенки (Jacobsen J.C. et al., 2002; Vilser W. et al., 2002).
У пожилых здоровых лиц внутренняя сосудистая стенка артерий сетчатки
содержит высокочастотные и низкоамплитудные неровности, в то время как у мо41
лодых наблюдается более низкочастотная структура артерий сетчатки. При изменениях сосудистого тонуса ВНСС лиц средней возрастной группы становилась
подобной ВНСС пожилых здоровых испытуемых и отличалась от показателей
молодых: продольная внутренняя структура артерий сетчатки наблюдается уже в
среднем возрасте. Эффект возрастного увеличения ВНСС артерий сетчатки, видимо, присущ «обычному» старению при неисключенных сердечно-сосудистых
факторов риска: в исследование были включены анамнестически здоровые. В недавнем собственном исследовании с участием 82 здоровых по медицинским показателям лиц без сердечно-сосудистых факторов риска этот эффект не был обнаружен, но были найдены другие аспекты возрастных структурных изменений продольного профиля артерий сетчатки (Lanzl I. et al., 2011).
В отличие от поведения артерий контрольной группы, внутренняя стенка
артерии нелеченых больных ПОУГ становилась более неровной во время расширения сосуда после стимуляции увеличением ВГД по сравнению с исходным состоянием. Степень неоднородности сосудистой стенки, является индивидуальной
характеристикой артерии сетчатки, которая изменяется с возрастом или как следствие васкулярной патологии, такой как ПОУГ. Обнаруженная тенденция влияния
ингибиторов карбоангидразы на функциональное изменение ВНСС артерий сетчатки при ПОУГ показывает, что ВНСС, видимо, может быть изменена медикаментозно. Этот результат должен быть проверен в исследованиях с большим количеством испытуемых. Пример ПОУГ показывает, что только статическое рассмотрение продольного профиля артерий не всегда может выявить патофизиологические изменения в локальной структуре сосудистой стенки.
Продольные профили артерий больных артериальной гипертонией становились более гладкими при расширении сосуда. Этот результат может объясняться
известным при артериальной гипертонии нарушением функции сосудистого эндотелия. Такое нарушение имеет на ранних стадиях патологии, видимо, очаговое
распределение вдоль участка сосуда, что ведет к неоднородной вдоль сосуда реакции на стимул. Неравномерное расположение поврежденных гладкомышечных
клеток вдоль участка артерии, а также их сегментарная деградация являются еще
одним возможным объяснением результатов исследования (Vilser W. et al., 2002).
Продольные профили вен сетчатки больных артериальной гипертонией
также отличались от продольных профилей вен в контрольной группе. Вены пациентов шире с более выраженным изменением калибра вдоль сосуда: при артериальной гипертонии вены сетчатки, видимо, не только предрасширены, но и
предрастянуты в исходном состоянии. Кроме того, вены сетчатки у гипертоников
на всех фазах физиологической реакции имели более гладкую сосудистую стенку,
чем вены здоровых лиц, что предположительно объясняется очаговым истончением венозной стенки или сегментарным изменением жесткости венозных сосудов
при этом заболевании.
Микроструктура продольных профилей артерий сетчатки больных диабетом 1 типа не отличалась значимо от микроструктуры продольных профилей артерий здоровых лиц и не менялась при изменении сосудистого тонуса на разных
стадиях сосудистой реакции. Этот результат не означает отсутствие изменений
структуры внутренней стенки артерий при диабете: разбиение группы больных
42
диабетом на подгруппы согласно возрасту пациентов и наличию ретинопатии позволили выявить наличие специфических структурных изменений внутренней
стенки артерий при этом заболевании.
Возрастные изменения сосудистой стенки у больных диабетом 1 типа гораздо более выражены, чем у анамнестически здоровых. Дополнительное изучение продольной структуры артерий молодых больных диабетом позволит проверить гипотезу о том, что возрастное повышение неровности внутренней стенки
артерий сетчатки при диабете 1 типа происходит неравномерно: более полого в
молодом-среднем возрасте и более быстро в среднем-пожилом возрасте. Сглаженные продольные профили артерий с выраженной низкочастотной компонентой при диабетической ретинопатии могут объяснить значимые различия спектральных параметров в этой части исследования. Паттерны, напоминающие микроаневризмы, в группе больных с ретинопатией, представляют собой другую возможную реализацию обнаруженного эффекта.
