УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2013, том 44, № 2, с. 62-78
УДК 612.1
ВИНТОВОЕ (ВРАЩАТЕЛЬНО-ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ) ДВИЖЕНИЕ КРОВИ В СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ СИСТЕМЕ
© 2013 г. Р. И. Кирсанов, В. П. Куликов
ГБОУ ВПО "Алтайский государственный медицинский университет " Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации.
ФГБУ "Научно-исследовательский институт физиологии" СО РАМН, Алтайский филиал.
Барнаул
В работе рассматриваются теоретические предпосылки возникновения гипотезы о винтовом (спиральном или вращательно-поступательном) движении крови в сердечно-сосудистой системе и ее последующее экспериментальное подтверждение. Описана роль современных методов визуализации кровотока, таких как ультразвуковая цветовая допплерография и магнитно-резонансная ангиография, в регистрации и изучении закономерностей данного феномена. Приведены данные об известных параметрах винтового движения крови, таких как направление вращения и его количественные характеристики в магистральных артериях. Рассмотрены основные гипотезы о механизмах закручивания потока крови с позиции структурной организации сердечно-сосудистой системы. Обсуждается биологическая роль винтового движения крови, в отношении которой существуют диаметрально противоположные точки зрения, рассматривающие его с одной стороны как физиологический феномен, с другой стороны - как патогенетический фактор развития атеросклероза.
Ключевые слова: винтовое движение крови, сердечно-сосудистая система, гемодинамика, магнитно-резонансная ангиография, цветовое дуплексное сканирование, импульсноволновая доп-плерография
В физиологии кровообращения доминируют представления о ламинарном и турбулентном движении крови в кровеносных сосудах [9, 20, 29]. Согласно этим представлениям характер течения крови определяется соотношением инерционных и вязких сил. Если преобладают силы вязкого трения, то движение крови имеет ламинарный характер. При преобладании в потоке жидкости инерционных сил его ламинарная структура нарушается, и течение становится турбулентным. Считается, что в физиологических условиях в сердечно-сосудистой системе преобладает ламинарное течение крови, описываемое законом Хагена-Пуазейля, за исключением камер сердца, корня аорты и бифуркаций крупных артерий.
ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГИПОТЕЗЫ О ВИНТОВОМ ДВИЖЕНИИ КРОВИ
Известно, что закон Хагена-Пуазейля применим только для ламинарного непульсирующего течения при однородной вязкости жидкости [88].
В реальных условиях системы кровообращения он оказывается недостаточным для объяснения механизмов транспорта крови вследствие того, что стенки кровеносных сосудов не жесткие, а эластичные, диаметр артериальных сосудов с каждой последующей генерацией прогрессивно уменьшается, сосуды совершают изгибы и бифуркации, кровоток носит пульсирующий характер, кровь не является гомогенной жидкостью вследствие содержания форменных элементов и ее вязкость не является постоянной величиной [23, 106]. Поиск новых закономерностей кровообращения привел к появлению гипотезы о винтовом или вращательно-поступательном движении крови (ВДК) в кровеносных сосудах и полостях сердца [8, 17, 106]. Согласно данной гипотезе, наряду с поступательным движением, происходит закручивание потока крови вдоль продольной оси сосуда с движением частиц крови по винтовым траекториям (рис. 1).
С позиций гидродинамики винтовое движение является частным случаем завихренного движения идеальной жидкости, в котором вихревые линии совпадают с линиями тока. Последнее от-
Рис. 1. Схематичное изображение линий тока жидкости при винтовом движении.
личает винтовое движение от турбулентного. Основы теории винтовых течений заложены русским ■ ученым Громекой (1881) и, независимо от него, 1 итальянским математиком Бельтрами (1889), поэтому они получили название течений Громеки- ' Бельтрами [6].
Наряду с теоретическими предпосылками ] возникновению гипотезы о винтовом движении ( крови способствовало появление экспериментальных фактов, показавших асимметричное распределение скоростей кровотока в аорте и не согласующихся с представлениями о ламинарном ] движении крови.
РЕГИСТРАЦИЯ ВИНТОВОГО ДВИЖЕНИЯ , КРОВИ ]
Экспериментальные исследования на живот- ] ных, проведенные в 70-80-х годах ХХ в. с помо- ] щью зондовых методов оценки скорости, показа- ] ли, что поток в аорте имеет достаточно сложную ] структуру с искривлением осевых скоростей и ] наличием поперечных, в том числе вращательных, компонентов скорости [45, 53, 56, 94, 101]. < Первое упоминание непосредственно о винтовом , потоке крови встречается в работе Роджерса и со- 1 авторов [99], наблюдавших данный феномен визуально при помощи эндоскопии в аорте у собак в остром опыте. Наличие вращательного движения крови в камерах сердца собак было подтверждено путем введения в кровоток рентгеноконтрастных частиц и последовательной кинофотосъемки ] их распределения в кровотоке [5, 11]. Подобная -методика позже использовалась для регистрации ВДК у людей с применением обычных рентгено- ( контрастных веществ, вводимых в сосуд под малым давлением без нарушения структуры потока [2, 3]. Существенными недостатками ангиографи-ческих методик являются инвазивность, лучевая
нагрузка и отсутствие возможности количественной оценки параметров кровотока.
