Введение
Аневризма восходящей аорты (АВА) является потенциально жизнеугрожающей патологией с высоким риском фатального расслоения и разрыва. По статистике, около 22% людей с острым аортальным синдромом погибают дома, до оказания медицинской помощи, а летальность среди госпитализированных больных составляет 34% [1]. Несмотря на это, патогенез АВА, а также причины появления аорто-ассоциированных осложнений изучены недостаточно. Считается, что АВА является полиэтиологическим заболеванием, на исход которого могут влиять различные клинические характеристики, включая пол, возраст больного, анатомию дуги аорты и аортального клапана, размеры аневризмы и наличие атеросклеротического поражения [1—4]. Предположительно, разрыв восходящей аорты обусловлен сложным взаимодействием между перечисленными характеристиками и механической прочностью сосуда, непосредственно связанной с его структурой [5]. В то же время ассоциация клинических и прямых механометрических показателей у больных с АВА на сегодняшний день практически не исследована. Между тем выявление таких взаимосвязей может способствовать более полному пониманию патогенеза заболевания, улучшению стратификации риска больных с АВА и оптимизации принятия клинических решений.
Цель работы — исследовать взаимосвязь между отдельными клиническими характеристиками и показателями прямой механометрии интраоперационых образцов грудной аорты у больных с ее аневризматической дилатацией.
Материал и методы
В исследовании были использованы интраоперационные образцы стенки восходящей аорты от 20 больных с несиндромными аневризмами восходящей аорты (10 мужчин, 10 женщин, медиана возраста 59 [48; 67] лет), по 6 фрагментов на 1 больного. Все больные дали согласие на участие в исследовании. Исследование было одобрено локальным этическим комитетом НИИ кардиологии Томского НИМЦ РАН (протокол №213 от 12.05.21) и проведено в соответствии с этическими нормами, изложенными в Хельсинкской декларации 1975 г.
Оперативное вмешательство выполняли в объеме протезирования восходящего отдела аорты. Непосредственно после резекции интраоперационный материал передавали для гистологического исследования в патоморфологическую лабораторию, затем его часть помещали в охлажденный (+4°C) раствор Кребса—Гензелейта и в течение 2 ч выполняли подготовку проб и их экспериментальное исследование. Пробоподготовку выполняли следующим образом: образец аорты разрезали скальпелем по малой кривизне (рис. 1, а), после чего с помощью штампа размером 3×1 см (рис. 1, б) вырезали по три образца в продольном и циркулярном направлениях (рис. 1, в). Оценку механометрических показателей выполняли на испытательной машине Instron 3343 (Temecula, США) (рис. 2, а). Для этого образец закрепляли при помощи атравматичных сосудистых зажимов, которые надежно фиксировали к штатным захватам испытательной машины (рис. 2, б), и растягивали до разрыва со скоростью 1 мм/мин (рис. 2, в).
Рис. 1. Последовательность подготовки проб для механометрических испытаний.
а — фрагмент грудной аорты, разрезанный по малой кривизне; б — металлический штамп для вырезания образцов; в — готовый для испытаний образец ткани аорты.
Рис. 2. Процесс механометрического испытания образца ткани аорты.
а — испытательная машина Instron 3343 с закрепленным образцом аортальной ткани; б — образец ткани восходящей аорты, закрепленный в атравматичных зажимах; в — растянутый до надрыва образец ткани восходящей аорты.
Результаты отображали в виде графиков (рис. 3), по которым для каждой пробы при помощи программного обеспечения Bluehill (США) определяли предел прочности образца (σв, МПа) как максимальное значение по оси Y на диаграмме нагружения, а также относительное удлинение (ε, %) как процентное изменение длины образца при растяжении до момента разрыва. Для продольных и циркулярных образцов каждого пациента вычисляли среднее арифметическое значение указанных показателей. Нормальность распределения переменных проверяли с помощью теста Шапиро—Уилка. Поскольку для всех использованных количественных данных нормальное распределение не подтвердилось, показатели их вариации представляли в виде медианы (Me) и квартилей [Q1; Q3].
Рис. 3. Графики (диаграммы нагружения), отражающие изменение длины продольного и циркулярного образцов ткани восходящей аорты в зависимости от напряжения при растяжении (МПа).
Стрелками обозначены пики кривых, соответствующие пределам прочности образцов (σв, МПа), и точки разрыва.
Результаты механометрии сопоставляли со следующими клиническими характеристиками: возраст, пол, атеросклеротическое поражение аорты (по данным гистологического исследования интраоперационного материала), максимальный диаметр АВА (по данным КТ-аортографии), анатомия дуги аорты (наличие «бычьей дуги»), анатомия аортального клапана (бикуспидальный или трикуспидальный). Для этого выполняли корреляционный анализ по Спирмену, а также разделяли пациентов на подгруппы в соответствии с каждой клинической характеристикой и сравнивали показатели механометрии при помощи непараметрического критерия Манна—Уитни. Статистическую обработку данных проводили с использованием программного обеспечения Statistica 10.
