Оценка состояния глазного кровотока в норме и при гипергликемии на основании данных ультразвукового исследования в эксперименте

Сахарный диабет (СД) и его осложнения представляют серьезную медико-социальную и экономическую проблему, являясь основной причиной потери трудоспособности, ранней инвалидности и смертности населения во всех экономически развитых странах мира. Диабетическая ретинопатия (ДР) — позднее неспецифическое сосудистое осложнение СД. Развитие ДР сопровождается прогрессирующим, необратимым снижением зрения, приводя к значительному ухудшению качества жизни пациентов с СД [1].

Нарушение микрогемодинамики и изменение реологических свойств крови наблюдается уже на начальных этапах развития ДР. Установлено, что больные СД без ретинопатии или с начальными ее проявлениями имеют нарушения функции сосудов, питающих глаз [3, 4, 7]. Дальнейшее развитие ДР приводит к усугублению гемодинамических нарушений, несмотря на строгий контроль гликемии, артериального давления и липидного обмена. Действующий многофакторный каскад реакций и изменений в микроциркуляторном русле сетчатки неизбежно приводит к прогрессированию ДР и снижению зрительных функций. В этой связи повышенный интерес вызывает изучение глазного кровотока, способствующее пониманию микроциркуляторных нарушений при СД и поиску возможностей их коррекции.

Большой простор для научного поиска дают исследования на животных. Основными методами изучения патологических изменений у экспериментальных животных являются поствитальные исследования — различные методы гистологии, иммуногистохимии и т.д. Изучение живых объектов в значительной мере затруднено из-за их малого размера, а также сопряжено с дополнительными сложностями в связи с необходимостью проведения исследований под наркозом.

В качестве объекта экспериментальных исследований наибольший интерес представляют крысы. Это объясняется тем, что морфологическое строение и ангиоархитектоника сосудов сетчатки крысы схожи с сосудами сетчатки человека, что делает данную экспериментальную модель наиболее корректной для воспроизведения ретинальной сосудистой патологии человека [8]. Кроме того, доступность и экономичность этих животных дают преимущества их использования. Прижизненное исследование сосудистой системы глаза и орбиты у крыс в эксперименте до сих пор не проводилось. Показатели глазного кровотока у этих животных в норме и при различных патологических состояниях специальному изучению не подвергались.

В клинической практике для оценки состояния кровотока сетчатки и зрительного нерва при различных заболеваниях глаза широко используются ультразвуковые (УЗ) методы исследования, такие как цветовое допплеровское картирование (ЦДК) и энергетическое картирование (ЭК). Большинство авторов указывают на высокую информативность этих методов в диагностике и прогнозе сосудистой патологии глаза в клинической практике [5, 8, 9, 11].

Проведение настоящего экспериментального исследования направлено на получение информации об особенностях гемодинамических нарушений микроциркуляторного русла органа зрения у крыс с гипергликемией задолго до появления первых клинических признаков поражения сетчатки. Результаты проведенных исследований позволят создать гемодинамическую модель патогенеза ДР, способствующую более полному и детальному пониманию всего комплекса механизмов развития этого заболевания.

Цель настоящего исследования — разработка схемы кровоснабжения глаза крысы и изучение основных показателей кровотока in vivo в условиях нормо- и гипергликемии на основании данных УЗ-исследования.

Эксперимент выполнен на 20 крысах-самцах (40 глаз) линии Вистар массой тела 200—250 г.

В I серии экспериментов у 10 животных определяли параметры кровотока в норме. Исследование проводили у интактных крыс троекратно с интервалом 10 дней в условиях общей анестезии.

Во II серии экспериментов другим 10 животным предварительно моделировали СД путем введения стрептозотоцина (60 мг на 1 кг массы внутрибрюшинно однократно в 1 мл 0,9% раствора NaCl). Его диабетогенное действие связано с повреждением β-клеток поджелудочной железы [2]. Критерием тяжести заболевания служили уровень гипергликемии, потеря массы тела, выраженность полиурии. Уровень глюкозы в крови составлял от 20 до 27 ммоль/л, контроль осуществляли с помощью глюкометра 1 раз в неделю. Исследования проводили троекратно в сроки 2, 4, 6 мес и 12 мес.

УЗ-исследования, включающие высокочастотное серошкальное сканирование, ЦДК, ЭК и импульсную допплерографию выполняли с помощью многофункционального диагностического УЗ-прибора VOLUSION 730 Pro («General Electric Healthcare») с использованием линейного датчика SP 10—16 МГц в режиме сканирования Small Part. При соприкосновении датчика с увлажненным гелем глазом крысы и при ориентации датчика в двух стандартных проекциях — горизонтальной (аксиальной) и вертикальной — получали серошкальное изображение глаза и орбиты, а также карту сосудистых потоков в ретробульбарном пространстве. С целью увеличения разрешающей способности в ручном режиме переключали датчик на максимальную частоту 6—16 МГц. Для оптимизации изображения регулировали глубину сканирования (до 15 мм) с помощью функции Depth и устанавливали фокус (Foc) в зоне интереса — 10 мм. Исследование сосуда включало следующие этапы: регистрацию потока крови с определением его направления, определение принадлежности потока крови к артериальной или венозной системе, анатомическую идентификацию сосуда в характерном для него местоположении.