Ретинальные артерии больных ожирением на всех фазах физиологической
реакции имели более гладкую сосудистую стенку, чем артерии здоровых лиц.
Микроструктурные изменения внутренней стенки артерий при ожирении могут
отражать влияние сопутствующих заболеваний сосудистого генеза, таких как: артериосклероз, артериальная гипертония и сахарный диабет, которые не являлись
критериями исключения в этом исследовании. Эти изменения могут выражаться в
увеличении ригидности сосудистой стенки, дегенеративных изменениях ее гладкой мускулатуры, а также изменениях функции сосудистого эндотелия, ведущих к
патологическому ухудшению кровообращения и регуляции кровотока сетчатки.
Результаты математического моделирования с помощью методов вычислительной гемомеханики показывают, что обнаруженные в работе микроструктурные изменения стенок сосудов сетчатки могут быть причиной возрастных и
патологических нарушений кровоснабжения сетчатки в рассмотренных клинических случаях.
Кроме того, изменение гемодинамического сопротивления сосудов сетчатки, обусловленное изменением микроструктуры сосудистой стенки, может
представлять собой дополнительный механизм патогенеза старения и рассмотренных в работе заболеваний. Например, повышенное сопротивление кровотоку может вызвать необходимость повышения давления в сосудистой системе и,
как следствие – сужение просвета сосуда за счет миогенной авторегуляции, что
в свою очередь увеличивает сопротивление сосудистого русла. Такой гипотетический патомеханизм может являться одной из причин увеличения артериального давления у здоровых людей в пожилом возрасте.
Патологические изменения в сердечно-сосудистой системе начинаются в
микроциркуляторном русле, поражая крупные сосуды на более поздних стадиях заболевания. Функциональные и морфологические изменение микроструктуры сосудов сетчатки могут служить индикатором, определяющим истинный
биологический возраст больного, и представляющим собой дополнительный
клинический симптом для ранней диагностики системных и глазных заболеваний сосудистого генеза.
43
ВЫВОДЫ
1. Меняющийся вдоль сосуда сетчатки внутренний диаметр образует
нерегулярный профиль сосуда с микронеровностями. Структура этого продольного профиля у здоровых людей и при системных и глазных заболеваниях
сосудистого генеза может быть различной и характерной для данного вида патологии
2. У анамнестически здоровых лиц внутренняя стенка артерий сетчатки
с возрастом становится более неровной на всех стадиях сосудистой реакции, а
неровность внутренней стенки вен увеличивается с возрастом только в исходной конфигурации сосуда.
3. Во время расширения сосуда у больных первичной открытоугольной
глаукомой неровность внутренней сосудистой стенки (НВСС) артерий сетчатки
увеличивается.
4. При расширении сосуда внутренняя стенка артерий сетчатки больных
артериальной гипертонией становится более гладкой. Внутренняя стенка вен
сетчатки у этих больных более регулярна, чем у здоровых лиц того же возраста,
и ее структура не меняется при изменении тонуса сосуда.
5. Микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки у больных диабетом 1 типа и у здоровых лиц того же возраста не отличается на всех стадиях
сосудистой реакции и не меняется при изменении тонуса сосуда. При этом
микроструктура внутренней стенки артерий сетчатки больных диабетом 1 типа
изменяется в зависимости от возраста и наличия ретинопатии.
6. Внутренняя стенка артерий сетчатки больных ожирением более регулярна, чем у здоровых лиц того же возраста, и ее структура не меняется при
изменении тонуса сосуда.
7. Патологические изменения в сердечно-сосудистой системе начинаются в микроциркуляторном русле, поражая крупные сосуды на более поздних
стадиях заболевания, функциональное или морфологическое изменение микроструктуры сосудов сетчатки могут служить индикатором, определяющим истинный биологический возраст больного, и представляющим собой дополнительный клинический симптом для ранней диагностики рассмотренных в работе системных и глазных заболеваний.
