Ученые узнали, как изгиб позвоночной артерии провоцирует инсульт

Исследование опубликовано в научном журнале Master’s Journal. В наше время врачи и ученые уделяют особое внимание изучению кровотока в сосудах головного мозга, поскольку его нарушения могут стать причиной тяжелых болезней, в том числе ишемического инсульта. Так как позвоночные артерии обеспечивают примерно 20% потребностей мозга в крови, они являются основной магистралью для снабжения кровью его задних отделов. Поэтому их состояние является одним из ключевых аспектов, влияющих на циркуляцию крови. Угол, под которым они изгибаются, оказывает прямое воздействие на скорость ее перемещения, кровяное давление и сопротивление кровотоку в сосудах. Исследование этих связей играет критическую роль в выявлении и терапии сосудистых заболеваний.

Сегодня для изучения кровотока в позвоночных артериях применяют УЗИ, МРТ, КТ. Реже используют инвазивный метод с введением внутрь контраста, который позволяет видеть движение жидкости по артериям на компьютере. Эти способы помогают выявлять сужения, изгибы, тромбы и другие нарушения, влияющие на кровоснабжение мозга, однако они показывают только текущее состояние пациента. Чтобы спрогнозировать риски развития различных заболеваний, применяют компьютерное моделирование, то есть создают виртуальные копии сосудов. В отличие от УЗИ и МРТ, это позволяет анализировать динамику кровяного потока в 3D, выявляя напряжения на стенках сосудов и зоны появления вихрей (т.е. хаотичного движения крови, которое возникает при сужении, изгибах сосудов или высоком давлении).

Ученые Пермского Политеха создали виртуальную копию участка позвоночной артерии и проанализировали кровоток при разных углах ее поворота. Для анализа использовались современные методы вычислительной гидродинамики, которые помогли создать реалистичные модели кровотока в разных условиях. Модель позволяет осуществить расчеты в том числе при измененном просвете сосудов, то есть когда они становятся уже или шире нормы (например, из-за бляшек, спазма или аневризмы). Результаты показали, что при определенных углах возникают зоны повышенного давления и хаотичного течения крови, повреждающего стенки.  Это может быть полезно для ранней диагностики и коррекции таких патологий.

– Угол изгиба позвоночной артерии значительно влияет на скорость кровотока, давление и образование вихрей в сосуде. Особенно опасными по результатам исследований оказались изгибы под углами от 90° до 150° (угол измеряется от оси симметрии), где наблюдались наибольшие колебания скорости и давления. Это может повреждать стенки сосудов и ухудшать кровоснабжение мозга, повышая риск возникновения инсульта. Поэтому при диагностике позвоночника в медицинских учреждениях особенное внимание стоит обращать на артерии, изогнутые в таком диапазоне, – комментирует Мария Матросова, магистрант кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ.

/span>– Для цифровой модели использовались реальные данные УЗИ позвоночной артерии: ее размеры и скорость кровотока. Сама геометрия данной модели – это идеализированная артерия, представляющая собой цилиндрическую изогнутую трубку. Угол поворота при исследовании варьировался от прямого хода кровяного течения. На этом этапе анализируется влияние изменения этого угла в плоскости на кровоток. В дальнейшем планируется усложнить модель, чтобы можно было учитывать и другие факторы: пространственный изгиб, реологические особенности крови (то есть текучесть, вязкость), изменение граничных условий и так далее, – поясняет Марина Шмурак, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.

С помощью компьютерного моделирования удается изучить кровоток без инвазивных процедур, воссоздавая любые условия (разные углы изгиба, давление, вязкость крови) и прогнозируя риски до появления симптомов тромбообразования или деформации стенки сосуда. Это особенно ценно для разработки персонализированного лечения и виртуального тестирования хирургических вмешательств.

Исследование ученых ПНИПУ подчеркивает важность своевременного выявления аномальных изгибов позвоночной артерии. Полученные данные помогут врачам лучше понимать механизмы нарушений кровообращения и разрабатывать эффективные методы диагностики и лечения. Работа исследователей может стать основой для новых направлений в превентивной медицине. Источник материала и фото: "Naked Science"