Морфометрические особенности различного вида бифуркаций внутриорганного артериального русла селезенки у лиц разного пола и возраста

Полный текст

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ДИ — доверительный интервал

ВВЕДЕНИЕ

Селезенка является одним из наиболее важных органов иммунной системы [1]. Удаление селезенки ведет к нарушению многих функций этой системы. В связи с ростом травматических повреждений селезенки остро стоит вопрос о проведении органсберегающих (частичная резекция поврежденных тканей) операций [2]. Кроме того, активно обсуждается проблема ранней объективной диагностики патологии селезенки, основанной на поиске количественных критериев нормы. Разработка подобного рода методик невозможна без основательного теоретического изучения, каковым является морфологическое исследование внутриорганного артериального русла селезенки [3, 4].

Сегодня в морфологии наметилось перспективное направление — исследование артериального русла различных органов человека как фрактальной или квазифрактальной системы [5, 6]. Были предложены концептуальные модели, позволяющие количественно описывать особенности сосудистого русла. По мнению авторов работы, такой подход, будет способствовать созданию морфометрического эталона внутриорганного русла, что поможет объективной диагностики возможных отклонений от нормального строения [7]. Одной из таких моделей является дихотомическая модель, т. е. представление русла как структуры, состоящей из взаимосвязанных бифуркаций (дихотомий). Эта модель интересна еще и тем, что повреждение артерий наиболее часто возникают в местах их разветвлений [8, 9].

Как было показано ранее, бифуркации структурно отличаются друг от друга. Выделяют бифуркации различных групп [7] и типов [10]. Однако, представленные морфологические варианты не описывают всего структурного многообразия бифуркаций. Умозрительно, бифуркации внутриорганного артериального русла селезенки можно разделить на три вида: 1 вид — открытый (величина внутреннего диаметра материнского артериального сегмента (D) меньше суммы внутренних диаметров дочерних артериальных сегментов (dmax и dmin), D < dmax + dmin); 0 вид — нейтральный (величина внутреннего диаметра материнского артериального сегмента равна сумме внутренних диаметров дочерних сегментов, D = dmax + dmin); 2 вид — закрытый (величина внутреннего диаметра материнского артериального сегмента больше суммы внутренних диаметров дочерних сегментов, D > dmax + dmin).

Цель — установить морфометрические особенности различного вида бифуркаций внутриорганного артериального русла селезенки у лиц разного пола и возраста.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В данном исследовании были изучены характеристики внутриорганного артериального русла селезенки 67 человек, умерших от внезапной смерти и случайных причин в возрасте от 21 до 60 лет. Изучение проводилось на коррозионных препаратах. Исследование проведено с соблюдением этических принципов, включая Хельсинскую декларацию Всемирной медицинской ассоциации. Исследование одобрено комитетом по этике Медицинского института Чеченского государственного университета имени А. А. Кадырова (Протокол № 258/24-77 от 16.10.2022). В процессе работы использована возрастная периодизация, принятая на VII Всесоюзной конференции по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии в 1965 г.

Для изготовления коррозионных препаратов забор секционного материала проводили в соответствии со следующими критериями: селезенки, полученные на аутопсии у людей обоего пола в возрасте от 21 до 60 лет, погибших от случайных причин (33 мужчин, 34 женщин; 34 человека относились к первому периоду зрелого возраста, 33 — ко второму периоду зрелого возраста), не связанных с патологией селезенки и сосудистого русла. Масса селезенки 150–190 г; отсутствие внешних повреждений. Критерии исключения: возраст пострадавших менее 21 и более 60 лет; механические повреждения селезенки; в анамнезе заболевания селезенки; визуально обнаруженные деформации и аномалии сосудистого русла селезенки.

Регистрировали: пол, возраст, дату смерти, дату вскрытия, дату эксперимента, вес органа, № протокола вскрытия, причину смерти. Коррозионные препараты внутриорганного артериального русла селезенки изготавливали по стандартной методике [11].