8. На основании разработанного метода количественной оценки продольного профиля внутренней стенки сосудов сетчатки возможно исследование
сосудов диаметром более 80 мкм с высокой повторяемостью на коротких промежутках времени (около 1 минуты между повторными измерениями). При
этом продольные профили артерий более устойчивы, чем профили вен.
9. В течение длительного времени (6-12 месяцев и более) внутренняя
продольная структура сосудов сетчатки меняет свою конфигурацию, что делает
невозможным воспроизводимые исследования продольных профилей сосудов
сетчатки на столь длительных временных промежутках. При этом продольные
профили вен более устойчивы на длительных промежутках времени, чем профили артерий. Продольные профили сосудов сетчатки скорее зависят от абсо44
лютного диаметра исследуемого участка сосуда, чем от места расположения
исследуемого участка сосуда на сетчатке.
10. Результаты математического моделирования показывают, что обнаруженные в работе микроструктурные изменения стенок сосудов сетчатки могут быть причиной возрастных и патологических нарушений кровоснабжения
сетчатки в рассмотренных клинических случаях. Изменение гемодинамического сопротивления сосудов сетчатки, обусловленное изменением микроструктуры сосудистой стенки, может являться дополнительным гемомеханическим механизмом патогенеза старения и рассмотренных в работе заболеваний.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
Представленная диссертационная работа открывает новые перспективные
направления научных исследований в области клинической физиологии микроциркуляции и компьютерного моделирования кровотока в сосудах микроциркуляторного русла.
Анализ структуры продольных профилей сосудов сетчатки может быть
использован для ранней диагностики, прогноза, выбора лечения и мониторинга
при артериосклерозе, артериальной гипертонии, сахарном диабете 1 типа, метаболическом синдроме и первичной открытоугольной глаукоме.
Использование разработанной методики для диагностики и мониторинга
других системных и глазных заболеваний сосудистого генеза перспективно и
должно быть проверено в будущих исследованиях.
По результатам работы предложены новые проекты и исследования по
расширению понимании физиологии и патологии сосудистой регуляции и микроциркуляции в целом, а также по клиническому тестированию и техническому
совершенствованию разработанной методики.
Список научных трудов по теме диссертации
(оригинальные статьи в реферируемых научных журналах выделены курсивом)
1. K.E. Котляр, И.М. Ланцль. Клинические измерения степени ригидности
сосудов сетчатки. // Материалы конференции «Российский Общенациональный
Офтальмологический Форум». Москва, 8 – 10 октября 2008 года. – С. 559 –
562.
2. K.E. Котляр, Г.А. Дроздова, А.М. Шамшинова. Гемодинамика глаза и современные методы ее исследования. Часть III. Неинвазивные методы исследования кровообращения глаза. 1. Методы регистрации скорости движения кровяных телец и кровотока в отдельных сосудах и регионах глаза. // Глаукома. –
2007. – №. 1. – С. 61-68.
3. K.E. Котляр, Г.А. Дроздова, А.М. Шамшинова. Гемодинамика глаза и современные методы ее исследования. Часть III. Неинвазивные методы исследования кровообращения глаза. 2. Статистические и динамические методы из45
мерения состояния и реакции сосудов сетчатки на стимулы. // Глаукома. –
2007. – №. 2. – С. 64-71.
4. K.E. Котляр, Р. Шиллинг, И.М. Ланцль. Неньютоновская модель кровотока
в крупных артериях сетчатки при открытоугольной глаукоме. // Материалы 6-й
Международной Конференции «Биомеханика глаза», Московский НИИ глазных болезней им. Гельмгольца, Москва, 14 – 16 марта 2007 года. – С. 120 – 129.
5. K.E. Котляр, Г.А. Дроздова, А.М. Шамшинова. Гемодинамика глаза и современные методы ее исследования. Часть II. Инвазивные методы исследования кровообращения глаза. // Глаукома. – 2006. – №. 4. – С. 37-49.
