Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы
1.1. Поведение крови с позиций механики сплошных сред . 15
1.2. Кривая течения крови 21
1.3. Агрегационные свойства эритроцитов. Современные теории феномена обратимой агрегации эритроцитов 27
1.4. Деформируемость эритроцитов. Основные детерминанты 33
1.5. Современные представления о структуре движущейся крови 38
1.6. Участие сдвигового стресса в регуляции функций на тканевом и органном уровне 49
1.7. Реологические свойства крови у различных видов животных 54
1.8. Изменения реологических параметров эритроцитов при патологии и в условиях эксперимента 56
1.8.1. Изменение деформируемости и обратимой агрегации эритроцитов в клинике 56
1.8.2. Влияние холестерина и липопротеинов на реологию эритроцитов 57
1.8.3. Физиологический стресс и реология крови 60
1.8.4. Влияние электромагнитных полей на реологию эритроцитов 65
1.8.5. Взаимоотношения формы и реологических свойств эритроцитов 68
1.9. Роль функциональных систем организма в преобразовании характера взаимоотношений физиологических параметров с позиций теории хаоса 73
ГЛАВА 2. Материалы, приборы и методы исследования
2.1. Объекты исследования 77
2.2. Приборы и методы исследования 81
2.2.1. Методика измерения деформируемости эритроцитов 81
2.2.2. Методика измерения обратимой агрегации эритроцитов 88
2.2.3. Электромагнитные средства коррекции вязкостных свойств крови 91
2.2.4. Методика определения липидного спектра плазмы крови 92
2.2.5. Методика измерения содержания веществ с низкой и средней молекулярной массой в крови 92
2.2.6. Методика оценки активности перекисного окисления липидов 92
2.2.7. Лабораторный анализ крови 93
ГЛАВА 3. Результаты исследования
3.1. Сравнительная оценка реологических свойств эритроцитов в норме у животных различных видов и человека 94
3.2. Реологические исследования при заболеваниях сердечно-сосудистой системы 101
3.2.1. Реологические свойства эритроцитов при экспериментальной гиперхолестеринемии 101
3.2.2. Реологические свойства эритроцитов у больных с различными формами артериальной гипертензии . 104
3.2.3. Реологические свойства эритроцитов и содержание липидов в плазме крови у больных стабильной стенокардией 112
3.2.4. Реологические свойства эритроцитов при лечении больных тяжелой формой ишемичсской болезни сердца с применением электромагнитных излучений различных видов 122
3.2.5. Реологические свойства эритроцитов у больных острым инфарктом миокарда 132
3.3. Экспериментальные модели патологических состояний in vivo:
3.3.1. Гипоксическая гипоксия у здоровых испытуемых 140
3.3.2. Изменение реологических свойств эритроцитов при стрессовых воздействиях у крыс 146
3.4. Влияние формы эритроцита на взаимосвязь реологических детерминант в модельных экспериментах in vitro 152
ГЛАВА 4. Обсуждение результатов 155
Заключение 193
Выводы 196
Список литературы 198
- Агрегационные свойства эритроцитов. Современные теории феномена обратимой агрегации эритроцитов
- Взаимоотношения формы и реологических свойств эритроцитов
- Сравнительная оценка реологических свойств эритроцитов в норме у животных различных видов и человека
- Реологические свойства эритроцитов и содержание липидов в плазме крови у больных стабильной стенокардией
Введение к работе
Появление у многоклеточных организмов важного эволюционного
приобретения - аэробного способа существования, во многом было
предопределено решением проблемы регуляции кислородного запроса
тканей для обеспечения процессов жизнедеятельности в требуемом объеме.
