Сосуд это вена: вена кровеносный сосуд артерия — это… Что такое вена кровеносный сосуд артерия?

alexxlab Сосуд

Содержание

Кровеносный сосуд — это… Что такое Кровеносный сосуд?

Кровеносный сосуд

Кровеносные сосуды тела человека (схема)

Кровено́сные сосу́ды — эластичные трубчатые образования в теле животных и человека, по которым силой ритмически сокрашающегося сердца или пульсирущего сосуда осуществляется перемещение крови по организму: к органам и тканям по артериям, артериолам, артериальным капиллярам, и от них к сердцу — по венозным капиллярам, венулам и венам.

Классификация кровеносных сосудов

Среди сосудов кровеносной системы различают артерии, артериолы, гемокапилляры, венулы, вены и артериоло-венозные анастомозы; сосуды системы микроциркуляторного русла осуществляют взаимосвязь между артериями и венами. Сосуды разных типов отличаются не только по своей толщине, но и по тканевому составу и функциональным особенностям.

  • Артерии — сосуды, по которым кровь движется от сердца. Артерии имеют толстые стенки, в которых содержатся мышечные волокна, а также коллагеновые и эластические волокна. Они очень эластичные и могут сужаться или расширяться, в зависимости от количества перекачиваемой сердцем крови.
  • Артериолы — мелкие артерии, по току крови непосредственно предшествующие капиллярам. В их сосудистой стенке преобладают гладкие мышечные волокна, благодаря которым артериолы могут менять величину своего просвета и, таким образом, сопротивление.
  • Капилляры — это мельчайшие кровеносные сосуды, настолько тонкие, что вещества могут свободно проникать через их стенку. Через стенку капилляров осуществляется отдача питательных веществ и кислорода из крови в клетки и переход углекислого газа и других продуктов жизнедеятельности из клеток в кровь.
  • Венулы — мелкие кровеносные сосуды, обеспечивающие в большом круге отток обедненной кислородом и насыщенной продуктами жизнедеятельности крови из капилляров в вены.
  • Вены — это сосуды, по которым кровь движется к сердцу. Стенки вен менее толстые, чем стенки артерий и содержат соответственно меньше мышечных волокон и эластических элементов.

Строение кровеносных сосудов (на примере аорты)

Строение аорты: 1. эластическая мембрана (внешняя оболочка или Tunica externa, 2. мышечная оболочка (Tunica media), 3. внутренняя оболочка (Tunica intima)

Этот пример описывает строение артериального сосуда. Строение других типов сосудов может отличаться от описанного ниже. Подробнее см. соответствующие статьи.

Аорта выстланна изнутри эндотелием, который вместе с подлежащим слоем соединительной ткани (субэндотелием) образует внутреннюю оболочку (лат. tunica intima). Средняя (мышечная) оболочка (лат. tunica media) отделена от внутренней очень тонкой внутренней эластичной мембраной. Мышечная оболочка построена из гладких мышечных клеток. Поверх мышечной оболочки лежит наружная эластическая мембрана, состоящая из пучков эластических волокон (лат. tunica externa).

Заболевания сосудов

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Камешковский район Владимирской области
  • Шотландский терьер

Полезное


Смотреть что такое «Кровеносный сосуд» в других словарях:

  • кровеносный сосуд — ▲ сосуд (организма) ↑ для (чего), кровь кровеносный сосуд. артерия сосуд, проводящий кровь от сердца. артериальный. аорта. сонная артерия. вена сосуд, проводящий кровь к сердцу. венечный. венозный. воротная вена. яремные вены. коронарный (#… …   Идеографический словарь русского языка

  • КРОВЕНОСНЫЙ — КРОВЕНОСНЫЙ, кровеносная, кровеносное (анат.). Служащий для кровообращения. Кровеносный сосуд. Кровеносная система (система кровообращения в теле человека и животных, состоящая из сердца, артерий, вен и капилляров). Толковый словарь Ушакова. Д.Н …   Толковый словарь Ушакова

  • сосуд — СОСУД1, а, м Трубчатый орган, по которому движется жидкость, например, кровь, лимфа. Кровеносный сосуд. Лимфатические сосуды. Заболевание сосудов. СОСУД2, а, м Емкость из различных твердых материалов (стекла, металла и т.п.), среднего или малого… …   Толковый словарь русских существительных

  • КРОВЕНОСНЫЙ — КРОВЕНОСНЫЙ, ая, ое. Служащий для кровообращения. Кровеносная система. К. сосуд. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 …   Толковый словарь Ожегова

  • Сосуд (Vessel) — проток или канал, по которому в организме проходит какая либо биологическая жидкость (кровеносный или лимфатический сосуд). Источник: Медицинский словарь …   Медицинские термины

  • СОСУД — (vessel) проток или канал, по которому в организме проходит какая либо биологическая жидкость (кровеносный или лимфатический сосуд) …   Толковый словарь по медицине

  • сосуд коллатеральный — (v. collaterale, PNA, BNA, JNA; син. коллатераль сосудистая) кровеносный С., по которому происходит движение крови в обход основного С …   Большой медицинский словарь

  • сосуд кровеносный — (v. sanguineum) С., по которому движется кровь; к С. к. относят артерии, артериолы, капилляры, венулы и вены …   Большой медицинский словарь

  • Сосуд Кровеносный (Blood Vessel) — трубка, по которой циркулирует кровь по всему организму. См. Артерия, Артериола, Вена, Венула, Капилляр. Источник: Медицинский словарь …   Медицинские термины

  • СОСУД КРОВЕНОСНЫЙ — (blood vessel) трубка, по которой циркулирует кровь по всему организму. См. Артерия, Артериола, Вена, Венула, Капилляр …   Толковый словарь по медицине

Аорта и полая вена — самые большие сосуды в кровообращении

В организме человека есть множество кровеносных сосудов. Все они необходимы для транспортировки крови, несущей органам питательные вещества. Самой большой артерией является аорта.

Значимость артерий для организма человека

Кровеносная система тела состоит:

  • сердца;
  • артерий;
  • вен.

Также сюда входят кроветворные и кровеносные сосуды. По артериям течет артериальная кровь, являющаяся соединительной тканью и имеющая важное значение для кровообращения. Она проходит через сердце, будучи обогащенной кислородом. Аорта, являясь самой большой артерией тела человека, питается кровью, которая перекачивается сердцем. Диаметр аорты составляет 2,5 см. Характерной особенностью этого сосуда являются прочные стенки, способные выдержать давление, обеспечиваемое сокращением сердца.


Исключительными артериями, не несущими артериальную кровь, являются артерии легочного ствола. В данном случае кровообращение позволяет обогатить жидкость кислородом.

В системе кровообращения выделяют два круга: малый и большой. Первый необходим для снабжения кровью легких. Поступая из правого желудочка, жидкость проходит к легочным капиллярам, после чего насыщается кислородом и отправляется в левое предсердие. Артериальная кровь следует по большому кругу и отправляется в левый желудочек, после чего следует к аорте. В теле человека также есть артериолы — маленькие сосуды, позволяющие транспортировать жидкость по всему организму. Через вены эта кровь поступает в правое предсердие.

Значимость вен в системе кровообращения человека

Особенностью вен является перенос красной жидкости, еще не насыщенной кислородом. Они отличаются менее прочными стенками, чем у самой большой артерии в теле. Соответственно, в отличие от артериальных стенок, венозные испытывают меньшее давление. Однако среди вен тоже есть одна довольно крупная. Самая большая вена достигает в диаметре 2,5 сантиметров. Маленькие же вены принято называть венулами.


По легочной вене течет кровь, которая уже насыщена кислородом. У каждой вены есть внутренние клапаны, препятствующие обратному оттоку. Человек, столкнувшийся с нарушениями работы клапанов, может заболеть варикозом.

Где расположена самая большая артерия тела

Самый большой сосуд в теле человека, играющий важную роль в системе кровоснабжения, имеет сложное расположение. Его восходящая часть начинается от левого желудочка, далее ствол идет дугой, спускаясь вниз. Именно внизу находится нисходящая часть, которую разделяют на брюшную и грудную. Особенностью восходящей линии является снабжение артерий, которые переносят кровь к сердцу. Такие артерии называют венечными.

Дуга аорты переносит кровь к подключичной артерии, а также к общей сонной (левые и плечеголовные стволы). Эти сосуды переносят питательную жидкость, насыщенную кислородом, в мозг, шейный отдел и руки.

Что представляет собой артериальное давление

Именно об артериальном давлении часто приходится слышать обывателям, поэтому ему уделяют самое большое внимание. Действительно, артерии являются важными сосудами, нормальное функционирование которых жизненно необходимо для человека. Нормальное артериальное давление показывает, что кровь может снабжать кислородом и питательными элементами весь организм.

Все кровеносные сосуды делятся на вены и артерии. Когда по ним проходит кровь, создается давление. Артериальное давление появляется в результате работы красной жидкости, проходящей по артериальным сосудам, причем его показатели зависят от степени эластичности этих сосудов. Известно, что мышцы нашего сердца выполняют сокращение не менее 60 раз в минуту при нормальной жизнедеятельности. Такой показатель необходим для того, чтобы все тело успешно снабжалось питательной жидкостью.

При измерении артериального давления регистрируют систолический и диастолический показатели. Первый показатель — это систолическое артериальное давление. Его нормой считается 120 мм рт. ст. Для диастолического давления норма составляет 80 мм рт. ст. Когда происходит увеличение давления, регистрируют систолу. При снижении давления и расслаблении сердечной мышцы регистрируется диастолическое артериальное давление.

Почему возникает высокое артериальное давление

Большое (высокое) артериальное давление принято называть гипертензией. Когда насосная мощность становится чрезмерной, человеческое тело оказывается под нагрузкой собственной крови. Организм оказывается не в состоянии нормально функционировать, что может грозить пагубными последствиями. Гипертензия часто встречается среди жителей развитых стран, где наблюдается стрессовый уровень жизни.

Чем старше становится человек, тем выше риск развития гипертензии. Даже молодые люди иногда сталкиваются с высоким артериальным давлением. Сосуды могут испытывать нагрузку из-за большого выброса гормонов (адреналин и норадреналин). Проблемы с высоким давлением встречаются у тех, кто любит употреблять пиво, нанося вред почкам. Проблема гипертензии заключается в том, что практически всегда она проходит скрыто. Люди, ведущее малоподвижный образ жизни, накапливающие лишний вес или употребляющие много алкоголя, а также соленой пищи, часто даже не подозревают о развитии гипертензии. Между тем чем выше давление, тем выше становится риск повреждения сосудов. Самые страшные последствия гипертензии представляют собой инсульт, развитие недостаточности сердца или почек, инфаркта миокарда.

Почему возникает гипотензия

Низкое артериальное давление (гипотензия) не является опасным для человека. Однако люди, испытывающие гипотензию, ощущают слабость в теле. Часто возникает головокружение, снижается концентрация и растет утомляемость. Поэтому гипотензия способна причинять большой дискомфорт. Самыми неприятными последствиями этого явления считается снижение интеллектуальной активности. С гипотензией сталкиваются девушки, при этом Всемирная организация здравоохранения утверждает, что низкий уровень давления составляет 100/60 мм рт. ст. для женщин и 110/70 мм рт.ст. для мужчин. Стоит отметить, что некоторые чувствуют себя вполне комфортно даже при постоянной гипотензии.

Самая большая вена тела человека

В системе кровообращения принято выделять две полые вены: нижнюю и верхнюю. Нижняя полая вена собирает венозную кровь, циркулирующую в нижней части организма. Верхняя полая вена идет от головы и впадает в правое предсердие.

Роль сердца в кровообращении

Система кровообращения человека представляет собой сложную структуру. Движение крови происходит благодаря разнице давления между артериальной и венозной системами. Именно сердце порождает разницу давления, перекачивая кровь из вен в артерии. У артерий практически нет гладких мышц, но есть эластичная оболочка, за счет которой амортизируются перепады давления. Благодаря упругости и растяжимости, артерии способны принимать дополнительные объемы красной жидкости, приводящие к подъему давления на 50-60 мм.

Благодаря упругим стенкам артерий, нужное давление поддерживается, причем даже если сердце в данный момент не перекачивает кровь. Это позволяет ему не упасть до нуля. Кровоток в системе кровоснабжения циркулирует непрерывно. Когда стенка растягивается, происходит пульсация, которую можно прощупать, приложив палец. Благодаря гладкой мускулатуре артериолы быстро изменяют просвет, что позволяет создавать сопротивление для кровотока. Вот почему на артериолы приходится максимум падения давления. В венозной системе кровь оказывается благодарят посткапиллярам и венам.

В человеке за счет развитой системы кровообращения есть несколько механизмов, способствующих венозному возврату. Первый представляет собой базовый механизм, сводящийся к использованию перепадов давления. Вены есть и в скелетных мышцах, причем во время их сокращения кровь как бы выжимается из мышцы. Подобный механизм важен для ног, ведь из-за прямохождения красной жидкости приходится преодолевать гравитацию. Третий механизм представляет собой использование атмосферного давления в грудной клетке. Когда человек совершает вдох, кровь в его теле начинает цикл возврата. Именно поэтому принято считать, что вены играют роль емкостных сосудов.

Наконец, следует отметить и капиллярную систему, играющую большую роль в кровообращении. Капилляры характеризуются самой высокой проницаемостью, поэтому в капиллярной крови хорошо растворяются низкомолекулярные вещества. С помощью капилляров в теле осуществляется обмен веществ между жидкостью ткани и плазмой. Капиллярная кровь характеризуется феноменальными показателями. Например, один из самых удивительных фактов говорит, что даже при диффузии обменная поверхность капилляров человеческого тела обеспечивает перекачку 60 литров крови за минуту.

Особенности строения артерий

Мы обозначили, что артерии представляют собой сосуды гораздо более крепкие, чем вены. Строение любой артерии трехслойное. Первый слой представляет собой эндотелиальные клетки. Его называют внутренним. Средний слой состоит из волокон гладкой мускулатуры и эластичной ткани. В этом и состоит самое главное отличие артерий друг от друга. В зависимости от преобладания конкретных волокон различаются и сами артерии. Крупные отличаются большим объемом коллагена и эластина. Мелкие же (артериолы) почти на 90% состоят из мышечных элементов. Наружный слой представляет собой соединительную ткань.

Особенности артериальной системы у мужчин

Самым главным отличием мужской артериальной системы от женской является наличие яичковых сосудов. При этом отмечается, что сердечно-сосудистые заболевания встречаются чаще именно у мужской половины населения планеты. Причем наибольший ущерб наносит системе кровообращения холестерин, способствующий развитию атеросклероза. Данное явление также становится причиной развития инфаркта миокарда.

Особенности артериальной системы у женщин

Благодаря наличию особых гормонов, кровообращение женщин защищено от воздействия холестерина. Но в какой-то момент эстрогены перестают вырабатываться, что создает риск развития гипертонии. Сложная ситуация складывается при беременности, так как это приводит к увеличению объема циркулирующей крови.

Что мы узнали о венах и артериях

Вены и артерии тела человека являются основой сосудистой системы. Они имеют разную структуру, так как должны выполнять различные функции. Артерия несет в организме обогащенную кислородом кровь к органам прямо из сердца. Чтобы обеспечить движение крови, используются сокращения миокарда, поэтому движение становится интенсивным и может достигнуть скорости 25 см/сек.

В венах кровь движется непосредственно от самих органов к сердцу. Она бедна кислородом, но в ней много углекислого газа и прочих продуктов распада. Движение венозной происходит за счет строения сосуда. Именно поэтому скорость здесь на порядок ниже. Одновременно процент венозной крови составляет 64%, тогда как на артериальную приходится всего 14%.

Кровеносные сосуды и их виды

Сердце и кровеносные сосуды образуют замкнутую систему. Кровь, заключенная в кровеносные сосуды, не вступает в прямой контакт с клетками тканей органов. Вход веществ в эту замкнутую систему и выход из нее осуществляются только через стенки сосудов. Замкну­тая кровеносная система обеспечива­ет наличие высокого и постоянного давления крови и ее быстрый возврат к сердцу.

Кровеносные сосуды представля­ют собой систему замкнутых трубок различного диаметра. Они выполня­ют транспортную функцию, регулиру­ют кровоснабжение органов, осуще­ствляют обмен веществ между кро­вью и окружающими тканями.

Кровеносные сосуды получают названия в зависимости от органа, который они кровоснабжают (напри­мер, почечная артерия), или кости, к которой они прилежат (например, локтевая артерия), и т. д.

Типы кровеносных сосудов

Артерии – это сосуды, которые несут кровь от сердца к органам и тканям.

Самая крупная артерия в организме человека – аорта. В артериях кровь движется под большим давлением.

Стенка их состоит из трех слоев:

  • наружного – соединительно-тканного;
  • среднего – мышечного, хорошо развитого, состоящего из гладкомышечных и эластических волокон;
  • внутреннего – эндотелиальной оболочки.

Такие стенки являются прочными, толстыми и упругими.

Обычно артерии располагаются глубоко под мышцами.

Крупные артерии (диаметром до 2,5 см) разветвляются на более мелкие – артериолы, а затем на капилляры.

Вены – это сосуды, которые несут кровь от органов и тканей к сердцу. Их стенка, так же как и у артерий, состоит из трех слоев, но она гораздо тоньше и слабее, так как содержит меньше гладкомышечных и эластических волокон. В просвете вен имеются полулунные клапаны, которые препятствуют обратному току крови. Стенки вен легко сжимаются окружающими мышцами, что способствует движению крови к сердцу, так как кровь в венах течет под небольшим давлением.

Капилляры – это микроскопические сосуды, стенки которых состоят из одного слоя эндотелиальных клеток. Средний диаметр капилляров около 7 мкм, толщина стенок – 1 мкм, длина – 0,2–0,7 мм.

Общая площадь сечения всех капилляров тела составляет 6300 м

2.

Именно в капиллярах кровь выполняет свои основные функции: отдает тканям кислород О2, питательные вещества и уносит диоксид углерода СО2 и другие продукты диссимиляции. Этому способствует, наряду с очень тонкой стенкой, незначительная скорость движения крови в капиллярах. Капилляры образуют сети, связывающие мелкие артерии и вены.

Строение стенок крове­носных сосудов

Стенки всех артерий, так же как и вен, состоят из трех оболочек: внутренней, средней и наружной. Толщина стенок и их тканевый состав у сосудов разных типов неодинаковы.

Внутрен­няя оболочка – интима состоит из плоских эндотелиальных клеток (эндотелиоцитов), расположенных на базальной мембране. В стенках боль­шинства артерий находится много эластических волокон, образующих внутреннюю эластическую мембрану и придающих артериям эластичность, упругость. У мелких и средних (по толщине) вен внутренняя оболочка образует полулунной формы склад­ки –

клапаны, препятствующие обратному току крови.

Средняя оболоч­ка (мышечная) состоит из гладких мышечных клеток. У артерий, по сравнению с венами, мышечная обо­лочка хорошо развита. Она содержит также эластические волокна, образу­ющие у некоторых артерий наружную эластическую мембрану.

Наружная оболочка кровеносных сосудов состо­ит из рыхлой волокнистой соедини­тельной ткани. В ней расположены нервы и кровеносные сосуды, питаю­щие стенки сосудов.