Русло было представлено в виде связанных графов, где вершины соответствовали точкам разветвлений артерий, а ребра — артериальным сегментам. Вершины графа нумеровали произвольно и одинаково для всех исследованных случаев [7]. Для каждого артериального сегмента коррозионных препаратов внутриорганного артериального русла селезенки были измерены параметры с использованием постепенной пошаговой декомпозиции слепка, а именно: диаметр (D) артериального сегмента в его центральной части (на середине расстояния между ближайшими ветвлениями) в мм и длина (L) артериального сегмента в мм, определяемая как кратчайшее расстояние между двумя ветвлениями с точностью измерения до 0,01 мм. Минимальный диаметр слепков артериальных сегментов, измеренный по данной методике, составил 0,1 мм. Полученные данные заносились в специальные таблицы (Excel, Microsoft Office, США): первый столбец базы — номер протокола; 2 — возрастная группа (1 — первый период зрелого возраста, 2 — второй период зрелого возраста); 3 — пол (1 — мужской, 2 — женский); 4 — условный адрес начала сегмента; 5 — условный адрес конца сегмента; 6 — D (мм); 7 — L (мм).

Для характеристики такой конструкции на основании данных морфометрии определяли величины следующих показателей [7]:

1. Gr — номер генерации — порядковый номер вновь образовавшейся группы артерий, к которой относится данный сегмент. При этом под «артерией» подразумевали линейную конструкцию, состоящую из дочерних сегментов c большим внутренним диаметром;
2. i — уровень деления — вновь образовавшийся ряд артериальных сегментов;
3. FF1 — фактор формы,

$FF1=\frac{2L}{D}$;

4. ƞ — коэффициент ветвления,

$7\eta =\frac{d_{max}^2+d_{min}^2}{D^2}$;

5. γ — коэффициент асимметрии,

$\gamma ={\left(\frac{d_{min}}{d_{max}}\right)}^2$.

Для получения представительной выборки использовали методику многоэтапной гнездовой выборки по Г. Г. Автандилову [12]. Для определения оптимального объема выборки использовали уравнение:

$N=2x(A+B){}^{2}x\frac{S^2}{DIF{F}^2}$

где N — рекомендуемый объем выборки для каждой группы; S — среднее квадратичное отклонение анализируемого признака; DIFF — значение эффекта (различия между средними значениями), которое предполагается выявить; А = 1,96 — константа, зависящая от уровня значимости; В = 0,84 — константа, зависящая от мощности критерия; при уровне значимости 5% (A = 1,96) и мощности 80% (В = 0,84).

 

Рис. 1. Примеры коррозионных препаратов внутриорганного артериального русла селезенки: мужчина, 31 год (а); мужчина, 60 лет (б).

 

Общее число исследованных артериальных бифуркаций составило 6840 штук. Исследуемые бифуркации располагались на 20 уровнях деления и составляли 8 генераций.

Была осуществлена проверка распределений величин изучаемых показателей на соответствие нормальному закону распределения с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Установлено, что характер распределения всех изучаемых показателей абсолютных и относительных отличается от нормального закона распределения (табл. 1).

 

Таблица 1. Результаты проверки распределений величин изучаемых показателей на соответствие нормальному закону распределения (n = 6840, n₁ = 67)

Параметры	Результаты анализа
	Критерий Колмогорова–Смирнова	p
Gr	0,188	0,0001
i	0,094	0,001
D, мм	0,210	0,0001
dmax, мм	0,225	0,0001
dmin, мм	0,291	0,0001
L, мм	0,140	0,0001
lmax, мм	0,144	0,0001
lmin, мм	0,155	0,0001
FF1	0,142	0,0001
ƞ	0,200	0,0001
γ	0,232	0,0001

Примечания: D — диаметр проксимального сегмента; dmax — диаметр большего дистального сегмента; dmin — диаметр меньшего дистального сегмента; L — длина проксимального сегмента; lmax — длина большего дистального сегмента; lmin — длина меньшего дистального сегмента; FF1 — фактор формы (англ.: length-to-radius ratio); γ — коэффициент асимметрии дистальных ветвей; p — уровень значимости, n — количество бифуркаций, n1 — количество коррозионных препаратов

 

Для оценки различий в группах применяли критерий Краскела–Уоллиса для независимых выборок. В ходе работы определены медианы, 95% доверительный интервал (ДИ) медианы (Ме) и относительное количество категориальных величин на разных генерациях и уровнях деления. Статистический анализ проведен с использованием языка R.