6. K.E. Котляр. Методы исследования гемодинамики глаза. // Клиническая
физиология зрения // Шамшинова А.М., ред. – Москва: Научно-медицинская
фирма МБН, 2006. – С. 639-740.
7. И.Н. Кошиц, О.В. Светлова, К.Е. Котляр, Ф.Н. Макаров, Б.А. Смольников.
Биомеханический анализ традиционных и современных представлений о патогенезе первичной открытоугольной глаукомы. // Глаукома. – 2005. – №. 1. – С.
41-63.
8. K.E. Котляр, Р. Шиллинг, Д. Анцигер, Й, Айнцингер, И.М. Ланцль. Первые
результаты биомеханического моделирования кровотока при возрастных микроизменениях в стенках артерий сетчатки. // Материалы 5-й Международной
Конференции «Биомеханика глаза», Московский НИИ глазных болезней им.
Гельмгольца, Москва, 16 – 18 ноября 2005 года. – С. 55 – 64.
9. О.В. Светлова, А.В. Суржиков, К.Е. Котляр, М.В. Засеева, С.В. Шухаев,
И.Н. Кошиц. Биомеханические особенности регуляции систем продукции и оттока водянистой влаги. // Глаукома. – 2004. – №. 2. – С. 66-76.
10. K.E. Котляр, Г.А. Дроздова, А.М. Шамшинова. Гемодинамика глаза и современные методы ее исследования. Часть I. Глазное кровообращение и его
количественная оценка. // Глаукома. – 2006. – №. 3. – С. 62-73.
11. K.E. Котляр, Е. Нагель, В. Вильзер, И.М. Ланцль. Сравнительная функциональная оценка изменения локальной конфигурации сосудов сетчатки при кратковременном значительном повышении внутриглазного давления в норме и при
глаукоме. // Материалы 2-й Международной Конференции “Патофизиология и
Современная Медицина”, Москва, 22-24 апреля 2004 года. – С. 17.
12. K.E. Kotliar, I.M. Lanzl, H. Hanssen, K. Eberhardt, W. Vilser, M. Halle, U. Heemann, A. Schmidt-Trucksass, M. Baumann. Does increased blood pressure rather
than aging influence retinal pulse wave velocity? // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;
53: 2119-2126.
13. K.E. Kotliar, M. Baumann, A. Djimandjaja, I.M. Lanzl, U. Heemann, M. Halle,
A. Schmidt-Trucksass. Retinal Pulse Wave Velocity increases with age in medically
validated healthy volunteers. Invest Ophthalmol Vis Sci 2012; 53 (Suppl): E:2203.
14. K.E. Kotliar, I.M. Lanzl, A. Schmidt-Trucksaess, D. Sitnikova, M. Ali, K. Blume,
M. Halle, H. Hanssen. Dynamic retinal vessel response to flicker in obesity: a methodological approach. // Microvasc Res. 2011; 81(1): 123-128.
15. K.E. Kotliar, I.M. Lanzl. Can vascular function be assessed by the interpretation
of retinal vascular diameter changes? // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011; 52(1): 635636.
46
16. K.E. Kotliar, M.Baumann, W.Vilser, I.M. Lanzl. Pulse-wave velocity in retinal
arteries of healthy volunteers. // Br J Ophthalmol. 2011; 95(5): 675-679.
17. I.M. Lanzl, S.-F. Seidova, M. Maier, C Lohmann, A.Schmidt-Trucksaess, M.
Halle, K.E. Kotliar. Dynamic retinal vessel response to flicker in AMD patients before and after VEGF inhibitor injection. // Acta Ophthalmol. 2011; 89(5): 472-479.
18. I.M. Lanzl, A. Kharoubi, A. Schmidt-Trucksäß, M. Halle, K. Kotliar. Does internal longitudinal microstructure of retinal arteries and veins change with age in
medically healthy persons? // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2011; 52 (Suppl): E:5295.
19. A. Pressler, K. Esefeld, M. Ali, H. Hanssen, K.E. Kotliar, I.M. Lanzl, M. Halle,
H. Kaemmerer, A. Schmidt-Trucksaess, A. Hager. Structural alterations of retinal
arterioles in adults late after repair of aortic isthmic coarctation. // Am J Cardiol.