1 артерии 2 капилляры 3 вены

Как вырастить кровеносный сосуд – аналитический портал ПОЛИТ.РУ

Группа ученых из шведского Гетеборга опубликовала статью, в которой рассказывается, как им удалось вырастить и трансплантировать двум пациентам новый кровеносный сосуд, используя донорский сосуд и 25 миллилитров крови реципиента. Ну и немного лабораторных реактивов.

Плохое состояние сосудов и недостаточное кровоснабжение оказываются причиной или заметно снижающим качество жизни следствием при многих патологиях.

Во-первых, сужение просвета коронарных (снабжающих кровью сердце) сосудов приводит к сердечной недостаточности, стенокардии и т.п. Попадание или образование в них тромба и вовсе влечет инфаркт миокарда. Сейчас для улучшения коронарного кровоснабжения применяются аорто-коронарное шунтирование и стентирование. Аорто-коронарное шунтирование в 2011 году оказалось самой частой операцией, проводимой в США (1,4% от общего числа). При шунтировании откуда-нибудь, как правило, из ноги, вырезается фрагмент вены, имеющей дублеров, и пришивается одним концом к аорте, а другим – к коронарным сосудам ниже того места, где в них образовалась непроходимость. После этого часть обогащенной кислородом крови, попадающей из сердца в аорту, будет сразу попадать в коронарные сосуды и питать сердечную мышцу. Стентирование – это манипуляция, при которой в просвет сужающегося сосуда вводится полый цилиндр-расширитель, который не дет сосуду сузиться окончательно. В отличие от аорто-коронарного шунтирования – сложной полостной операции на открытом сердце со всеми ее рисками и трудностью последующего восстановления, стент устанавливается через бедренную артерию, и пациенту даже не обязательно давать наркоз.

Другая болезнь, связанная с недостаточностью кровоснабжения – сахарный диабет. При диабетической ангиопатии сосуды делаются более ломкими, повышается вероятность атеросклероза и тромбоза. Ухудшается кровоснабжение. Все это особенно характерно для мелких сосудов нижних конечностей. В сочетании с другими проявлениями диабета это приводит к развитию синдрома так называемой диабетической стопы, часто заканчивающегося ампутацией.

В целом, для стареющего и полнеющего населения развитых стран проблемы плохого кровоснабжения очень актуальны по самым разным причинам.

В работе, о которой идет речь у нас, протезировали воротную вену печени. Воротная вена – это не вена в прямом смысле слова, кровь по ней не идет к сердцу. Воротная вена собирает кровь, идущую от органов желудочно-кишечного тракта и селезенки, и направляет ее в печень. В некоторых случаях из-за тромбоза или аномалий развития воротная вена может оказаться непроходимой или просто отсутствовать.

Пациенты, участвовавшие в исследовании, попадали в больницу с жалобами на усталость, боль в животе. Обе девочки (одна четырех, другая полутора лет) отставали в росте и наборе веса. У одной из них болезненные ощущения были явно связаны с приемом пищи. При анализе крови обнаруживались анемия, тромбоцитопения, нейтропения, но диагноз оказался не гематологическим. Компьютерная томография показала у обеих девочек отсутствие воротной вены.

Иногда в таких случаях новую вену делают из пуповинной артерии. Пуповинная артерия во время внутриутробного развития соединяет организм ребенка с организмом матери, после рождения она становится ненужной и постепенно редуцируется, ее просвет зарастает. В некоторых случаях ее остатки можно использовать для протезирования воротной вены, но в данном случае от пуповинных артерий ничего не осталось. Также можно пытаться трансплантировать донорские сосуды, а в редких тяжелых случаях и печень целиком, но это будет означать риск отторжения и пожизненный прием иммуносупрессивных препаратов.

Поскольку эти варианты не исчерпывают всех случаев патологии, стали разрабатываться методики изготовления искусственных персонализированных сосудов. На ранних этапах развития технологии пытались использовать трубки из неорганических материалов, заселяя их внутри клетками или ожидая, пока сосудистый эндотелий в местах контакта прорастет в искусственный сосуд. Этот подход не увенчался успехом.

В предыдущей своей работе авторы предложили более перспективный подход. Пересадить донорский сосуд нельзя – он вызовет иммунный ответ. Сделать новый сосуд из клеток в пробирке тоже нельзя – клетки так просто не уговорить сформировать трехмерную структуру сосуда или любого другого органа. Но в последние годы активно исследуется новый подход, заключающийся в использовании бесклеточного матрикса. Мы раньше писали о сердечном клапане и упоминали мышиную почку, созданные таким образом. Специальными растворами из донорской ткани или органа вымываются клетки, и разрушается вся ДНК. Остается только трехмерный каркас из межклеточного вещества. Этот каркас заселяется новыми клетками. Такая конструкция не должна вызывать иммунного ответа, потому что содержит только клетки реципиента.

В первом эксперименте каркас будущей воротной вены заселялся с помощью стволовых клеток из костного мозга. Они могут дифференцироваться и мышечные клетки сосудов, и в эндотелиальные клетки, выстилающие сосуд изнутри. У такого подхода есть минусы. Во-первых, пункция костного мозга болезненная процедура. Во-вторых, стволовые клетки надо долго размножать в культуре. Это требует времени и повышает риск генетических аберраций. В-третьих, среди стволовых клеток могут остаться не до конца дифференцированные. Их трансплантация сопряжена с минимальным, но все же риском образования опухоли.

Авторы работы обнаружили, что без стволовых клеток можно обойтись. Циркулирующая кровь несет в себе достаточное количество эндотелиальных клеток, и 25 миллилитров хватило для первичного заселения сосудов. Сосуды были трансплантированы двум пациенткам, и еще одной пациентке ранее был трансплантирован сосуд, заселенный клетками, полученными из стволовых.

Только в одном из трех случаев возникли осложнения, у одной из девочек в новом сосуде образовался тромб. Операцию пришлось повторить.

К настоящему моменту после вмешательства прошло более полутора лет. Кровоток восстановился, самочувствие по оценкам родителей и объективным показателям улучшилось. Эксперимент можно признать вполне успешным.

Кровеносный сосуд и сердечный клапан обладают относительно простой трехмерной структурой и состоят из небольшого числа типов клеток. Однако есть надежда, что в будущем технология бесклеточного матрикса позволит создавать из клеток реципиента и более сложные органы. Это очень сильно продвинет вперед всю трансплантологию, сильно ограниченную на сегодняшний день дефицитом донорских органов и проблемой совместимости.

каковы различия между ними? – LIFEKOREA.ru

И артерии и вены являются типами кровеносных сосудов в сердечно-сосудистой системе

Артерия уносит кровь от сердца, а вена приносит кровь обратно к сердцу.

Кровеносные сосуды необходимы для транспортировки крови по всему организму. Кровь переносит кислород и питательные вещества к различным тканям организма, позволяя им функционировать.

Сердце и кровеносные сосуды составляют сердечно-сосудистую систему. Эта система содержит сложную сеть сосудов с различными структурами и функциями.

В этой статье мы обсуждаем различия между артериями и венами. Мы также выделяем различные типы кровеносных сосудов и то, как они работают, как часть сердечно-сосудистой системы.

Артерии и вены: определения

Артерии и вены — это типы кровеносных сосудов, которые транспортируют кровь по всему организму.

Кровеносные сосуды образуют две системы, идущие к сердцу и от него. Эти две системы образуют систему кровообращения.

Системная циркуляция поставляет кислород и другие жизненно важные вещества в органы, ткани и клетки.

Системные артерии транспортируют богатую кислородом кровь от левого желудочка к остальной части тела. После этого кровь с низким содержанием кислорода собирается в системных венах и направляется в правое предсердие.

Легочное кровообращение — это место, где свежий кислород поступает в кровь.

Легочные артерии транспортируют кровь с низким содержанием кислорода из правого желудочка в легкие. Затем легочные вены транспортируют богатую кислородом кровь обратно в сердце через левое предсердие.

Капилляры — это третий тип кровеносных сосудов в организме. Они поставляют кровь непосредственно в органы.



Типы артерий

Существует три типа артерий:

Эластичные артерии

Эластичные артерии — это крупные сосуды, выходящие из сердца. Например, они включают легочную артерию и аорту. Аорта — это главная артерия, которая уносит кровь от сердца.

Сердце принудительно выкачивает кровь, чтобы она двигалась по всему телу. Эластичные артерии должны быть гибкими, чтобы справляться с приливами крови. Они расширяются, когда сердце выталкивает кровь.

Эластин — это белок, содержащийся во многих тканях, который обеспечивает гибкость органов, включая эластические артерии.

Мышечные артерии

Эластичные артерии приносят кровь в мышечные артерии, такие как бедренные или коронарные артерии.

Гладкие мышечные волокна составляют стенки мышечных артерий. Мышцы позволяют этим артериям расширяться и сжиматься. Эти изменения в размере контролируют, сколько крови движется по артериям.

Артериолы

Артериолы — это самый маленький тип артерий. Они распределяют кровь из более крупных артерий через сети капилляров.

Наружный слой артериол также содержит гладкую мускулатуру, которая регулирует расширения и сокращения.

Типы вен

Артерии и вены устроены примерно одинаково, но вены тоньше и имеют меньше мышц, что позволяет им удерживать больше крови. Вены обычно содержат около 70% крови в организме за один раз.

Венулы — самый маленький тип вены. У них очень тонкие стенки, для того, чтобы удерживать много крови. Они подают низкокислородную кровь через капилляры из артерий прямо в вены. Затем кровь возвращается к сердцу через ряд вен увеличивающегося размера и мышц.

Существует два основных типа вен: легочные и системные.

В дальнейшем системные вены классифицируются на:

  • Глубокие вены: Эти вены обычно имеют соответствующую артерию поблизости и находятся в мышечной ткани. Эти вены могут иметь односторонний клапан, чтобы предотвратить отток крови назад.
  • Поверхностные вены: Эти вены не имеют артерии с таким же названием поблизости и находятся близко к поверхности кожи. Они также могут иметь односторонний клапан.
  • Соединительные вены: Эти маленькие вены позволяют крови течь из поверхностных вен в глубокие вены.


Анатомия

Вены и артерии состоят из трех слоев:

  • Адвентициальная оболочка: Внешний слой кровеносного сосуда, состоит из коллагена и эластина. Этот слой позволяет сосуду расширяться или сжиматься, в зависимости от типа вены или артерии. Эта функция важна для контроля артериального давления.
  • Средняя оболочка: Это середина кровеносного сосуда. Эластин и мышечные волокна образуют оболочку носителей. Количество эластина или мышц варьируется в зависимости от типа кровеносного сосуда. Например, эластичные артерии содержат мало мышечных волокон в их оболочках.
  • Внутренняя оболочка: Это название относится к внутреннему слою кровеносного сосуда. Он в основном содержит эластичные мембраны и ткани и может включать клапаны, которые помогают крови двигаться в правильном направлении.

Сердечно-сосудистая система

Сердечно-сосудистая система объединяет сердце и кровеносные сосуды вместе. Система образует замкнутый контур сосудов, которые транспортируют кровь по всему организму.

Сердечно-сосудистая система необходима для поддержания жизни. Это первая крупная сеть органов, которая развивается у эмбрионов.

Все ткани организма нуждаются в кислороде и питательных веществах, чтобы выжить. Они также требуют удаления отходов, которые являются побочным продуктом обмена веществ.

Кровь необходима как для обеспечения кислородом и питательными веществами, так и для удаления отходов из тканей.

Сердце качает кровь по всему телу. Оно должно работать постоянно и с достаточной силой, чтобы все ткани организма получали достаточно крови для функционирования. Нарушения сердечно-сосудистой системы могут иметь серьезные последствия.

Сердечно-сосудистые заболевания представляют собой группу нарушений, которые поражают сердце и кровеносные сосуды, к примеру, такие как ишемическая болезнь сердца.

Эти заболевания являются основной причиной смерти во всем мире, в 2016 году на их долю пришлось около 17.9 миллиона смертей.

Артерии и вены: выводы

Артерии — это тип кровеносных сосудов, который транспортирует кровь от сердца. Вены несут кровь обратно к сердцу. Наряду с капиллярами, эти кровеносные сосуды ответственны за движение крови к тканям вокруг тела.

Сердце качает кровь через сложную систему кровеносных сосудов. Существует несколько типов артерий и вен с различными функциями. Например, некоторые содержат больше мышц для изменения количества крови, которую они несут.

Сердечно-сосудистая система имеет важное значение для жизни. Изменения в сердце или кровеносных сосудах могут быть серьезными и иногда смертельными.



Способы замены пораженных сосудов

Замена пораженных сосудов

Основной задачей хирургического лечения пациентов с протяженным сужением или закупоркой сосуда является восстановление нормального кровотока методом имплантации искусственного или собственного сосуда взамен пораженного. Каким путем реализуется эта задача? На сегодняшний день существуют два основных метода восстановления кровотока: шунтирование закупоренного (окклюзированного) участка артерии, и протезирование пораженного сосуда.

 

Способы замены пораженных сосудов

1. Шунтирование – это создание нового сосудистого русла в обход закупоренного участка. Для этого вшивается шунт выше и ниже места окклюзии, для того, чтобы кровь из вышележащих отделов сосудистого русла, стала поступать в нижележащие отделы. В качестве шунта используют собственную большую подкожную вену пациенту, или различные виды сосудистых протезов.

 

 

2. Протезирование сосуда — это замещение патологически измененного синтетическим сосудистым протезом. В основном данная процедура широко используется при аневризмах (патологическом расширении) аорты и периферических артерий. Если у пациента поставлен диагноз – аневризма, то суть процедуры протезирования заключается в замене расширенного участка сосуда искусственным сосудистым протезом. Он сшивается с неизмененными (здоровыми) приводящим и отводящим участками сосудистого русла.

 

В нашей клинике используются только высококачественные искусственные протезы сосудов фирмы PEROUSE medical (Франция) и VASCUTEK (Англия).

 

Своевременное обращение к специалистам – залог успешного лечения

Записаться на прием


§33. Кровеносные сосуды | 8 класс Учебник «Биология» «Атамура»

При сокращении сердца кровь изго­няется из него в кровеносные сосуды. Кровеносные сосуды опутывают весь организм. Они делятся на артерии, ка­пилляры и вены (рис. 99).

Рис. 99. Кровеносные сосуды:

а) расположение кровенос­ных сосудов в организме:

б) виды кровеносных сосудов: 1 артерия: 2 — вена: 3 — кла­пан; в) капилляры

Артерии транспортируют кровь, богатую кислородом, от сердца к орга­нам и тканям организма. Стенки ар­терий состоят из 3 слоев. Наружный слой придает сосудам прочность, эла­стичность, способствует их расшире­нию и сужению. Средний слой состо­ит из гладких мышечных волокон. Со­кращаясь и расслабляясь, они регули­руют диаметр просвета сосудов. Внут­ренний слой представлен плоскими эпителиальными клетками. Он умень­шает трение и дает сосудам дополни­тельную прочность. Давление крови в артериальных сосудах очень высокое. Чтобы сосуд легко растягивался под влиянием этого давления, стенки его должны быть плотными, крепкими, эластичными.

Артерии расположены в теле глубо­ко между мышцами, поэтому они не за­

метны под кожей. Самая крупная артерия называется аортой. Дви­жение насыщенной кислородом крови по организму начинается с аор­ты. куда она поступает из левого желудочка. По мере удаления от сердца крупные артерии разветвляются на более мелкие, затем пре­вращаются в капилляры.

Капилляры во много раз тоньше человеческого волоса. Эти со­суды находятся между артериями и венами. Они оплетают все орга­ны. Стенки капилляров очень тонкие, так как образованы одним слоем плоских клеток. По капиллярам кровь движется очень мед­ленно. Через тонкие стенки капилляров происходит обмен жидко­стями. питательными веществами и газами между кровью и тка­нями. Большую часть растворенного кислорода кровь отдает тка­ням. а насыщаясь углекислым газом, превращается в венозную кровь. Через стенки капилляров в ткани переходят питательные вещества, находящиеся в крови, а из тканей в кровь — продукты обмена веществ. Из капилляров кровь собирается в вены. Давле­ние крови в капиллярах небольшое.

Вены сосуды, приносящие в сердце кровь от органов и тканей. Венозная кровь насыщена углекислым газом, содержит продукты об­мена веществ, гормоны и т. п.

Стенки вен, так же как и артерий, состоят из 3 слоев. По сравне­нию с артериями их стенки более тонкие и мягкие. Вены расположе­ны близко под кожей, поэтому хорошо видны в виде разветвленных синеватых жилок. Особенно отчетливо они видны у пожилых люден. Кровь в венах движется гораздо медленнее, чем в артериях. Особен­ностью вен является наличие внутри них клапанов. Эти клапаны пре­пятствуют обратному току крови. По венам кровь продвигается толь­ко к сердцу. По обеим полым венам (верхняя и нижняя)в единицу

Таблица 5. ТИПЫ кровеносных сосудов

Название

Функции

Особенности

строения

Скорость тока крови

Давление

Артерии

транспорт крови от сердца

мощные

мышечные

(3*слойные)

стенки

0,3-0.5 м/с

120- 130 мм рт. ст..

в аорте 150 мм рт. ст.

Капилляры

газообмен и обмен

веществ

1 слой клеток — эндотелий

0.5 1,2 мм/с

20-40 мм рт. ст.

Вены

несут кровь к сердцу

имеют клапаны, стенки 3-слойные, но тонкие

0.25-0.3 м/с

0 мм рт. ст. — в крупных венах; 6 9 мм рт. ст.

времени к сердцу притекает столько же крови, сколько выбрасыва­ется им в аорту. Это наиболее крупные вены.

О Кровеносные сосуды: аорта, артерии, капилляры, вены.

А

1. Какими бывают кровеносные сосуды?

2.    Как образуются капилляры, чем они отличаются от других крове­носных сосудов?

3. Какую функцию выполняют артерии?

В

1.             Чем отличается расположение вен от расположения артерии?

2.             Каково строение стенок артерий?

3.             Какие отличия имеются в строении артерий и вен?

С

1.             Какие клапаны регулируют движение крови?

2.             Каково строение капилляров и какую роль они выполняют?

3.             В чем заключается особенность движения крови по венам?

Words to Know (Heart Glossary) (для родителей)

top

аэробика (air-OH-bik) активность: Аэробная активность – это любое движение, которое заставляет мышцы использовать кислород и заставляет сердце биться быстрее. Плавание, танцы и футбол — все это виды аэробной активности.

анестезия (ah-nes-THEE-zhuh) : Лекарство, вызывающее сонливость и предотвращающее боль во время операции.

стенокардия (an-JY-nuh) : Люди со стенокардией чувствуют боль в груди, что означает, что сердце не получает достаточного количества кислорода.

ангиопластика (AN-jee-uh-plas-tee) : Эта операция открывает закупоренный кровеносный сосуд с помощью баллонообразного устройства в самом узком месте артерии. Хирург также может вставить стент, представляющий собой крошечную трубку, которая упирает сосуд в открытое пространство и обеспечивает свободный ток крови через него.

аорта (ay-OR-tah) : Аорта является основным кровеносным сосудом, по которому кровь переносится от сердца к остальным частям тела.