Эта задача была реализована в результате возникновения сосудистой сети с
перистальтирующими отделами и системы крови с обособлением
специализированных кислородпереносящих клеток. Параллельно
кровеносная система эволюционировала в направлении придания
структурным элементам свойств, которые обеспечивали бы осуществление
ее функций для поддержания постоянства внутренней среды организма в
различных условиях его жизнедеятельности. Необычайная комбинация
таких свойств позволяет эритроцитам претерпевать чрезвычайные
деформации в процессе циркуляции без разрушения, способствуя им
эффективно выполнять свои функции по переносу кислорода в течение
всего жизненного цикла клетки. Таким образом, в результате длительного
эволюционного конструирования возникла сложная бислойная структура
мембраны, в которой плазматическая оболочка, образованная
амфифильными поверхностно-активными молекулами, заякорена к сети
белкового остова (цитоскелета) посредством связующих мест
трансмембранных белков [18, 292J. Эритроциты млекопитающих,
высокодифференцированные гемоглобин-содержащие форменные
элементы крови, наделены многими функциональными качествами, обеспечивающими осуществление транспорта кислорода, ССЬ , глюкозы, пуринов, глутатиона, нуклеиновых и аминокислот, от интенсивности которого зависит скорость обмена анионов и электролитов и, соответственно, кислотно-щелочной гомеостазис, механические,
жидкостные и вязкоэластические свойства мембраны, редокс-потенциал клеток, скорость и, в конечном счете, успешность метаболизма всего организма [66,176]. Изучение биофизических и структурных характеристик красных клеток может позволить сформировать модельные представления о молекулярных основах строения биомембран для понимания вклада и участия эритроцита с его уникальными свойствами в реологическом поведении крови на разных участках сосудистого русла живого организма.
Самым напряженным участком тканевого энергообмена является капиллярная сеть, где происходит диффузия газов и другие метаболические процессы. С точки зрения гемодинамики суженные участки являются наиболее уязвимым отделом сосудистой сети. Именно здесь чаще всего наблюдаются ишемические и травматические процессы, приводящие к патологическим изменениям сосудов, мембран клеток и форменных элементов крови [244, 304, 324, 335]. Помимо функциональной роли эндотели&пьной выстилки и сосудистого тонуса важное значение в регуляции гемоваскулярных взаимоотношений имеют свойства циркулирующей крови. Реологическое поведение крови характеризуется ее гидродинамической вязкостью, которая зависит от вязкости плазмы и реологических свойств взвешенных в ней форменных элементов. Вязкость плазмы близка к вязкости воды и незначительно меняется при различных функциональных состояниях организма. Напротив, вязкость суспензии эритроцитов при физиологических значениях гематокрита - величина непостоянная и меняется в широких пределах с нижним порогом в 3-5 раз превосходящим вязкость плазмы. С учетом преобладающего количества эритроцитов среди форменных элементов вязкость крови определяется в основном суспендированными красными тельцами: а именно, деформационными и агрегационными свойствами эритроцитов и их концентрацией. Зависимость вязкости крови от гематокрита хорошо
изучена и при изменении его в физиологических пределах меняется незначительно.
Таким образом, основными "виновниками" всех последствий измененной вязкости крови при физиологических значениях гематокрита и, как следствие, развивающихся гипоксических состояний в , тканях организма являются деформационные и агрегационные свойства эритроцитов. Причем, на резистивном участке сосудистого русла важнейшими являются деформационные свойства, тогда как в организации структуры кровотока на магистральном участке на первый план выступают агрегационные свойства эритроцитов.