2010; 105 (5): 740-744.
20. G. Garhofer, T. Bek, A. Boehm, D. Gherghel, J. Grunwald, P. Jeppesen, H. Kergoat, K.E. Kotliar, I.M. Lanzl, J. Lovasik, E. Nagel, W. Vilser, S. Orgul, L. Schmetterer. Report on the use of the Retinal Vessel Analyser in ocular blood flow research.
// Acta Ophthalmol. 2010; 88(7): 717-722.
21. K.E. Kotliar, A. Kharoubi, A. Schmidt-Trucksäss, M. Halle, I.M. Lanzl. Does
internal longitudinal microstructure of retinal arteries and veins change with age in
medically healthy persons? // Proceedings of the World Congress of Ophthalmology,
Berlin, Germany, June 5 – 9, 2010: 189.
22. K.E. Kotliar, S. Al-Barazanji, A. Kharoubi, C. von Düring, I.M. Lanzl. Does the
Microstructure of Retinal Venous Blood Column Change in Primary Open Angle
Glaucoma? // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010; 51 (Suppl): E:2707.
23. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, S.-F. Seidova, I.M. Lanzl. Microstructural alterations of retinal arterial blood column along the vessel axis in systemic hypertension. // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2010; 51(4): 2165-2172.
24. I.M. Lanzl, K.E. Kotliar. Dynamic retinal vessel analysis – how different parameters create the whole picture. // Acta Ophthalmol. 2010; 88 (Suppl 240): 57.
25. M. Baumann, U. Heemann, J. Lutz, I.M. Lanzl, K.E. Kotliar, K. Burkhardt, M.
von Eynatten. Non-diabetic chronic kidney disease influences retinal microvasculature. // Kidney Blood Press Res. 2009; 32(6): 428-433.
26. K. Burkhardt, S. Schwarz, Ch. Pan, F. Stelter, K.E. Kotliar, M. von Eynatten, D.
Sollinger, I.M. Lanzl, U. Heemann, M. Baumann. Myeloid-related protein 8/14 complex describes microcirculatory alterations in patients with type 2 diabetes and nephropathy. // Cardiovasc Diabetol. 2009, 8:10.
27. K.E. Kotliar, W. Vilser, A.Schmidt-Trucksaess, M. Halle, I.M. Lanzl. [Temporal
oscillations of retinal vessel diameter in healthy volunteers of different age]. // Ophthalmologe. 2009; 106(7): 609-618.
28. S.-F. Seidova, K.E. Kotliar, F. Foerger, M. Klopfer, I.M. Lanzl. Functional retinal
changes in Gaucher disease. // Doc Ophthalmol. 2009; 118(2): 151-154.
29. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, S.-F. Seidova, I.M. Lanzl. Is the microstructure of retinal arterial blood column along the vessel altered in systemic hypertension? // Proceedings of 14th Annual Meeting of the European Council for Cardiovascular Research, La Colle sur Loup, Nice, France, October 9 – 11, 2009: 26.
47
30. I.M. Lanzl, A. Kharoubi, A. Schmidt-Trucksaess, M. Halle, K.E. Kotliar. Microstructural alterations of the retinal arterial blood column along the vessel axis in
healthy volunteers with age. // Acta Ophthalmol. 2009; 87 (Suppl 244): 70.
31. K.E. Kotliar, A. Kharoubi, A. Schmidt-Trucksaess, M. Halle, I.M. Lanzl. Does
internal longitudinal microstructure of retinal veins change with age in medically
healthy persons? // Acta Ophthalmol. 2009; 87 (Suppl 244): 44.
32. K.E. Kotliar, A. Schmidt-Trucksaess, T. Sigmund, D. Sitnikova, M. Halle, I.M.
Lanzl. Functional and morphologic microstructural changes of retinal artery blood
column measured in-vivo in diabetes mellitus type 1. // Invest Ophthalmol Vis Sci.
2009; 50 (Suppl): E:1331.