аортальный стеноз (ay-OR-tik steh-NOH-sis) : Это когда аортальный клапан затвердел и имеет суженное отверстие (стеноз).Он не открывается должным образом, что увеличивает нагрузку на сердце, потому что левый желудочек должен работать сильнее, чтобы отправить кровь в тело.

аортальный клапан: Аортальный клапан — это один из двух клапанов, которые контролируют поток крови на выходе из сердца. (Другой — легочный клапан.) Эти клапаны работают, чтобы кровь текла вперед. Они открываются, чтобы кровь текла вперед, затем быстро закрываются, чтобы кровь не текла назад.

аритмия (э-э RITH-mee-э-э) : Аритмия представляет собой нарушение сердечного ритма, обычно вызванное электрическим «коротким замыканием» в сердце.Это может привести к тому, что сердце будет работать слишком быстро, слишком медленно или нерегулярно, что может привести к одышке, головокружению и боли в груди.

артерии и вены: Являясь частью системы кровообращения, они помогают телу посылать кровь к частям тела и от них. Артерии, которые обычно выглядят красными, несут кровь от сердца. Вены, которые обычно выглядят голубыми, возвращают кровь к сердцу.

артериосклероз (ar-TEER-ee-oh-skluh-ROH-sus) :  Артериосклероз, также называемый уплотнением артерий, означает, что артерии становятся утолщенными и менее гибкими.

предсердия (AY-tree-uh) :  Две камеры в верхней части сердца называются предсердиями. Предсердия — это камеры, которые наполняются кровью, возвращающейся к сердцу из тела и легких. Сердце имеет левое предсердие и правое предсердие.

предсердный перегородочный (AY-tree-uhl SEP-tuhl) дефект (ДМПП): ДМПП представляет собой отверстие в стенке сердца (называемое перегородкой), которое разделяет левое и правое предсердия.

атриовентрикулярный (AY-tree-oh-ven-TRIK-yoo-lar) канал дефект:  Этот дефект �� также известный как дефект эндокардиальной подушки или дефект атриовентрикулярной перегородки �� вызван плохо формируется центральная зона сердца.Как правило, имеется большое отверстие между верхними камерами сердца (предсердиями) и часто дополнительное отверстие между нижними камерами сердца (желудочками). Вместо двух отдельных клапанов, обеспечивающих доступ крови к сердцу, имеется один большой общий клапан, который может иметь весьма уродливую форму.

предсердие (AY дерево-мм) : Две верхние камеры сердца называются предсердиями. Это камеры, которые заполняются кровью, возвращающейся к сердцу из тела и легких.Сердце имеет левое предсердие и правое предсердие.

top

бактериальный эндокардит (бак-TEER-ee-ul en-doh-kar-DYE-tus) :  Эта инфекция в сердце возникает, когда бактерии проходят через кровь и застревают в сердечном клапане. Люди с врожденными пороками сердца или проблемами с сердечным клапаном наиболее подвержены риску развития бактериального эндокардита.

кровяное давление: Это измерение, которое показывает, насколько сильно сердце качается, чтобы перекачивать кровь по кровеносным сосудам.Артериальное давление может быть слишком высоким или слишком низким.

кровеносные сосуды: Кровь движется по множеству трубок, называемых артериями и венами, которые вместе называются кровеносными сосудами. Кровеносные сосуды, несущие кровь от сердца, называются артериями. Те, которые несут кровь обратно к сердцу, называются венами.

top

капилляр (KAP-ih-lair-ee) :  Капилляр — это чрезвычайно маленький тонкий кровеносный сосуд, который позволяет кислороду проходить из крови в ткани организма.Продукты жизнедеятельности, такие как углекислый газ, попадают из тканей в кровь через капилляры.

катетеризация сердца (KAR-dee-ak ka-thuh-ter-uh-ZAY-shun) : Катетеризация сердца — это медицинская процедура, позволяющая получить информацию о структурах и функциях сердца. Врачи могут измерять давление и уровень кислорода в крови в камерах сердца.

кардиолог (kar-dee-AHL-uh-jist) : Этот врач специализируется на диагностике и лечении заболеваний сердца, таких как шумы в сердце и высокое кровяное давление.Детский кардиолог заботится о младенцах, детях и подростках с проблемами сердца.

сердечно-сосудистые (кар-ди-о-вас-кюх-лер) болезнь:  Сердечно-сосудистые заболевания — это группа проблем, возникающих при неправильной работе сердца и кровеносных сосудов.

сердечно-сосудистая система :  Сердце и система кровообращения (также называемая сердечно-сосудистой системой) составляют сеть, доставляющую кровь к тканям организма. С каждым ударом сердца кровь разносится по всему телу, неся кислород и питательные вещества ко всем нашим клеткам.Сердечно-сосудистая система состоит из сердца и кровеносных сосудов, включая артерии, вены и капилляры.

сонная (kuh-RAH-tid) артерия: Сонные артерии — это два крупных кровеносных сосуда на шее, которые снабжают кровью головной мозг.

катетер (KA thuh-ter) : Катетер представляет собой тонкую гибкую трубку. Его можно ввести в кровеносный сосуд на ноге, руке или шее и провести к сердцу во время катетеризации сердца.

катетеризация (ka-thuh-tur-uh-ZAY-shun) :  В ходе этой процедуры в тело пациента вводится длинная тонкая трубка для введения специального красителя, с помощью которого можно выявить суженные участки артерий из-за для образования бляшек и обнаружения других проблем с сердцем.

камеры: Сердце состоит из четырех различных отделов или камер. Эти камеры соединены друг с другом клапанами, которые контролируют, сколько крови поступает в каждую камеру в любой момент времени.

кровообращение (ser-kyuh-LAY-shun) :  Движение крови через сердце и по всему телу называется кровообращением.Сердцу требуется менее 60 секунд, чтобы перекачать кровь к каждой клетке вашего тела.

кровеносная система (SER-kyuh-luh-tor-ee) система: Система кровообращения состоит из сердца и кровеносных сосудов, включая артерии, вены и капилляры. Наши тела на самом деле имеют две системы кровообращения: легочная циркуляция представляет собой короткую петлю от сердца к легким и обратно, а системная циркуляция (система, которую мы обычно думаем как наша кровеносная система) направляет кровь от сердца ко всем остальным части нашего тела и обратно.

коарктация (coh-ark-TAY-shun) аорты (COA): Коарктация аорты представляет собой сужение участка аорты, часто серьезно снижающее кровоток от сердца к нижняя часть тела.

врожденный (kuhn-JEN-ih-tuhl) пороки сердца:  Врожденные пороки сердца — это аномалии в структуре сердца, присутствующие при рождении. Они происходят из-за неполного или аномального развития сердца плода в самые ранние недели беременности.Известно, что некоторые из них связаны с генетическими нарушениями, такими как синдром Дауна, но причина большинства врожденных пороков сердца неизвестна. Хотя их нельзя предотвратить, существует множество методов лечения дефектов и связанных с ними проблем со здоровьем.

сокращение (kuhn-TRAK-shun) :  Вы узнаете, что нашли свой пульс, когда почувствуете небольшое биение под кожей. Каждый удар вызван сокращением (сжатием) вашего сердца.

top

эхокардиограмма (eh-ko-KAR-dee-uh-gram) :  Эхокардиограмма использует звуковые волны для диагностики проблем с сердцем.Эти волны отражаются от частей сердца, создавая изображение сердца, которое отображается на мониторе.

электрокардиограмма (eh-lek-tro-KAR-dee-uh-gram) :  Электрокардиограмма (также называемая ЭКГ или ЭКГ) регистрирует электрическую активность сердца. На грудную клетку накладывают липкие электроды (электроды), которые подсоединяют к аппарату, записывающему сердечную деятельность на бумагу или монитор. Врач может интерпретировать ЭКГ, чтобы увидеть сердцебиение и определить, нормально ли оно.

эндокардит (en-doh-kar-DYE-tis) :  Инфекция внутренней оболочки сердца и сердечных клапанов.

top

сердце: Сердце представляет собой сильную мышцу размером с кулак. Он перекачивает кровь через кровеносные сосуды по всему телу и находится внутри грудной клетки, защищенный грудной клеткой. Кровь переносит кислород и другие питательные вещества, в которых нуждается ваше тело.

Сердце и система кровообращения: Сердце и система кровообращения (также называемая сердечно-сосудистой системой) составляют сеть, доставляющую кровь к тканям организма.С каждым ударом сердца кровь разносится по всему телу, неся кислород и питательные вещества ко всем нашим клеткам. Кровеносная система состоит из сердца и кровеносных сосудов, включая артерии, вены и капилляры.

сердечный приступ: Сердечный приступ происходит, когда тромб или другая закупорка перекрывает приток крови к части сердца.

шум в сердце:  Вы знаете, как бьется ваше сердце: бум-даб, буб-даб. У некоторых людей кровь издает дополнительный шум, проходя через сердце.Этот звук называется ропотом. Они обычно слышны у здоровых детей с нормальным сердцем, но ненормальный шум в сердце может означать, что у человека есть порок сердца или проблемы с сердечным клапаном.

гипертония:  Другое слово для высокого кровяного давления.

гипоплазия (hi-poh-PLAS-tik) синдром левых отделов сердца :  Когда структуры левой половины сердца (левый желудочек, митральный и аортальный клапаны) недоразвиты, они не в состоянии адекватно перекачивать кровь по всему телу.Это состояние обычно диагностируется в течение первых нескольких дней жизни.

верхняя

непроизвольная (ин-вол-ун-таир-ее) мышцы:  Это мышцы, которые мы не контролируем сознательно. Они работают, и мы даже не думаем о них. Сердце — это непроизвольная мышца, поэтому оно продолжает биться днем ​​и ночью. Непроизвольные мышцы желудка и кишечника помогают нам переваривать пищу.

вверху

левое предсердие: Левое предсердие является одной из четырех камер сердца.Он получает богатую кислородом кровь из легких, а затем выбрасывает кровь в левый желудочек через митральный клапан.

левый желудочек: Левый желудочек — одна из четырех камер сердца. Он перекачивает богатую кислородом кровь к остальным частям тела. Кровь покидает левый желудочек через аортальный клапан и попадает в аорту, самую большую артерию в организме. Затем кровь течет из аорты в ответвления множества более мелких артерий, обеспечивая органы и ткани организма кислородом и питательными веществами, в которых они нуждаются.

top

митральный (MY-truhl) клапан: Митральный клапан обеспечивает ток крови из левого предсердия в левый желудочек.

митральный пролапс клапана:  У кого-то с пролапсом митрального клапана (ПМК) одна или обе створки клапана не закрываются плавно и спадаются (или выпадают) обратно в предсердие.

шум:  см. шум в сердце .

top

открытый артериальный проток (DUK-tuss ar-tee-ree-OH-sis) (PDA) :  Артериальный проток (DA) — это нормальный кровеносный сосуд у неродившегося ребенка, который отводит кровоток из легких.(Легкие не используются до тех пор, пока не родится ребенок — плод получает кислород непосредственно из плаценты матери.) ОАП обычно закрывается сам по себе вскоре после рождения, потому что новорожденный может дышать самостоятельно. Если DA не закрывается, это называется открытым артериальным протоком (PDA), что может привести к слишком большому притоку крови к легким новорожденного. ОАП часто встречается у недоношенных детей.

детский кардиолог: Детские кардиологи лечат детей с проблемами сердца.Они лечат все виды проблем с сердцем, от шумов в сердце до высокого кровяного давления.

легочный (PULL-muh-nair-ee) : Легочный — это слово, означающее легкие или связанное с дыханием.

легочная артерия: Кровеносный сосуд, несущий кровь от сердца к легким, где кровь насыщается кислородом и затем возвращается к сердцу.

легочная вена: Одна из четырех вен, несущих обогащенную кислородом кровь от легких к сердцу.

легочная атрезия (э-э-э-э-э-э-э-э) : При этом врожденном пороке легочный клапан не открывается или полностью отсутствует. Главный кровеносный сосуд, который проходит между правым желудочком и легкими, также может быть деформирован, а правый желудочек может быть аномально маленьким.

стеноз легочной артерии (steh-NOH-sis) : При стенозе легочной артерии клапан легочной артерии уплотнен и имеет суженное отверстие. Он не открывается должным образом, что увеличивает нагрузку на правую сторону сердца, потому что правый желудочек должен работать сильнее, чтобы отправить кровь в легкие.

легочный (пульмональный) клапан:  один из двух клапанов, отвечающих за контроль потока крови, покидающей сердце. Второй — аортальный клапан. Все эти клапаны работают, чтобы кровь текла вперед. Они открываются, чтобы кровь текла вперед, затем быстро закрываются, чтобы кровь не текла назад.

пульс: Биение сердца создает пульс. Сердце должно проталкивать столько крови через тело, что мы можем чувствовать легкий удар в наших артериях каждый раз, когда сердце бьется.Чаще всего пульс прощупывается на запястье и шее.

top

эритроциты: эритроциты переносят кислород. Они плавают в крови, начинают свой путь в легких, где поглощают кислород из воздуха, которым мы дышим. Затем они направляются к сердцу, которое перекачивает кровь, доставляя кислород ко всем частям тела.

правое предсердие: Правое предсердие — одна из четырех камер сердца. После того, как кислород из крови высвобождается к тканям, теперь деоксигенированная (бедная кислородом) кровь возвращается к сердцу через вены, кровеносные сосуды, которые несут деоксигенированную кровь.Эта кровь, которая кажется синей, поступает в правое предсердие сердца, а затем проходит через трехстворчатый клапан в правый желудочек.

правый желудочек: Правый желудочек — одна из четырех камер сердца. Он перекачивает деоксигенированную кровь через пульмональный клапан в легкие. Кислород в воздухе, которым мы дышим, связывается с красными кровяными тельцами, которые прокачиваются через легкие. Богатая кислородом кровь, которая кажется красной, затем возвращается в левое предсердие и попадает в левый желудочек, откуда снова выкачивается в организм.

top

перегородка (SEP-tum) : Перегородка представляет собой толстую мышечную стенку, разделяющую сердце. Он разделяет левую и правую части сердца.

Стент: Крошечная трубка, которая поддерживает открытый кровеносный сосуд и способствует свободному течению крови.

стетоскоп (STETH-eh-skope) : Прибор, который врачи используют для прослушивания сердцебиения и других звуков, издаваемых внутри тела. Прислушиваясь к сердцу, легким и животу, врач получает информацию о том, как устроены внутренние органы.

стресс-тест: Для этого теста человек выполняет упражнения (обычно на беговой дорожке), пока врач проверяет дыхание, частоту сердечных сокращений, артериальное давление и электрокардиограмму, чтобы увидеть, как реагирует сердечная мышца.

инсульт: Инсульт может произойти, когда часть мозга не получает достаточного количества крови из-за тромба или разрыва кровеносного сосуда.

top

трехстворчатый (try-KUS-pid) атрезия:  В норме кровь течет из правого предсердия в правый желудочек через трехстворчатый клапан.При атрезии трехстворчатого клапана клапан замещается пластинкой или мембраной, которая не открывается. Поэтому правый желудочек не получает кровь нормально и часто имеет небольшие размеры.

трехстворчатый клапан : Трехстворчатый клапан обеспечивает ток крови из правого предсердия в правый желудочек.

truncus arteriosus (TRUN-kuss ar-tee-ree-OH-sis) :  У эмбриона аорта и легочная артерия изначально представляют собой единый сосуд. Во время нормального развития этот сосуд разделяется, образуя две основные артерии.Если этого разделения не происходит, ребенок рождается с одним кровеносным сосудом, называемым артериальным стволом. Обычно при этом дефекте имеется отверстие между желудочками.

top

клапан: Сердце имеет четыре клапана. Эти клапаны обеспечивают правильный поток крови в сердце и из него.

вены и артерии:  Являясь частью системы кровообращения, они помогают организму отправлять кровь к частям тела и от них. Артерии, которые обычно выглядят красными, несут кровь от сердца.Вены, которые обычно выглядят голубыми, возвращают кровь к сердцу.

желудочки (VEN-trih-kuhls) :  Две камеры в нижней части сердца называются желудочками. Сердце имеет левый желудочек и правый желудочек. Их работа заключается в том, чтобы качать кровь к телу и легким.

желудочковый (вен-ТРИК-юх-лер) дефект перегородки (ДМЖП): Один из наиболее частых врожденных пороков сердца, ДМЖП представляет собой отверстие в стенке (перегородке) между левым и правым желудочками сердца.Они могут происходить в разных местах и ​​различаться по размеру от очень маленьких до очень больших. Небольшие дефекты могут постепенно закрываться сами по себе.

лейкоциты: лейкоциты являются частью иммунной системы, борющейся с микробами. Они похожи на маленьких воинов, готовых атаковать захватчиков, таких как вирусы и бактерии. В организме есть несколько типов лейкоцитов, и каждый из них играет свою роль в борьбе с различными видами микробов, от которых люди заболевают.

вверх

Границы | Автоматическая классификация артерий/вен с использованием сети ограничения сосудов для многоцентровых изображений глазного дна

Введение

Кровеносные сосуды сетчатки привлекли широкое внимание исследователей, поскольку эти сосуды представляют собой единственные внутренние сосудистые структуры человека, которые можно наблюдать неинвазивно.Аномалии сосудов сетчатки отражают кумулятивный ущерб, вызванный хроническими заболеваниями, такими как диабет и гипертония, и представляют собой важный показатель риска многих системных и сердечно-сосудистых заболеваний (Wong et al., 2004). И артерия/вена (A/V) может по-разному поражаться в зависимости от типа заболевания и его прогрессирования. Например, сужение артерий в основном связано с артериальной гипертензией, тогда как расширение вен связано с повышенным мозговым давлением, инсультом и подобными сердечно-сосудистыми заболеваниями.Следовательно, точный анализ изображений и методы оценки морфологической оценки атриовентрикулярных изменений могут дать раннее понимание и более глубокое понимание патофизиологии таких заболеваний. Отношение калибра A/V (Wong et al., 2004) использовалось в качестве предиктора сердечно-сосудистых заболеваний. Современные клинические методы сегментации сосудов сетчатки и классификации A/V в основном основаны на ручной сегментации. Однако из-за высокой сложности и разнообразия структур сосудов ручная сегментация имеет неизбежные недостатки, в том числе трудоемкость и трудоемкость, межэкспертную изменчивость и субъективность, а также более низкую эффективность и точность.Таким образом, автоматические методы классификации A/V и сегментации сосудов весьма желательны в клинических условиях. Преимущества и недостатки современных клинических методов и автоматических методов показаны на рисунке 1.

Рис. 1. Предлагаемый метод может автоматически и эффективно классифицировать артерии/вены (A/V) и сегментарные сосуды на изображении глазного дна сетчатки. Преимуществом этого метода является его большая помощь офтальмологам по сравнению с существующими клиническими методами.

