Биология ва тиббиёт муаммолари 2018, №2 (100) 173
УДК: 616-008.851.852-:
(
616-07)
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО - МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТРОМБОВ
А.В. ВОРОНИН, Р.А. САДИКОВ, О.В. КИМ, Б.А. ИСМАИЛОВ, Н.Э. ДЖУМАЕВА
Республиканский Специализированный Научно-Практический Медицинский Центр Хирургии
им. акад. В.Вахидова, Республика Узбекистан, г. Ташкент
ТРОМБЛАРНИНГ ФИЗИК – МЕХАНИК ХУСУСИЯТЛАРИНИ ЎРГАНИШ
А.В. ВОРОНИН, Р.А. САДИКОВ, О.В. КИМ, Б.А. ИСМАИЛОВ, Н.Э. ДЖУМАЕВА
Акад. В.Вохидов номидаги Республика Ихтисослаштирилган Илмий-Амалий Хирургия Тиббиёт
Маркази, Ўзбекистон Республикаси, Тошкент шаҳри
INVESTIGATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF THROMBUS
A.V. VORONIN, R.A. SADYKOV, O.V. KIM, B.A. ISMAILOV, N.E. DJUMAEVA
Republican Special Scientific and Practical Center for Surgery named after Academician V.Vakhidov,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
Исследование
физико-механических
свойств тромбов в последнее время приобретает
все больший интерес в практической медицине.
Изучение таких физических параметров тромба,
как сила адгезии, плотность, пористость, эластич-
ность, а также изменение данных свойств тромба
с течением времени, динамики тромба открывает
новые возможности в гематологии, хирургии и
других отраслях медицины.
Чем же важно понимание механических
свойств тромба? Механические свойства тромба
определяют его функцию. В гемостазе тромб при-
зван остановить кровотечение, а значит его струк-
тура должна быть достаточно сильной, чтобы вы-
держивать давление артериального кровотока. В
данном случае очень важны его механические
свойства.
Если сосуд частично закупорен, вязкоупру-
гие свойства тромба определяют, как заставит его
деформироваться давление кровяного потока, об-
ратимо или необратимо, будет его разрывать или
эмболизировать. Механические свойства тромба
будут определять, как он реагирует на лечение,
такое как ангиопластика коронарной артерии или
применение гемостатических средств [12, 14].
Клинические методы исследования фи-
зико-механических свойств тромба.
В совре-
менной медицинской практике представлено не
так много методик, позволяющих исследовать
тромб с точки зрения его механических свойств.
К наиболее известным и широко применяемым в
клинической практике, относят: тромбоэласто-
графию, ультразвуковое исследование, метод
тромбодинамики (оптическая регистрация ре-
тракции)
Тромбоэластография (ТЭГ)
– достаточно
известный и широко применяемый метод. Дан-
ный метод позволяет производить оценку состоя-
ния системы гемостаза путем изучения вязко-
эластических свойств сгустка. Принцип ТЭГ ос-
нован на интегральной оценке механизма гемо-
стаза. Метод позволяет рассматривать тромб как
целостный результат всего механизма тромбооб-
разования и взаимодействия всех его звеньев: ко-
агуляционного процесса, тромбоцитарного пути, а
так же механизмов фибринолиза и антикоагуля-
ционного механизма [12].
Методика ТЭГ впервые была предложена
H. Harlet в 1948 году. Несмотря на широкое при-
менение в клинической практике, метод не был
универсальным и обладал рядом недостатков:
низкая воспроизводимость и чувствительность.