Отсутствие стандартных методик и аппаратуры для изучения деформируемости (ДЭ) и обратимой агрегации (ОАЭ) эритроцитов, т.н. реологических детерминант эритроцитов, в известной мере является причиной чрезвычайного разнообразия литературных данных по изменению свойств крови в разных условиях. Поэтому представлялось целесообразным по возможности адекватными методами в едином научном исследовании оценить, во-первых, реологические характеристики крови в норме у различных видов животных, во-вторых, динамику их изменений в зксперимеїгге и процессе развития заболеваний и, наконец, экспериментально и теоретически обосновать, насколько реологические детерминанты эритроцитов связаны между собой, а также степень их участия в формировании структуры кровотока. Основания к тому имеются. В работе Shu Chien, опубликованной в 1970 году в Science, впервые замечено, что процессы агрегации и деформации эритроцитов могут оказывать реологические эффекты через общий механизм - зависимые от скорости сдвига изменения эффективного объема клеток. (186]. Позднее A.Singh и W.H.Remhart [360] и E.Vicant [388] показали, что эритроциты со сниженной деформируемостью препятствуют процессу агрегации с
эритроцитами нормальной формы. Теоретическому обоснованию взаимосвязи агрегационных и деформационных свойств эритроцитов и участия их в формировании структуры кровотока на всем его протяжении, и посвящается данная работа.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Целью настоящей работы является проведение анализа литературы и экспериментальных исследований на предмет выявления причин, обусла&іивающих гидродинамические закономерности структурирования кровотока в сосудистой сети млекопитающих, выяснение роли реологических детерминант эритроцитов в регуляции структур ЕІОГО состояния и вязкостных свойств крови в условиях нормы и при различных патологических состояниях, и установление их возможной взаимосвязи.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:
Обоснование закономерностей структурообразования в системе движущейся крови у млекопитающих и участие в нем реологических детерминант эритроцитов.
Разработка и создание отечественных лабораторных установок измерения деформируемости и агрегации эритроцитов, позволяющими адекватно оценивать реологические параметры в условиях, максимально приближенных к нативным. Отработка технологии проведения эктацитометрических и агрегационных исследований.
Проведение исследований деформационных и агрегационных показателей эритроцитов у разных видов млекопитающих в сравнительном плане.
Оценка изменений реологических детерминант эритроцитов в эксперименте.
5. Исследование изменений реологического статуса крови при
лечении заболеваний ССС у человека.
6. Выявление основных закономерностей изменения реологических детерминант у различных животных и человека при нормальных физиологических состояниях и в эксперименте.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА.
Впервые обоснованы гидродинамические и биофизические закономерности структурирования крови в сосудистой сети организма млекопитающих в продольно-магистральном направлении. Проведен анализ влияния сдвигового стресса на регуляцию функций различных тканевых структур.
Впервые доказано, что форма красной клетки крови при прочих равных условиях определяет динамику обратимой агрегации эритроцитов.
Впервые выявлено установление прямой положительной корреляционной связи реологических детерминант эритроцитов в зависимости от силы стрессовых воздействий на организм млекопитающих и при некоторых заболеваниях ССС у человека. ЕГычислены регрессиоьные зависимости между реологическими детерминантами в условиях нормы и при различных состояниях организма.
Выявлен неизвестный ранее дополнительный адаптивный механизм регуляции вязкостных свойств крови у млекопитающих при патологии за счет взаимоизменений реологических детерминант эритроцитов. Показано, что ключевым звеном в функционировании выявленного феномена является форма красной клетки.
Впервые в России создана лабораторная установка, позволяющая адекватно исследовать деформируемость эритроцитов. Отработана технология эктацитометрических измерений методом аликвотных добавок.
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. На основании результатов настоящей работы установлены и обоснованы:
объективная закономерность магистрального структурирования движущейся крови у млекопитающих с учетом гидродинамических особенностей строения сосудистого русла и биофизических свойств форменных элементов крови;
новые представления о дополнительном адаптивном механизме регуляции вязкостных свойств крови у млекопитающих;
возможность оценки функционального состояния физиологических систем организма по характеру связи реологических детерминант эритроцитов;
введение коэффициентов корреляции реологических детерминант в качестве дополнительного параметра в разработанную ярославской школой исследователей карту гемореологических профилей изучения закономерностей долговременной адаптации организмов;
рекомендации по контролю за коррекцией реологических свойств крови у больных с различными формами ишемической болезни сердца с учетом установлен ых аналитических зависимостей реологических детерминант;
- вычисление величины одной из реологических детерминант на
основе измерения другой и рассчитанных регрессионных уравнений для
нормы, в условиях эксперимента и при патологии ССС;
- разработана и введена в практику научных исследований
высокочувствительная лабораторная установка, которая может служить
основой для создания серийного образца отечественной модели
эктацитометра.