33. K.E. Kotliar, B. Mücke, W. Vilser, R. Schilling, I.M. Lanzl. Effect of aging on
retinal artery blood column diameter measured along the vessel axis. // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008; 49(5): 2094-2102.
34. K.E. Kotliar, W. Vilser, E. Nagel, I.M. Lanzl. Functional in-vivo assessment of
retinal artery microirregularities in glaucoma. // Acta Ophthalmol. 2008: 86(4): 424433.
35. I.M. Lanzl, A.Schmidt-Trucksaess, K.E. Kotliar. Is there a role for dynamic vessel analysis in internal medicine? // Acta Ophthalmol. 2008; 86 (Suppl 239): 34.
36. D. Sitnikova, K.E. Kotliar, I.M. Lanzl, T. Sigmund, M. Halle, A. SchmidtTrucksaess, Dynamic Retinal Vessel Reaction in Diabetes Type 1. // Acta Ophthalmol. 2008; 86 (Suppl 239): 25.
37. Kotliar KE, Vilser W, Halle M, Schmidt-Trucksass A, Lanzl IM. Age Dependence of Spontaneous Dynamic Retinal Vessel Behaviour // Invest Ophthalmol Vis
Sci. 2008; 49 (Suppl): E:2084.
38. D. Sitnikova, K.E. Kotliar, I.M. Lanzl, T. Sigmund, M. Halle, A. SchmidtTrucksaess, Dynamic Retinal Vessel Reaction in Patients With Diabetes Mellitus
Type 1. // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008; 49 (Suppl): E:2738.
39. I.M. Lanzl, C. v. Düring, S.-F. Seidova, K.E. Kotliar. Spontaneous and Flicker
Induced Dynamic Retinal Vessel Reaction in Primary Open Angle Glaucoma. // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2008; 49 (Suppl): E:3266.
40. K.E. Kotliar, E. Nagel, S.-F. Seidova, I.M. Lanzl, Microstrukturelle
Veränderungen in den arteriellen Gefäßlängschnittsprofilen bei systemischem Bluthochdruck. // Deutsche Medizinische Wochenschrift. 2007; 132 (Supp.1): 23-24.
41. K.E. Kotliar, E. Nagel, S.-F. Seidova, I.M. Lanzl, Microstructural changes of
longitudinal retinal venous profiles measured by retinal vessel analyser in systemic
hypertension. // Acta Ophthalmol. 2007; 85 (Suppl 239): 124.
42. K.E. Kotliar, S-F. Seidova, E. Nagel, I.M. Lanzl. Microstructural changes of
longitudinal retinal arterial profiles measured by Retinal Vessel Analyser in systemic
hypertension. // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2007; 48 (Suppl): E:1438.
43. K.E. Kotliar, R. Schilling, J. Einzinger, I.M. Lanzl. Does the roughness of retinal
arterial vessel walls induced by glaucoma influence the retinal blood flow? // Abstr.
of papers, 6-th International Glaucoma Symposium, Athens, Greece. March, 28 – 31,
2007: 9.
48
44. K.E. Kotliar, R. Schilling, W. Vilser, I.M. Lanzl. Fluidmechanical analysis of
microstructural changes in retinal arteries in glaucoma. // Acta Ophthalmol. 2006; 84
(Suppl 239): 90.
45. K.E. Kotliar, B. Mücke, W. Vilser, I.M. Lanzl. Mikroirregularitäten gesunder
retinaler Gefässe bei unterschiedlichen Altersgruppen. // Klin Monatsbl Augenheilkd.
2006; 223 (Suppl 2): 6.
46. K.E. Kotliar, R. Schilling, J. Einzinger, I.M. Lanzl. Retinal Blood Flow Is Influenced by Age-Dependent Micro-irregularities in Retinal Arterial Walls.
Biofluidmechanical Simulation. // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2006; 47 (Suppl): E:469.
47. K.E. Kotliar, E. Nagel, R. Schilling, W. Vilser, I. M. Lanzl. Functional in-vivo
assessment and fluidmechanical analysis of microstructural changes in retinal arteries
in glaucoma. // Proceedings of the XXX International Congress of Ophthalmology,
Sao Paulo, Brasil, February, 19 – 23, 2006: 86.
