Характеристика резистентности аорты человека к воздействию различных травмирующих факторов

Особенности повреждений тех или иных тканей человеческого организма зависят не только от свойств травмирующего предмета, но и от ряда собственных биологических и физических качеств. В частности, при решении вопроса о травматическом или произвольном разрыве стенки аорты необходимо учитывать ее механические характеристики.

Аорта относится к группе сосудов амортизирующего типа, для которой типично содержание волокон эластического типа. Они обеспечивают упругость и растяжимость стенки сосуда, что способствует выравниванию скорости кровотока в сосудах и сглаживанию систолических волн [1, 7, 8]. Прочность и жесткость стенки обусловлена наличием коллагеновых волокон [4, 6]. Во время систолы происходит повышение давления внутри сосуда и растяжение его стенки. В этот момент кинетическая энергия движения крови преобразуется в потенциальную энергию деформации. При снижении давления стенки сосуда под действием эластических сил возвращаются в исходное положение и выталкивают кровь, потенциальная энергия при этом снова переходит в кинетическую [5]. Тот факт, что аорта постоянно заполнена кровью, которая, как известно, не сжимаема и ограничена клапаном, делает ее особенно уязвимой при травмирующем воздействии извне (падение с высоты, автотравма и др.).

Аорта, в отличие от других сосудов, более подвержена разрыву, особенно на фоне аневризмы, за счет высокого напряжения стенки (по закону Лапласа оно прямо пропорционально давлению и радиусу сосуда и обратно пропорционально его толщине). Наиболее частой причиной травматического разрыва аорты является тупая травма грудной клетки. В большинстве случаев это происходит из-за замедления кровотока в горизонтальной части сосуда, что приводит к поперечному разрыву [2, 3].

Выявление зон аорты с высокой или низкой устойчивостью к различным видам механического воздействия могло бы стать основой для разработки критериев дифференцирования между посттравматическими разрывами и разрывами на фоне патологических аневризм.

Такой подход представляется особенно актуальным, если труп подвергся значительному разложению или воздействию факторов внешней среды, когда наружные следы воздействия травмирующего предмета уже не поддаются определению.

Целью данной работы является сравнительное исследование резистентности к механическому воздействию восходящего и нисходящего отделов аорты.

Для решения поставленной задачи были проведены: экспериментально расчетное исследование упругих свойств аорты; экспериментальное исследование прочностных и деформативных характеристик восходящего и нисходящего отделов грудной аорты; расчет данных о напряжениях и деформативных характеристиках грудной аорты. Для изучения упругих свойств различных отделов аорты проведено измерение радиальных перемещений ее стенки. Материал был получен от 47 трупов мужчин в возрасте от 30 до 39 лет, погибших по различным причинам, за исключением травм, при которых могли иметь место малозаметные повреждения аорты. Для исследования макропрепарат со стороны аорты заполняли жидким парафином до уровня венечных артерий. Уровень внутреннего давления на сосудистую стенку определяли по показаниям манометра. После застывания парафина слепок извлекали из препарата и измеряли. Слепки внутренней поверхности следующих препаратов получали при более высоком давлении. Для каждого препарата получены слепки, отражающие изменения радиальных перемещений различных отделов грудной аорты при внутреннем давлении от 0 до 180 мм рт.ст. с шагом 20 мм. После окончания всех экспериментов были вычислены средние величины относительных радиальных перемещений сосудистой стенки аорты. Исследованию на растяжение были подвергнуты образцы сосудистой стенки из восходящего и нисходящего отделов аорты. После получения парафиновых слепков из стенок восходящего и нисходящего отделов аорты выштамповывали плоские образцы в виде двусторонней лопатки (с расширением для зажимов). Размеры рабочей части образца составляли 15 мм, ширина 2 мм. Из каждого препарата аорты получали 6 образцов, по 3 в осевом и окружном направлениях. Полученные образцы подвергали растяжению на разрывной машине «Instron 1122», позволяющей в широком диапазоне варьировать скорость нагружения и получать высокую точность измерений действующих усилий и деформаций. Автоматическую регистрацию диаграммы нагрузка–удлинение производили в масштабе 1:20 по перемещениям.