Кроме того, данный метод не позволял выявлять
незначительные нарушения в механизме гемоста-
за, а также производить аналитическую оценку
этих нарушений. По этой причине метод исполь-
зовался весьма ограниченно лишь для оценочного
выявления наиболее выраженных патологий си-
стемы свертывания крови и фибринолиза. Однако
в 90-х годах прошлого века метод приобрел вто-
рую жизнь, в первую очередь благодаря появле-
нию кардинально новых аппаратов ТЭГ. Подоб-
ные аппараты позволили выявлять гипокоагуля-
цию и признаки нарушения внутрисосудистого
свертывания на ранних стадиях. Современный
метод тромбоэластографии представляет собой
унифицированную
методику,
позволяющую
определять такие состояния как нарушение агре-
гации тромбоцитов, гиперфибринолиз. С помо-
щью ТЭГ в клинике успешно оценивается и кор-
релируется проводимая антиагрегатная и антико-
агуляционная терапия. На сегодняшний день ме-
тод широко применяется в самых разнообразных
сферах медицины: кардиологии, гинекологии, ге-
матологии, хирургии и др. [12].
Удобство метода заключается в том, что он
позволяет оценить весь процесс тромбообразова-
ния в динамике от формирования первых нитей
фибрина, до полного лизиса тромба. Кроме того,
к явным преимуществам метода ТЭГ относятся:
простота выполнения, возможность работать с
кровью без предварительной ее подготовки (цен-
Исследование физико - механических свойств тромбов
174 2018, №2 (100) Проблемы биологии и медицины
трифугирование, отделение эритроцитов), воз-
можность выявления избыточного фибринолиза.
Ультразвуковое исследование тромбов
-
достаточно известный метод исследования физи-
ческих параметров тромба. Чаще всего данный
метод используется при диагностике тромбозов и
различных тромбоэмболических процессов в кро-
веносных сосудах.
Таким образом, используемая методика
позволяет быстро и точно оценить наличие тром-
бообразования в крупных сосудах, их локализа-
цию, а также размеры, структуру, плотность. В
основе исследования лежит комплексная ультра-
звуковая диагностика всей венозной системы с
применением таких диагностических методов, как
сонэластография, допплерэластография, режим
цветного картирования кровотока [3]. Ультразву-
ковое исследование тромбов позволяет опреде-
лять такие физико-механические параметры вы-
явленных тромбов, как плотность и эластичность,
и регистрировать при этом их цифровые коэффи-
циенты при помощи компьютерных программ,
установленных на современных сканерах (Hitachi
EUB 8500). При помощи данного метода косвенно
можно определить плотность тромба и скорость
его ретракции. Недостатками способа являются
низкая достоверность и информативность прово-
димой диагностики, поскольку степень достовер-
ности полученных данных зависит от уровня под-
готовленности специалиста, проводящего иссле-
дование, а также рабочих характеристик самого
аппарата [3]. Таким образом, на сегодняшний
день отсутствуют объективные автоматизирован-
ные способы оценки плотности тромбомасс как в
просвете вен, так и в условиях in vitro [3].
Оптическая регистрация ретракции (ме-
тод тромбодинамики)
. Метод тромбодинамики
достаточно новый способ, позволяющий в усло-
виях invitro оценить степень наступившей ретрак-
ции и физические параметры сгустка. Данный
метод основан на наблюдении за пространствен-
ным ростом фибринового сгустка в условиях,
максимально приближенных к естественным.
Свертывание активируется в тонком слое не пе-
ремешиваемой плазмы крови с помощью тканево-
го фактора, локализованного в пространстве.
Процесс формирования и распространения фиб-
ринового сгустка фиксирует цифровая фотокаме-
ра.
Полученные снимки автоматически обраба-
тываются программным обеспечением, по ним
вычисляются такие важные характеристики про-
цесса, как скорость роста фибринового сгустка,
его размер, образование спонтанных сгустков.
Это позволяет одновременно регистрировать
нарушения на всех стадиях процесса. Преимуще-
ством данного метода является возможность
определять наступление ретракции в режиме ре-
ального времени, отмечать скорость и время
наступления ретракции [5].
Методы
исследования
физико-
механических свойств материалов.
Используе-
мые в клинике методы не позволяют в полной
мере описать физические параметры тромбов и их
механические свойства. Все эти методики позво-
ляют, как правило, измерять лишь один из пара-
метров сгустка – плотность, либо эластичность.