Результаты
По результатам патоморфологического исследования, атеросклеротическое поражение аорты выявлено в 10 из 20 случаев, у 2 пациентов выявлен аортит, у 8 — дисплазия соединительной ткани. Максимальный диаметр восходящей аорты в исследуемой группе по данным КТ-аортографии, измеренный на уровне бифуркации легочного ствола, составил 54,1±5,7 мм. Бикуспидальный аортальный клапан присутствовал у 7 больных, общий ствол для брахиоцефального ствола и левой общей сонной артерии («бычья дуга») — у 6 пациентов.
Результаты корреляционного анализа связи показателей механометрии с возрастом пациентов и максимальным диаметром восходящей аорты (по данным КТ-аортографии) представлены в табл. 1. Отрицательная корреляционная взаимосвязь выявлена между возрастом и σв (Мпа), ε (%) продольных образцов, а также ε (%) циркулярных образцов. Максимальный диаметр восходящей аорты продемонстрировал умеренную корреляционную взаимосвязь с пределом прочности (σв) продольных образцов.
Таблица 1. Результаты корреляционного анализа связи между показателями механометрии и возрастом пациентов, а также максимальным диаметром восходящей аорты
| Показатели механометрии | Возраст | Максимальный диаметр восходящей аорты |
| Продольные образцы | ||
| Предел прочности σв, МПа | r=0,211 | r=0,574* |
| Относительное удлинение ε, % | r=–0,565* | r=0,387 |
| Циркулярные образцы | ||
| Предел прочности σв, МПа | r=–0,644* | r=0,421 |
| Относительное удлинение ε, % | r=–0,661* | r=0,251 |
Примечание. * — достоверная корреляция (p<0,05); r — коэффициент корреляции Спирмена.
Кроме того, нами выявлена тесная взаимосвязь между пределами прочности продольных и циркулярных образцов (r=0,742, p<0,05), пределом прочности и относительным удлинением циркулярных образцов (r=0,824, p<0,05), пределом прочности и относительным удлинением продольных образцов (r=0,61, p<0,05).
Результаты сравнения показателей механометрии для продольных и циркулярных образцов аорты при разделении на подгруппы представлены в табл. 2. Статистически значимые различия выявлены лишь в подгруппах больных с бикуспидальным и трикуспидальным аортальным клапаном по относительному удлинению (ε, %) образца — показателю, характеризующему эластичность сосудистой стенки в продольном направлении.
Таблица 2. Сравнение показателей механометрии в клинических подгруппах
| Показатель | Всего (n=20) | Мужчины (n=10) / женщины (n=10) | Наличие (n=10) / отсутствие атеросклероза (n=10) | Бикуспидальный (n=7) / трикуспидальный аортальный клапан (n=13) | «Бычья дуга» (n=6) / нормальная дуга аорты (n=14) |
| Продольные образцы | |||||
| Предел прочности σв, МПа | 0,68 [0,51; 0,86] | 0,61 [0,45; 0,88] / 0,69 [0,57; 0,70] | 0,66 [0,53; 0,86] / 0,68 [0,45; 0,85] | 0,88 [0,70; 1,00] / 0,61 [0,45; 0,7] | 0,63 [0,53; 0,93] / 0,7 [0,45; 0,86] |
| Относительное удлинение ε, % | 45 [36; 55] | 42 [34; 45] / 45 [44; 56] | 46 [36; 55] / 44 [38; 51] | 57 [53; 71] / 42 [33; 45]* (p=0,006) | 39 [34; 74] / 45 [40; 55] |
| Циркулярные образцы | |||||
| Предел прочности σв, МПа | 4,12 [2,65; 5,30] | 3,28 [2,47; 6,00] / 4,16 [3,12; 5,1] | 3,72 [2,55; 5,55] / 4,45 [2,34; 5,30] | 5,41 [5,18; 8,73] / 3,28 [2,47; 4,82] | 4,56 [2,65; 11,89] / 4,12 [2,65; 5,14] |
| Относительное удлинение ε, % | 43 [39; 63] | 45 [39; 59] / 43 [36; 65] | 45 [38; 55] / 43 [40; 69] | 59 [51; 29] / 43 [36; 48] | 57 [42; 80] / 43 [35; 55] |
Обсуждение
В настоящее время главным критерием для принятия решения о необходимости оперативного вмешательства у пациентов с несиндромными АВА является диаметр сосуда (более 55 мм) и скорость его увеличения (более 0,5 см/год) [6, 7]. Основанием для использования этих показателей при оценке индивидуального риска аортальных осложнений (диссекция, разрыв) является закон Лапласа, в соответствии с которым циркулярная нагрузка зависит от радиуса аорты и давления, оказываемого на ее стенку [8, 9]. В то же время данное утверждение не учитывает механо-биологических свойств аортальной ткани, и поэтому значимое количество случаев аорто-ассоциированных событий возникает у больных с диаметром аорты менее 55 мм [10, 11].