ПОЛОЖЕІІИЯ, ВЫ1ЮСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:
1. Дифракционная эктацитометрия и пьезодинамическая
агрегометрия в микрообъеме крови являются объективными
высокочувствительными методами оценки реологических свойств
эритроцитов в условиях, максимально приближенных к нативным.
2. Структурная организация магистрального кровотока у
млекопитающих обусловлена гидродинамическими особенностями
строения сосудистого русла, биохимического состава плазмы и
присутствием наделенных уникальными биофизическими свойствами
эритроцитов, как наиболее представительной фракции элементов крови.
3. Форма красной клетки крови определяет динамику процесса
обратимой агрегации эритроцитов.
4. Реологические детерминанты эритроцитов млекопитающих
находятся в прямой положительной корреляционной связи. Ключевым
звеном регуляции их связи является один из клеточных факторов - форма
эритроцита.
5. При различных состояниях, угрожающих нарушением
гомеостазиса, реологические характеристики, оцениваемые по их
среднестатистическими значениям, ухудшаются. Выявленная
закономерность связи реологических детерминант представляет собой
феномен дополнительного адаптивного механизма поддержания
реологического статуса крови.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные результаты и положения работы доложены на V Всесоюзной конференции по экологической физиологии, биохимии и морфологии ( Ленинград, 1977), I Всесоюзной конференции «Физиология экстремальных состояний и индивидуальная защита человека» ( Москва, 1982), X Всесоюзном совещании по эволюционной физиологии (Ленинград, 1990), I и II Всероссийских совещаниях "Кислотно-основной и температурный гомеостаз: физиология, биохимия и клиника" (Сыктывкар, 1991, 1994), Всероссийском совещании "Артериальная гипертензия. Экспериментальные и клинические аспекты" (Санкт-Петербург, 1995), I (XI) Международный симпозиум по эволюционной физиологии (St. Petersburg, 1996), Всероссийской научной конференции "Неотложная кардиология, достижения и перспективы" (Санкт-Петербург, 1996), XXXIII Международном конгрессе по физиологическим наукам (St. Petersburg, 1997), XII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998), II Всероссийской конференции "Физиология, нарушения и коррекция газотранспортной функции крови" (Санкт-Петербург, 1998), II Международной конференции "Микроциркуляция и гемореология" (Ярославль-Москва, 1999), XII Международном совещании по эволюционной физиологии (Санкт-Петербург, 2001), III съезде биохимического общества ( Санкт-Петербург, 2002), 391 заседании Санкт-Петербургского научного общества патофизиологов (Санкт-Петербург, 2002).
ПУБЛИКАЦИИ По теме диссертации опубликованы 36 печатных работ ( 22 статьи и 14 тезисов докладов).
Агрегационные свойства эритроцитов. Современные теории феномена обратимой агрегации эритроцитов
Специфические механизмы, вовлеченные в ОАЭ на сегодняшний день полностью не выяснены. Очевидно, что взаимодействие между красными клетками зависит от уровня плазменных белков, рН и ионной сапы суспензионной среды , поверхностного заряда мембраны и структуры гли кокал икса, а также клеточных факторов, таких как форма клеток и аффинные свойства мембраны [71, 72, 73, 183].
Прямые эксперименты с эритроцитами человека, кошки, собаки, крысы, мыши, кролика и морской свинки показали, что смешанные в растворе Рингера в присутствии поливинилпирролидона ( М.в. 360 000) популяции клеток образуют "монетные столбики", в состав которых преимущественно входят эритроциты от одного вида [353]. По-видимому, возможность "склеивания" эритроцитов полимерами дополнительно определяют и видоспецифические факторы. Способность эритроцитов агрегировать зависит и от их формы. Так, подавление ассоциации эритроцитов наблюдается при эхиноцитозе, что влечет за собой изменение скорости седиментации [331]. