Число пациентов с сахарным диабетом постоянно растет. Это заболевание зачастую приводит к опасным осложнениям. Например, нарушения кровоснабжения могут спровоцировать синдром диабетической стопы — патологические изменения в нервной системе, артериальном и микрососудистом русле и костно-суставном аппарате стопы. Для их диагностики сегодня применяют неинвазивные экспериментальные методы. Но cхожие клинические проявления могут быть вызваны различными заболеваниями.

Биомеханики Пермского Политеха разработали математическую модель микроциркуляции в организме больных сахарным диабетом. Она позволит спрогнозировать опасные последствия болезни и улучшить диагностику.

Результаты исследования ученые опубликовали в «Российском журнале биомеханики». В работе также приняли участие специалисты ПГМУ имени академика Е. А. Вагнера. Исследование выполнено при финансовой поддержке Пермского НОЦ мирового уровня «Рациональное недропользование».

В основе диабета 2-го типа лежит нарушение регуляции инсулина. Это приводит к хроническому повышению уровня глюкозы, свободных жирных кислот в плазме крови и развитию опасных для жизни сосудистых заболеваний и осложнений.

«При сахарном диабете у больных может возникать реперфузионный синдром – совокупность осложнений после восстановления кровотока в органах и тканях, где ранее было уменьшено кровоснабжение. Это вызывает повреждение клеток, тканей и органов на различных уровнях и приводит к развитию полиорганной недостаточности. Одним из наиболее серьезных осложнений является синдром диабетической стопы, который объединяет патологические изменения периферической нервной системы, артериального и микрососудистого русла и костно-суставного аппарата стопы. Он часто приводит к развитию язв и гангрены стопы», – поясняет руководитель проекта, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» Пермского Политеха, кандидат физико-математических наук Наталья Шабрыкина.

Распределение давлений интерстициальной жидкости в норме (а) и при сахарном диабете (б) / ©Пресс-служба Пермского Политеха

По словам ученых, синдром диабетической стопы приводит к развитию язвы примерно у 25 процентов пациентов. Четверть язв не заживает, что подвергает пациентов риску ампутации, пятилетняя смертность после которой наблюдается в диапазоне от 39 до 68 процентов случаев. По статистике, от 40 до 60 процентов нетравматических ампутаций нижних конечностей во всем мире вызваны диабетическими осложнениями, и 80 процентов следуют за диабетическими язвами стопы.

Кроме того, сахарный диабет может приводить к другим заболеваниям: поражению сосудистой системы глаз, патологиям почек и нервной системы. Их частота и тяжесть определяются микрососудистыми осложнениями. Ученые Пермского Политеха с коллегами предложили математическую модель микроциркуляции в организме, которая позволит заранее спрогнозировать эти осложнения и улучшить лечение больных. При этом данные сравнивают с измерениями скорости фильтрации, полученными с помощью капилляроскопии.

Изолинии и линии тока для скоростей течения интерстициальной жидкости в норме (а) и при сахарном диабете (б) / ©Пресс-служба Пермского Политеха

Модель позволила описать биомеханические эффекты, которые возникают в капиллярах на микроуровне. Для «воссоздания» диабетических условий ученые задали больший радиус капилляра, увеличенное расстояние в нем и повышенную гидравлическую проводимость стенки. Они проанализировали различные параметры микроциркуляции: радиус и длину капилляра, гидростатическое давление на его артериальном и венозном концах, онкотическое давление, вязкость крови, гидравлическую проводимость стенки капилляра, а также гидравлическую проводимость и пористость ткани. Это позволило выявить, какие из них влияют на давление и фильтрацию в сосудах.

«С помощью модели удалось объяснить, почему восстановление сосудов после повреждения вызывает обострение синдрома диабетической стопы. Сахарный диабет изменяет структуру капилляров, повышает гидравлическую проводимость капиллярной стенки и вязкость крови и приводит к недостаточному лимфатическому дренажу. Эти изменения могут усугубляться падением давления в артериальном конце капилляра. Когда кровоток восстанавливается, расширенный капилляр и повышенная проницаемость стенки резко увеличивают скорость фильтрации. При этом из-за нарушения работы лимфатических сосудов не обеспечивается необходимый дренаж. Это вызывает отек и нарушения микроциркуляции», – поясняет исследовательница.

По словам ученых, разработку можно использовать для выявления причин нарушений микроциркуляции. Это позволит найти более эффективные способы их лечения.