48. K.E. Kotliar, R. Schilling, D. Anciger, J. Einzinger, I.M. Lanzl. Altersabhängige
lokale retinale arterielle Gefäßreaktion auf Flickerlicht. Klinische Untersuchung und
biofluidmechanische Simulation. // Deutsche Medizinische Wochenschrift. 2005; 130
(Supp.4): 165.
49. K.E. Kotliar, R. Schilling, D. Anciger, J. Einzinger, W. Vilser, I.M. Lanzl.
Biofluidmechanische Simulation der altersabhängigen lokalen retinalen arteriellen
Gefäßreaktion auf monochromatisches Flickerlicht. // Klin Monatsbl Augenheilkd,
2005; 222 (Suppl 3): 10.
50. K.E. Kotliar, R. Schilling, D. Anciger, J. Einzinger, W. Vilser, I.M. Lanzl.
Biofluidmechanical simulation for age-dependent local retinal arterial reaction. //
Ophthalmic Res. 2005; 37 (Suppl.1): 197.
51. K.E. Kotliar, W. Vilser, B.Mücke, I.M. Lanzl. Local retinal venous reaction to
monochromatic flickering light in normal volunteers of diffrerent age.// Ophthalmic
Res. 2005; 37 (Suppl.1): 102.
52. K.E. Kotliar, B.Mücke, W. Vilser, I.M. Lanzl. Aging Effects Measured by Retinal Vessel Analyser. // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2005; 46 (Suppl): E:3916.
53. I.M. Lanzl, E. Nagel, W. Vilser, K.E. Kotliar. Does vessel diameter profile of
retinal arteries alter with IOP-increase in healthy volunteers and glaucoma patients? //
Abstr. of papers, 5-th International Glaucoma symposium, Cape Town, South Africa.
March 30 – April 2, 2005: A40.
54. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, I.M. Lanzl. Does therapy with dorzolamide
eye drops affect vessel diameter profile of retinal arteries in glaucoma patients? //
Abstr. of papers, 7-th International Scientific Meeting, Association for Ocular Pharmacology and Therapeutics, Catania, Italy. February, 3 – 5, 2005: 63.
55. K.E. Kotliar, W. Vilser, E. Nagel, I.M. Lanzl. Retinal vessel reaction in response
to chromatic flickering light. // Graefe’s Archive Clin Exp Ophthalmol. 2004; 242:
377-392.
56. K.E. Kotliar, B. Mücke, W. Vilser, I.M. Lanzl. Endothelial damage caused by
ageing measured by Retinal Vessel Analyser. // Deutsche Medizinische Wochenschrift. 2004; 129 (Supp.3): 155.
57. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, A. Pichler, I.M. Lanzl. Lokale retinale arterielle Gefäßreaktion auf mäßige artifizielle Augeninnendruckerhöhung bei Glau49
kompatienten und Normalpersonen. // Klin Monatsbl Augenheilkd. 2004; 221 (Suppl
3): 8.
58. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, I.M. Lanzl. Local retinal venous reaction to
moderate artificial IOP increase in normals and glaucoma patients. // Ophthalmic
Res. 2004; 36 (Suppl.1): 89.
59. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, I.M. Lanzl. Functional assessment of vessel
width in normals, untreated and treated glaucoma patients following IOP provocation. // Abstr. of papers, 7-th Congress of the European Glaucoma Society, Florence,
Italy, May 30 – June 2, 2004: 146.
60. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, I.M. Lanzl. Vessel thickness change frequency in healthy persons, untreated and treated glaucoma patients – a functional
analysis of microcirculation. // Invest Ophthalmol Vis Sci. 2004; 45 (Suppl): E:2407.
61. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, I.M. Lanzl. Does therapy with dorzolamide
eye drops affect retinal vessel thickness change frequency in glaucoma patients? //
Proceedings of the 5th International Symposium on Ocular Pharmacology and Therapeutics, Monte Carlo, Monaco, March, 11 – 14, 2004: 12.
