Correlation between morphological and biomechanical features and carotid atherosclerosis

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The main cause of ischemic stroke is the atherosclerotic lesions of the carotid arteries. Unlike other arteries, carotid arteries have unique anatomical structure and hemodynamic characteristics, which are significantly related to the occurrence of atherosclerosis.

Thus, a proper understanding of the functional anatomy, local hemodynamics of the carotid arteries and their relationship with the atherosclerotic process can improve the quality of early diagnosis and treatment of carotid artery stenosis, which, in turn, will reduce the risk of developing of the ischemic cerebrovascular diseases.

About the authors

Aleksandr V. Gavrilenko

Petrovsky National Research Centre of Surgery; Sechenov First Moscow State Medical University

Email: a.v.gavrilenko@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7267-7369

Academician of the Russian Academy of Sciences, PhD, Professor, Head of the Department of vascular surgery

Russian Federation, Moscow; Moscow

Vladimir N. Nikolenko

Sechenov First Moscow State Medical University

Email: vn.nikolenko@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9532-9957

PhD, Professor, Head of the Department of human anatomy

Russian Federation, Moscow

Nadim N. Al-Yusef

Petrovsky National Research Centre of Surgery

Email: nadeem@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3891-1099

PhD, Vascular Surgeon of Vascular Surgery Department

Russian Federation, Moscow

Tatyana S. Zharikova

Sechenov First Moscow State Medical University

Author for correspondence.
Email: dr_zharikova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6842-1520

PhD, Senior lecturer of the Department of human anatomy

Russian Federation, Moscow

Liliya R. Bulatova

Petrovsky National Research Centre of Surgery

Email: lilusha-bulatova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4264-1303

postgraduate student of Vascular Surgery Department

Russian Federation, Moscow

Zhi Li

Petrovsky National Research Centre of Surgery; Sechenov First Moscow State Medical University

