Каждый шестой человек с геморрагическим инсультом – кровоизлиянием в мозг, вызванным разрывом сосудов, – умирает в машине скорой помощи. Риск кровоизлияния, приводящего к летальному исходу или тяжелым неврологическим последствиям, остается высоким даже после успешной операции на сосудах. Приблизиться к пониманию законов движения крови в сосудах головного мозга и методов управления кровотоком удалось благодаря тесному сотрудничеству практикующих нейрохирургов с «фундаментальными» механиками и математиками. Результаты гидродинамического моделирования позволили полностью контролировать ход оперативного вмешательства на сосудах головного мозга, что радикально изменило сам принцип проведения нейрохирургических операций и привело к значительному снижению риска возникновения послеоперационных осложнений
Нейрохирурги давно имеют дело с артериальной аневризмой (выпячиванием стенки артериальных сосудов) и артериовенозной мальформацией (спутанным сосудистым клубком). Традиционное лечение таких патологий состоит в их полном «выключении» из кровотока путем открытой либо эндоваскулярной (внутрисосудистой) операции на мозге. Но даже после успешного хирургического вмешательства у пациента иногда случается кровоизлияние, что значительно увеличивает риск летального исхода.
Почему же две совершенно одинаковые операции заканчиваются для пациентов по-разному? Можно ли прогнозировать правильный ход и последствия оперативного вмешательства, чтобы минимизировать его риски? За ответами на эти вопросы нейрохирурги Сибирского федерального биомедицинского исследовательского центра им. акад. Е. Н. Мешалкина обратились к специалистам новосибирского Института гидродинамики им. акад. М. А. Лаврентьева СО РАН. Так начались мультидисциплинарные исследования механизма гемодинамики головного мозга, результаты которых легли в основу новых методов лечения сосудистых аномалий.
«Выключаем» из кровотока
Сегодня для лечения аневризм в аневризматическую полость внедряют конструкции (спирали, стенты) из различных металлов, позволяющие достигать хорошего результата с минимальным числом осложнений. И хотя частота таких аномалий достаточно высока – из 100 тыс. человек примерно у 15 есть артериальная аневризма головного мозга, – их можно диагностировать с помощью МРТ, а благодаря современным технологиям пациент возвращается домой уже через пару дней после операции.
Сложнее обстоит дело с артериовенозной мальформацией, которая образуется во время эмбрионального развития из-за ошибки в формировании сосудов. Диагностировать ее на раннем этапе сложно, так как до определенного возраста (обычно до 30 лет) эта аномалия никак себя не проявляет. Суть современного лечения АВМ заключается в эмболизации (закупорке) патологических сосудов, для чего в них вводят специальные вещества, «заклеивающие» аномалию. Раньше фрагменты АВМ «отключали» по очереди, но недавно появился препарат оникс (ONYX), который позволяет полностью выключать аномалию при его введении в один из сосудов. К сожалению, частота кровоизлияний во время и после такой операции оказалась высокой (до 16,7 %).
Сотрудничество нейрохирургов с гидродинамиками началось с поиска ответов на вопросы, касающиеся лечения именно этой патологии. Дело в том, что через АВМ проходит очень большой объем крови, но до мозга он не доходит, сбрасываясь в вены, – так аномалия «обкрадывает» головной мозг. Чтобы восполнить потери, рядом с аномалией формируются новые сосуды, которые и питают мозг. И когда врач полностью выключает АВМ, весь этот кровеносный поток устремляется по этим сосудам, которые оказываются не готовыми к такому напору и поэтому рвутся. Так возникают послеоперационные кровоизлияния. Поэтому первая задача, которую надо было решить, это определить объем аномалии, который допустимо «выключить» за одну операцию – 10, 15 или 30 %.
Следующая задача – определить, с каких сосудов начинать эмболизацию. Клубок АВМ состоит из сосудов разного диаметра: здесь и большие фистулы (трубки диаметром несколько миллиметров), и среднесосудистая часть (сосуды диаметром меньше 1 мм), и крохотные сосудистые «ниточки». В сосудах разного диаметра кровь течет с разной скоростью. Нейрохирурги чаще начинают с мелких сосудов, но правильно ли это?
Практика показывает, что в течение полугода после процедуры эмболизации кровоснабжение полностью перестраивается. Однако это происходит не у всех: у 2 % пациентов за это время случается кровоизлияние. Так можно ли узнать, когда закончится процесс перестройки гемодинамики у конкретного пациента?
Перед математиками стояла иная задача: есть две операции, которые проведены по одному сценарию и с похожими результатами, но с разными клиническими исходами. Требуется определить причины возникших осложнений и найти параметры, которые определяют безопасность хирургического лечения у пациентов со случайно выявленными аномалиями сосудов головного мозга.