Результатами исследования механических характеристик являлись величины разрушающих напряжений в окружном и осевом направлениях и соответствующие величины деформаций образцов стенок сосудов. Прочностные характеристики материала определялись следующим образом: прочность – как отношение разрывной нагрузки к фактической площади поперечного сечения образца в момент разрушения, максимальная деформация в направлении нагружения – как отношение максимального удлинения образца в момент разрушения к начальной ее длине. Из результатов видно, что восходящий и нисходящий отделы грудной аорты в окружном направлении обладают большей прочностью и деформативной способностью, чем в осевом. Для нисходящего отдела прочность стенки и ее деформативная способность в осевом направлении составляет соответственно 37,3 и 57,8 % от прочности и деформативной способности в окружном направлении. Для восходящего отдела характерна бóльшая прочность и деформативная способность, чем для нисходящего отдела. Так, для образцов, взятых из восходящего отдела в осевом направлении, величина этих параметров на 27,9 и 30,4 % больше соответствующих величин для нисходящего отдела грудной аорты. При большой прочности материала образцов из восходящего отдела в окружном направлении (на 21,3 % больше прочности образцов нисходящего отдела) их деформативная способность практически одинакова. Для уровня напряжений, которые соответствуют физиологическому давлению на внутреннюю поверхность аорты, деформация образцов материала нисходящего отдела в осевом направлении составляет 65,9–69,0 % от деформации образцов в окружном направлении; для восходящего отдела это соотношение составляет 81,8–90,75 %.

Таким образом, проведенные экспериментально-расчетные исследования упругих, прочностных и деформативных характеристик различных отделов грудной аорты свидетельствуют о значительной неоднородности механических свойств сосудистой стенки. Кроме того, выявленные закономерности прочностных и упругих свойств позволяют уточнить различные функциональные назначения отдельных участков грудной аорты с механической точки зрения. Согласно нашим исследованиям, роль демпфирующей камеры (гасителя колебаний) при ударных выбросах крови выполняет преимущественно восходящий отдел аорты, а нисходящая ее часть является лишь проводящим отделом.

Преимущественное образование аневризм в восходящем отделе с последующим разрушением сосудистой стенки можно объяснить большей податливостью этого отрезка аорты в окружном направлении.

При обычной пульсовой волне восходящий отдел аорты практически полностью гасит ее демпфирующее воздействие. При резком пиковом повышении величины пульсовой волны ее воздействие распространяется на нисходящий отдел аорты и может вызвать разрушение сосудистой стенки. Такие явления могут иметь место при травмах, связанных с инерционными нагрузками всего тела – резком ускорении при столкновении с быстро движущейся автомашиной, падении с высоты и т.д.

Список литературы:

1. Атлас по судебной медицине / под ред. Ю. И. Пиголкина. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 376 с.
2. Жукова, Т. В. Возможный механизм участия механического напряжения стенок сосудов в возрастном развитии склероза / Т. В. Жукова, Ю. Г. Кот, Е. Е. Перьский // Вестник ХГУ. – 2006. – Вып. 3, № 729. – С. 21–24.
3. Пиголкин, Ю. И. Судебная медицина: учеб. / Ю. И. Пиголкин, В. Л. Попов, И. А. Дубровин. – М.: МИА, 2010. – 424 с.
4. Травматический разрыв нисходящего отдела грудной части аорты / Л. Л. Ситар, В. Г. Тельман, И. Н. Кравченко, М. Д. Тлатола // Клин. хирургия. – 1991. – № 7. – С. 69–70.
5. Хирургическая тактика при коррекции травматических аневризм нисходящей грудной аорты / Л. Л. Ситар, А. А. Антощенко, В. В. Попов, И. Н. Кравченко // 36 науч. прац. спiвробиникiв iм П. Л. Шупика. – Киев, 2009. – Вип. 9, кн. 1. – С. 321–325.
6. Шмидт, Р. Физиология человека: в 3 т. Т. 2.: пер. с англ. / Р. Шмидт, Г. Тевс. – 3-е изд. – М.: Мир, 2005. – 640 с.
7. Sandberg, L. B. In vitro studies of elastin metabolism // Connect. Tissue Res. – 1981. – Vol. 8. – P. 219–225.
8. Silver, F. N. Viscoeelasticity of the vessel wall: the role of collagen and elastic fibers // Crit. Rev. Biomed. Eng. – 2001. – № 29. – P. 279–301.