Роль концентрации эритроцитов в изменениях текучести цельной крови и ее транспортного потенциала

3. Рохмистров, В.Л. Физико-географические закономерности распределения речной сети Ярославского Нечерноземья [Текст] / В.Л. Рохмистров, С.С. Наумов // Географические аспекты рационального природопользования в Верхневолжском Нечерноземье: межвуз. сб. научн. тр. Вып. № 206. - Ярославль, 1984. -С.53-64.

4. Шмидт, В.М. Статистические методы в сравнительной флористике [Текст] / В.М. Шмидт. - Л.: ЛГУ, 1980. - 176 с.

5. Alexander, M. Microbial ecology [Текст] / M. Alexander. - New York: Acad. press, 1971. - 480 p.

6. Netherland, M.D. Integrated use of fluoridone and a fungal pathogen for control of Hydrilla [Текст] /M.D. Netherland, J.F. Shearer // J. Aquatic Plant Manage. - 1996. - Vol. 34. - P.4-8.

7. Sneh, B. Selective medium for isolation of Mycoleptodiscus terrestris from soil sediments of aquatic environments [Текст] / B. Sneh, J Stack // Appl. and Environ. Microbiol. - 1990. - Vol. 56. - № 11. - P.3273-3277.

Е.А. Баталова, А.В. Муравьев, П.В. Михайлов

РОЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ЭРИТРОЦИТОВ В ИЗМЕНЕНИЯХ ТЕКУЧЕСТИ ЦЕЛЬНОЙ

КРОВИ И ЕЕ ТРАНСПОРТНОГО ПОТЕНЦИАЛА

Наблюдения были выполнены на взрослых здоровых мужчинах. Все обследованные лица (п=80) имели разные величины гематокрита (НС), по которым можно выделить четыре группы. В первую были включены лица с НС: от 35 до 40%, во вторую - 41-45%, в третью -46-50% и в четвертую - 50% и более. Анализ данных показал, что вязкость крови и индекс ригидности были наименьшими в группе 2, где гематокрит был равен 43%, а эффективность транспорта кровью кислорода здесь была наибольшей. Следовательно, для эффективной деформации эритроцитов в потоке гематокрит такой величины является оптимальным для транспорта кислорода. Таким образом, получены доказательства, что средние величины концентрации эритроцитов реологически наиболее эффективны для микроциркуляции, транспорта и доставки кислорода в тканевые микрорайоны.

Ключевые слова: концентрация эритроцитов, гематокрит, текучесть крови, вязкость плазмы, деформируемость эритроцитов, транспортный потенциал, вязкость крови, индекс ригидности эритроцитов.

E.A.Batalova, A.V.Muraviov, P.V.Mikhailov

ROLE OF RED BLOOD CELL (RBC) CONCENTRATION IN THE BLOOD FLUIDITY CHANGES AND ITS TRANSPORT POTENTIAL

The aim of the study was to investigate a role of red cell concentration (hematocrit) in red blood cell deformation (RBCD) and their oxygen transport. All studied population was divided into 4 groups according to hematocrit (Hct), from 35% to 55%. It was found that the most effective RBCD and higher O2-transport was in persons of second group where Hct was about 43%. Higher and lower values of hematocrit were accompanied by less effective blood transport potential. Thus, there is evidence that a middle value of red cell concentration is the most proper for microcirculation and oxygen delivery into the tissue.

Key words: erythrocyte concentration, hematocrit, blood fluidity, plasma viscosity, erythrocyte deformability, transport potential

Введение

Из классической реологии известно, что концентрация веществ или частиц в суспензиях решающим образом влияет на их вязкость [1, 8]. В исследованиях многих авторов приводятся свидетельства того, что между концентрацией эритроцитов (гематокритом) и вязкостью крови существует высокая степень взаимосвязи [12, 15]. Наличие этой корреляции послужило основой для того, чтобы предложить простые уравнения регрессии для предсказания величины вязкости крови

по данным измерения гематокрита [5]. Однако необходимо иметь в виду, что величина гематокри-та зависит от нескольких переменных: числа эритроцитов, клеточной геометрии, объема захваченной ими плазмы и деформируемости клеток [18].