РЕЗУЛЬТАТЫ

В соответствии с целью исследования все бифуркации были разделены на 3 вида: 1 вид — открытый; 0 вид — нейтральный; 2 вид — закрытый. Установлено, что в структуре ВАРС (рис. 2а) преобладают (n = 51%) бифуркации нейтрального (0) вида. Менее всего (9%) представлены бифуркации 2 вида. Промежуточное положение (40%) занимают открытые (1) бифуркации.

 

Рис. 2. Относительное количество видов бифуркаций внутриорганного артериального русла селезенки: общее (а), в зависимости от пола (б), в зависимости от возраста (в).

 

Результаты сравнительного анализа относительного количества бифуркаций различных видов у лиц разного пола и возрастной группы (1-го и 2-го периодов зрелого возраста) представлены на рисунках 2б, 2в. Относительное количество открытых бифуркаций в составе внутриорганного артериального русла селезенки мужского пола (46%) несколько больше, чем у женщин (35%). В противоположность этому, число нейтральных бифуркаций больше в группе женщин (55%), чем у мужчин (46%). Относительное количество закрытых бифуркаций отличается незначительно: 8% у мужчин и 10% у женщин. Нейтральные бифуркации преобладают в группах 1-го и 2-го зрелого возраста с небольшим отличием: 54% в 2-м зрелом и 48% — в 1-м зрелом возрасте. Относительное число открытых и закрытых бифуркаций больше в 1-м зрелом периоде (42% и 10% соответственно), чем во 2-м зрелом возрасте (38% и 8%).

На следующем этапе исследования были определены величины изучаемых морфометрических показателей различных видов бифуркаций внутриорганного артериального русла селезенки (табл. 2).

 

Таблица 2. Величины (Me (95% ДИ)) изучаемых показателей бифуркаций внутриорганного артериального русла селезенки различных видов (n = 6840, n1 = 67)

Параметры	Морфофункциональный вид бифуркаций			p
	открытый (1), D < dmax + dmin	нейтральный (0), D = dmax + dmin	закрытый (2), D > dmax + dmin
Gr	3 (3; 4)	3 (3; 4)	3 (3; 4)	0,0001
i	7 (7; 8)	8 (8; 9)	8 (8; 9)	0,0001
D, мм	0,9 (0,9; 1,0)	0,3 (0,6; 0,7)	0,6 (0,6; 0,7)	0,0001
dmax, мм	0,7 (0,7; 0,8)	0,2 (0,2; 0,3)	0,3 (0,3; 0,4)	0,0001
dmin, мм	0,4 (0,4; 0,5)	0,1 (0,1; 0,1)	0,1 (0,1; 0,1)	0,0001
L, мм	3,1 (3,1; 3,2)	2,7 (2,7; 2,9)	3,0 (3,0; 3,2)	0,0001
lmax, мм	2,7 (2,7; 2,9)	2,2 (2,2; 2,3)	2,0 (2,0; 2,1)	0,0001
lmin, мм	2,6 (2,6; 2,7)	2,0 (2,0; 2,1)	1,8 (1,7; 2,0)	0,0001
FF1, мм	7,0 (6,9; 7,4)	17,0 (16,7; 18,0)	9,4 (8,6; 10,0)	0,0001
ƞ, мм	0,91 (0,91; 0,94)	0,50 (0,50; 0,50)	0,36 (0,36; 0,39)	0,0001
γ, мм	0,44 (0,44; 0,51)	1,0 (1,0; 1,0)	0,25 (0,25; 0,44)	0,0001