В нашем исследовании выявлена умеренная прямая корреляционная взаимосвязь между максимальным диаметром сосуда и единственным механометрическим показателем — пределом прочности (σв, МПа) для продольных образцов. Это также свидетельствует о том, что диаметр аорты представляет собой лишь один из многих компонентов, влияющих на предрасположенность сосуда к разрыву.
Другим несомненным фактором, обусловливающим снижение прочности и эластичности аортальной стенки, является процесс старения, что было доказано как в клинических, так и в экспериментальных исследованиях [12]. Результаты нашей работы согласуются с данными, опубликованными ранее, и демонстрируют наличие отрицательной корреляционной взаимосвязи между практически всеми механометрическими характеристиками интраоперационных образцов и возрастом больного. В связи с этим данный показатель, на наш взгляд, должен обязательно учитываться при построении прогностических моделей у больных с дилатацией аорты.
На сегодняшний день ведется поиск новых предикторов повышенного риска осложнений у больных с аортопатией, к числу которых относятся пол больного, этиология заболевания, особенности анатомии дуги аорты и аортального клапана и т.д. Однако их значимость по результатам клинических исследований до сих пор не доказана [8]. В представленном экспериментальном исследовании ex vivo не выявлено статистически значимых различий по механометрическим характеристикам образцов аорты в подгруппах больных, разделенных по полу, наличию признаков атеросклероза аорты и особенностям анатомии ее дуги. Различия выявлены лишь между больными с бикуспидальным и трикуспидальным аортальным клапаном по относительному удлинению (ε, %) образца — показателю, характеризующему эластичность сосудистой стенки в продольном направлении. При этом механическая прочность ткани в указанных подгруппах не различалась. Выявленные факты могут указывать на присутствие компенсаторных механизмов, способствующих поддержанию устойчивости сосудистой стенки к повышенным нагрузкам от асимметричного потока крови у больных с бикуспидальным аортальным клапаном на фоне сформировавшейся повышенной податливости тканей аорты. На сегодняшний день показана способность интрамуральных клеток аорты воспринимать изменения своего химико-механического окружения и реагировать на них повышением синтеза или утилизации белков, встроенных во внеклеточный матрикс, что обеспечивает необходимый баланс эластичности и прочности сосуда [8]. Однако механизмы такого реагирования и механо-биология восходящей аорты в настоящее время практически не изучены.
Пациенты с бикуспидальным аортальным клапаном представляют собой группу, разнородную по фенотипу клапана, этиологии и патогенезу развития заболевания [9, 13]. На сегодняшний день установлена четкая взаимосвязь между бикуспидальным аортальным клапаном и АВА. Риск осложнений, ассоциированных с дилатацией сосуда, в данной субпопуляции значимо повышен [9, 13]. Показано, что для аортопатии при бикуспидальном аортальном клапане характерны эластическая фрагментация, истончение эластических пластинок и гладкой мускулатуры, увеличенное расстояние между эластическими волокнами [13, 14]. Результаты нашего исследования, в частности более высокие показатели относительного удлинения (ε, %) образца при заданной нагрузке у пациентов с бикуспидальным аортальным клапаном, согласуются с опубликованными ранее данными. В то же время вопрос о влиянии различных факторов (морфология, гемодинамика, молекулярные механизмы) на прогрессирование или разрыв аневризм восходящей аорты у пациентов с бикуспидальным аортальным клапаном остается открытым, а гипотеза о саморегуляции механо-химического гомеостаза аортальной стенки требует дальнейшего исследования.
Вывод
По данным экспериментального исследования ex vivo, механометрические показатели интраоперационных образцов аневризматически расширенной восходящей аорты, характеризующие прочность и эластичность ткани, ассоциированы с возрастом больного, а также с максимальным диаметром сосуда.
У больных с бикуспидальным аортальным клапаном по сравнению с пациентами с трикуспидальным клапаном отмечаются более высокие показатели эластичности ткани сосуда одновременно с отсутствием различий по показателям его механической прочности. Это может быть обусловлено компенсаторными механизмами, способствующими поддержанию устойчивости сосудистой стенки к повышенным нагрузкам от асимметричного потока крови.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №21-15-00160. https://rscf</em>.ru/project/21-15-00160/
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.