Email: li-zhi@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2062-8463

postgraduate student of Vascular Surgery Department

Russian Federation, Moscow; Moscow

References

  1. The top 10 causes of death. WHO, 2020. https://www.who.int/ru/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death
  2. Jusufovic M, Skagen K, Krohg-Sørensen K, Skjelland M. Current Medical and Surgical Stroke Prevention Therapies for Patients with Carotid Artery Stenosis. Curr Neurovasc Res. 2019;16(1): 96-103. doi: 10.2174/1567202616666190131162811 PMID: 30706783
  3. Kossovich LYu, Morozov KM, Pavlova OE. Biomechanics of Human Carotid Artery with Pathological Tortuosity. Izvestiya of Saratov University. 2013;3:76-82. (In Russ.). [Коссович Л.Ю., Морозов К.М., Павлова О.Е. Биомеханика сонной артерии человека с патологической извитостью. Известия Саратовского университета. 2013;3:76-82]. doi: 10.18500/1816-9791-2013-13-3-76-82
  4. Mamedov FR, Arutiunov NV, Usachev DYu, et al. Neuroradiological diagnostics of atherosclerotic lesions and kinking of carotid arteries in determination of indications to surgical treatment. Burdenko's journal of neurosurgery. 2011;2:3-10. (In Russ.). [Мамедов Ф.Р., Арутюнов Н.В., Усачев Д.Ю., и др. Нейрорадиологическая диагностика атеросклеротических поражений и извитости сонных артерий в определении показаний к хирургическому лечению. Вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2011;2:3-10].
  5. Arteriosclerosis / atherosclerosis - Symptoms and causes. Mayo Clinic. www.mayoclinic.org Retrieved 2021-05-06.
  6. Knyazev MD, Krylova NV, Seleznev MN. Carotid arteries. In: Big medical encyclopedia. M., 1984;23. (In Russ.). [Князев М.Д., Крылова H.В., Селезнев М.H. Сонные артерии. В кн.: Большая медицинская энциклопедия. М., 1984].
  7. Bijari PB, Antiga L, Gallo D, et al. Improved prediction of disturbed flow via hemodynamically-inspired geometric variables. Biomech. 2012;45(9):1632-7.
  8. Gladilin YuA, Nikolenko VN. Variant anatomy of the internal carotid artery, arterial circle of the large brain and cerebral arteries. Saratov, 2009. (In Russ.). [Гладилин Ю.А., Николенко В.Н. Вариантная анатомия внутренней сонной артерии, артериального круга большого мозга и мозговых артерий. Саратов, 2009].
  9. Morbiducci U, Kok AM, Kwak BR, et al. Atherosclerosis at arterial bifurcations: evidence for the role of haemodynamics and geometry. Thromb Haemost. 2016;115(3):484-92.
  10. Lee SW, Antiga L, Spence JD, et al. Geometry of the carotid bifurcation predicts its exposure to disturbed flow. Stroke. 2008;39(8):2341-2347.
  11. Danilova MA, Baidina TV, Karakulova YuV, et al. Pathologic carotid arteries tortuosity. Perm Medical Journal. 2018;6:82-88. (In Russ.). [Данилова М.А., Байдина Т.В., Каракулова Ю.В., и др. Патологическая извитость сонных артерий. Пермский медицинский журнал. 2018;6:82-89]. doi: 10.17816/pmj35682-88
  12. Dol AV, Ivanov DV, Bakhmetev AS, et al. Infuence of the internal carotid arteries stenosis on the hemodynamics of the circle of Willis communicating arteries: a numerical study. Russ J Biomech. 2021;4:356-368. (In Russ.). [Доль А.В., Иванов Д.В., Бахметьев А.С., и др. Численное исследование влияния стеноза внутренних сонных артерий на гемодинамику артерий виллизиевого круга. Российский журнал биомеханики. 2021;4:356-368]. doi: 10.15593/RZhBiomeh/2021.4.01
  13. Bressloff NW. Parametric geometry exploration of the human carotid artery bifurcation. Biomech. 2007;40(11):2483-91. doi: 10.1016/j.jbiomech.2006.11.002. Epub 2006 Dec 28. PMID: 17196211
  14. Feng JP, et al. Clinical Significance of Carotid Bifurcation Geometry in Cerebral Ischemic Disease. China Comput Med Imag. 2018:329-334. doi: 10.19627/j.cnki.cn31-1700/th.2018.04.012 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=YJTY201804015&DbName=CJFQ2018
  15. Friedman MH, Deters OJ, Mark FF, et al. Arterial geometry affects hemodynamics. A potential risk factor for atherosclerosis. Atherosclerosis. 1983;46(2):225-231.
  16. Greenland P, Bonow RO, Brundage BH, et al. ACCF/AHA 2007 clinical expert consensus document on coronary artery calcium scoring by computed tomography in global cardiovascular risk assessment and in evaluation of patients with chest pain: a report of the American College of Cardiology Foundation Clinical Expert Consensus Task Force. Journal of the American College of Cardiology. 2007;49(3): 378-402.
  17. Kerwin WS, Cai J, Yuan C. Noise and motion correction in dynamic contrast-enhanecd MRI for analysis of atherosclerotic lesions. Magn Reson Med. 2002;47(6):1211-1217.
  18. Thomas JB, Antiga L, Che SL, et al. Variation in the carotid bifurcation geometry of young versus older adults: implications for geometric risk of atherosclerosis. Stroke. 2005 Nov;36(11):2450-6. doi: 10.1161/01.STR.0000185679.62634.0a PMID: 16224089
