Самарские ученые создали установку для испытаний ткани аорты

Ученые Самарского университета им. Королёва и Самарского государственного медицинского университета разработали и запатентовали установку для испытаний тканей аорты. Данные, полученные с помощью этой установки, в ближайшей перспективе помогут врачам прогнозировать риск разрыва аорты и необходимость проведения операции, а также упростят и сделают более качественным подбор имплантата при подготовке пациента к хирургическому вмешательству. Проект получил финансовую поддержку в виде гранта Инновационного фонда Самарской области.

Аорта – это главная и самая большая артерия в организме человека: по аорте кровь, обогащенная кислородом, транспортируется из сердца к остальным внутренним органам. Из-за различных патологических факторов внутренняя стенка аорты может начать структурно изменяться, расслаиваться и растягиваться, в результате образуется так называемая аневризма – расширение стенки аорты в виде мешка или веретена, которое с течением времени может прорваться, что в 90% случаев приводит к смерти. Аневризма и расслоение (диссекция) аорты обычно развиваются в возрасте от 50 до 79 лет, частота заболевания, по статистике, составляет в год три случая на 100 тысяч женщин и 117 случаев на 100 тысяч мужчин. В Самарской области от разрыва аневризмы аорты ежегодно погибают 200-250 человек.

"Для предотвращения возникновения разрыва аорты у пациентов с аневризмой и диссекцией превентивное хирургическое вмешательство является единственным способом спасти жизнь. Своевременное и точное выявление пациентов с высоким риском требует эффективных прогностических индикаторов нежелательных явлений со стороны аорты и точных порогов распределения риска. Наша установка относится к медицинской испытательной технике и позволяет на основе результатов испытаний образцов биологических тканей создать стандартизированную, универсальную методику определения морфологии и биомеханических свойств стенки аорты. Это даст врачам важный дополнительный прогностический индикатор для оценки аорты конкретного пациента и сопоставления с другими факторами риска. Это позволит создать программу (шкалу) прогноза разрыва или роста аорты у больных по совокупности факторов и предложить пациентам своевременное оперативное лечение, до разрыва. То есть наша установка дает данные, с помощью которых врачи уже сейчас начинают разрабатывать универсальную систему определения биомеханических свойств аорты и прогнозирования развития аневризмы и риска ее разрыва", – рассказал Ярослав Ерисов, заведующий кафедрой обработки металлов давлением Самарского университета им. Королёва.

В настоящее время в качестве критерия необходимости срочного хирургического вмешательства врачи используют размер диаметра аневризмы. Показанием к проведению операции считается бессимптомная аневризма с диаметром более 5,5 см у мужчин и более 5 см у женщин. Однако решение о сроках операции, основывающееся только на размере диаметра, может оказаться неточным: согласно статистике, более половины аневризм с диаметром более 5 см долгое время остаются совершенно стабильными, а примерно 13% аневризм диаметром менее 5 см, наоборот, имеют значительный риск разрыва и требуют немедленной операции.

"Хотя размер диаметра и является на практике основным показателем для принятия решения об операции, на этапах определения статуса аневризмы и прогнозирования риска разрыва существуют множество различных переменных: это, например, возраст и пол пациента, образ жизни, наличие гипертонии, вредных привычек, сопутствующих заболеваний, ведь все пациенты совершенно разные, с разным состоянием здоровья и образом жизни. Поэтому для понимания процесса развития аневризмы очень важно знать биомеханические свойства тканей аорты у того или иного пациента в зависимости от этих переменных – возраста, состояния здоровья и так далее. Разрабатываемая универсальная система определения свойств аорты и прогнозирования развития аневризмы будет на основе математической модели предлагать врачам дополнительные критерии к назначению операции – это поможет, например, спасти жизни тех пациентов, у которых диаметр аневризмы еще небольшой, однако существует скрытый риск разрыва", – отметил Олег Дмитриев, заведующий отделением сосудистой хирургии №1 клиники факультетской хирургии Самарского государственного медицинского университета.

Созданная самарскими учеными испытательная установка по размерам умещается на обычном письменном столе, а вот размер "испытуемых" куда как меньше: это небольшие – до 4 см в длину – кусочки тканей аорты, удаленные ранее во время хирургических операций у различных пациентов. По характеру "экзекуций", которым подвергаются эти биоматериалы в ходе испытаний, установку можно условно сравнить с гильотиной и дыбой: сначала кусочек ткани аорты фиксируют в устройстве для вырубки и обрезают его до нужного размера двигающимся вертикально лезвием. Затем получившийся образец для испытаний закрепляют в оснастке и устанавливают в контейнер с раствором, имеющим физико-химические свойства крови человека.

Далее специальный механизм подвергает кусочек ткани различным нагрузкам, имитирующим те, которые обычно испытывают ткани аорты внутри человека при прохождении потока крови. Исследуемый образец беспощадно растягивают в разных плоскостях, а датчики установки точно фиксируют напряжение и деформацию ткани в зависимости от прилагаемых нагрузок. Полученные данные о биомеханических свойствах образца специалисты вносят в базу и сопоставляют с набором личных данных (возраст, пол, состояние здоровья и т.д.) того самого пациента, у которого ранее и был удален этот фрагмент аорты при операции. Так создается основа будущей универсальной системы определения биомеханических свойств аорты и прогнозирования развития аневризмы и риска разрыва. Кстати, на данную установку, а также на разработанную учеными методику проведения испытаний уже выданы патенты РФ.

Результаты испытаний на этой установке также помогут врачам в подборе имплантатов, которые в ходе операций устанавливаются на месте удаляемых участков аорты.

"Для успешной операции на аорте очень важно подобрать наиболее подходящий материал для имплантата. Выбор того или иного материала должен основываться на биомеханических свойствах и морфологии аорты, которые могут сильно варьироваться у разных пациентов. Благодаря нашему проекту можно будет значительно упростить и сделать более персонифицированным процесс подбора материала для имплантата. Правильный выбор материала поможет избежать возможных послеоперационных осложнений, таких как разрыв и формирование повторных аневризм", – подчеркнул Ярослав Ерисов.

Как ожидается, работы по созданию универсальной системы определения биомеханических свойств аорты и прогнозирования развития аневризмы могут занять около двух лет.

Фото: Олеся Орина