В последние годы было предложено несколько автоматизированных методов классификации A/V сетчатки (Ishikawa et al., 2005; Fraz et al., 2012a; Orlando et al., 2017). Эти методы можно разделить на графические (Dashtbozorg et al., 2014; Joshi et al., 2014; Estrada et al., 2015; Hu et al., 2015; Pellegrini et al., 2018; Srinidhi et al., 2019) и методы, основанные на признаках (Niemeijer et al., 2009; Zamperini et al., 2012; Mirsharif et al., 2013; Xu et al., 2017; Huang et al., 2018a,b).Тем не менее, в подходах на основе графов могут возникнуть трудности, когда некоторые сосудистые области не могут быть сегментированы, и, следовательно, сегменты сосудов не могут быть надежно связаны (Welikala et al., 2017). Кроме того, для методов, основанных на признаках, в самых последних исследованиях используется двухэтапный подход к A/V-классификации сетчатки. Сначала отделяют сосуды от фона; затем сегментированные сосуды классифицируются на артерии и вены с использованием чисто ручных функций в методах на основе признаков или путем слияния информации о краях в методах на основе графов.Однако двухэтапный подход страдает сильной зависимостью результатов классификации A/V от точности сегментации сосудов. На самом деле, если точность сегментации кровеносных сосудов низкая на первом этапе, результаты классификации A/V не будут хорошими и на втором этапе.

С развитием глубокого обучения было предложено множество методов на основе сверточных нейронных сетей для сегментации суставных сосудов и классификации A/V. Сюй и др. (2018) приняли улучшенную архитектуру полностью сверточной сети (FCN) для одновременной сегментации артерий и вен сетчатки.Этот метод позволил выполнить сквозную многоуровневую сегментацию цветных изображений глазного дна. AlBadawi и Fraz (2018) предложили архитектуру FCN со структурой кодер-декодер для категоризации аудио/видео на основе пикселей. Мейер и др. (2018) также приняли архитектуру FCN для классификации аудио/видео и продемонстрировали высокую производительность на крупных судах с толщиной более трех пикселей. Хемелингс и др. (2019) предложили новую архитектуру U-Net на основе FCN для одновременной семантической сегментации кровеносных сосудов и распознавания аудио/видео.Ма и др. (2019) предложили усовершенствованную глубокую архитектуру с механизмом пространственной активации для сегментации суставных сосудов и идентификации A/V. Ли и др. (2020) сделали очень достоверный прогноз о периферических сосудах, приняв во внимание структурную информацию о сосудах при постобработке.

Однако автоматическая сегментация сосудов и классификация аудио/видео по-прежнему считаются сложными задачами из-за следующих проблем:

(1) Многоуровневую структуру кровеносных сосудов легко не заметить.Эти методы сосредоточены на крупномасштабных структурах, таких как толстые кровеносные сосуды, но их эффективность невелика для мелкомасштабных структур, таких как края и концы толстых кровеносных сосудов, как показано на рисунке 2D.

Рисунок 2. Иллюстрация проблем классификации кровеносных сосудов сетчатки. Результаты, показанные на рисунке, взяты из U-Net. (A) Карта результатов артерии и вены, (B) две интересующие области на панели (A) увеличены.Слева — предсказание, а справа — наземная правда, (C) — вероятности судна, а (D) — ошибки судна по сравнению с наземной истиной.

(2) Существует крайний дисбаланс между положительными образцами (кровеносные сосуды) и отрицательными образцами (не сосуды) на изображениях глазного дна сетчатки, где кровеносные сосуды составляют только 15% всего изображения. Соответственно доля артерий и вен составляет всего около 7,5% каждой. В результате прямая классификация пикселей изображения сетчатки как фона, артерий и вен очень сложна.

(3) Различение между артериями и венами может быть очень запутанным. Результаты вышеупомянутых методов по-прежнему показывают плохую эффективность локализации между артериями и венами; например, один и тот же кровеносный сосуд может быть наполовину распознан как артерия и наполовину как вена, как показано на рисунке 2B.

(4) Сосудистая оболочка похожа на кровеносные сосуды, и ее легко неправильно классифицировать.

Кроме того, большинство из этих существующих методов проверяются только на определенных наборах данных. Однако в клинических приложениях производительность будет ниже при тестировании наборов данных с другим разрешением изображения, оборудованием для обработки изображений и населением.Например, при обобщении обученной модели на наборы данных с разным центральным масштабом производительность модели обычно ухудшается. Характерные различия изображений глазного дна сетчатки в разных масштабах также будут влиять на результаты сегментации. Одним из возможных решений этой проблемы является маркировка некоторых образцов нового набора данных для точной настройки предварительно обученной модели, но этот процесс является дорогостоящим и трудоемким.

Чтобы облегчить эти проблемы, в этой работе мы представляем новую сверточная нейронная сеть для совместной A/V-классификации и сегментации сосудов на изображениях глазного дна сетчатки, названную сетью ограничения сосудов (VC-Net).Во-первых, чтобы облегчить проблему (1), VC-Net использует модуль ограничения сосудов (VC) для улучшения микрососудов и краев толстых сосудов с использованием вероятностных карт функции ядра Гаусса для увеличения весовых коэффициентов кровеносных сосудов. крайняя область. А модуль многомасштабных признаков (MSF) предлагается для извлечения и выражения признаков кровеносных сосудов в разных масштабах в кодировщике. Во-вторых, чтобы облегчить проблемы (2)–(4), модуль VC объединяет глобальную и локальную информацию о судне для создания карты весов для ограничения аудио/видео-функций, которая подавляет фоновые функции.Это не только может смягчить дисбаланс положительных и отрицательных образцов, но также уделяет больше внимания особенностям артерий и вен для достижения лучшей производительности классификации A/V.

Ключевой вклад этого исследования можно выделить следующим образом:

• Впервые мы предлагаем сеть VC-Net, которая использует информацию о вероятностях судов для ограничения A/V и повышения эффективности изучения отличительных характеристик A/V. Кроме того, VC-Net может одновременно получать результаты сегментации кровеносных сосудов.

• Недавно разработанный модуль VC эффективно извлекает функции аудио/видео. Модуль VC используется для захвата информации о распределении сосудов в виде веса для ограничения аудио/видео-функций, который подавляет фоновые функции, чтобы уделить больше внимания характеристикам сосудов. Слияние данных (DF) хорошо решает проблему дисбаланса между положительными и отрицательными выборками и помогает нам узнать больше отличительных особенностей аудио/видео. В то же время модуль VC улучшает микрососуды и края толстых сосудов, используя карты вероятности функции ядра Гаусса для улучшения весовых коэффициентов области края кровеносного сосуда.

• Модуль MSF многомасштабной DF предлагается для извлечения и выражения особенностей кровеносных сосудов в различных масштабах в кодировщике, где диаметры основных сосудов и микрососудов сильно различаются. Стратегия обучения DF применяется для повышения надежности модели путем объединения информации из наборов данных с разными масштабами.

• Мы опубликовали набор данных Tongren с аннотацией наземной истины. Отсутствие данных изображения глазного дна сетчатки с аннотированной меткой препятствует дальнейшему изучению исследований, связанных с сосудами сетчатки, таких как сегментация сосудов и классификация A/V в сообществе глубокого обучения.Поэтому мы создали набор данных для продвижения этих исследований с подробным описанием данных в разделе экспериментальной установки этой статьи.

Остальная часть этого документа организована следующим образом. Во-первых, мы представляем детали предлагаемой нами методологии в разделе «Материалы и методы». Затем описания наборов данных и экспериментальных деталей описаны в разделе «Экспериментальная установка». Далее наши экспериментальные результаты представлены в разделе «Результаты». Наконец, обсуждение и выводы следуют в разделе «Обсуждение и заключение.

Материалы и методы

Детали конструкции сети VC-Net показаны на рис. 3. Во-первых, мы предлагаем модуль VC для захвата характеристики DF распределения и информации о краях сосуда и улучшения микрососудов и краев толстых сосудов. Затем распределение и расширенная информация используются в качестве весов для активации функций аудио/видео и принудительного применения модуля классификации аудио/видео, чтобы больше сосредоточиться на сосудах и помочь нам узнать больше отличительных функций аудио/видео для чрезвычайно несбалансированного сосуда и фона.Кроме того, мы использовали модуль MSF для извлечения характеристик кровеносных сосудов в разных масштабах для различных диаметров магистральных сосудов и микрососудов.

Рисунок 3. Блок-схема предлагаемой архитектуры сети ограничения судов (VC-Net).

Модуль VC

На изображении глазного дна кровеносные сосуды обычно составляют около 15% полного изображения. Следовательно, доля площади артерий и вен составляет всего около 7,5% каждой. Следовательно, прямая классификация пикселей изображения сетчатки на фон, артерию, вену и неопределенные пиксели является серьезной задачей из-за дисбаланса высокого класса и нехватки обучающих выборок.Чтобы решить эту проблему, мы разработали модуль VC в конце платформы для улучшения классификации аудио/видео.

Модуль VC объединяет локальную и глобальную информацию о судне для создания карты веса для ограничения аудио- и видеофункций, которая подавляет фоновые функции, чтобы уделять больше внимания характеристикам судна. Таким образом, это может облегчить проблему серьезного дисбаланса между положительными и отрицательными образцами. В то же время мы ввели карты вероятностей функции ядра Гаусса, чтобы улучшить веса признаков микрососудов и площадь края кровеносного сосуда, тем самым улучшив представление признаков микрососудов и края толстых сосудов.Функция активации Гаусса модуля VC определяется как

.

F⁢(x)=α⁢(e-|x-0,5|⁢-⁢e-0,5)+1

Где x принадлежит карте вероятностей сегментации всего кровеносного сосуда со значениями от 0 до 1, а α является фиксированным параметром (в этом эксперименте установлено значение 1).

Функция F ( x ) дополнительно фокусируется на локальной информации о сосудах, такой как границы сосудов и области микрососудов. Основываясь на экспериментальных наблюдениях и более ранних исследованиях, вероятность неправильной классификации пикселей сосудов в основном сосредоточена около 0.5. Эти ошибочно классифицированные пиксели происходят либо от границы сосуда с фоном, либо от областей микрососудов, особенности которых неочевидны и их трудно отличить от фона. Пиксели фона и толстых сосудов имеют значение около 0 или 1.

С помощью функции F ( x ) значение веса активации пикселя с вероятностью, близкой к 0,5, было увеличено до [α(1 – e –0,5 ) + 1], при этом значения фоновых и основных толстых сосудов устанавливались близкими к 1.Функция активации ограничивает значение веса активации в пределах [1, α(1 – e –0,5 ) + 1]. Обратите внимание, что F (0,5 + x 1 ), x 1 ∈ [0,0,5].

Многомасштабная функция

Как показано на рис. 4, масштаб кровеносных сосудов сильно различается на изображениях глазного дна сетчатки. С одной стороны, средний диаметр артерии обычно немного меньше среднего диаметра вены. С другой стороны, средний диаметр основных кровеносных сосудов намного больше, чем у капилляров.

Рис. 4. Артерии и вены разного масштаба на изображениях глазного дна сетчатки. Вверху слева крупная артерия. Вверху справа крупная вена. Внизу слева малая артерия. Внизу справа малая вена.

Поэтому мы используем возможности предварительно обученной модели Res2Net (Gao et al., 2019) для изучения и понимания особенностей изображения сосудов сетчатки в разных масштабах на этапе кодирования. Вместо извлечения признаков с использованием групп фильтров 3 × 3, как в ResNet (He et al., 2016) блок узкого места (рис. 5А), используются меньшие группы фильтров, соединенные иерархически по остаточному принципу (рис. 5В). После этапа свертки 1 × 1 признаки разбиваются на k подмножеств, где i -е подмножество обозначается как x i , где i ∈ {1, 2,…, к }. Хотя все подмножества имеют одинаковый пространственный размер, количество каналов для каждого подмножества в 1/ k раз больше, чем во входной карте объектов.Каждое подмножество x i (кроме x 1 ) имеет сверточный фильтр 3 × 3 F i (). Таким образом, выход фильтра y i можно записать как

Рис. 5. Сравнение блоков ResNet и Res2Net (при масштабной размерности k = 4). (A) Стандартный строительный блок ResNet в архитектуре CNN. (B) Модуль многомасштабных функций (MSF) Res2Net использует группу фильтров 3 × 3.

yi={⁢xi     i=1;Fi⁢(xi)   i=2;Fi⁢((xi;⁢yi-1⁢))⁢     2

Каждый сверточный оператор 3 × 3 F i () может получать информацию обо всех подмножествах признаков { x j , j 1 ≤ 9049} Когда подмножество признаков x j обрабатывается сверточным оператором 3 × 3, выходной результат может иметь увеличенное рецептивное поле по сравнению с x j .

Здесь размер шкалы k используется в качестве управляющего параметра. Большее значение k позволяет изучать функции с большими размерами рецептивного поля с незначительными затратами на вычисления и память из-за конкатенации.

Функция потери

В качестве базовой структуры мы используем сквозную схему глубокого обучения. Потери аудио/видео определяются с помощью обычно используемой функции кросс-энтропийных потерь

.

L⁢_⁢A⁢Vc⁢e=-1n⁢∑i⁢=1n(yi⁢log⁡(yi′)+(1⁢-⁢yi)⁢log⁢(1-⁢yi′))

В то время как потеря сегментации сосудов количественно определяется бинарной кросс-энтропией

L⁢_⁢Vb⁢c⁢e=-1n⁢∑c=01∑i⁢=1nyi⁢log⁡(yi′)

Где n обозначает количество пикселей во входном изображении, y ‘ — прогнозируемая выходная вероятность пикселя переднего плана, y — метка истинного пикселя, а c обозначает c th. класс выхода.Общий убыток определяется как

Потери=γ*L⁢_⁢A⁢Vc⁢e+δ*L⁢_⁢Vb⁢c⁢e+β*||W||22

Где γ = 0,6, δ = 0,4 и δ + γ = 1. Мы используем регуляризацию L 2 с весом β = 0,0002.

Экспериментальная установка

В этом разделе мы описываем используемые наборы данных изображений сетчатки, метрики оценки для сегментации сосудов сетчатки и классификации A/V, а также подробности обучения VC-Net.

Наборы данных

В этой работе мы оценили наш подход и оценили его клиническую применимость на пяти наборах данных изображений глазного дна сетчатки разных масштабов.Три набора данных находятся в открытом доступе, а два других были собраны авторами. Чтобы проверить эффективность обобщения и надежность нашего метода с помощью экспериментов по DF, мы специально аннотировали два многомасштабных набора данных. Обзор этих наборов данных приведен в таблице 1.

Таблица 1. Обзор наборов данных, используемых для классификации артерий/вен (A/V) и сегментации сосудов.

ПРИВОД

Наша модель была впервые обучена и протестирована в общедоступной базе данных DRIVE (Hu et al., 2013). Эта база данных содержит 40 цветных изображений глазного дна сетчатки с размером изображения 584 × 565 пикселей. Эти изображения были равномерно разделены на обучающую и тестовую выборки по 20 изображений в каждой. Пиксельная маркировка предназначена для сегментации сосудов и классификации аудио/видео.

ЛЕС

Набор данных LES (Orlando et al., 2018) содержит 22 изображения с полем обзора (FOV) 30° и разрешением 1444 × 1620 пикселей для 21 изображения и полем зрения 45° и разрешением 1958 × 2196 пикселей для одно изображение.Изображения поровну разделены на тренировочный и тестовый наборы по 11 изображений в каждом наборе.

грн

Набор данных HRF (Odstrcilik et al., 2013) содержит 45 изображений, поровну разделенных на три категории: здоровые люди, пациенты с диабетической ретинопатией и пациенты с глаукомой. Изображения были сняты с углом обзора 60° и разрешением 3304 × 2336 пикселей. Для каждого изображения доступна только одна наземная карта сегментации. Для каждой категории пять изображений используются для обучения, а остальные используются для тестирования.

Тунжэнь

Набор клинических данных Tongren содержит 30 репрезентативных изображений глазного дна сетчатки с углом обзора 45° и разрешением 1888 × 2816 пикселей, из которых 20 изображений были нормальными, а 10 — катарактой средней степени тяжести или заболеваниями сетчатки, включая глаукому, возрастную дегенерацию желтого пятна, и окклюзия вен сетчатки. Было получено одобрение Комитета по этике пекинской больницы Тунжэнь. Глазное дно было снято фундус-камерой (камера CR6-45NM, Canon Inc., Ота, Токио, Япония). Эти изображения были помечены двумя опытными офтальмологами с помощью набора инструментов ITK-SNAP (Юшкевич и др., 2006). Для каждой категории половина изображений используется для обучения, а остальные — для тестирования.

Кайлуань

База данных Kailuan содержит 30 изображений, полученных от участников общинного когортного исследования Kailuan (Jiang et al., 2015). Эти изображения имеют разный размер. Минимальная, средняя и максимальная высота — 1588, 1902 и 2112.Минимальная, средняя и максимальная ширина — 1586, 1901 и 2112. Мы использовали 15 изображений для обучения, а остальные — для тестирования. Также эти изображения были промаркированы опытными офтальмологами с помощью набора инструментов ITK-SNAP (Юшкевич и др., 2006).

Общедоступны бинарные наземные карты сегментации для изображений DRIVE, LES и HRF. Для изображений Tongren и Kailuan мы вручную создали маски FOV, используя методы, аналогичные тем, что применялись Soares et al. (2006), на рис. 6 показаны образцы наборов данных Тонгрен и Кайлуань.

Рисунок 6. Примеры изображений и карты визуализации сосудов для баз данных изображений Tongren ( слева ) и Kailuan ( справа ).

Показатели оценки

Результаты сегментации сосудов сетчатки предлагаемого метода сравнивали с результатами других эталонных методов с использованием нескольких показателей, а именно чувствительности (SE), специфичности (SP), точности (ACC), площади под ROC-кривой (AUC) и оценка F1 (F1). Карты бинарной сегментации были сгенерированы путем пороговой обработки карт вероятностей с 0.5 порог.

Для классификации аудио/видео были приняты пять показателей оценки производительности. Мы интерпретируем артерии как положительные, а вены как отрицательные. Чувствительность A/V (SE AV ) и специфичность (SP AV ) отражают способность модели правильно обнаруживать артерии и вены соответственно. Точность баланса (BACC) количественно определяет общую производительность модели. Эти показатели определяются следующим образом.

СЕАВ=TPTP+FN

СПАВ=ТНТН+ФП

BACC=SEAV+SPAV2

Где TP — количество правильно классифицированных пикселей артерий, TN — количество правильно классифицированных пикселей вен, FP — количество пикселей вен, ошибочно классифицированных как пиксели артерий, а FN — количество пикселей артерий, ошибочно классифицированных как пиксели вен .

Кроме того, мы рассчитываем показатель F1 для артерий (F1 A ) и показатель F1 для вен (F1 V ), когда артерии и вены представляют соответствующие образцы соответственно. Оптимальное значение для каждой из этих метрик равно 1. Расчеты были ограничены пикселями в пределах FOV.