Примечания: D — диаметр проксимального сегмента; dmax — диаметр большего дистального сегмента; dmin — диаметр меньшего дистального сегмента; L — длина сегмента; FF1 — фактор формы (англ.: length-to-radius ratio); ƞ — коэффициент ветвления; γ — коэффициент асимметрии дистальных ветвей; n — количество бифуркаций, n1 — количество коррозионных препаратов; Ме — медиана; ДИ — доверительный интервал; p — уровень значимости критерия Краскела–Уоллиса для независимых выборок

 

Таким образом, наибольшим диаметром материн-ских сегментов обладают открытые бифуркации, наименьшим — нейтральные (табл. 2). Максимальные значения длин сегментов характерны для открытых бифуркаций, минимальные — для нейтральных. Максимальная величина фактора формы FF1 у нейтральных бифуркаций, минимальная — у открытых. Максимальной величиной коэффициента ветвления обладают открытые бифуркации, минимальной — закрытые. Наибольшая величина коэффициента симметрии характерна для нейтральных бифуркаций, наименьшая — для закрытых.

На заключительном этапе был проведен анализ распределения различных видов бифуркаций на разных номерах генераций и уровнях деления внутриорганного артериального русла селезенки. С увеличением номера генерации и уровня деления относительное количество нейтральных бифуркаций увеличивается, открытых уменьшается, а закрытых практически не меняется (рис. 3).

 

Рис. 3. Распределение разных морфофункциональных видов бифуркаций по уровням деления (а) и номерам генерации (б).

 

ОБСУЖДЕНИЕ

Проблема поиска морфологического, точнее морфометрического, эталона и на его основе морфометрического критерия нормы сосудистого русла внутренних органов человека является одной из ключевых задач современной медицины. Сегодня определились два основные, похожие и отличные друг от друга, направления.

Известно, что артериальное русло внутренних органов (в т. ч. селезенки), имеет древовидную форму [6] и разветвляется в глубине или на поверхности органов относительно равномерно. При этом, сосудистое дерево имеет фрактальную (самоподобную) или точнее квазифрактальную геометрию, что позволяет моделировать и, следовательно, производить количественную оценку этих структур с помощью фрактального анализа [13]. Начало этому направлению было положено Бенуа Мандельбротом в 1975 г. для обозначения нерегулярных, но самоподобных структур [14, 15].

Основной количественной характеристикой фрактального объекта является его фрактальная размерность — мера заполнения пространства исследуемой структурой, в данном случае — сосудами [16]. Величину этой размерности предлагают использовать в качестве морфометрического эталона нормального строения. Расчет данной величины не вызывает особых трудностей. Метод оценки фрактальной геометрии артериальной сети может быть выполнен при минимальном участии врача-диагноста и служить методом доклинической диагностики нарушений кровообращения. Основным недостатком такого подхода является невозможность точного осознания физического смысла полученных величин. Из-за этого их использование в дальнейших практических и теоретических исследованиях носит ограниченный характер.

Иной подход к исследованию артериального русла внутренних органов предлагают авторы концептуальных моделей сосудистых русел (сегментарная, дихотомическая, стволовая) [6, 7], которые рассматривают русло как систему, состоящую из самоподобных, определенным образом взаимосвязанных структурных элементов — сосудистых сегментов, бифуркаций, стволов. Такой подход позволяет не только определить морфометрический эталон, но и по начальным участкам артериального русла полностью восстановить путем численного моделирования и зная основные морфофункциональные принципы строения, его структуру до уровня гемомикроциркуляторного русла.

Основные модели сосудистого русла:

Сегментарная модель. В качестве основной морфофункциональной единицы выступает артериальный сегмент, а русло представлено как конструкция, состоящая из различных сегментов, образующих ряды — уровни деления. При этом, артериальный сегмент определен как участок русла, находящийся между двумя ближайшими разветвлениями уровнями деления.