Изменение концентрации эритроцитов может существенно сказаться на текучести цельной крови. Это может происходить в нормальных и патологических условиях. В физиологических условиях увеличение гематокрита - гемоконцентрация - наблюдается, например, при физической нагрузке [10]. Ее происхождение связано с усилением капиллярной фильтрации в мышцах при их активном функционировании [4, 23]. Гемоконцентрация может способствовать увеличению кислородной емкости крови и тем самым повышать эффективность транспорта кислорода [2, 3]. Однако нарастание вязкости крови и прирост сосудистого сопротивления при этом может уменьшить эффективность такого механизма мобилизации транспорта кислорода [11, 22]. В этой связи активно обсуждается вопрос об оптимальном гематокрите, при котором транспорт кислорода будет максимальным. Ряд исследователей полагает, что в состоянии покоя такой величиной является гемато-крит, равный 40-42% [17]. При параллельной регистрации напряжения кислорода в мышцах и гематокрита было показано, что оксигенация тканей ухудшается при очень высоком (выше 50%) и очень низком (ниже 34%) показателе гематокрита [13]. С другой стороны, физиологическая гемо-дилюция повышает эффективность снабжения кислородом тканей за счет снижения потерь энергии движения эритроцитов на уровне артериол [21]. Основным механизмом этой оптимизации микроциркуляции может быть выраженный прирост скорости движения эритроцитов в системе микрососудов и в том числе за счет «эффективного» гематокрита [6].

С учетом вышесказанного, целью настоящего исследования было изучение влияния концентрации эритроцитов на вязкость цельной крови и ее транспортный потенциал.

Материал и методы исследования

Наблюдения были выполнены на группе здоровых лиц (мужчины, возраст от 20 до 45 лет, n=80). Все обследованные лица имели разные величины гематокрита, по которым можно выделить четыре группы. В первую были включены лица с гематокритом от 35 до 40%, во вторую - 41-45%, в третью - 46-50% и в четвертую - 50% и более.

Кровь для анализа брали из локтевой вены в условиях клинической лаборатории, в качестве антикоагулянта использовали гепарин. Для изучения реологических характеристик регистрировали вязкость крови, плазмы, суспензии эритроцитов в изотоническом растворе хлорида натрия (pH=7,4; Нс=40%) при низких и высоких скоростях сдвига на полуавтоматическом капиллярном вискозиметре. Коэффициент вариации этого метода составлял 1,0% (десять повторных измерений одной пробы крови).

Гематокрит определяли при помощи микрогематокритной центрифуги (Elmi СМ-70). Концентрацию гемоглобина (НЬ), белка сыворотки, альбумины, глобулины, холестерин, глюкозу и триглицериды измеряли при помощи биохимического анализатора (Россия). Эффективность доставки кислорода в ткани определяли по величине отношения гематокрита к вязкости крови (Ht/ h) [22]. Степень агрегации эритроцитов определяли с помощью метода оптической микроскопии и агрегометра Myrenne M1 (Германия). Деформируемость эритроцитов измеряли методом проточной микрокамеры [7]. При этом получали индекс удлинения эритроцитов, величина которого характеризовала их деформируемость [9].

Статистическую обработку цифрового материала проводили, используя табличный редактор Microsoft Excel. Определяли среднюю выборочную величину (М), среднее квадратичное отклонение (с), статистическую ошибку средней (m), проводили корреляционный и регрессионный анализ.

Результаты

Тщательный анализ степени концентрации эритроцитов в пробах крови показал, что все обследованные лица (n=80) имели величины гематокрита, по которым можно выделить четыре группы. В первую группу (группа 1) были включены лица с гематокритом от 35 до 40%, во вторую -41-45%, в третью - 46-50% и в четвертую - 50% и более (табл. 1). Как видно из данных, приве-

денных в табл. 1, реологический профиль лиц в группах с возрастающим гематокритом (от 37,9 до 52%) характеризовался нарастанием вязкости крови при высоких и низких напряжениях сдвига, приростом степени ригидности эритроцитов, тогда как агрегация практически оставалась на постоянном уровне. Разница в вязкости крови (при разных скоростях) составляла от 42 до 62%. В наибольшей степени она была обусловлена варьированием гематокрита и в меньшей степени вязкостью плазмы. Разница в величинах последней, в среднем, не превышала 0,10 мПа-с (это составило около 6%) между данными сравниваемых групп (табл. 1).

Таблица 1

Распределение показателей гемореологического профиля среди группы здоровых лиц с разным

уровнем гематокрита

Показатели Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 4

ВК1, мПа-с 3,76±0,10 4,08±0,08 4,80±0,08 5,33±0,20

ВК3, мПа-с 5,73±0,31 6,97±0,27 8,28±0,26 9,29±0,53

ВП, мПа-с 1,82±0,02 1,77±0,02 1,80±0,02 1,88±0,05

Всус., мПа-с 3,28±0,062 3,33±0,09 3,06±0,04 3,13±0,05

НС1, % 37,90±0,32 43,73±0,30 47,33±0,37 51,92±0,60

МСНС, г/дл 32,77±0,52 32,53±0,41 31,03±0,16 30,75±0,40

ПА, отн. ед. 0,308±0,015 0,306±0,018 0,293±0,012 0,314±0,02

Тк, отн. ед. 0,664±0,015 0,639±0,014 0,777±0,010 0,793±0,012

НС1/ВК 10,15±0,24 10,69±0,22 9,91±0,12 9,85±0,30

Обозначения: ВК1- вязкость крови при высоких скоростях сдвига; ВК2 - вязкость крови при низких скоростях сдвига; ВП - вязкость плазмы; ВС - вязкость сыворотки; Всус - вязкость суспензии эритроцитов в фосфатном буфере; ВК40% -вязкость крови, скорректированная на гематокрит 40%; Нй - гематокрит; МСНС - средняя концентрация гемоглобина в эритроците; ПА - показатель агрегации; Тк - индекс ригидности эритроцитов; Нс1/ВК - отношение гематокрита к вязкости крови

Хотя прирост гематокрита и был более выраженным, чем рост вязкости плазмы, однако обращает на себя внимание то, что увеличение вязкости крови от группы к группе было большим, чем рост концентрации эритроцитов (рис. 1).

Рис. 1. Изменения вязкости крови и гематокрита у лиц разных групп, разделенных по величинам

концентрации эритроцитов

Анализ полученных данных показал, что прирост вязкости в группах с разным гематокри-том хорошо описывается регрессионным уравнением вида y= 0,1165x - 0,7758 (R2 = 0,948), (рис. 2).

y = 0,1165x -0,7758 R2 = 0,9475

10 20 30 40 Гематокрит, %

50

60

70

Рис. 2. Взаимосвязь гематокрита и вязкости крови, выраженная уравнением простой регрессии

С увеличением концентрации эритроцитов в группах наблюдения эффективность транспорта кровью сначала повышается и достигает максимума при гематокрите 44%, а затем выражено снижается. На это указывает уменьшение отношения НС/^ (рис.3).

7

6

5

2

0

0

Рис. 3. Изменение эффективности транспорта кровью и динамика гематокрита в разных группах

наблюдений

Такая динамика показателя эффективности транспорта кислорода указывает на то, что его величина была оптимальной в группе 2 (в пределах от 41 до 45%), а вязкость цельной крови в среднем составляла 4,08±0,08 мПа-с и не отличалась достоверно от самого низкого значения этой характеристики у лиц группы 1 (3,76±0,10 мПа-с).

Обсуждение результатов

Результаты исследования показали, что оптимальной величиной концентрации эритроцитов для эффективного транспорта кислорода кровью с учетом вязкого сопротивления кровотоку для групп здоровых лиц является гематокрит в диапазоне от 40 до 44%.

Корреляционный анализ позволил установить, что вклад концентрации эритроцитов (гематокрита) в текучесть цельной крови мог составить 68%. Данная величина получена на основе расчета коэффициента детерминации (г2 х 100%). Относительно небольшой коэффициент корреляции между вязкостью крови и плазмы (г=0,268) мог свидетельствовать о том, что ее вклад в изменения вязкости цельной крови был значительно меньше ф = 0,268 х 100%) и не превышал 7%. Вместе с тем имеются данные о том, что изменения вязкости плазмы и тканевая гипоксия могут стимулировать эритропоэз посредством активации эритропоэтинов [20]. Важным фактором, определяющим эффективный пассаж эритроцитов через пути микроциркуляции, является их потоковая деформация [11, 21]. Необходимо иметь в виду, что конечный эффект деформации эритроцитов определяется конкурентным взаимоотношением двух групп факторов (сил): внешних, деформирующих (например, движущее давление, вязкость среды, через которую оно передается, и теснота «упаковки» клеток в суспензии) и внутренних (собственная деформируемость клеток, то есть их способность изменять форму при действии сдвиговых напряжений [12, 14]. Собственно деформируемость эритроцитов определяется вязкоэластичностью мембраны клетки, вязкостью внутреннего содержимого и формой клетки [11, 16, 19].

Анализ данных показал, что индекс ригидности был наименьшим в группе 2 (рис. 4), где ге-матокрит был равен 43%.

Рис. 4. Показатели ригидности эритроцитов у лиц с разным уровнем гематокрита Следовательно, для эффективной деформации эритроцитов в потоке гематокрит такой величины является оптимальным для транспорта кислорода. Из внешних факторов, существенно влияющих на деформацию эритроцитов, именно гематокрит и вязкость плазмы являются определяющими [12].