Детали сетевого обучения

В каждой из пяти баз данных доступно несколько обучающих выборок, поэтому их недостаточно для обработки сложных моделей.Чтобы решить эту проблему, было изучено несколько стратегий расширения данных (Fraz et al., 2012b; Maninis et al., 2016; Feng et al., 2017; Oliveira et al., 2018; Guo et al., 2019), в том числе масштабирование изображения с различными коэффициентами масштабирования и вращением изображения под разными углами. Поскольку предварительных сведений о выборе соответствующего размера патча нет, патчи размером 512 × 512 были случайным образом выбраны из изображений сетчатки и использованы для обучения сети. Для каждого тестового изображения были собраны упорядоченные патчи, а окончательные результаты сегментации и классификации были найдены путем сшивания вместе прогнозов связанных патчей.Алгоритм стохастического градиентного спуска с импульсом использовался для оптимизации параметров модели с максимальным числом итераций 4000. Скорость обучения изначально была установлена ​​на 0,001, а затем уменьшалась вдвое каждые 1500 итераций. Реализации метода проводились с использованием бэкенда PyTorch, библиотеки глубокой нейронной сети NVIDIA CUDA ® (cuDNN 9.0) и процессора Intel ® Xeon ® Gold 6148 с процессором 2,40 ГГц, оперативной памятью 256 ГБ, и операционная система Ubuntu 16.04.

Результаты

В этом разделе мы представляем результаты эксперимента. Во-первых, мы проводим серию исследований удаления для систематического анализа эффективности каждого компонента предлагаемой сети и его влияния на общую производительность сегментации. Затем мы применяем наш метод к вышеупомянутым наборам данных и сравниваем его с современными методами. Наконец, мы проверяем эффективность стратегии DF для решения проблем в новых наборах данных.

Исследования абляции

Были проведены подробные исследования удаления для оценки вклада каждого модуля предлагаемой архитектуры VC-Net.Эти модули включают базовый модуль U-Net, MSF в кодере и модуль VC для классификации аудио/видео. В таблице 2 первые два метода применяют прямое распознавание изображений глазного дна сетчатки в фон, артерии, вены и неопределенные пиксели. По результатам распознавания рассчитываются показатели сегментации сосудов. Предложенный метод применялся одновременно для сегментации сосудов и А/В классификации; Соответственно были рассчитаны показатели эффективности.

Таблица 2. Результаты исследования абляции для классификации A/V (α = 1,0).

Как показано в Таблице 2, результаты классификации A/V значительно улучшились при добавлении MSF. MSF может извлекать и отображать характеристики сосудов с различными масштабами в кодировщике для решения различных диаметров основных сосудов и микрососудов. Примечательно, что эффективность классификации кровеносных сосудов была дополнительно улучшена благодаря использованию модуля VC; наши результаты показывают, что мы достигли 0.9483, 0,9327, 0,9547, 0,9327, 0,9547, 0,7428 и 0,7880 на BACC, SE AV , SP AV AV , F1 A и F1 V соответственно. Модуль VC может подавлять фоновые функции, чтобы уделять больше внимания особенностям судна; это хорошо решает проблему положительного и отрицательного дисбаланса сэмплов и помогает нам изучить более отличительные особенности аудио/видео. В то же время модуль VC может улучшить отображение микрососудов и краев толстых сосудов.Что еще более важно, из таблицы 2 видно, что комбинация модулей U-Net, MSF и VC дает наилучшие результаты с BACC 0,9542, SE AV 0,9351, SP AV 0,9732. , F1 A 0,7605 и F1 V 0,7971. Таким образом, исследование абляции демонстрирует эффективность предлагаемых модулей.

Как показано на рис. 7, мы визуализировали результаты классификации аудио/видео для различных модулей предлагаемой архитектуры VC-Net.В частности, были выделены и увеличены результаты для четырех областей интереса. Мы видим, что результаты классификации A/V U-Net плохие, где артерии и вены серьезно перепутаны, и что существует много неправильных классификаций на краях и концах кровеносных сосудов. С введением MSF результаты классификации A/V были улучшены, но по-прежнему существует проблема путаницы артерий и вен вблизи точек пересечения и разветвления кровеносных сосудов. Очевидно, что по сравнению с другими моделями мы предложили VC-Net, поскольку она обеспечивает лучшие результаты классификации аудио/видео как локально, так и глобально.Приведенный выше анализ доказывает, что наша модель определенно улучшает общую производительность классификации аудио/видео.

Рис. 7. Изображения глазного дна сетчатки и карты сосудов для различных модулей. Четыре области интереса выделены и увеличены в строках 2–5.

Как мы видим, модель VC-Net превзошла другие методы, основанные на показателях производительности и результатах визуализации. Кроме того, мы также исследовали влияние изменения значений параметра α на производительность модели VC-Net.В частности, мы обучали модель с нуля с разными значениями α в диапазоне от 0,4 до 1,6. Результаты показаны в таблице 3. Для классификации A/V показатели BACC, SE AV , F1 A и F1 V увеличивались с уменьшением α. Тем не менее, увеличение между α = 0,4 и α = 0,6 было очень небольшим, и было даже небольшое снижение в F1 A и F1 V . Для сегментации сосудов α приближается к 1.0–1,4, а показатели показывают хорошие показатели. Поэтому значение α следует корректировать в соответствии с различными сценариями. Если требуется большее значение SE AV , значение α можно соответствующим образом уменьшить для обучения модели с нуля.

Таблица 3. Влияние α на обучение сегментации и классификации сосудов (обучение модели VC-Net с нуля).

После обучения модели VC-Net мы варьировали значения α в обученной модели, чтобы проверить производительность модели на тестовом наборе данных.Результаты приведены в табл. 4. Очевидно, что с уменьшением α увеличивается большинство показателей, кроме SE, F1 и F1 V . В качестве бонуса и по мере того, как SE увеличивается с α, эффективность модели VC проверяется со стороны. Когда модель обучена, если для классификации A/V требуется больший показатель, α можно соответствующим образом уменьшить. И если требуется более сильное SE, α можно соответствующим образом увеличить.

Таблица 4. Влияние α на сегментацию и классификацию сосудов (обучена модель VC-Net).

Сравнение с существующими методами в наборе данных DRIVE

Мы сравнили производительность VC-Net с другими современными методами в наборе данных DRIVE для задач сегментации сосудов и классификации аудио/видео. В таблице 5 приведены результаты сравнения сегментации сосудов. Как видно, предлагаемая VC-Net демонстрирует превосходную производительность сегментации с точки зрения AUC и F1. В Таблице 6 существующие методы оцениваются для эффективности классификации только сегментированных сосудов.Напротив, мы оценили производительность VC-Net на всех основных пикселях A/V. Эта оценка более сложна, чем оценка сегментированных сосудов, поскольку идентификация крупных сосудов является более легкой задачей, если капиллярные сосуды не сегментированы. Сравнение с существующими методами при тех же критериях показывает превосходную производительность нашей модели, которая достигает BACC 0,9554, SE AV 0,9360, SP AV 0,9748, F1 1 A 2 2 9,9360.7616 и F1 V 0,7964. Действительно, наша модель превосходит текущий лучший метод классификации A/V из-за введения модуля VC.

Таблица 5. Результаты сегментации судов сетью ограничений судов (VC-Net) и другими существующими методами в наборе данных DRIVE.

Таблица 6. Результаты классификации артерий/вен (A/V) с помощью VC-Net и других существующих методов в наборе данных DRIVE.

В частности, для Таблицы 6 следует отметить, что VC-Net превзошел существующие методы по всем показателям при идентификации артерий и вен.Это превосходство в производительности в основном связано с тем, что карта активации сосудов не только выделяла границы сосудов и микрососуды, но также усиливала основные толстые сосуды, подавляла фон и, следовательно, позволяла модели изучить больше характеристик сосудов. Кроме того, карта активации сосудов в определенной степени устранила дисбаланс между фоном и образцами кровеносных сосудов.

Сравнение с существующими методами на других наборах данных

Предложенный VC-Net также сравнивался с существующими методами на двух других общедоступных наборах данных и двух собранных наборах данных.Для сегментации сосудов результаты общедоступных наборов данных LES и HRF показаны в таблице 7. Очевидно, что VC-Net достигла значительно лучших результатов с ACC 0,9663, SP 0,9843, AUC 0,9806 и F1 0,8101 в HRF. Набор данных AV.

Таблица 7. Сравнение производительности для различных методов сегментации сосудов в наборах данных LES и HRF.

Результаты классификации A/V показаны в таблице 8. Видно, что все показатели значительно улучшились по сравнению с показателями UA_VA (Galdran et al., 2019) в наборе данных LES. В частности, показатели BACC, SE AV и SP AV выросли на 9,84, 7,10 и 11,38% соответственно. Более того, VC-Net также показала отличную производительность на наборе данных HRF с BACC 0,9646. Приведенные выше результаты еще раз демонстрируют отличную производительность VC-Net.

Таблица 8. Сравнение производительности различных методов классификации A/V в наборах данных LES и HRF.

Кроме того, мы протестировали производительность VC-Net для сегментации кровеносных сосудов и классификации A/V на двух собранных наборах данных Tongren и Kailuan.Результаты представлены в таблице 9. Для набора данных Tongren были отмечены значительные улучшения по сравнению с предыдущими методами. В частности, показатели ACC, BACC, F1 A и F1 V для VC-Net были улучшены на 0,39, 4,41, 6,43 и 7,44% соответственно по сравнению с базовым методом U-Net. . И VC-Net показал лучшие результаты с SP 0,9767, F1 0,7974, F1 A 0,7221 и F1 V 0.7741 в наборе данных Kailuan. Экспериментальные результаты показывают, что наш метод обеспечивает конкурентоспособную производительность для классификации A/V и сегментации сосудов.

Таблица 9. Сегментация сосудов и эффективность классификации A/V различных методов на наборах данных Tongren и Kailuan (α = 1).

Результаты сегментации сложных изображений

Образцы изображений из вышеупомянутых пяти баз данных и соответствующие предсказанные и наземные карты судов показаны на рисунке 8.Точная сегментация сложных изображений доказывает эффективность нашего метода. Для наборов данных DRIVE и HRF как общая, так и локальная сегментация сосудов и результаты классификации A/V превосходны со значительной непрерывностью. Хорошие результаты были достигнуты и по другим наборам данных, хотя локальные результаты не так хороши, как у наборов данных DRIVE и HRF. Из-за вычислительных ограничений на крупномасштабных наборах данных можно обучать только сети уровня патчей, и, следовательно, результаты могут быть хуже, чем у сетей с полным изображением.

Рис. 8. Предсказанные и достоверные карты сосудов для образцов изображений из пяти баз данных изображений глазного дна сетчатки.

Результаты оценки невидимых наборов данных с многомасштабным DF

Слияние данных — фундаментальный шаг для решения проблемы новых данных. Чтобы повысить надежность предлагаемой модели, DF из наборов данных с разными масштабами может обогатить объем обучающих данных и распределение данных и может быть проверен на новом наборе данных с мультимасштабом.Мы определяем эту стратегию обучения как обучение DF.

Первые три строки таблицы 10 были обучены только на наборах данных DRIVE, LES или HRF и протестированы на наборе данных Kailuan. Наконец, три набора данных объединились и перетасовали изображения. Объединенные данные используются в качестве обучающего набора данных и тестируются в наборе данных Kailuan. Видно, что наилучшие результаты были достигнуты по большинству показателей на наборе данных Kailuan после DF. В качестве бонуса обучение DF может повысить надежность модели и больше подходит для тестирования на новых наборах данных.

Таблица 10. Модель обучена на выбранном обучающем наборе данных и протестирована на наборе данных Kailuan с мультимасштабированием.

Обсуждение и заключение

В этой статье мы предлагаем сеть VC, которая использует информацию о распределении сосудов и границах для улучшения классификации A/V. Предлагаемый модуль VC объединяет локальную и глобальную информацию о сосудах для создания более разумной карты весов для ограничения аудио/видео характеристик, которая подавляет склонные к фону особенности и улучшает краевые и концевые характеристики кровеносных сосудов.Между тем, мы использовали модуль MSF для получения многомасштабных характеристик сосудов, таких как основные толстые сосуды, сосудистые границы и микрососудистые области. Наш метод обеспечивает лучшую сегментацию кровеносных сосудов и эффективность классификации A/V. Что еще более важно, мы принимаем стратегию DF для повышения надежности и способности к обобщению предлагаемой модели.

Модель VC-Net демонстрирует эффективность на многомасштабных и многоцентровых наборах данных. Он превосходит существующие методы и обеспечивает самые современные результаты для классификации A/V и сегментации сосудов на трех общедоступных наборах данных.И предложенная модель была протестирована на многоцентровых наборах данных: Тонгрен и Кайлуань; результаты указывают на превосходную способность сети к обобщению. Кроме того, эта модель показывает лучшую производительность на наборах данных с разным разрешением. Визуализированные карты сосудов отражают важность модуля извлечения MSF в нашей модели и превосходный общий контроль глобальных и подробных функций модулем VC. В частности, чтобы способствовать развитию этой области, мы собрали два набора данных изображений глазного дна сетчатки (Tongren и Kailuan), которые пометили артерии и вены с помощью набора инструментов ITK-SNAP, и мы будем выпускать набор данных Tongren.

Одним из ограничений нашей работы является то, что крупномасштабные изображения глазного дна не могут быть размещены в сети; такие изображения должны быть уменьшены до фрагментов разумного размера, чтобы облегчить процессы обучения и тестирования. Такой подход, основанный на применении пластырей, искажает общее представление о капиллярах и крупных сосудах. Другое ограничение заключается в том, что вычислительные ресурсы очень требовательны. Поэтому мы надеемся использовать нашу работу в качестве основы для дальнейшего анализа производительности алгоритмов сегментации сосудов и классификации A/V для крупномасштабных изображений глазного дна и улучшения использования вычислительных ресурсов.

В будущем мы развернем наш алгоритм на мобильных терминалах и разработаем автоматическую систему анализа кровеносных сосудов сетчатки, которая будет способствовать пониманию и использованию этого алгоритма клиницистами и будет способствовать диагностике офтальмологии и системных заболеваний.

Заявление о доступности данных

Оригинальные вклады, представленные в исследовании, включены в статью/дополнительный материал, дальнейшие запросы можно направлять соответствующему автору/ам.

Вклад авторов

JH: формальный анализ, исследование, методология, программное обеспечение, проверка и написание исходного проекта. HW: исследование, программное обеспечение, проверка и написание исходного проекта. ZC и GW: исследование и пересмотр рукописи. Джей Джей: надзор. YW: ресурсы и контроль. JZ: привлечение финансирования, управление проектом, ресурсы и надзор. Все авторы внесли свой вклад в статью и одобрили представленную версию.

Финансирование

Эта работа поддерживается Пекинским фондом естественных наук (Z200024), Национальной ключевой программой исследований и разработок Китая (2016YFF0201002), Национальным фондом естественных наук Китая (61572055), Институтом инновационных исследований Хэфэй, Бейханским университетом (BHKX-20 -01), Университетская программа инноваций Synergy провинции Аньхой (GXXT-2019-044) и Фонд развития исследований Пекинской муниципальной комиссии здравоохранения (2019-4).

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Каталожные номера

Аль-Бадави, С., и Фраз, М.М. (2018). «Классификация артериол и венул на изображениях сетчатки с использованием полностью сверточной глубокой нейронной сети», в Proceedings of the International Conference Image Analysis and Recognition, Póvoa de Varzim, Portuga , (Cham: Springer), 659–668.дои: 10.1007/978-3-319-93000-8_75

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Алом, М.З., Хасан, М., Якопчич, К., Таха, Т.М., и Асари, В.К. (2018). Рекуррентная остаточная сверточная нейронная сеть на основе u-net (r2u-net) для сегментации медицинских изображений. arXiv [препринт] arXiv: 1802.06955,

Академия Google

Даштбозорг Б., Мендонса А.М. и Кампилью А. (2014). Автоматический основанный на графике подход к классификации артерий/вен на изображениях сетчатки. IEEE Trans. Процесс изображения. 23, 1073–1083. doi: 10.1109/TIP.2013.2263809

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Эстрада, Р., Аллингем, М.Дж., Метту, П.С., Казинс, С.В., Томаси, К., и Фарсиу, С. (2015). Классификация артерий и вен сетчатки с помощью оценки топологии. IEEE Trans. Мед. Визуализация 34, 2518–2534. doi: 10.1109/TMI.2015.2443117

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Фэн З., Ян, Дж., и Яо, Л. (2017). «Полностью сверточная нейронная сеть на основе патчей с пропущенными соединениями для сегментации кровеносных сосудов сетчатки», в Proceedings of the 2017 IEEE International Conference on Image Processing (ICIP) , (Пекин: IEEE), 1742–1746. doi: 10.1109/ICIP.2017.8296580

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Фраз, М.М., Реманьино, П., Хоппе, А., Уйянонвара, Б., Рудницка, А.Р., Оуэн, К.Г., и соавт. (2012а). Методики сегментации кровеносных сосудов на изображениях сетчатки – обзор. Вычисл. Методы Программы Биомед. 108, 407–433.

Академия Google

Фраз, М.М., Реманьино, П., Хоппе, А., Уйянонвара, Б., Рудницка, А.Р., Оуэн, К.Г., и соавт. (2012б). Подход, основанный на ансамблевой классификации, применяется к сегментации кровеносных сосудов сетчатки. IEEE Trans. Биомед. англ. 59, 2538–2548. doi: 10.1109/TBME.2012.2205687

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Галдран А., Мейер М., Коста П. и Кампильо А.(2019). «Классификация артерий/вен с учетом неопределенности на изображениях сетчатки», в Трудах 16-го Международного симпозиума IEEE по биомедицинской визуализации 2019 г. (ISBI 2019) , (Венеция: IEEE), 556–560. doi: 10.1109/ISBI.2019.8759380

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гао С., Ченг М. М., Чжао К., Чжан X. Ю., Ян М. Х. и Торр П. Х. (2019). Res2net: новая многомасштабная магистральная архитектура. IEEE Trans. Анальный узор. Мах. Интел. 43, 652–662.doi: 10.1109/TPAMI.2019.2938758

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Gu, Z., Cheng, J., Fu, H., Zhou, K., Hao, H., Zhao, Y., et al. (2019). CE-Net: сеть кодировщика контекста для сегментации 2D-медицинских изображений. IEEE Trans. Мед. Визуализация 38, 2281–2292. doi: 10.1109/TMI.2019.22

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Го С., Ван К., Кан Х., Чжан Ю., Гао Ю. и Ли Т. (2019). BTS-DSN: нейронная сеть с глубоким наблюдением и короткими соединениями для сегментации сосудов сетчатки. Междунар. Дж. Мед. Инф. 126, 105–113. doi: 10.1016/j.ijmedinf.2019.03.015

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хе, К., Чжан, X., Рен, С., и Сунь, Дж. (2016). «Глубокое остаточное обучение для распознавания изображений», в материалах Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (Лас-Вегас, Невада: IEEE), 770–778.