Однако помимо плотности все большее значение
приобретает необходимость исследования и дру-
гих физических параметров тромба: адгезии,
прочности, герметичности, пористости. Исследо-
ваниям подобных свойств сгустка в настоящее
время уделяется недостаточное внимание [12].
Описанные в литературе методы физиче-
ских исследований большей частью применяются
для определения параметров поликомпозицион-
ных материалов и покрытий и пока еще не нашли
своего применения в медицине и биологии для
исследования свойств тромбов в условиях in vitro.
Однако, сложное строение тромба, включающее в
себя множество клеточных и белковых компонен-
тов, позволяет рассматривать его в качестве по-
ликомпозиционного материала.
Методы исследования силы адгезии
Из всех физико-механических свойств
тромба, наибольший интерес представляет сила
адгезии тромба к поверхности субстрата. По силе
адгезии можно судить о степени прилипания
тромба к поверхности, и соответственно, о воз-
можности использования тромба для герметиза-
ции ткани. В данном случае описываются мето-
дики исследования адгезии in vitro, где в качестве
материала подложки или субстрата чаще всего
используется стекло.
Адгезия зависит от природы контактирую-
щих фаз, свойств их поверхностей и площади
контакта. Причиной возникновения адгезионной
связи является действие межмолекулярных сил
или сил химического взаимодействия. Характери-
стикой прочности адгезионного соединения слу-
жат прочностные показатели, например, сопро-
тивление раздиру и разрыву, предел прочности
при изгибе и растяжении и т.д. [1, 9].
Существующие методы исследования адге-
зии условно можно разделить на разрушающие и
не разрушающие. Кроме того, методы измерения
адгезии можно классифицировать по способу
нарушения адгезионной связи: неравномерный
отрыв, равномерный отрыв и сдвиг. Разрушаю-
щие методы могут быть статическими и динами-
ческими [2, 10].
Наиболее распространены методы неравно-
мерного отрыва (отслаивания, расслаивания). Они
позволяют выявить колебания в величине адгезии
на отдельных участках испытуемого образца.
Кроме того, эти методы дают достаточно хоро-
А.В. Воронин, Р.А. Садиков, О.В. Ким, Б.А. Исмаилов, Н.Э. Джумаева
Биология ва тиббиёт муаммолари 2018, №2 (100) 175
шую воспроизводимость результатов и отличают-
ся простотой.
Наиболее распространенным прибором для
измерения адгезии являются обычные силоизме-
рители типа разрывных машин (динамометры).
Конструкции динамометров весьма разнообразны.
Наиболее часто применяются маятниковые дина-
мометры, безынерционные силоизмерители. Де-
формация упругого элемента в этих приборах из-
меряется с помощью электронной аппаратуры.
Методы неравномерного отрыва -
общим
признаком для них является нарушение связи
между адгезивом и субстратом, причем усилие
прикладывается не к центру соединения, а к од-
ному его краю, поэтому связь нарушается посте-
пенно [2].
Методы равномерного отрыва -
измеряют
величину усилия, необходимого для отделения
адгезива от субстрата одновременно по всей пло-
щади контакта. Усилие при этом прикладывается
перпендикулярно плоскости клеевого шва, а ве-
личина адгезии характеризуется силой, отнесен-
ной к единице площади контакта (в Н/м
2
) [2, 11].
Методы сдвига -
испытание на сдвиг при
кручении образцов имеет перед рассмотренными
методами растяжения и сжатия одно важное пре-
имущество: при кручении возникает чистый сдвиг
без отрывающего усилия. В наиболее чистом виде
сдвиг реализуется при скручивании двух тонко-
стенных цилиндров, склеенных торцами [2].
Все рассмотренные методы измерения аг-
дезии характеризуются кратковременным прило-
жением нагрузки. Это статические методы. Но
иногда проводят измерения адгезии путем при-
ложения знакопеременных циклически изменяю-
щихся нагрузок, ударных и длительных статиче-
ских нагрузок [1, 14].
Помимо адгезии, для исследования механи-
ческих свойств тромбов, представляют интерес и
другие физические параметры: прочность тром-
бов, их эластичность и герметичность [12]. Имен-
но прочность тромба, после адгезии, является
важным показателем для использования тромба в
хирургии.
В широком понимании под прочностью по-
нимают механическое свойство материала проти-
востоять деформации. Существует несколько раз-
личных видов прочности. Существует, например,
прочность на разрыв, на сжатие, на изгиб [6, 15].
Тромб, имеющий в своей основе нити фиб-
рина, представляет собой вязкоупругий полимер.
Упругие твердые тела характеризуются законом
Гука, который утверждает, что деформация про-
порциональна напряжению или силе, приложен-
ной к площади. Но с другой стороны, в классиче-
ской теории гидродинамики вязкие материалы
характеризуются законом Ньютона, в котором
говорится, что напряжение пропорционально ско-
рости деформации, но не зависит от самого
напряжения. Вискоэластичные материалы, такие
как фибрин, как резина, пластик и большое коли-
чество полимеров, имеют разные степени упруго-
сти и вязкости [8]. Таким образом, вязкоупругие
полимеры часто характеризуются двумя различ-
ными параметрами, один из которых представля-
ет упругие свойства, а другой представляет собой
вязкие свойства.
Очень плотный тромб не будет деформиро-
ваться так сильно, как тромб с меньшей плотно-
стью при действии на них одинаковой силы. Бо-
лее вязкий тромб с неупругим компонентом будет
больше подвергаться деформации под действием
протекающей крови, чем более эластичный сгу-
сток, который вернется к своей первоначальной
форме, когда действующая на него сила будет
устранена. Вязкоупругие свойства обычно изме-
ряют путем приложения напряжения или силы на
единицу площади к полимеру и растяжением по-
лимера относительно общей длины. Полученная
кривая, которая отображает величину деформа-
ции по отношению к приложенной силе называ-
ется модулем упругости. Данный параметр неза-
висим от формы и размера объекта и использует-
ся для характеристики материалов [8, 10]. Боль-
шоймодуль упругости означает, что для деформа-
ции материала необходимо приложить большую
силу, такой материал называется жестким, в то
время как малый модуль означает, что требуется
меньшее напряжение и такой материал является
менее жестким. Такие измерения могут произво-
диться либо статически (без движения), либо ди-
намически (например, колебательное движение)
[8, 13].
Для исследования плотности (жесткости) и
вязоупругих свойств тромба возможно примене-
ние гибридного аппарата Реометр-3. Неэластич-
ный или вязкий компонент можно измерить в ста-
тической системе, подвергая исследуемый обра-
зец действию силы в течении времени и отмечаю
произошедшую перестройку структуры под дей-
ствием этой силы в течении заданного времени. В
динамических измерениях необратимая деформа-
ция определяется распадом амплитуды колеба-
ний, которая возникает из-за этих необратимых
процессов или изразности фаз между напряжени-
ем и деформацией в вынужденных колебаниях.
Таким образом, при помощи реометра возможно
определение модуля упругости при сдвиге, а так-
же фазовый угол – отношение эластичной (обра-
тимой) и вязкой (необратимой) деформации [12,
9].
Еще одним методом, позволяющим оценить
плотность, а также в какой- то степени, эластич-
ность исследуемого материала, является метод
определения сопротивления вдавливанию. Мето-
дика предназначена для проведения испытания
Исследование физико - механических свойств тромбов
176 2018, №2 (100) Проблемы биологии и медицины
полимерных материалов и покрытий на их основе
по показателю сопротивления вдавливанию.
Сущность метода заключается в определении со-
противления прессованного материала или по-
крытия вдавливанию (пенетрации) при заданной
нагрузке [4, 16].
Исследование механических свойств тром-
бов позволит разработать новые методы диагно-
стики и лечения тяжелыхпатологических состоя-
ний связанных с процессами тромбообразования.
Так, например, клинические исследования проде-
монстрировали взаимосвязь между инфарктом
миокарда и механическими свойствами тромба.
При In vitro формировании фибриновых сгустков
у пациентов с инфарктом миокарда они получа-
лись более жесткими и плотными по сравнению с
контрольными [7, 11].
Существующие и применяемые сегодня ме-
тоды оценки механических свойств тромба явля-
ются лишь косвенными, раскрывают свойства
тромба приблизительно и не могут в полной мере
отразить физические свойства тромба. Создание
простых и удобных в применении методов оценки
физико-механических свойств тромбов позволило
бы более глубоко изучить механизмы формиро-
вания и изменения тромба на разных его стадиях,
а особенно на стадии контракции.
Литература:
1.
Вакула В.Л., Л.М. Притыкин Физическая хи-
мия адгезии полимеров // М.: Химия, 1984. 224 с.
2.
Гольдина И. М. и др. Роль длины флотирую-
щего тромба в показаниях к тромбэктомии
//Ультразвуковая и функциональная диагностика.
– 2013. – №. 6. – С. 71-77.
3.
Гуринов Д.А., Кириенко А.И Ультразвуковая
диагностика болезней вен. // М.: Литера, 200 с.
4.
Кримчеева Г. Г. Диагностика изоляционных
покрытий: метод. указания// – Ухта: УГТУ, 2009.
22-23 с.
5.
Медведев И. Н. и др. Методические подходы
к исследованию реологических свойств крови при
различных состояниях //Российский кардиологи-
ческий журнал. – 2017. – №. 5. – С. 42-45.
6.
Одинак М. М. и др. Острый церебральный
тромбоз–реканализация за пределами окна тром-
болитической терапии //Дисфункция эндотелия.
Патогенетическое значение и методы коррекции.
Под ред. НН Петрищева. СПб: ВМедА. – 2007. –
С. 121-139.
7.
Пешкова А. Д., Ложкин А. П., Фатхуллина Л.
С., Малясёв Д. В., Бредихин Р. А., Литвинов Р. И.
Зависимость контракции (ретракции) сгустка от
молекулярного и клеточного состава крови. //
Экспериментальная медицина. 72-73 с.
8.
Повстугар В.И., Кодолов В.И., Михайлова
С.С Строение и свойства поверхности полимер-
ных материалов // - М.: Химия, 1988-192 с
9.
Чуличков А. Л. и др. Пороговая активация
свертывания крови и рост тромба в условиях кро-
вотока //Математическое моделирование. – 2000.
– Т. 12. – №. 3. – С. 75-96.
10.
Huang C. C. et al. Assessing the viscoelastic
properties of thrombus using a solid-sphere-based
instantaneous
force
approach
//Ultrasound
in
Medicine and Biology. – 2011. – Т. 37. – №. 10. – С.
1722-1733.
11.
Fatah K., Silveira A., Tornvall P., Karpe F.,
Blombäck M., Hamsten A. Proneness to formation of
tight and rigid fibrin gel structures in men with
myocardial infarction at a young age// Thromb.
Haemost. 76. 1996. 535-540с.
12.
Ferry J.D. Viscoelastic Properties of Polymers.//
John Wiley, New York, 1980. 672с.
13.
Jeffrey Weitz, Sara J Henderson. Zinc promotes
clot stability by accelerating clot formation and
modifying fibrin structure // Thrombosis and
haemostatis. 2015. 3-4 с.
14.
Mohammad A., Jiang z., Morita M. Design of a
novel type micro-stirrer excited by longitudinal
elastic wave for thrombus dissolution //Journal of
Biomechanical Science and Engineering. – 2011. – Т.
6. – №. 4. – С. 262-269.
15.
Scrutton M.C., Ross-Murphy S.B., Bennett
G.M., Stirling Y., Meade T.W. Changes in clot de-
formability - a possible explanation for the epidemio-
logical association between plasma fibrinogen con-
centration and myocardial infarction.// Blood Coagul.
Fibrinolysis 5. 1994. 719-723с.
16.
Weisel John W. The mechanical properties of
fibrin for basic scientists and clinicians// Biophys
Chem. 2004. 1-17 с.