  19. Pavlova OE, Ivanov DV, Gramakova AA, et al. Hemodynamics and mechanical behavior of pathologically tortous carotid arteries. Izvestiya of Saratov University. 2010;2:66-73. (In Russ.). [Павлова О.Е., Иванов Д.В., Грамакова А.А., и др. Гемодинамика и механическое поведение бифуркации сонной артерии с патологической извитостью. Известия Саратовского университета. 2010;2: 66-73]. doi: 10.18500/1816-9791-2010-10-2-66-73
  20. Zhang B, Gu J, Qian M, et al. Correlation between quantitative analysis of wall shear stress and intima-media thickness in atherosclerosis development in carotid arteries. Biomed Eng Online. 2017;16(1):137. doi: 10.1186/s12938-017-0425-9 PMID: 29208019
  21. Irace C, Cortese C, Fiaschi E, et al. Wall shear stress is associated with intima-media thickness and carotid atherosclerosis in subjects at low coronary heart disease risk. Stroke. 2004;35(2):464-8. doi: 10.1161/01.STR.0000111597.34179.47
  22. Gijsen F, Katagiri Y, Barlis P, et al. Expert recommendations on the assessment of wall shear stress in human coronary arteries: existing methodologies, technical considerations, and clinical applications. European heart journal. 2019;40(41):3421-3433. doi: 10.1093/eurheartj/ehz551
  23. Willett NJ, Long RC Jr, Maiellaro-Rafferty K, et al. An in vivo murine model of low-magnitude oscillatory wall shear stress to address the molecular mechanisms of mechanotransduction-brief report. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2010;30(11):2099-2102.
  24. Yang JW, Cho KI, Kim JH, et al. Wall shear stress in hypertensive patients is associated with carotid vascular deformation assessed by speckle tracking strain imaging. J Clin Hypertens. 2014;20:10.
  25. Morbiducci U, Kok AM, Kwak BR, et al. Atherosclerosis at arterial bifurcations: evidence for the role of haemodynamics and geometry. Thromb Haemost. 2016;115(3):484-92. doi: 10.1160/TH15-07-0597
  26. Li ZZ, Xu X, Xia J, et al. Quantitative Evaluation Between Wall Shear Stress and Artery Angle in Three-Dimensional Atherosclerotic Carotid Bifurcation Model. Journal of Medical Imaging and Health Informatics. 2017;7(4):805-809(5). doi: 10.1166/jmihi.2017.2074
  27. Zhu YY, et al. Evaluation on the relationship between wall shear stress and carotid bifurcation angle with CFD model. Journal of Baotou Medical College. 2018;34(07):65-67.
  28. Chiu JJ, Chien S.Effects of disturbed flow on vascular endothelium: pathophysiological basis and clinical perspectives. Physiol Rev. 2011;91(1):327-387.
  29. Leach JR, Rayz VL, Soares B, et al. Carotid atheroma rupture observed in vivo and FSI-predicted stress distribution based on pre-rupture imagin. Ann Biomed Eng. 2010;38(8):2748-2765.
  30. Tran H, Yonas H. Small carotid thrombus and minimal stenosis causing repeated embolic strokes. J Neuroimaging. 2011;21(3): 266-268.
  31. Balu N, Yarnykh VL, Chu B, et al. Carotid plaque assessment using fast 3D isotropic resolution black-blood MRI. Magn Reson Med. 2011;65(3):627-637.
  32. Zhang B, Gu J, Qian M, Niu L, Ghista D. Study of correlation between wall shear stress and elasticity in atherosclerotic carotid arteries. Biomed Eng Online. 2018;17(1):5. doi: 10.1186/s12938-017-0431-y
  33. Kwak BR, Bоck M, Bochaton-Piallat ML, et al. Biomechanical factors in atherosclerosis: mechanisms and clinical implications. Eur Heart J. 2014;35(43):3013-3020d.
  34. Nagel T, Resnick N, Atkinson WJ, et al. Shear stress selectively upregulates intercellular adhesion molecule-1 ex- pression in cultured human vascular endothelial cells. J Clin Invest. 1994;94(2):885-891.
  35. Chiu JJ, Lee PL, Chen CN, et al. Shear stress increases ICAM-1 and decreases VCAM-1 and E-selectin expressions induced by tumor necrosis factor-[alpha] in endothelial cells. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2004;24(1):73-79.
  36. Millon A, Sigovan M, Boussel L, et al. Low WSS induces intimal thickening, while large WSS variation and inflammation induce medial thinning, in an animal model of atherosclerosis. PLoS One. 2015;10(11):e0141880.
  37. Freund GG, Danilova MA, Baidina TV. Clinical and morphological diagnosis of carotid atherosclerosis. Problems of expertise in medicine. 2012;3-4:26-29. (In Russ.). [Фрейнд Г.Г., Данилова М.А., Байдина Т.В. Клинико-морфологическая характеристика атеросклероза сонных артерий. Проблемы экспертизы в медицине. 2012;3-4:26-29].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. The carotid artery measurement diagram.

Download (208KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Gavrilenko A.V., Nikolenko V.N., Al-Yusef N.N., Zharikova T.S., Bulatova L.R., Li Z.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».