Дихотомическая модель. Артериальное русло рассматривается как конструкция, состоящая из взаимосвязанных дихотомических разветвлений. Артериальное разветвление представляет собой более сложный элемент системы по сравнению с артериальным сегментом и включает в себя материнский сосудистый сегмент, две дочерние ветви и точку разветвления.

Стволовая модель. Артериальное русло рассматривается как система, состоящая из взаимосвязанных стволов-артерий. В соответствии с данной моделью, артерия представляет собой линейную конструкцию, которая включает в себя дочерние сегменты с большим диаметром от заданной точки до уровня микроциркуляторного русла.

Наибольшее распространение получила дихотомическая модель. Широко известны работы В. Ру, C. D. Murray, H. B. M. Uylings, M. Zamir et al., посвященные этому вопросу [17–20]. Считаем, что нет особой необходимости еще раз повторять это. Однако будет уместным напомнить, что авторы вышеназванных работ рассматривали артериальное русло как систему, состоящую из идеальных — «оптимальных» — бифуркаций, ориентированных на проведение крови с минимальными затратами. Однако дальнейшие исследования показали, что внутриорганное русло сердца [10] и почки [7] состоит из структурно-различных групп («оптимальные» и «неоптимальные) и типов (полная асимметрия, боковая асимметрия, односторонняя симметрия и полная симметрия) бифуркаций.

В данном исследовании нами рассматривались три морфометрически различных вида бифуркаций: 1 вид — открытый — величина внутреннего диаметра материнского артериального сегмента (D) меньше суммы внутренних диаметров дочерних артериальных сегментов (dmax и dmin), D < dmax + dmin; 0 вид — нейтральный — величина внутреннего диаметра материнского артериального сегмента равна сумме внутренних диаметров дочерних сегментов, D = dmax + dmin; 2 вид — закрытый — величина внутреннего диаметра материнского артериального сегмента больше суммы внутренних диаметров дочерних сегментов, D > dmax + dmin.

Полученные результаты убедительно свидетельствуют о наличии всех трех видов. Показано, что у лиц разных половых и возрастных группы относительное количество бифуркаций различного вида неодинаково. Заметно, что у лиц женского пола и второго периода зрелого возраста относительное количество нейтральных бифуркаций больше, а открытых меньше, чем у лиц мужского пола и 1-го периода зрелого возраста. Этот факт, вероятно, можно использовать как благоприятный признак в плане прогноза на выживание. По всей видимости, нейтральные бифуркации являются более лабильными в отношении приспособления функционирования внутриорганного артериального русла селезенки в постоянно меняющихся физиологических условиях существования целого организма.

Диаметры и длины артериальных сегментов нейтральных бифуркаций значимо меньше, а фактор формы и коэффициент асимметрии заметно больше, чем у отрытых и закрытых бифуркаций, т. е. нейтральные бифуркации оказываются в среднем самыми маленькими и наиболее симметричными.

Расположение разных видов бифуркаций по уровням деления и номерам генерации также свидетельствует в пользу сказанного. Хорошо видно, что относительное количество нейтральных бифуркаций увеличивается с ростом уровня деления и номера генерации, открытых — заметно уменьшается, закрытых остается, примерно, постоянным. Пятый уровень деления и второй номер генерации являются ключевой точкой, где относительное количество нейтральных и открытых бифуркаций одинаково. По всей видимости, эта топографическая точка играет ключевую роль в функционировании всего внутриорганного артериального русла селезенки и может служить в качестве основного диагностического объекта. Морфометрические характеристики бифуркаций в данной точке, а также ее расположение, вероятно, можно использовать в качестве морфометрического эталона. То есть смещение точки пересечения кривых описывающих относительное количество нейтральных и открытых бифуркаций может быть расценено как отклонение от нормы строения внутриорганного артериального русла селезенки.