62. I.M. Lanzl, E. Nagel, W. Vilser, K.E. Kotliar. Comparison of local reactions of
retinal arteries and veins in response to intraocular pressure increase in normals and
glaucoma patients. // Abstr. of papers, 4-th International Glaucoma Symposium, Barcelona, Spain, March, 19 – 22, 2003: 36.
63. I.M. Lanzl, K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, Functional assessment of vessel
width in normals, untreated and treated glaucoma patients following IOP provocation. // Ophthalmologe. 2003; 100 (Suppl 1): 25.
64. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, I.M. Lanzl. Local retinal vein reaction to increased intraocular pressure in normals and glaucoma patients. // Invest Ophthalmol
Vis Sci. 2002; 43 (Suppl): E:320.
65. K.E. Kotliar, E. Nagel, W. Vilser, I.M. Lanzl. Assessment of local behaviour of
retinal arteries in response to intraocular pressure increase in normals and glaucoma
patients. // Ophthalmic Res. 2002; 34 (Suppl.1): 159.
66. I.M. Lanzl, B. Witta, K.E. Kotliar, W. Vilser. Retinal vessel reaction to 100%
O2-breathing - functional imaging using the retinal vessel analyzer with 10 volunteers. // Klin Monatsbl Augenheilkd. 2000; 217: 231-235.
50
Котляр К. Е.
Патофизиологическая оценка и гемодинамический анализ
микроструктурных изменений продольного профиля сосудов сетчатки глаза
Цель диссертационного исследования: патофизиологическая прижизненная динамическая оценка и количественный анализ функциональных и структурных изменений внутренней стенки сосудов сетчатки глаза. Обследовано 207
человек, из них 23 больных первичной открытоугольной глаукомой, 15 больных артериальной гипертонией, 33 больных сахарным диабетом 1 типа, 16
больных с ожирением и 120 здоровых испытуемых различного возраста. Изменения продольного профиля ретинальных сосудов анализировались с помощью
математического моделирования и прикладных программ на основе динамического анализатора сосудов сетчатки (DVA/RVA, IMEDOS, Йена, ФРГ). Установлено, что стенки сосудов сетчатки с возрастом и при рассмотренных в работе заболеваниях претерпевают существенные функциональные и/или морфологические микроструктурные изменения. Изменение гемодинамического сопротивления сосудов сетчатки, как следствие этого процесса, может являться дополнительным гемомеханическим механизмом патогенеза старения и этих заболеваний. Разработанный аналитический подход к исследованию микроструктурных изменений сосудов сетчатки может быть успешно использован для определения истинного биологического возраста больного, а также для ранней
диагностики, прогнозирования, выбора и контроля лечения рассмотренных заболеваний.
Kotliar K. E.
Pathophysiological assessment and hemodynamic analysis of
microstructural changes in longitudinal profile of human retinal vessels
Pathophysiological in-vivo dynamic assessment and quantitative analysis of
functional and microstructural alterations of the inner wall of retinal vessels represent
the purpose of the doctoral thesis. 207 people were involved in the study including 23
patients with primary open-angle glaucoma, 15 patients with arterial hypertension, 33
patients with type 1 diabetes mellitus, 16 obese patients and 120 healthy volunteers of
different age. Dynamic changes of longitudinal profiles of retinal vessels were quantitatively analyzed using mathematical modelling and applications based on Dynamic
Vessel Analyzer (DVA/RVA, IMEDOS, Jena, Germany). It is concluded, that inner
walls of retinal vessels in the elderly and in the examined systemic and ocular pathologies sustain significant functional and/or morphological microstructural changes. Changes of hemodynamic vessel resistance with changing microstructure of the
vessel inner wall might represent an additional fluid-mechanical mechanism in the
pathogenesis of aging and of the examined diseases. The developed analytical approach to the in-vivo assessment of retinal vascular microstructural alterations can be
successfully applied to determine true biological age of a person as well as for early
diagnosis, prognosis, treatment selection and monitoring of the examined systemic
and ocular diseases.
51
Документ
Категория
Биологические науки
Просмотров
80
Размер файла
2 663 Кб
Теги
Докторская
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа