Анализ эффективности транспортного потенциала крови при метаболических нарушениях

УДК 612.1

С. В. Булаева, М. Ю. Милорадов, А. В. Замышляев

Анализ эффективности транспортного потенциала при метаболических нарушениях

Работа поддержана грантом РФФИ №12-04-31480 мол а Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.B37.21.0214 и при поддержке ведомственной целевой программы

№ 01201276739.

В статье рассмотрен транспортный потенциал доставки кислорода кровью в норме и при метаболических расстройствах на модели сахарного диабета 2 типа. Также проведен анализ участия различных факторов в формировании особенностей этого показателя в исследуемых группах. Было показано, что главным фактором, определяющим изменение эффективности транспорта кислорода, является текучесть крови.

Ключевые слова: транспортный потенциал, вязкость крови и плазмы, агрегация эритроцитов, деформируемость эритроцитов.

S. V. Bulaeva, M. Ju. Miloradov, A. V. Zamyshlayev

Oxygen Transport of Blood in Norm and Persons with Metabolic Abnormalities: in Vitro Study

Oxygen transport under normal conditions and in metabolic abnormalities using a model of noninsulin-dependent diabetes mellitus was studied. The role of various hemorheological factors in O2-transport efficiency was estimated as well. It was shown that the main factor oxygen tissue delivery was connected with blood fluidity.

Keywords: oxygen transport, whole blood and plasma viscosity, RBC aggregation, RBC deformability.

Введение

Кровь в организме выполняет транспортную функцию, обеспечивает ткани и органы кислородом, а также удаляет продукты окисления из них. Эффективность доставки кислорода зависит от оптимальной текучести крови. Как в норме, так и при патологии изменение вязкости (величина, обратная текучести крови) и, как следствие, транспортного потенциала крови (далее ТПК) связывают с количественным соотношением определяющих ее факторов: агрегации эритроцитов, деформации эритроцитов, вязкости плазмы и показателя гематокрита [1-3, 7, 9]. С одной стороны, чем больше гематокрит, тем потенциально больше кислорода может быть доставлено к органам и тканям, с другой - важна скорость доставки кислорода, которая в значительной степени связана с текучестью крови.

Целью данного исследования было изучение влияния гемореологических факторов на эффективность транспортного потенциала крови в норме и при метаболических нарушениях.

Материал и методы

Цельную кровь для исследования получали венопункцией, в качестве антикоагулянта использовали гепарин (5 МЕ/мл). Эритроциты отделяли от плазмы центрифугированием (10 мин при 3000 об./мин). Затем эритроциты трижды отмывали в изотоническом растворе хлорида натрия с добавлением глюкозы 5,0 мМ.

Для достижения поставленной цели и решения основных задач было сформировано 2 группы наблюдения: первую группу (контроль) составили практически здоровые лица (40 человек обоего пола, возраст от 35 до 65 лет). Во вторую группу (эксперимент) были включены лица с сахарным диабетом 2 типа (101 человек обоего пола, возраст от 40 до 79 лет).

Определение показателя гематокрита (Нс1;) цельной крови проводили на специальной мик-рогематокритной центрифуге СМ-70 (Латвия). Регистрировали вязкость цельной крови, плазмы и суспензии эритроцитов со стандартным гема-токритом на полуавтоматическом капиллярном вискозиметре при напряжениях сдвига от 0,2 до

© Булаева С. В., Милорадов М. Ю., Замышляев А. В., 2013

2,0 мПа. Концентрацию общего белка в плазме крови устанавливали биуретовым методом. Индекс деформируемости эритроцитов определяли в проточной микрокамере. Показатель агрегации эритроцитов регистрировали методом прямой микроскопии с видеорегистрацией и последующей обработкой данных.

Эффективность транспорта кислорода кровью зависит от концентрации клеток-переносчиков (гематокрита) и от величины вязкого компонента общего сосудистого сопротивления (вязкости крови) ввиду того, что диаметр сосудов неизменен в данных условиях наблюдения [5, 6, 8]. Рассчитывалась эффективность доставки кислорода в ткани на основе отношения гематокрита к вязкости (Нй/п) [8]. С этой целью проводили определение средних величин данного показателя в каждой группе наблюдений. Все измерения осуществляли при комнатной температуре 21±2°С в течение 4 часов после взятия крови.

Статистическую обработку полученных цифровых материалов и все виды анализа результатов проводили на РС IBM, используя табличный редактор Microsoft Excel, программу "Statistica" (версия 6.0). За уровень статистически значимых принимали изменения при p<0,05 и/или p<0,01.

Результаты и их обсуждение

При анализе полученных данных было установлено, что ТПК в группе с метаболическими нарушениями был ниже на 16,4 % (p<0,01) и составил 6,99, тогда как у практически здоровых лиц он был равен 8,37 (рис. 1). Были получены данные, свидетельствующие о том, что ТПК существенно коррелирует с вязкостью цельной крови при высоких скоростях сдвига и у практически здоровых лиц (r= - 0,87), и у лиц с метаболическими расстройствами (r= - 0,81), но незначительно коррелирует с гематокритом.

ге

п га Q.

120 100 80 60 40 20 0

Контроль

Эксперимент

Рис. 1. Разница ТПК в контроле и экспериментальной группе

** - р<0,01.

Эти результаты свидетельствуют о значи- реляционной взаимосвязи между показателем тельном вкладе вязкости цельной крови в вели- эффективности транспорта кислорода и вязко-чину ТПК и о существенно меньшем влиянии стью крови уменьшалась при повышении по-гематокрита. Следует отметить, что степень кор- следней (табл. 1).

Таблица 1

Показатели корреляционного анализа (величины коэффициентов корреляции) вязкости крови при 6 напряжениях

сдвига и эффективности транспорта кислорода

Корреляции П1 и ТПК П2 и ТПК П3 и ТПК П4 и ТПК П5 и ТПК Пб и ТПК

Контроль 0,87 0,87 0,86 0,86 0,72 0,58

Эксперимент 0,81 0,89 0,87 0,80 0,67 0,27

При этом важно иметь в виду, что вязкость ла выше у лиц с метаболическими нарушениями цельной крови при всех напряжениях сдвига бы- (табл. 2).

Таблица 2

Показатели вязкости цельной крови на разных напряжениях сдвига,

Напряжение сдвига Контроль

П1 (2,0 Н-м"2), мПа-с 5,34±0,81 6,24±1,25**

П2 (1,6 Н-м-2), мПа-с 5,49±1,07 6,61±1,34**

ПЗ (1,2 Н-м-2), мПа-с 5,76±1,06 6,83±1,42**

П4 (0,8 Н-м-2), мПа-с 6,11±1,12 7,28±1,60**

П5 (0,4 Н-м-2), мПа-с 6,96±1,50 8,09±2,16**

П6 (0,2 Н-м-2), мПа-с 9,08±2,34 10,02±3,75

Обозначения: * - p<0,05;

- p<0,01.

Поскольку известно, что агрегация эритроцитов вносит существенный вклад в величину вязкости крови при низких напряжениях сдвига [4], был выполнен анализ взаимосвязи этих геморео-логических характеристик. Хотя агрегация эритроцитов была выше на 66 % (р<0,01) у лиц с ме-

таболическими нарушениями (табл. 3), но не было выявлено корреляционной взаимосвязи между показателем агрегации эритроцитов и ТПК. Однако такая отрицательная взаимосвязь была отмечена у лиц контрольной группы (г= -0,44).

Таблица 3

Реологические характеристики,

Показатели Контроль

Показатель гематокрита, % 44,013±3,316 42,604±4,758

Вязкость суспензии эритроцитов, мПа-с 3,477±0,323 3,717±0,631

Показатель агрегации эритроцитов, отн. ед. 0,047±0,072 0,079±0,091**

Вязкость плазмы, мПа-с 1,975±0,198 2,250±0,298**

Индекс удлинения эритроцитов, отн. ед. 0,245±0,022 0,242±0,022

Обозначения: * - р<0,05; ** - р<0,01.

Это позволяет поставить вопрос об исследовании других факторов, негативно влияющих на величину транспортного потенциала крови у лиц с метаболическими нарушениями. В частности, была изучена деформируемость клеток в этих условиях и показано, что она практически не различалась в двух сравниваемых группах лиц

(табл. 3). При этом вязкость суспензии эритроцитов в экспериментальной группе была на 7 % выше, чем в контроле (табл. 3). Между показателем деформируемости и ТПК не было заметной корреляции. Вместе с тем была отмечена отрицательная взаимосвязь между вязкостью суспензии и ТПК в исследуемых группах.

Вязкость плазмы у лиц с метаболическими нарушениями была на 13 % выше, чем у лиц контрольной группы (табл. 3). Кроме того, была найдена заметная отрицательная корреляция между ТПК и вязкостью плазмы у лиц экспериментальной группы (г= - 0,57). В группе контроля такое соотношение не было обнаружено. Можно полагать, что именно вязкость плазмы вносит существенный вклад в снижение транспортного потенциала у лиц с метаболическими нарушениями.

Выводы

1) Вязкость цельной крови оказывает более сильное влияние на величину ее транспортного потенциала, чем гематокрит, как в норме, так и при метаболическом дисбалансе.

2) У лиц с метаболическими нарушениями большее влияние на транспортный потенциал крови оказывает вязкость плазмы как важный компонент текучести цельной крови.

Библиографический список

1. Маймистова, А. А. Сравнительный анализ изменений гемореологического профиля мужчин и женщин с нарушениями церебрального кровообращения [Текст] / А. А. Маймистова [и др.] // Ярославский педагогический вестник. - 2010. - № 4. - Том III. Физико-математические и естественные науки. - С. 67-72.

2. Муравьев, А. В. Изменение реологического профиля у больных диабетом 1 и 2 типа при лечении Тренталом [Текст] / А. В. Муравье [и др.] // Клиническая фармакология и тер. - 2009. -№ 2. - С. 87-92.

3. Фирсов, Н. Н., Джанашия, П. Х. Введение в экспериментальную и клиническую гемореологию [Текст] / Н. Н. Фирсов, П. Х. Джанашия. - М. : Изд-во ГОУ ВПО «РГМУ», 2004. - 280 с.

4. Cabel M., Meiselman H. J., Popel A. S., Johnson P. C. Contribution of red blood cell aggregation to venous vascular resistance in skeletal muscle // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 1997. - Vol. 272. - № 41. - P. H1020-1032.

5. Chien S., Sung L. A., Kim S. et al. Determination of aggregation force in rouleaux by fluid mechanical technique // Microvas. Res. - 1977. - Vol. 13. - P. 327333.

6. Quemada D. Rheology of concentrated disperse systems. A model for non-newtonian shear viscositi in steady flows // Rheol. Acte. - 1978. - Vol. 17. - P. 632642.

7. Singh M., Shin S. Changes in erythrocyte aggregation and deformability in diabetes mellitus: a brief review // Indian J Exp Biol. - 2009. - Vol. 47. - № 1. - P. 7-15, 251.

8. Stoltz J. F., Donner M. New trends in clinical hem-orheology: an introduction to the concept of the hemor-heological profile // Schweiz Med Wochenschr. - 1991. -Vol. 43. - P. 41-49.

9. Young M. J., Bennett J. L., Liderth S. A., Veves A., Boulton A. J., Douglas J. T. Rheological and microvascu-lar parameters in diabetic peripheral neuropathy // Clin Sci (Lond). - 1996. - Vol. 90. - № 3. - P. 183-187.

Bibliograficheskiy spisok

1. Maymistova, A. A. Sravnitel'ny'y analiz izmeneniy gemoreologicheskogo profilya muzhchin i zhenshchin s na-rusheniyami tserebral'nogo krovoobrashcheniya [Tekst] / A. A. Maymistova [i dr.] // Yaroslavskiy pedagogicheskiy vest-nik. - 2010. - № 4. - Tom III. Fiziko-matematicheskiye i yestestvenny'ye nauki. - S. 67-72.

2. Murav'yev, A. V. Izmeneniye reologicheskogo profilya u bol'ny'h diabetom 1 i 2 tipa pri lechenii Trentalom [Tekst] / A. V. Murav'ye [i dr.] // Klinicheskaya farmako-logiya i ter. - 2009. -№ 2. - S. 87-92.

3. Firsov, N. N., Dzhanashiya, P. Kh. Vvedeniye v ek-sperimental'nuyu i klinicheskuyu gemoreologiyu [Tekst] / N. N. Firsov, P. Kh. Dzhanashiya. - M. : Izd-vo GOU VPO «RGMU», 2004. - 280 s.

4. Cabel M., Meiselman H. J, Popel A. S, Johnson P. C. Contribution of red blood cell aggregation to venous vascular resistance in skeletal muscle // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. - 1997. - Vol. 272. - № 41. - P. H1020-1032.

5. Chien S., Sung L. A., Kim S. et al. Determination of aggregation force in rouleaux by fluid mechanical technique // Microvas. Res. - 1977. - Vol. 13. - P. 327333.

6. Quemada D. Rheology of concentrated disperse systems. A model for non-newtonian shear viscositi in steady flows // Rheol. Acte. - 1978. - Vol. 17. - P. 632-642.

7. Singh M., Shin S. Changes in erythrocyte aggrega-tion and deformability in diabetes mellitus: a brief review // Indian J Exp Biol. - 2009. - Vol. 47. - № 1. - P. 7-15, 251.

8. Stoltz J. F., Donner M. New trends in clinical hem-orheology: an introduction to the concept of the hemor-heological profile // Schweiz Med Wochenschr. - 1991. -Vol. 43. - P. 41-49.

9. Young M. J., Bennett J. L., Liderth S. A., Veves A., Boulton A. J., Douglas J. T. Rheological and microvascu-lar parameters in diabetic peripheral neuropathy // Clin Sci (Lond). - 1996. - Vol. 90. - № 3. - P. 183-187.