Академия Google

Хемелингс Р., Элен Б., Сталманс И., Ван Кир К., Де Бовер П.и Блашко М.Б. (2019). Сегментация артерий и вен на изображениях глазного дна с использованием полностью сверточной сети. Вычисл. Мед. График изображения. 76:101636. doi: 10.1016/j.compmmedimag.2019.05.004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Hu, J., Wang, H., Gao, S., Bao, M., Liu, T., Wang, Y., et al. (2019). S-UNet: структура U-Net в стиле моста с механизмом значимости для сегментации сосудов сетчатки. Доступ IEEE 7, 174167–174177. дои: 10.1109/ДОСТУП.2019.2940476

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ху, К., Абрамофф, М. Д., и Гарвин, М. К. (2013). «Автоматическое разделение бинарных перекрывающихся деревьев в низкоконтрастных цветных изображениях сетчатки», в Proceedings of the International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention , (Berlin: Springer), 436–443. дои: 10.1007/978-3-642-40763-5_54

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ху, К., Абрамофф, М.Д. и Гарвин М.К. (2015). Автоматическое построение артериального и венозного деревьев на ретинальных изображениях. J. Med. Изображение 2:044001. doi: 10.1117/1.JMI.2.4.044001

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Хуанг Ф., Даштбозорг Б., Тан Т. и тер Хаар Ромени Б. М. (2018a). Классификация артерий/вен сетчатки с использованием генетического поиска. Вычисл. Методы Программы Биомед. 161, 197–207. doi: 10.1016/j.cmpb.2018.04.016

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хуанг, Ф., Даштбозорг, Б., и тер Хаар Ромени, Б.М. (2018b). Классификация артерий/вен с использованием признаков отражения на изображениях глазного дна сетчатки. Маха. Вис. заявл. 29, 23–34. doi: 10.1007/s00138-017-0867-x

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Исикава Х., Гейгер Д. и Коул Р. (2005). «Нахождение древовидных структур путем группировки симметрий», в материалах Proceedings of the 10th International Conference on Computer Vision (ICCV’05) IEEE Volume 1 , Vol. 2, (Пекин: IEEE), 1132–1139.doi: 10.1109/ICCV.2005.100

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Jiang, X., Liu, X., Wu, S., Zhang, G.Q., Peng, M., Wu, Y., et al. (2015). Метаболический синдром связан с частотой сердечных сокращений в покое и прогнозируется по ней: поперечное и продольное исследование. Сердце 101, 44–49. doi: 10.1136/heartjnl-2014-305685

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Цзян З., Чжан Х., Ван Ю. и Ко С. Б. (2018). Сегментация кровеносных сосудов сетчатки с использованием полностью сверточной сети с переносом обучения. Вычисл. Мед. График изображения. 68, 1–15. doi: 10.1016/j.compmmedimag.2018.04.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Джоши В.С., Рейнхардт Дж.М., Гарвин М.К. и Абрамофф М.Д. (2014). Автоматизированный метод идентификации и артериовенозной классификации сосудистых деревьев в сосудистых сетях сетчатки. PLoS One 9:e88061. doi: 10.1371/journal.pone.0088061

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ли, Л., Верма М., Накашима Ю., Кавасаки Р. и Нагахара Х. (2020). «Совместное изучение сегментации сосудов и классификации артерий/вен с постобработкой», в материалах Международной конференции по медицинской визуализации с глубоким обучением (Монреаль, КК: MIDL).

Академия Google

Ма, В., Ю, С., Ма, К., Ван, Дж., Дин, X., и Чжэн, Ю. (2019). «Многозадачные нейронные сети с пространственной активацией для сегментации сосудов сетчатки и классификации артерий/вен», в Proceedings of the International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Shenzhen, China , (Cham: Springer), 769– 778.дои: 10.1007/978-3-030-32239-7_85

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Манинис, К.К., Понт-Тусет, Дж., Арбелаес, П., и Ван Гул, Л. (2016). «Глубокое понимание изображения сетчатки», в Proceedings of the International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Афины, Греция , (Cham: Springer), 140–148. дои: 10.1007/978-3-319-46723-8_17

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Мейер, М. И., Галдран, А., Коста, П., Мендонса, А.М., и Кампилью, А. (2018). «Классификация глубоких сверточных артерий / вен сосудов сетчатки», в материалах Международной конференции по анализу и распознаванию изображений, , Повуа-де-Варзин, Португалия, (Cham: Springer), 622–630. дои: 10.1007/978-3-319-93000-8_71

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Миршариф, К., Таджерипур, Ф., и Пурреза, Х. (2013). Автоматическая характеристика кровеносных сосудов как артерий и вен на изображениях сетчатки. Вычисл.Мед. График изображения. 37, 607–617. doi: 10.1016/j.compmmedimag.2013.06.003

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Моу Л., Чен Л., Ченг Дж., Гу З., Чжао Ю. и Лю Дж. (2019a). Плотная расширенная сеть с упорядоченной вероятностью ходьбы для обнаружения сосудов. IEEE Trans. Мед. Визуализация. 39, 1392–1403. doi: 10.1109/TMI.2019.2950051

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Моу Л., Чжао Ю., Чен Л., Cheng, J., Gu, Z., Hao, H., et al. (2019б). «CS-Net: сеть каналов и пространственного внимания для сегментации криволинейных структур», в Proceedings of the International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Shenzhen, China , (Cham: Springer), 721–730. дои: 10.1007/978-3-030-32239-7_80

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Нимейер М., ван Гиннекен Б. и Абрамофф М. Д. (2009). «Автоматическая классификация сосудов сетчатки на артерии и вены», в Proceedings of the SPIE 7260, Medical Imaging 2009: Computer-Aided Diagnosis , Vol.7260, (Лейк-Буэна-Виста, Флорида: SPIE), 72601F. дои: 10.1117/12.813826

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Odstrcilik, J., Kolar, R., Budai, A., Hornegger, J., Jan, J., Gazarek, J., et al. (2013). Сегментация сосудов сетчатки с помощью улучшенной согласованной фильтрации: оценка в новой базе данных изображений глазного дна с высоким разрешением. Процесс обработки изображений IET. 7, 373–383. doi: 10.1049/iet-ipr.2012.0455

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Оливейра, А., Перейра, С.и Сильва, Калифорния (2018). Сегментация сосудов сетчатки на основе полностью сверточных нейронных сетей. Эксперт Сист. заявл. 112, 229–242. doi: 10.1016/j.eswa.2018.06.034

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Орландо, Дж. И., Бреда, Дж. Б., Ван Кир, К., Блашко, М. Б., Бланко, П. Дж., и Булант, К. А. (2018). «На пути к индексу риска глаукомы, основанному на смоделированной гемодинамике изображений глазного дна», в Proceedings of the International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Granada, Spain , (Cham: Springer), 65–73.дои: 10.1007/978-3-030-00934-2_8

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Орландо, Дж. И., Прокофьева, Е., и Блашко, М. Б. (2017). Дискриминационно обученная полностью связанная модель условного случайного поля для сегментации кровеносных сосудов на изображениях глазного дна. IEEE Trans. Биомед. англ. 64, 16–27. doi: 10.1109/TBME.2016.2535311

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Пеллегрини, Э., Робертсон, Г., Макгилливрей, Т., ван Хемерт, Дж., Хьюстон, Г., и Трукко, Э. (2018). Графический подход к классификации артерий/вен в сверхширокопольной сканирующей лазерной офтальмоскопии. IEEE Trans. Мед. Визуализация 37, 516–526. doi: 10.1109/TMI.2017.2762963

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Роннебергер О., Фишер П. и Брокс Т. (2015). «U-net: сверточные сети для сегментации биомедицинских изображений», в Proceedings of the International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Munich, Germany , (Cham: Springer), 234–241.дои: 10.1007/978-3-319-24574-4_28

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Самуэль, П.М., и Вирамалай, Т. (2019). Многоуровневая и многомасштабная глубокая нейронная сеть для сегментации кровеносных сосудов сетчатки. Симметрия 11:946. дои: 10.3390/sym11070946

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Соарес, Дж. В., Леандро, Дж. Дж., Сезар, Р. М., Елинек, Х. Ф., и Кри, М. Дж. (2006). Сегментация сосудов сетчатки с использованием двумерного вейвлета Габора и контролируемой классификации. IEEE Trans. Мед. Визуализация 25, 1214–1222. doi: 10.1109/TMI.2006.879967

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Шринидхи, К.Л., Апарна, П., и Раджан, Дж. (2019). Автоматизированный метод разделения артерий и вен сетчатки с помощью метаэвристического подхода поиска по графу. IEEE Trans. Процесс изображения. 28, 2705–2718. doi: 10.1109/TIP.2018.2889534

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ван, Б., Цю, С., и Хе, Х.(2019). «U-Net с двойным кодированием для сегментации сосудов сетчатки», International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Shenzhen, China , (Cham: Springer), 84–92. дои: 10.1007/978-3-030-32239-7_10

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Великала, Р. А., Фостер, П. Дж., Уинкап, П. Х., Рудницка, А. Р., Оуэн, К. Г., Страчан, Д. П., и соавт. (2017). Автоматическая классификация артериол и венул с использованием глубокого обучения для изображений сетчатки из когорты UK Biobank. Вычисл. биол. Мед. 90, 23–32. doi: 10.1016/j.compbiomed.2017.09.005

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Вонг, Т.Ю., Кляйн, Р., Шарретт, А.Р., Дункан, Б.Б., Купер, Д.Дж., Кляйн, Б.Е., и соавт. (2004). Диаметр артериол сетчатки и риск артериальной гипертензии. Энн. Стажер Мед. 140, 248–255. дои: 10.7326/0003-4819-140-4-200402170-00006

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Сюй, X., Дин, В., Абрамофф, М. Д., и Цао, Р. (2017). Усовершенствованный метод артериовенозной классификации для ранней диагностики различных заболеваний на ретинальном изображении. Вычисл. Методы Программы Биомед. 141, 3–9. doi: 10.1016/j.cmpb.2017.01.007

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Xu, X., Wang, R., Lv, P., Gao, B., Li, C., Tian, ​​Z., et al. (2018). Одновременная сегментация артериол и венул с функцией потери для конкретного домена в новой общедоступной базе данных. Биом. Опц. Экспресс 9, 3153–3166. doi: 10.1364/BOE.9.003153

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Ян, З., Ян, X., и Ченг, К. Т. (2018). Совместные потери на уровне сегментов и пикселей для сегментации сосудов сетчатки на основе глубокого обучения. IEEE Trans. Биомед. англ. 65, 1912–1923 гг. doi: 10.1109/TBME.2018.2828137

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Юшкевич П.А., Пивень Дж., Хазлетт Х.C., Smith, R.G., Ho, S., Gee, J.C., et al. (2006). Трехмерная активная контурная сегментация анатомических структур под руководством пользователя: значительно повышенная эффективность и надежность. Нейроизображение 31, 1116–1128. doi: 10.1016/j.neuroimage.2006.01.015

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Zamperini, A., Giachetti, A., Trucco, E., и Chin, K.S. (2012). «Эффективные функции для классификации артерий и вен на цифровых изображениях глазного дна», в материалах 25-го Международного симпозиума IEEE по компьютерным медицинским системам (CBMS) , 2012 г., (Рим: IEEE), 1–6.doi: 10.1109/CBMS.2012.6266336

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжао Ю., Се Дж., Су П., Чжэн Ю., Лю Ю., Ченг Дж. и др. (2018). «Классификация артерий и вен сетчатки с помощью оценки топологии сосудов на основе кластеризации доминирующих наборов», в International Conference on Medical Image Computing and Computer-Assisted Intervention, Granada, Spain , (Cham: Springer), 56–64. дои: 10.1007/978-3-030-00934-2_7

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Ультраструктура кровеносных сосудов – артерий – вен

В организме среднестатистического человека около шести литров крови.Эта кровь переносится несколькими различными типами кровеносных сосудов, каждый из которых специализируется на выполнении своей роли в циркуляции крови по всему телу.

Существует три основных типа судов; артерии, вены и капилляры. Артерии (за исключением легочной артерии) доставляют к тканям насыщенной кислородом крови. В тканях обмен кислорода и питательных веществ осуществляется капиллярами. Капилляры также возвращают дезоксигенированной крови в вены, которые возвращают ее к сердцу (за исключением легочных вен).

Рис. 1. Обзор сосудов, участвующих в кровообращении.

В этой статье мы проследим путь крови по телу, исследуя структуру и функцию основных типов кровеносных сосудов.

Стенки сосудов в основном можно разделить на три части; tunica intima (самая внутренняя), tunica media и tunica adventitia. Каждый должен быть рассмотрен.


Артериальная система

В целом артериальная система забирает насыщенную кислородом кровь от сердца и доставляет ее в капилляры, где может происходить обмен кислорода и питательных веществ.

В организме есть четыре основных типа артерий, каждая из которых имеет свою структуру и функцию. Рассмотрим каждую подробнее (в порядке убывания размера).


Крупные эластичные (проводящие) артерии

Это самые крупные артерии в организме, расположенные ближе всего к сердцу. Они функционируют, чтобы «проводить» кровь от сердца к областям тела, где она может быть распределена.

Эластичные артерии включают большинство названных сосудов, окружающих сердце, например аорту и легочные артерии .

Структура:

  • Tunica Intima : Эндотелиальные клетки с тонким субэндотелием соединительной ткани и прерывистыми эластическими пластинками.
  • Средняя оболочка : Средняя оболочка состоит из 40-70 фенестрированных эластических мембран с гладкомышечными клетками и коллагеном между этими пластинками. Это самая толстая часть эластической артерии.
  • Tunica Adventitia : Тонкий слой соединительной ткани, содержащий лимфатические сосуды, нервы и vasa vasorum (Кровеносные сосуды, которые снабжают кровью артерии — артерии нуждаются в крови, чтобы выжить, как и любая другая ткань!) Распределяющие) Артерии

    Из крупных эластических артерий кровь поступает в более мелкие распределительные артерии.Они распределяют кровь по частям тела.

    Средние мышечные артерии по строению аналогичны крупным эластичным артериям.

    Структура:

    • Tunica Intima : Состоит из эндотелия, субэндотелиального слоя и толстой эластичной пластинки.
    • Tunica Media : Состоит примерно из 40 слоев гладких мышц, соединенных щелевыми соединениями для обеспечения скоординированного сокращения.
    • Tunica Adventitia : Тонкий слой соединительной ткани, содержащий малые сосуды сосудов, лимфатические сосуды и нервные волокна.

    Артериолы

    Артериолы являются частью микроциркуляторного русла . Они несут кровь от мышечных артерий к метартериолам.

    Структура :

    Артерии диаметром менее 0,1 мм классифицируются как артериолы. Как правило, они имеют около 3 слоев гладкомышечных клеток, а внутренняя эластичная пластинка отсутствует. Наружная эластическая пластинка присутствует только в более крупных артериолах.


    Метартериолы

    Артерии, питающие капиллярные русла, известны как метартериол .

    Вместо сплошного слоя из гладкомышечных клеток в определенных точках расположены промежуточные кольца гладких мышц. Эти кольца известны как прекапиллярных сфинктеров, которые сокращаются, чтобы контролировать приток крови к капиллярному руслу.

    [старт-клинический]

    Клиническая значимость: прекапиллярные сфинктеры

    Прекапиллярные сфинктеры очень важны для контроля перфузии тканей . Когда тело выполняет определенные действия, эти структуры способны ограничивать приток крови к одним областям и стимулировать его к другим.

    Например, при беге скелетным мышцам требуется намного больше крови, чем обычно. Чтобы приспособиться к этому, прекапиллярные сфинктеры в скелетных мышцах расслабляются, чтобы увеличить кровоток .

    [конечный клинический]

    Капилляры

    Капилляры состоят из одного слоя эндотелия и соответствующей ему базальной мембраны.

    Они специально адаптированы для обеспечения короткого диффузионного расстояния для обмена питательных и газообразных веществ с тканями, которые они снабжают.

    Существует три типа капилляров; непрерывные , фенестрированные и синусоидальные , каждый из которых имеет промежутки разного размера между эндотелиальными клетками.

    Эти промежутки действуют как сито, контролируя, какие молекулы и структуры могут покинуть капилляр. Например, в непрерывных капиллярах (находятся в скелетных мышцах ) могут уйти только вода и определенные ионы. В синусоидальных капиллярах (расположенных в печени ) могут выходить более крупные структуры, такие как клетки и белки.

    Рис. 2. Три различных типа капилляров.

    Венозная система

    В целом венозная система забирает деоксигенированную кровь из капилляров и доставляет ее к сердцу (за исключением легочных вен). Из сердца кровь может перекачиваться в легкие и насыщаться кислородом.

    Подобно артериальной системе, венозная система состоит из различных сосудистых структур. Остановимся на каждом подробнее (в порядке возрастания размеров, по мере удаления от капилляров).


    Посткапиллярные венулы

    Посткапиллярная венула получает кровь из капилляров и впадает в венул . Кроме того, окружающая тканевая жидкость стремится стекать в них, так как их давление ниже, чем в капиллярах или ткани.

    Структура:

    Стенка представляет собой эндотелиальную выстилку с ассоциированными перицитами диаметром 10-30 микрометров. Это похоже на структуру капилляров, но посткапиллярные венулы более проницаемы, что делает их предпочтительным местом миграции лейкоцитов (e.грамм. к очагам инфекции).

    [старт-клинический]

    Клиническая значимость: воспаление и посткапиллярные венулы

    При воспалении давление в венулах фактически становится выше , чем в окружающем интерстиции . Это позволяет жидкости просачиваться в очаг воспаления вместе с воспалительными цитокинами и лейкоцитами.

    [конечный клинический]

    Венулы

    Венулы сплошные с посткапиллярными венулами.Они продолжают отводить кровь от капиллярного русла. Многие венулы объединяются с , образуя вену.

    Структура :

    Эндотелий связан с перицитами или тонкими гладкомышечными клетками (начало средней оболочки), образуя очень тонкую стенку. Венулы могут иметь диаметр до 1 мм. Они также содержат клапанов , которые сжимаются, чтобы ограничить ретроградный перенос крови.


    Вены

    Вены являются основными сосудами венозной системы .Они являются последним этапом возврата крови к сердцу.

    Структура :

    Вены обычно имеют больший диаметр и более тонкую стенку, чем сопровождающая артерия. Стенка сосуда содержит больше соединительной ткани, меньше эластических и мышечных волокон.

    Вены немного различаются по структуре в зависимости от их размера:

    • Мелкие и средние вены имеют хорошо развитую адвентициальную оболочку и тонкую внутреннюю и среднюю оболочки.
    • Крупные вены имеют диаметр более 10 мм и толщину интимы оболочки.У них хорошо развита продольная гладкая мускулатура адвентициальной оболочки. Медиа имеет кольцевую гладкую мускулатуру, которая обычно не выражена, за исключением поверхностных вен ног.

    Вены содержат клапанов , которые в первую очередь предотвращают обратный ток крови. Они также действуют вместе с сокращением мышц, сжимая вены, чтобы протолкнуть кровь к сердцу.

    Рис. 3. Структура стенки вены.
    Вена Комитантес

    Venae comitantes — глубокие парные вены, завернутые вместе с артерией в одну оболочку.Пульсация артерии способствует венозному возврату в пределах парных вен.

    Кровеносные сосуды — Знание @ AMBOSS

    Последнее обновление: 2 марта 2022 г.