При проведении УЗ-исследования идентифицировали максимальный пульсирующий поток крови, расположенный у вершины орбиты и соответствующий по гемодинамическим характеристикам глазной артерии (ГА). Для точного определения ГА сравнивали место локализации потока крови с проекцией зрительного нерва. Если поток крови располагался кнутри от зрительного нерва, то его определяли как верхнюю глазную артерию (ВГА), если кнаружи — как нижнюю глазную артерию (НГА). При проведении плоскости сканирования через задний полюс глаза в проекции зрительного нерва определяли артериальный поток, соответствующий центральной артерии сетчатки (ЦАС), и минимальный пульсирующий кровоток, соответствующий центральной вене сетчатки (ЦВС). Вблизи заднего полюса глаза регистрировали два потока крови, симметричные с обеих сторон от зрительного нерва. Поток крови был направлен в сторону глаза и соответствовал проекции задних длинных цилиарных артерий (ЗДЦА).

С помощью импульсной допплерографии оценивали допплеровские характеристики потока в артериях и регистрировали спектр допплеровского сдвига частот (СДСЧ) с определением основных количественных показателей кровотока: максимальной систолической скорости (V_syst), конечной диастолической скорости (V_diast) и индекса резистентности или периферического сопротивления (RI).

Полученные данные статистически обработаны с применением программ Statistica for Windows 5,0 и Biostat 6,0.

При осмотре глазного дна с фоторегистрацией и ангиографии с флюоресцеином в течение всего периода исследования изменений выявлено не было.

При применении ЦДК и ЭК мы отмечали наилучшую визуализацию сосудов в режиме ЭК и использовали его в комплексе с импульсной допплерографией для регистрации и анализа качественных и количественных показателей кровотока в ретробульбарных артериях и венах.

Анализ полученных данных показал, что СДСЧ кровотока в сосудах орбиты здоровой крысы по сравнению с таковым в сосудах кролика по качественным и количественным характеристикам в большей степени соответствует СДСЧ кровотока в орбитальных сосудах человека в норме [6] (рис.1, а, б, в).

Средние значения показателей глазного кровотока в орбитальных сосудах в норме приведены в табл. 1.

Данные табл. 1 показывают, что наибольшие значения показателей скорости кровотока наблюдались в НГА и в среднем составили: V_syst=12,25±1,55 см/с, V_diast=4,75±0,94 см/с, RI=0,61±0,1.

Более низкие параметры скорости кровотока отмечались в ЦАС (V_syst=6,99±0,89 см/с, V_diast=2,91±0,68 см/с) и ЗДЦА (V_syst=5,83±0,99 см/с, V_diast=2,48± 0,41 см/с) при невысоком индексе периферического сопротивления (RI=0,53±0,1 и RI=0,65±0,1 соответственно).

Показатель V_syst венозного кровотока в ЦВС в среднем составлял 4,23±0,73 см/с.

На основании результатов УЗ-исследования сосудистой системы глаза и орбиты крысы, а также с учетом данных литературы нами была разработана схема кровоснабжения [10, 12]. Как видно на рис. 2,

Разработка схемы кровоснабжения глаза и оценка качественных и количественных характеристик кровотока в сосудах ретробульбарного пространства у крысы в норме позволили применить полученные данные для изучения особенностей гемодинамики глаза при моделировании сосудистой патологии в эксперименте.

Результаты исследований в экспериментальной модели стрептозотоцинового СД показали, что изменение состояния кровотока отмечалось во всех исследуемых сосудах в разные сроки наблюдения.

Данные табл. 2

Установлено достоверное снижение всех показателей скорости кровотока в ЦАС, ЗДЦА и достоверное повышение RI по сравнению с контролем у всех животных. Максимальное достоверное увеличение RI в ЦАС наблюдалось с 4-го месяца и сохранялось в течение всего периода исследования, в то время как в ЗДЦА достоверное увеличение RI отмечалось во всех сроках наблюдения, что может свидетельствовать о более раннем вовлечении в патологический процесс мелких сосудов (см. рис. 3, б, в). Выраженные изменения количественных показателей глазного кровотока указывают на значительное затруднение перфузии в системе НГА и ее ветвей уже на начальных этапах развития ДР.

Скорость венозного кровотока (V_syst) в ЦВС достоверно снижалась лишь к 12 мес и в среднем составила 2,19 см/с, что свидетельствует о наличии признаков венозного стаза в орбите в отдаленные сроки развития СД (см. рис. 3, г).

УЗ-исследование, включающее ЦДК, ЭК и импульсную допплерографию, является современным неинвазивным и высокоинформативным методом, позволяющим изучить состояние кровообращения глаза крысы in vivo и оценить основные параметры глазного кровотока. Наиболее четкая визуализация потоков крови наблюдалась в энергетическом режиме, что дало возможность изучить кровоток в сосудах глаза на всем их протяжении, оценить направление хода сосудов, их анатомическое расположение, а также взаимоотношение с другими орбитальными структурами.

Выполненные исследования позволили разработать схему кровоснабжения глаза крысы и изучить основные параметры кровотока. Полученные данные дают возможность оценить состояние кровотока у животных в условиях гипергликемии и определить сроки возникновения нарушений в микроциркуляторном русле до появления клинических признаков поражения сетчатки.

Таким образом, УЗ-методы исследования позволяют обнаруживать ранние гемодинамические нарушения, которые, по-видимому, являются предвестниками диабетического поражения сетчатки и могут быть использованы в оценке развития этой патологии, а также служить дополнительным критерием эффективности профилактики и лечения глазных проявлений СД.