Таким образом, получены доказательства, что средние величины концентрации эритроцитов реологически наиболее эффективны для микроциркуляции, транспорта и доставки кислорода в тканевые микрорайоны.

Библиографический список

1. Джонсон, П. Периферическое кровообращение [Текст]. М. - Медицина. - 1982. - 396 с.

2. Карпман, В.Л., Абрикосова, М.А. Некоторые общие закономерности сердечно сосудистой системы человека к физическим нагрузкам [Текст] // Успехи физиол.наук. - 1979. - Т. 10. - № 2. - С. 97-121.

3. Карпман, В.Л., Любина, Б.Г. Динамика кровообращения у спортсменов [Текст]. - М.: ФиС, 1982. - 135 с.

4. Левин, В.Н., Муравьев, А.В. Реологические особенности крови при долговременной и срочной адаптации к мышечным нагрузкам [Текст] // Бюлл. экспер.биол. и медицины. - 1985. - Т. 99. - № 2. - С. 142144.

5. Левтов, В.А., Регирер, С.А., Шадрина, Н.Х. Реология крови [Текст]. - М.: Медицина, 1982. - 272 с.

6. Московская, С.В., Левкович, Ю.И., Мальцев, Н.А. Изменение скорости кровотока в капиллярах головного мозга крысы при острой кровопотере [Текст] // Физиол. журнал СССР. - 1991. - № 6. - С. 46-55.

7. Муравьев, А.В., Маймистова, А.А., Булаева, С.В., Кошелев, В.Б., Науменко, Л.В. Микрореология эритроцитов: роль протеинкиназ в ее изменениях [Текст] // Тромбоз, гемостаз и реология. - 2009. - № 3. -28-33.

8. Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости [Текст]. - М.: Мир, 1964. - 216 с.

9. Artmann G.M. Microscopic photometric quantification of stiffness and relaxation time of red blood cells in a flow chamber // Biorheology. - 1995. - Vol. 32 (5). - Р. 553-570.

10. Brun J.F., Micallef J.F., Supparo I. Maximal oxygen uptake and lactate thresholds during exercise are related to blood viscosity and erythrocyte aggregation in professional football players // Clin. Hemorheol. - 1995. - Vol. 15. - P.201-212.

11. Chien S., Lipowsky H. Correlation of hemodynamics in macro- and microcirculation // Microvasc. Res. - 1981.

- Vol. 21. - P.265-269.

12. Dormandy J.A. Blood viscosity and cell deformability // In.: Methods in Angiology. - London, 1980. - P.214-266.

13. Fonay K., Zambo K., Radnai B. Effect of high blood viscosity on pulmonary circulation: data optimal hematocrit in patients with hypoxic polycythemia secondary // Clin. Hemorheol. - 1995. - Vol. 15. - N 3. - P. 552 -556.

14. Forconi S., Guerrini M. Do hemorheological laboratory assays have any clinical relevance? // Clin. Hemorheol.

- 1996. - Vol. 16. - N 1. - P. 17 - 21.

15. Lowe G.D.O., Barbenel J.C. Plasma and blood viscosity. In.: Clinical Blood Rheology, 1988. - CRC Press, Boca Raton G.D.O. Lowe, ed. - Vol. 1. - P. 11-44.

16. Luquita A. Gennaro M., Rasia M. Effect of subnormal hemoglobin concentration on the deformability of nor-mocytic erythrocytes// Clin. Hemorheol. - 1996. - Vol. 16. - N 2. - P. 117 - 127.

17. Messmer K. Hemodilution // Surg. Clin. North. Am. - 1982. - Vol. 5. - P. 659 - 664.

18. Mueller R., Lehrash F. Hemorheology of the cerebrovascular multifunctional disorders // Currant medical research and opinions. - 1981. - Vol. 7. - P. 253 - 263.

19. Nash G.B., Meiselman H.J. Effect of Dehydration on the Viscoelastic Behavior of Red Cells // Blood Cells, 1991. - Vol. 17. - P. 517-522.

20. Reinhart W.H., Singh A. Erythrocyte aggregation: the roles of cell deformability and geometry // Eur. J. Clin. Invest. 1990. - Vol. 20. - P. 458-462.

21. Secomb T.W. Flow - Dependent Rheologycal properties of blood in capillaries // Microvasc. Res. - 1987. -Vol. 34. - P.46-58.

22. Stoltz J.F., Donner M., Mueller S. Hemorheology in practice: an introduction to the concept of a hemorheolo-gical profile // Rev. Port. Hemorreol. - 1991. - Vol.5. - P.175-188.

23. Zweifach B.W. Functional behaviour of the microcirculation. - N.Y.: Springfild. - 1961. - 256 p.