Возможные ограничения исследования и перспективы дальнейших исследований. Описанные факты, возможно, проявлены только внутри внутриорганного артериального русла селезенки человека. Известно, что различные паренхиматозные органы выполняют разные функции и, следовательно, структура внутриорганных русел и структурных элементов, составляющих эти русла, может быть различна. Можно предположить, что функции, выполняемые бифуркациями внутриорганного артериального русла селезенки, у разных видов не ограничиваются только проведением крови с наименьшими затратами. Сказанное нацеливает на проведение сравнительного количественного исследования всего возможного спектра выполняемых бифуркациями разных видов функций, например, проведение и распределение крови, а также функции опоры. Необходимо, проведение подобных исследований в отношении внутриорганных артериальных русел других паренхиматозных органов, например, почки и печени.

ВЫВОДЫ

1. Внутриорганное артериальное русло селезенки человека представляет собой квазифрактальную систему, состоящую из трех видов бифуркаций — открытых (40%), нейтральных (51%) и закрытых (9%).
2. Относительное количество:

а) открытых бифуркаций в составе внутриорганного артериального русла селезенки лиц мужского пола (46%) больше, чем женского (35%); нейтральных бифуркаций больше в группе женщин (55%), чем мужчин (46%); закрытых бифуркаций у мужчин (8%) меньше, чем у женщин (10%);

б) нейтральных бифуркаций (54%) больше в структуре внутриорганного артериального русла селезенки лиц 2-го зрелого возраста, а открытых (38%) и закрытых (8%) меньше, чем у лиц 1-го периода зрелого возраста: 48%, 42% и 10%, соответственно;

в) нейтральных бифуркаций увеличивается, открытых уменьшается, а закрытых практически не меняется с увеличением номера генерации и уровня деления.

3. Установлены факты, а именно:

а) выявлена разница в относительном количестве бифуркаций различного вида у лиц разного пола и возрастной группы;

б) показано преимущественное расположение бифуркаций различного вида по номерам генерации и уровням деления;

в) выявлена разница в величинах показателей фактора формы, коэффициентов ветвления и асимметрии у бифуркаций различного вида, следует учитывать при численном моделировании структуры внутриорганного артериального русла селезенки людей соответствующего пола и возрастной группы, а также структуры бифуркаций различного вида.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО

Финансирование. Авторы заявляют об отсутствии внешнего финансирования при проведении исследования.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов: Дадашев А. Ш. — сбор и анализ данных, написание текста; Зенин О. К. — концепция исследования, дизайн исследования и редактирование; Милтых И. С. — обработка материала, статистический анализ; Кафаров Э. С. — концепция исследования, дизайн исследования и редактирование. Авторы подтверждают соответствие своего авторства международным критериям ICMJE (все авторы внесли существенный вклад в разработку концепции, проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией).

Funding. This study was not supported by any external sources of funding.

Conflict of interests. The authors declare no conflicts of interests.

Contribution of authors: A. S. Dadashev — collection and processing of material, writing the text; O. K. Zenin — research conception and design, editing; I. S. Miltykh — processing of material, statistical processing; E. S. Kafarov — research conception and design, editing. The authors confirm the correspondence of their authorship to the ICMJE International Criteria. All authors made a substantial contribution to the conception of the work, acquisition, analysis, interpretation of data for the work, drafting and revising the work, final approval of the version to be published and agree to be accountable for all aspects of the work.

Об авторах

Али Шарудневич Дадашев

Чеченский государственный университет имени А. А. Кадырова

Email: mukulatura95@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8502-0841
Россия, Грозный

Олег Константинович Зенин

Пензенский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: zen.olegz@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5447-1989

д.м.н., профессор

Россия, Пенза

Илья Сергеевич Милтых

Пензенский государственный университет

Email: contact@miltykh.com
ORCID iD: 0000-0002-9130-3255
Россия, Пенза

Эдгар Сабирович Кафаров

Чеченский государственный университет имени А. А. Кадырова

Email: Edgar-kafaroff@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9735-9981

д.м.н., профессор

Россия, Грозный

Список литературы

Дополнительные файлы