Разработка ученых Пермского Политеха поможет избежать опасных осложнений сахарного диабета

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» (2022). В работе также приняли участие специалисты ПГМУ им. 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 .

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

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.