Важно, что в дискуссиях между учеными и медиками сразу было достигнуто понимание, что создать модель, описывающую течение крови в сосудах головного мозга, невозможно без точных экспериментальных клинических данных, которые можно получить только путем мониторинга во время операции. В противном случае можно будет написать интересные академические статьи о компьютерном моделировании, которые вряд ли окажут заметное влияние на хирургическую практику.
Для мониторинга гемодинамики был приобретен прибор ComboMap известного американского производителя Volcano. Вопреки первоначальному скепсису, ученым удалось усовершенствовать его «родное» программное обеспечение. В конечном счете на свет появился новый, во многом оригинальный приборно-измерительный комплекс для эндоваскулярного интраоперационного мониторинга.
Очень тонкий, волосовидный датчик прибора позволяет с высокой точностью измерять давление и скорость потока крови в сосудах диаметром более 1,5 мм. Измерения проводили до и после операции в одних и тех же точках, расположенных на различных расстояниях от сосудистой аномалии, что дало возможность качественно и количественно оценить параметры кровотока. На основе этих данных была создана математическая модель кровотока головного мозга, которая позволяет предсказывать поведение сосудов в разных условиях. Аппарат диаграмм «давление – скорость» и «расход – поток энергии» позволяет характеризовать тип сосудистой аномалии по гемодинамическим параметрам и оценивать эффективность непосредственно по ходу операции. На сегодня такой мониторинг является уникальным не только в России, но и в мире.
Риск сведен к минимуму
Конкретным результатом работы врачей и ученых-гидродинамиков стала разработка нового алгоритма эндоваскулярного лечения АВМ. На примере локальной математической модели АВМ были рассмотрены различные гипотетические сценарии ее эмболизации. Оказалось, что если сначала выключить мелкие «составляющие» аномалии, то значительно увеличивается поток по фистуле и соседним здоровым сосудам. Последующее же выключение самого большого сосуда может сделать нагрузку на эту «резервную» систему непосильной. Поэтому начинать эмболизацию нужно с самого крупного сосуда, а потом ждать, пока кровяной поток не перераспределится. Это означает, что при аномалиях средних и крупных размеров лечение должно быть поэтапным, причем за одно вмешательство не следует выключать более 60% объема АВМ.
Неожиданный результат дала оценка временного интервала, достаточного для перестройки кровообращения после оперативного вмешательства. Обычно перерыв между операциями составлял около полугода, но исследования на модели показали, что кровоток перестраивается за неделю. Это очень важно, потому что, как упоминалось выше, за столь длительный срок у 2 % пациентов происходят кровоизлияния в мозг; недельный перерыв сводит риск к минимуму.
С появлением гемодинамической модели удалось решить и некоторые проблемы, связанные с лечением пациентов с несколькими аневризмами. Оценив поведение параметра «скорость-давление» для каждой аневризмы, можно легко определить, от какой из них нужно избавиться в первую очередь. Благодаря мониторингу во время операций есть возможность сразу оценивать результаты действий и менять тактику по ходу операции. Например, если установки одного стента окажется недостаточно, можно поставить спираль или дополнительный стент. В результате пациент избегает повторной операции.
Математики помогли нейрохирургам решить и проблему, связанную с так называемыми бифуркационными аневризмами – сосудистыми «тройниками», которые образуются на месте расхождения сонных артерий. Даже после казавшегося успешным лечения такие аномалии очень часто возвращаются в исходное состояние. Оказалось, что все дело в величине угла между сосудами. Когда аневризму закрывают спиралями, в этих местах могут образовываться дочерние вихревые потоки, которые вызывают сужение артерий, незаметное на ангиограмме. Поток крови по сосудам затрудняется, а у шейки аневризмы – увеличивается, и аномалия снова начинает расти. Чтобы избежать этого осложнения, нужно ставить стенты таким образом, чтобы паразитные потоки не образовывались.
Своими результатами новосибирские специалисты делятся с коллегами по всему миру. Но нужно понимать, что у разных клиник свой формат работы, у разных хирургов – свои предпочтения. Есть приверженцы открытых операций на головном мозге, кто-то просто удаляет аномалию. Результат операции также можно оценивать по-разному. Ведь есть еще качество жизни, на котором может отразиться даже шрам на голове. Так, в США после успешно проведенной открытой операции по удалению АВМ около 14 % американцев теряют работу, а после эндоваскулярных – только 2–3 %. И любые разработки, которые увеличивают эффективность и снижают риск этих операций, будут всегда востребованы.
Подробнее о законах движения крови в сосудах головного мозга, о методах управления кровотоком, о полном контроле за ходом операций на сосудах головного мозга, который позволит свести к минимуму послеоперационные риски читайте в статье нейрохирурга К.Ю. Орлова и доктора ф.-м. наук, профессора А.П. Чупахина "Мозговой кровоток как гидродинамическая модель"