    Резюме

    Кровеносные сосуды являются неотъемлемым компонентом системы кровообращения. Пять типов кровеносных сосудов (в порядке обращения): артерии, артериолы, капилляры, венулы и вены. Основной функцией крупных кровеносных сосудов (то есть артерий и вен) является транспорт крови к сердцу и от него, в то время как более мелкие кровеносные сосуды (например,г., капилляры) обеспечивают обмен веществ между клетками и кровью. Артерии несут богатую кислородом кровь от сердца к периферии. Достигнув органа или конечности, они ветвятся и делятся на артериолы и, в конечном счете, на многочисленные мелкие капилляры, образуя капиллярное русло, обеспечивающее доставку кислорода и питательных веществ к окружающим тканям. Дистальнее капиллярного русла посткапиллярные венулы соединяются вместе, образуя вены, которые доставляют бедную кислородом кровь обратно к сердцу. И артерии, и вены состоят из одних и тех же трех слоев ткани: внутренней оболочки, средней оболочки и адвентициальной оболочки.Артерии содержат значительно больше гладких мышц, чем вены (особенно в средней оболочке), тогда как вены содержат клапаны в интиме. Капилляры полностью состоят из эндотелиального слоя с базальной мембраной или без нее. Существует три различных типа капилляров (непрерывные, фенестрированные и синусоидальные), все из которых различаются по проницаемости и функциям. Кровеносные сосуды в совокупности называются сосудистой системой и вместе с сердцем составляют систему кровообращения или сердечно-сосудистую систему.

    Отдельная статья по физиологии сосудов посвящена темам гемодинамики, регуляции артериального давления и капиллярного обмена.

    Крупные кровеносные сосуды

    Мелкие кровеносные сосуды

    Микроциркуляторное русло

    Артериолы

    Метартериолы

    Капилляры

    • Функция: обмен газов и питательных веществ с тканями (плотность распределения капилляров варьирует в зависимости от региона/органа)
    • Характеристики
    • Структура (от внутреннего к внешнему слою)

    Эндотелий составляет часть гематоэнцефалического барьера.Плотные плотные соединения между эндотелиальными клетками препятствуют парацеллюлярному транспорту через капилляры головного мозга.

    Венулы

    • Функция: сбор крови из капилляров для переноса в вены
    • Состав: зависит от типа венулы
      • Посткапиллярные венулы
        • Располагаются непосредственно после капиллярного русла
        • Структура напоминает капиллярную (обеспечивает высокую проницаемость и обмен веществ)
      • Собирательные венулы:
        • Предшествуют собирательным венам
        • Структура напоминает более крупные кровеносные сосуды (т.д., с тремя слоями)
      • Венулы с высоким эндотелием обладают специальными поверхностными молекулами для распознавания лейкоцитов, которые являются местами экстравазации лейкоцитов в лимфатические органы или из них

        Клиническое значение

        Ссылки

        1. Учебные модули NIH SEER — Классификация и структура кровеносных сосудов. https://обучение.seer.cancer.gov/анатомия/кардиоваскулярная/кровь/classification.html . Обновлено: 1 января 2019 г. Доступ: 22 апреля 2019 г.
        2. Стэндринг С. Анатомия Грея: анатомическая основа клинической практики . Эльзевир Науки о здоровье ; 2016
        3. Лесли П. Гартнер, Джеймс Л. Хайатт. Цветной учебник гистологии . Грун энд Страттон Инк. ; 2006 г.

        Адаптация кровеносных сосудов к колебаниям распределения капиллярного потока

        Анализ стабильности с процессом открытия-закрытия

        В этом разделе мы представляем детали нашей модели адаптации сосудистых систем и показываем, что кратковременная метаболическая регуляция кровотока способна стабилизировать долговременную адаптацию сосудов после учета эффектов открытого — замкнутый переключатель капиллярных потоков.

        Колебания распределения капиллярных потоков имеют важное значение в метаболической регуляции кровотока [1]–[6]. Как сообщается в [5], капилляры контролируются группами одиночными вышестоящими терминальными артериолами. Кровоток в группе капилляров может быть включен или выключен расположенной выше по течению артериолой и, возможно, посткапиллярной сосудистой сетью [4]–[6]. Мы моделируем явление флуктуаций капиллярного потока с помощью переключателя «открыто-закрыто», и этот процесс переключения чувствителен к состоянию ткани, например к концентрации O 2 , CO 2 и K + .Низкая концентрация O 2 или высокая концентрация CO 2 и K + имеют тенденцию расслаблять гладкомышечные клетки терминальных артериол, позволяя крови течь через капилляры, тогда как высокая концентрация O 2 , или низкая концентрация СО 2 и К + приводит к сокращению гладкомышечных клеток, перекрывая кровоток в капиллярах [1]–[4]. Изменение количества протекающих капилляров в ответ на изменение состояния ткани называется рекрутированием капилляров.Другими словами, переключатель открытия-закрытия капилляров может играть контролирующую роль в регулировании кровотока в ответ на состояние ткани. Ступенчатое сокращение артериол приводит к уменьшению кровотока в расположенной ниже по течению группе капилляров. В этом случае капиллярный поток не закрывается полностью, но эффекты адаптации должны быть аналогичными. Далее мы сначала сосредоточимся на переключении капиллярных групп в открытое и закрытое состояние, а затем обсудим градуированные сокращения. Хотя в данной работе реализована общепринятая концепция капиллярного рекрутирования, мы отмечаем, что для регуляции кровотока в скелетных мышцах при физической нагрузке роль капиллярного рекрутирования еще предстоит выяснить [35].

        Для включения в адаптационную модель эффектов колебаний капиллярных потоков предполагается, что каждая группа капилляров в системе сосудов находится в двух состояниях – открытом и закрытом. Сопротивление рассчитывается по уравнению (3) когда капиллярная группа открыта, тогда как сопротивление устанавливается равным бесконечности, когда капиллярная группа закрыта. По сравнению с электрической цепью действие переключателя «открыть-закрыть» аналогично действию электрического переключателя. Мы не вносим изменений в уравнение адаптации (4) в нашей новой модели, но потоки крови в сосудистой сети теперь также контролируются процессом открытия-закрытия (см. рис. 3).

        Очевидно, что кровоток в сосудистой сети зависит от открытого-закрытого состояния капиллярных потоков. В нашей модели мы предполагаем, что усредненный по времени стимул напряжения сдвига стенки является эффективным стимулом для увеличения диаметра сосуда. Временной масштаб переключателя «открыть-закрыть», который составляет порядка секунд, намного меньше, чем у адаптации сосуда, который составляет порядка недель [36]–[38]. Этот факт позволяет вычислить усредненный по времени стимул по среднему стимулу всех состояний различных конфигураций открыто-закрыто.Поэтому перейдем к подробному описанию выключателя «открыть-закрыть». Отношение времени открытия (OTR) вводится для характеристики среднего влияния процесса открытия-закрытия на адаптацию, где OTR — это процент времени, в течение которого капиллярный поток в группе включается. Характеристическое значение OTR зависит от типов тканей и их состояния. Когда окружающие ткани находятся в состоянии покоя, в экспериментах [37], [38] было установлено, что OTR капиллярных течений составляет около 0.2. Эту характеристическую величину можно рассматривать и с другой точки зрения, а именно, ее можно рассматривать статистически как характерный процент открытых капиллярных групп или вероятность того, что капиллярная группа находится в открытом состоянии. Как будет видно ниже, концептуально удобно рассматривать OTR как открытую вероятность в модели. Хотя процесс открытия-закрытия соседних капиллярных групп может быть слабо коррелирован из-за массовой диффузии в ткани, для простоты будем считать, что переключатели открытие-закрытие статистически независимы.Чтобы развить интуицию о влиянии переключателя «открыть-закрыть» и получить представление о роли переключателя в регулировании систем сосудов, мы рассмотрим устойчивость системы параллельных сосудов с переключателями. Мы предполагаем, что OTR в этом случае равномерны. В нашей модели мы будем использовать один сосуд для представления группы капилляров. Адаптационная стабильность параллельных капиллярных групп может включать стимул, исходящий непосредственно от местной ткани, и не будет рассматриваться в этой работе.

        Случай 3.

        В отличие от случая 2, как показано на рис. 1 (C), каждая параллельная часть имеет переключатель. Предположим, что OTR двух коммутаторов равны и соответственно. Существует четыре различных состояния системы сосудов в предположении о независимости, как указано в таблице 1, в которых состояние обозначает открытые-закрытые состояния двух групп капилляров, где , и и — напряжение сдвига стенок двух групп капилляров. в штате соответственно. В процессе адаптации эффективный стимул пульсирующего потока из-за переключения между различными состояниями считается средним значением напряжения сдвига стенки в нашей модели.Поэтому напряжение сдвига стенки в уравнении адаптации (4) заменяется средневзвешенным значением напряжения сдвига стенки по четырем состояниям в соответствии с их временным отношением

        (5) В случае значительно большего, чем , как показано в таблице 1, отношение времени для случая, когда открыта только группа капилляров, намного больше, чем отношение времени для случая, когда открыты обе группы капилляров. Другими словами, большую часть времени две группы сосудов не параллельны друг другу, а последовательно соединены с фиксированным сопротивлением .В результате устойчивое поведение системы должно быть похоже на поведение последовательной системы, которая была показана как устойчивая, как показано в Случае 1. Отметим, что типичное значение . Следовательно, наши рассуждения выше могут быть справедливы приблизительно.

        Процесс адаптации для случая проиллюстрирован на фазовой плоскости, как показано на рис. 2 (B). Стрелки, начинающиеся с точки, обозначают скорость изменения , полученную с помощью уравнения (4) в среднем смысле, т. е. напряжение сдвига стенки получается по уравнению(5). Рис. 2 (Б) также свидетельствует об устойчивости состояния равновесия для сосуществующих параллельно сосудов с переключателями. Подробный анализ устойчивости для симметричной параллельной системы представлен в разделе «Методы» — когда OTR меньше критического значения, а перепад давления в системе сосудов достаточно велик, адаптация имеет устойчивое сосуществующее равновесное состояние. .

        Теперь перейдем к рассмотрению влияния выключателя «открыто-закрыто» на остойчивость судов.Сосудное дерево предполагается последовательным с постоянным сопротивлением. Кроме того, мы предполагаем, что существует постоянный перепад давления в системе сосудов. В нашей модели «листья» (т. е. мельчайшие сосуды) дерева сосудов представляют собой группы капилляров, которые имеют два состояния — открытое или закрытое.

        Для системы сосудов с капиллярными группами существуют различные состояния конфигураций. В этом случае напряжение сдвига стенки в уравнении адаптации (4) заменяется его средневзвешенным значением по всем различным состояниям с использованием уравнения.(5). В этом случае переменная состояния обозначает состояние всех капиллярных групп и представляет собой вероятность состояния

        .

        Ясно, что средняя скорость кровотока в сосудистом дереве равна (6), что позволяет нам рассчитать среднее напряжение сдвига стенки как

        (7)Используя те же рассуждения, что и в случае 3, можно увидеть, что, когда дерево сосудов маленькое (т.е., поддеревья дерева сосудов, как показано на рис. 3), сосуществовать. Например, когда все OTR установлены равными , полное бинарное дерево судов -уровня является локально устойчивым в нашем моделировании деревьев сосудов в соответствии с уравнением адаптации (4) (подробности см. ниже). По сути, стабильность параллельных коронок также возникает из-за последовательного свойства, вызванного переключателями открытия-закрытия. Однако, когда количество капиллярных групп становится большим (например, в 5-уровневом полном бинарном дереве сосудов имеется 16 капиллярных групп), результаты нашего моделирования показывают, что адаптация системы становится неустойчивой.На самом деле, более крупные коронки с меньшей вероятностью будут находиться в последовательном соединении с постоянным сопротивлением, и они станут фактически параллельными друг другу, потому что в обеих коронках большую часть времени имеются открытые группы капилляров. В результате адаптация системы крупных сосудов с фиксированными ОТР нестабильна. Этот вывод аналогичен выводу из случая 2. В наших симуляциях для больших систем сосудов мы обнаруживаем, что сначала диаметры сосудов адаптируются к состоянию, почти удовлетворяющему закону Мюррея, затем сосуды в одном из самых больших поддеревьев, имеющем меньшие касательные напряжения стенки сужаются почти пропорционально.В конце концов, все диаметры сосудов этой коронки становятся равными нулю (мы будем называть это явление глобальной дегенерацией ). Кроме того, одна из дочерних крон уцелевшего поддерева также станет вырожденной, если размер кроны все еще велик. Наконец, только небольшая коронка сосуда (например, четырехуровневая коронка сосуда) может выжить в процессе адаптации сосудистой системы.

        До сих пор в нашем обсуждении выше мы принимали во внимание только переключатель открытия-закрытия с фиксированным значением OTR.Следовательно, эффекты регуляции метаболического потока еще не включены в нашу модель, что позволяет переключателю «открыть-закрыть» модулировать кровоток в соответствии с потребностями тканей. Затем мы моделируем эффекты регуляции метаболического потока через конститутивную связь OTR с кровотоком и обсуждаем влияние этой регуляции метаболического потока на адаптацию систем крупных сосудов. Как будет показано ниже, адаптация систем крупных сосудов становится стабильной после включения этого типа регуляции метаболического потока, т. е. за счет сопряжения кровотока и ОТР.

        Как отмечалось выше [1]–[6], [18], при уменьшении среднего потока в группе капилляров концентрация O 2 (CO 2 ) в ткани, по которой перфузируется группа капилляров, становится ниже (выше). В результате капиллярные группы автоматически раскрываются больше, т. е. увеличивается ОТР. В этом смысле микрососуды могут модулировать кровоток в ответ на локальные потребности тканей. Поэтому введем референтную скорость кровотока для каждой группы капилляров (, где — индекс группы капилляров).Определим нормированную скорость кровотока , где — кровоток в -й группе капилляров. Мы моделируем OTR, как функцию от . Определим чувствительность -го переключателя как

        В соответствии с поведением регуляции метаболического потока, описанным выше, увеличение кровотока приводит к снижению OTR. Таким образом, мы имеем (8)

        Как мы упоминали выше, стабильность адаптации коронок двух больших параллельных сосудов аналогична стабильности двух параллельных сосудов, как показано в Случае 2.Следовательно, мы повторно изучаем этот вопрос, используя нашу модель регуляции метаболического потока, то есть связывая изменение OTR с изменением скорости кровотока. Мы опишем важные релевантные результаты системы параллельных сосудов, как показано на фиг. 1 (Б). Эти результаты облегчат наше понимание свойств устойчивости больших судов.

        Случай 4.

        Рассмотрим систему сосудов, показанную на рис. 1 (Б), в которой параллельные действующие сосуды представляют собой параллельные коронки сосудов.Для простоты начальное возмущение вводится только в один эффективный сосуд (сосуд на рис. 1 (Б)) параллельной части, где — отклонение от равновесного диаметра . Так как при возмущении изменяется сопротивление сосуда, то изменяется и кровоток в нем, вызывая изменение ОТР капилляров в венчике сосуда. В результате изменение сопротивления эффективного сосуда имеет компонент, который индуцируется регуляцией метаболического потока. Обратите внимание, что для положительного (или отрицательного) изменения кровотока являются положительными (или отрицательными).Таким образом, изменение сопротивления, вызванное регуляцией метаболического потока, имеет противоположный знак. Из уравнения (3) сопротивление сосуда после возмущения можно записать как где – сопротивление сосуда в состоянии равновесия. Из нашего обсуждения выше мы можем видеть, что изменение сопротивления из-за регуляции метаболического потока имеет знак, противоположный изменению сопротивления из-за возмущения. Другими словами, изменение сопротивления, вызванное регуляцией метаболического потока, вызывает компенсацию изменения сопротивления, возникающего в результате возмущения.Следовательно, компенсация потока в сосуде. Ясно, что в критическом случае компенсация настолько велика, что поддерживает кровоток на уровне равновесия. Следовательно, система устойчива, что аналогично случаю постоянной скорости потока, как мы упоминали в Случае 1. Это говорит о том, что система должна быть стабильной, пока компенсация достаточно велика, даже если она не полностью компенсирует кровь. поток.

        Далее мы описываем условие, при котором система становится стабильной.Для рис. 1 (Б) по закону Кирхгофа можно получить поток крови и напряжение сдвига стенки сосуда (9), где – кровоток в сосуде до возмущения, а – перепад давления на параллельном участке перед и после возмущения соответственно. Из-за возмущения кровоток в сосуде также изменяется, потому что кровяное давление изменяется от до , что также может вызывать регуляцию метаболического потока. Однако изменение АД в крупных коронках вследствие пертурбации, как правило, очень мало.Поэтому пренебрегаем изменением сопротивления в сосуде и получаем касательное напряжение стенки

        Как следствие рассуждений, использованных в случае 2, мы видим, что ключевым моментом для стабильности системы является то, что меньший из двух параллельных сосудов должен иметь большее напряжение сдвига стенки. Таким образом, порядка получаем примерно необходимое условие устойчивости системы(10)

        Мы можем видеть, что согласно уравнению.(10), чтобы стабилизировать адаптацию параллельных систем, по крайней мере, изменение сопротивления (или кровотока) должно компенсироваться. В работе [8] для стабилизации адаптации вводится потокозависимый метаболический стимул. Аналогичный аналитический результат по метаболическому стимулу, полученный в работе [8], дает нижнюю границу метаболического стимула для устойчивости адаптации.

        Далее мы исследуем условие (10) с помощью прямого численного моделирования после того, как обсудим связь между и и чувствительностью (см. ниже).Результат нашего моделирования показывает, что условия (10) приближенно выполняются.

        При постепенном регулировании капиллярного кровотока сила регуляции и вероятность включения поэтапной регуляции могут зависеть от местного состояния ткани. Это постепенное регулирование также вызывает изменение эффективного сопротивления. Таким образом, компенсационный эффект эффективного сопротивления ступенчатого регулирования аналогичен эффекту разомкнуто-замкнутого выключателя. Когда компенсация достаточно велика, процесс адаптации систем крупных сосудов также становится стабильным с постепенной регуляцией капиллярного кровотока.

        Помимо регуляции метаболического потока, которую мы смоделировали здесь, в целом, другие средства регуляции метаболического потока, такие как реакция на напряжение сдвига стенки и кровяное давление [15], [16], имеют аналогичные эффекты в компенсации кроветворения. потока, помогая таким образом поддерживать стабильную адаптацию. Например, когда сосуд изначально меньше, чем его равновесное состояние, сопротивление сосуда больше, чем в равновесном состоянии. Поэтому кровяное давление в нижележащих сосудах становится ниже.Регулирование метаболического потока при снижении артериального давления приводит к неструктурному расширению сосудов, что в качестве компенсации приводит к увеличению кровотока. Подобный компенсаторный эффект, вероятно, может помочь стабилизировать адаптацию системы.

        Наконец, для дальнейшего обсуждения мы упомянем другие факторы, которые могут повлиять на OTR. Эти факторы включают активность ткани , плотность капилляров (количество капилляров в единице объема ткани) и парциальное давление кислорода в крови .Когда ткань находится в возбужденном состоянии (например, когда мышечная ткань работает), активность ткани больше, чем в состоянии покоя, и потребление кислорода тканью происходит быстрее. В соответствии с реакцией процесса открытия-закрытия на состояние ткани, как обсуждалось в начале этого раздела, OTR становится больше. Таким образом, у нас есть

        Точно так же имеем еще

        У животного, живущего на высокогорном плато, парциальное давление кислорода в воздухе низкое, что приводит к низкому парциальному давлению кислорода в его крови.В результате OTR становится больше, что помогает доставить больше крови к тканям. С этой точки зрения многофункциональность процесса открытия-закрытия важна не только для поддержания стабильности адаптации сосуда, но и важна для акклиматизации к условиям жизни.