Возможности изучения ВДК значительно расширились с появлением и внедрением в клиническую практику неинвазивных методик визуализации кровотока, таких как магнитно-резонансная ангиография (МРА) и ультразвуковые допплеров-ские технологии. Большинство работ в этой области было посвящено изучению кровотока в аорте. Основные исследования, в которых описаны факты регистрации ВДК у людей, представлены в табл. 1.
Впервые регистрация вращательных составляющих скорости кровотока в аорте у людей была, вероятно, осуществлена с помощью фазово-кон-трастной МРА в 1987 г. Клипстейном и соавторами [75], которые выявили поперечную циркуляцию частиц крови на двухмерных срезах восходящей и нисходящей аорты у 10 здоровых добровольцев. В последующих исследованиях была получена более детальная картина поля скоростей в аорте [34, 72, 89], осуществлена регистрация ВДК в легочном стволе и его ветвях [89, 105], а также в камерах сердца [62, 73, 74, 124]. Развитие магнитно-резонансных технологий позволило детально визуализировать структуру потока в крупных сосудах за счет возможности получения трехмерных (30) скорость-кодированных изображений и киноизображений (40, в реальном времени), показывающих траектории движения частиц крови. Анализ скорость-кодированных изображений, полученных с помощью МРА, показал, что поток в области дуги аорты имеет сложную структуру с изменением поля скоростей в течение сердечного цикла и наличием вторичных течений. В то же время в ряде работ было убедительно показано, что важной особенностью течения в восходящем отделе и дуге аорты у большинства здоровых людей является закрутка потока крови по часовой стрелке по ходу кровотока [35, 36, 60, 67, 84, 85].
Регистрация вращательных компонентов скорости в аорте у людей с помощью ультразвуковых допплеровских технологий впервые была осуществлена также в 1987 г.
Сегадал и Матре [102], а позже Мэтисон с коллегами [87], проводили исследование кровотока в восходящей аорте у пациентов во время открытых операций на сердце с использованием специально сконструированного ультразвукового допплеровского измерителя скорости, и выявили, помимо антеградной и ретроградной фаз кровотока, поперечные компоненты скорости, что свидетельствовало, по мнению авторов, о вращении
Таблица 1. Экспериментальные факты регистрации феномена винтового движения крови в магистральных артериях у здоровых людей
Область регистрации ВДК Метод Библиография Количество обследованных, п Частота регистрации, %
Аорта МРА Klipstein et al., 1987 [75] Kilner et al., 1993 [72] 10 10 100 100
Mohiaddin et al., 1994 [89] 10 100
Bogren, Buonocore, 1994 [34] 13 100
Hoydu et al., 1994 [69] 3 100
Bogren, Buonocore, 1999 [35] 26 100
Bogren et al., 2004 [36] 20 100
Markl et al., 2004 [84] 10 100
Markl et al., 2005 [85] 10 100
Frydrychowicz et al., 2008 [60] 11 100
ЧП ЭХО-КГ, Frazin et al., 1990 [57] 53 58-89
Легочный ствол ЦДК МРА Sloth et al., 1994 [105] 12 100
Общие сонные ЦДК Куликов и др. 2006 [12] 54 61
артерии Внутренние сонные МРА Harloff et al., 2009 [64] 10 100
артерии Бедренные артерии ЦДК Stonebridge et al., 1996 [107] 11 100
Кирсанов, 2011 [10] 34 59
Примечание: МРА - магнитно-резонансная ангиография, ЧП ЭХО-КГ - чреспищеводная эхокардиография, ЦДК - ультразвуковое цветовое допплеровское картирование.
Таблица 2. Частота регистрации винтового движения крови в магистральных артериях у здоровых людей по данным ЦДК [10]
Артерия Частота регистрации, % Р
Справа Слева
Общая сонная артерия, п = 104 52 48 0.89
Внутренняя сонная артерия, п = 77 69 56 0.08
Наружная сонная артерия, п = 50 48 40 0.32
Позвоночная артерия, п = 50 68 40 <0.01
Подключичная артерия, п = 44 64 30 <0.01
Плечевая артерия, п = 36 11 11 1.0
Общая бедренная артерия, п = 34 62 56 0.47
Примечание: п - количество обследованных волонтеров;р - значимость различий частоты регистрации вращательного движения крови в артериях правой и левой стороны по двухстороннему критерию Фишера.
крови в аорте. Дальнейшее применение доппле-ровских технологий для изучения ВДК связано с использованием режима цветового допплеровско-го картирования (ЦДК). Данный режим позволяет оценить направление кровотока за счет окрашивания потока в оттенках красной и синей шкалы. Красным цветом кодируется движение частиц крови, направленное к источнику ультразвуковых колебаний (датчику), синим - от источника. Возможность регистрации вращательного компонента кровотока в режиме ЦДК достигается при локации поперечного сечения сосуда. Выявление
различного (красно-синего) окрашивания двух половин поперечного сечения сосуда свидетельствует о ВДК, т.к. разнонаправленное движение частиц крови в этом случае можно объяснить лишь наличием вращения потока крови при его поступательном продвижении по сосуду. С помощью ЦД
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.