        Теперь перейдем к сравнению новой модели с предыдущими моделями. В работе [8]–[10] введена эталонная скорость кровотока для всех сосудов (включая сосуды высокого порядка). Метаболический стимул, связанный со скоростью потока, включается в процесс адаптации.Этот дополнительный стимул может стабилизировать системы параллельных сосудов. При моделировании ремоделирования сосудов в опухолях [33, 34] не допускается коллапс крупных сосудов, удаленных от опухоли, что позволяет избежать проблемы стабильности этих сосудов. Сосуды внутри опухоли адаптируются в соответствии с локальной концентрацией кислорода в тканях, что действует как метаболический стимул и стабилизирует процесс адаптации мелких сосудов. В обеих моделях метаболический стимул имеет решающее значение для стабильности процесса адаптации.В отличие от работ [8]–[10], в нашей новой модели эталонная скорость кровотока вводится только для групп капилляров. Мы не вводим явно метаболический стимул. Краткосрочная регуляция метаболического потока в соответствии с капиллярным потоком включена для модуляции кровотока. В результате изменения кровотока изменяются и касательные напряжения стенок крупных сосудов. Изменение напряжения сдвига дает дополнительный эффективный стимул, стабилизирующий адаптацию крупных сосудов.Для мелких сосудов вблизи ткани, которую они перегружают, дополнительный метаболический стимул может исходить непосредственно от ткани и может иметь важное значение для их адаптации. В частности, такой стимул может быть важен для устойчивости параллельных капилляров в группе.

        В работе по моделированию [39] капилляры генерируются или удаляются в соответствии с состоянием ткани на каждом временном шаге, а диаметры сосудов более высокого порядка изменяются в соответствии с законом Мюррея. Поэтому в этой модели предполагается бесконечная скорость адаптации диаметров сосудов и фиксированные скорости потока в капиллярах на каждом шаге.Как показано в случае 1, случай постоянного потока стабилен. Другими словами, предполагается, что изменение кровотока полностью компенсируется процессом регуляции метаболического потока. Как обсуждалось выше, когда компенсация изменения кровотока частично компенсируется (больше, чем исходное изменение) регуляцией метаболического потока, этого достаточно для обеспечения стабильной адаптации.

        Численные результаты устойчивости деревьев судов

        В разделе «Методы» мы предлагаем простой, но эффективный численный метод моделирования систем крупных судов.Моделирование полезно для понимания поведения устойчивости при адаптации деревьев крупных судов.

        Система сосудов
        .

        Мы моделируем адаптацию сосуда М-дерева -уровня. Как определено в разделе «Методы», М-дерево — это полное симметричное бинарное дерево сосудов, диаметры которого удовлетворяют закону Мюррея, а длина каждого сосуда пропорциональна его диаметру. К начальному значению диаметров случайным образом добавляем возмущения. Постоянное и заданное напряжение сдвига стенки в уравнении.(4) предполагаются равномерными в дереве сосудов, а перепад давления по системе сосудов фиксируется на постоянном уровне. Чувствительность OTR предполагается постоянной, одинаковой для всех коммутаторов. Отсюда определяющее соотношение ОТР имеет вид (11), где – эталонное ОТР, а – скорость потока -й капиллярной группы и ее эталонное значение соответственно, а – постоянная чувствительность. Когда больше 1 (или меньше 0), OTR просто устанавливается равным 1 (или 0).

        Стабильность . Теперь рассмотрим проверку выполнения условия (10) устойчивости параллельных коронок сосудов. Обратите внимание, что для больших деревьев сосудов у нас нет значения и еще, так как существует слишком много разных состояний.

        Для того чтобы учесть средний эффект многих различных состояний, мы определяем эффективное сопротивление сосудистого дерева (или короны сосуда) по формуле (12), которая представляет собой взвешенное гармоническое среднее сопротивление всех различных состояний. Если бы падение давления на сосудистом дереве (или коронке сосуда) не зависело от состояния, то это эффективное сопротивление можно было бы использовать для расчета среднего кровотока в корневом сосуде на

        (13) Падение давления обычно зависит от состояния.Однако для большого дерева сосудов оно варьируется в относительно небольшом диапазоне для большинства состояний (см. подробное обсуждение в разделе «Методы»). Это означает, что уравнение (13) выполняется приближенно и позволяет вычислить эффективное сопротивление большого сосудистого дерева (короны) примерно через сопротивление двух его дочерних коронок (14), где — сопротивление корневого сосуда сосудистого дерева (короны), а — эффективное сопротивление его дочерних корон соответственно. Справедливость уравнения (13) предполагает, что мы можем использовать эффективное сопротивление для замены и расчета в условии устойчивости (10).

        Далее мы рассмотрим соотношение между и чувствительностью . Как обсуждалось в разделе «Методы», когда коронки сосудов большие, мы можем вычислить эффективное сопротивление рекурсивно в соответствии с уравнением. (14), пока дочерние кроны не станут достаточно маленькими (например, 5-уровневое дерево). Другими словами, мы можем вычислить эффективное сопротивление коронок мелких сосудов по определению, а затем использовать эти эффективные сопротивления для вычисления сопротивлений коронок крупных сосудов и, в конечном итоге, всего дерева сосудов.Для 5-уровневого М-дерева с равномерным OTR профиль эффективного сопротивления 5-уровневого М-дерева показан на рис. 4.

        Рисунок 4. Эффективное сопротивление 5-уровневого М-дерева.

        Сопротивление и его производная являются убывающими функциями OTR. Значения по оси ординат нормированы сопротивлением капиллярной группы.

        https://doi.org/10.1371/journal.pone.0045444.g004

        Использование уравнения. (14), мы можем рекурсивно вычислить приблизительное эффективное сопротивление, , -уровня () венца сосуда, где нормировано сопротивлением капилляров.Следовательно, из уравнения (11), имеем

        (15) Условие (15) приводит к следующему условию, которому удовлетворяет чувствительность. (16) для локально устойчивого М-дерева -уровня.

        В нашем численном моделировании мы сначала добавляем 5% случайных возмущений к диаметрам сосудов 7-уровневого M-дерева, где первоначально диаметр сосуда до возмущения и является случайным числом, равномерно распределенным в интервале . Затем мы эволюционируем диаметры сосудов в соответствии с уравнением адаптации (4).Для поддержания стабильности нижняя граница чувствительности, оцененная по уравнению (16) примерно для ( и ). В нашем моделировании адаптация стабилизируется при . Это хорошо согласуется с расчетным значением. Таким образом, численное моделирование подтверждает справедливость условия (10) как приближенного условия устойчивости для крупных сосудов (венцов).

        Это видно из уравнения. (16) нижняя граница чувствительности является возрастающей функцией уровня сосудистого дерева.Следовательно, чувствительность, которая может стабилизировать относительно маленькое сосудистое дерево, может оказаться неспособной стабилизировать большое сосудистое дерево. Например, при 7-уровневое дерево сосудов устойчиво, а 8-уровневое дерево сосудов неустойчиво. Когда чувствительность недостаточно велика, устойчивое поведение адаптации аналогично случаю фиксированных OTR, т. е. также имеет место глобальное вырождение. Для большей чувствительности коронка уцелевшего сосуда может быть больше.

        Общее количество капилляров в нашем организме порядка , что соответствует нижней границе чувствительности, оцениваемой по М-дереву.Моделирование в работе [40] показывает, что увеличение потребности в кислороде на 20–30 % приводит к увеличению перфузируемых капилляров на 25–42 %. Этот результат хорошо согласуется с экспериментальными данными в работах [41], [42], которые показывают, что сопоставимый прирост потребности в кислороде связан с приростом коэффициента капиллярной фильтрации примерно на 18–43%. По этим исследованиям можно оценить чувствительность переключателей «открыть-закрыть», которая составляет около . Следует отметить следующее: во-первых, у животных крупнее человека по размеру нижняя граница чувствительности устойчивости адаптации также выше; Во-вторых, другие средства регуляции метаболического потока могут оказывать сходное влияние на компенсацию кровотока.Это может помочь уменьшить ; В-третьих, мы надеемся, что дальнейшие эксперименты, направленные непосредственно на измерение чувствительности, помогут нам получить более точное значение чувствительности.

        Микрососуд разрежения.

        Разрежение микрососудов [43]–[48] является явлением адаптации реальных сосудистых сетей, т. е. некоторые мелких артериол, мелких венул и капилляры дегенерируют во многих различных коронках сосудов. Разрежение микрососудов тесно связано с патогенезом артериальной гипертензии [43]–[45].Разрежение микрососудов вызывает первоначальное повышение артериального давления в сердце у больных гипертонией, затем процессы адаптации создают порочный круг между повышенным артериальным давлением и повышенным периферическим сопротивлением [43]–[45], что приводит к утолщению стенок сосудов и их сужению. люмен. Для понимания патогенеза АГ важно [43], [49] понять происхождение разрежения у больных АГ.

        Кроме того, экспериментальные наблюдения [46]–[48] предполагают, что снижение активности ткани также может приводить к дегенерации микрососудов, тогда как повышение активности ткани может предотвращать дегенерацию микрососудов или даже увеличивать количество микрососудов.Также предполагается [25], [50], [51], что низкое парциальное давление кислорода в артериальной крови может замедлять разрежение микрососудов или предотвращать возникновение разрежения в сосудистой системе. Основываясь на нашем обсуждении поведения процесса открытия-закрытия, снижение активности ткани приводит к снижению OTR, тогда как повышение активности ткани или низкое парциальное давление кислорода приводит к увеличению OTR. Это приводит нас к гипотезе о том, что глобальное уменьшение OTR (что означает уменьшение всех OTR в сосудистой сети) может вызвать разрежение микрососудов, тогда как глобальное увеличение OTR может помочь предотвратить разрежение микрососудов.

        Этот сценарий также подтверждается нашим численным моделированием. В нашем моделировании мы сделали 10% случайное возмущение эталонной скорости кровотока капиллярных групп (или эталонной OTR). В результате некоторые капилляры имеют меньшие OTR, чем другие. При моделировании в различных коронках сосудов мы наблюдали дегенерацию капиллярных групп, имеющих малые ОТР, но целые коронки сосудов стабилизировались достаточно большой чувствительностью (например, для 7-уровневого М-дерева).Кроме того, по мере того, как мы уменьшаем референтную скорость кровотока пропорционально во всей системе, больше сосудов становится дегенеративными, т. е. глобальное снижение OTR может вызвать разрежение. На фиг. 5 показано поведение устойчивости параллельной системы. Две капиллярные группы системы имеют разные OTR. Когда мы пропорционально уменьшаем OTR двух капиллярных групп, сосуществующее стабильное равновесие может исчезнуть. Этот пример предполагает, что глобальное снижение OTR является возможной причиной микрососудистого разрежения.Это согласуется с экспериментальными наблюдениями [25], [46]–[48], [50], [51]. Поскольку у пациентов, предрасположенных к гипертензии, также наблюдается разрежение микрососудов, может быть важно изучить поведение OTR у этих пациентов.

        Рис. 5. Глобальное снижение ОТР приводит к разрежению сосудов.

        Для параллельной системы, показанной на рис. 1 (C), значения OTR двух коммутаторов различаются. Когда OTR уменьшаются при фиксированном соотношении, стабильное сосуществующее состояние равновесия становится неустойчивым.Аналогичным образом, для сложных сосудистых систем при глобальном снижении ОТР сосуды с малыми ОТР могут стать дегенеративными и происходит разрежение микрососудов. Если OTR уменьшаются слишком сильно, может произойти глобальная дегенерация сосудистой системы.

        https://doi.org/10.1371/journal.pone.0045444.g005

        Стенка кровеносного сосуда — обзор

        Сосудистые и нервные изменения

        Приподнятая площадь стенки кровеносного сосуда была продемонстрирована у взрослых и детей с астмой и больше, чем у контрольной группы или у пациентов с ХОБЛ [180, 183, 204].Однако неясно, связано ли это сосудистое ремоделирование в первую очередь с образованием новых кровеносных сосудов [205] или с расширением существующих микроциркуляторного русла. Исследование мембранозных бронхиол у пациентов с астмой и ХОБЛ предположило последнее [183]. Действительно, известно, что смертельная астма связана с расширением кровеносных сосудов слизистой оболочки бронхов, застоем и отеком стенки [206]. Однако Li и Wilson [207] обнаружили изменения, указывающие на образование новых сосудов при легкой астме, и было показано, что микроокружение при астме обладает потенциалом для ангиогенеза.

        Медиаторы, такие как гистамин, гепарин и триптаза, обладают ангиогенными свойствами, в то время как экспрессия фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), мощного фактора роста сосудов, повышается с помощью таких агентов, как TGF-β, TNF-α и TGF- α, которые вовлечены в воспалительную среду астматических дыхательных путей. Особое значение имеет VEGF, который высвобождается из эпителиальных клеток, а также из широкого спектра воспалительных клеток, включая тучные клетки. Здесь также важна проангиогенная функция растворимого ADAM33.

        Имеются данные об увеличении нейронных сетей дыхательных путей при тяжелой астме. Это, скорее всего, является следствием высвобождения фактора роста нервов (и связанных с ним нейротрофинов) из эпителиальных и воспалительных клеток. Циркулирующие уровни NGF тесно связаны [208] с тяжестью астмы и могут оказаться полезными биомаркерами этого более тяжелого фенотипа [209]. Кроме того, как при астме, так и при ХОБЛ нарушенный эпителиальный барьер делает возможным большее воздействие раздражителей окружающей среды на нервные окончания.Таким образом, повышается возможность высвобождения нейротрансмиттеров, таких как тахикининовое вещество Р и нейрокинин А. Эти агенты, в дополнение к их влиянию на гомеостаз сосудов и гладких мышц, могут способствовать локальному воспалению с привлечением и активацией воспалительных клеток. Нейрогенное воспаление является одним из способов, которым сенсорная информация, полученная из вдыхаемой среды, может способствовать продолжающемуся воспалению, хотя это было трудно доказать при астме или ХОБЛ, но легко показать на животных моделях воспаления дыхательных путей [210].

        Типы кровеносных сосудов в вашем теле

        Кровеносные сосуды представляют собой сложную сеть полых трубок, которые транспортируют кровь по всему телу, чтобы она могла доставлять ценные питательные вещества в клетки и удалять из них отходы. Эти трубки состоят из слоев соединительной ткани и мышц с внутренним слоем, образованным эндотелиальными клетками.

        В капиллярах и синусоидах эндотелий составляет большую часть сосуда. Эндотелий кровеносных сосудов непрерывен с внутренней тканевой оболочкой таких органов, как мозг, легкие, кожа и сердце.В сердце этот внутренний слой называется эндокардом.

        Кровеносные сосуды и кровообращение

        Кровь циркулирует по телу по кровеносным сосудам через сердечно-сосудистую систему, состоящую из сердца и системы кровообращения. Артерии перемещают кровь от сердца сначала в более мелкие артериолы, затем в капилляры или синусоиды, венулы, вены и обратно к сердцу.

        Кровь проходит через легочный и системный контуры, причем легочный контур представляет собой путь между сердцем и легкими, а остальная часть тела — системный контур.Микроциркуляция – это ток крови из артериол в капилляры или из синусоидов в венулы – мельчайшие сосуды кровеносной системы. По мере движения крови по капиллярам происходит обмен кислорода, углекислого газа, питательных веществ и отходов между кровью и жидкостью между клетками.

        Типы кровеносных сосудов

        Сусуму Нишинага / Getty Images

        Существует четыре основных типа кровеносных сосудов, каждый из которых играет свою роль:

        • Артерии: Это эластичные сосуды, которые транспортируют кровь от сердца.Легочные артерии несут кровь от сердца к легким, где кислород поглощается красными кровяными тельцами. Системные артерии доставляют кровь к остальным частям тела.
        • Вены: Это также эластичные сосуды, но они транспортируют кровь к сердцу. Четыре типа вен: легочные, системные, поверхностные и глубокие вены.
        • Капилляры: Это очень маленькие сосуды, расположенные в тканях тела, по которым кровь переносится из артерий в вены.Жидкостный и газовый обмен между капиллярами и тканями организма происходит в капиллярных руслах.
        • Синусоиды: Эти узкие сосуды расположены в печени, селезенке и костном мозге. Подобно капиллярам, ​​они доставляют кровь от более крупных артерий к венам. В отличие от капилляров, синусоиды проницаемы и негерметичны, что обеспечивает быстрое всасывание питательных веществ.

        Осложнения со стороны кровеносных сосудов

        Science Picture Co / Collection Mix: Subjects / Getty Images

        Кровеносные сосуды не могут функционировать должным образом, когда их тормозят сосудистые заболевания.Одно из самых распространенных заболеваний артерий называется атеросклерозом. При атеросклерозе холестерин и жировые отложения накапливаются внутри стенок артерий, что приводит к образованию бляшек. Это препятствует притоку крови к органам и тканям и может привести к дальнейшим осложнениям, таким как образование тромбов.

        Эластичность кровеносных сосудов позволяет им циркулировать кровь, но затвердевшие бляшки в стенках артерий делают их слишком жесткими для этого. Жесткие сосуды могут даже разорваться под давлением.Атеросклероз также может вызвать выпячивание ослабленной артерии, известное как аневризма. Аневризмы создают осложнения, давя на органы, и могут разорваться и вызвать внутреннее кровотечение, если их не лечить. Другие сосудистые заболевания включают инсульт, хроническую венозную недостаточность и заболевание сонных артерий.

        Большинство проблем с венами возникают из-за воспаления, возникающего в результате травмы, закупорки, дефекта или инфекции — они обычно провоцируют образование тромбов. Образование тромбов в поверхностных венах может вызвать поверхностный тромбофлебит, который характеризуется закупоркой вен прямо под поверхностью кожи.Сгустки крови в глубоких венах приводят к состоянию, известному как тромбоз глубоких вен. Варикозное расширение вен, которые представляют собой расширенные вены, которые могут привести к образованию тромбов, может развиться, когда повреждение венозных клапанов вызывает скопление крови.

        .

Похожие записи

Что такое шунтирование сердца и сосудов: актуальный взгляд на прогноз и риски

Содержание актуальный взгляд на прогноз и рискиЧто это такоеКак проводится аортокоронарное шунтирование сосудовВиды и типы аортокоронарного шунтирования сердцаЧто необходимо знать […]

Чистка сосудов народными средствами лимоном и чесноком: 5 рецептов народных средств из чеснока и лимона для чистки сосудов

Содержание Чеснок, лимон, мед для чистки сосудов (классический рецепт)Эффективность лимона, чеснока и других продуктов при атеросклерозеНародные варианты для очищения сосудов […]

Питание после шунтирования сосудов сердца меню: чем можно питаться после операции сосудов сердца, антихолестериновая диета после аорртокоронарного ШС

Содержание первые дни в послеоперационный период, диета, правила питания, жизнь после, инвалидностьТак ли важна реабилитация после шунтирования сосудов сердцаЦели реабилитации […]

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.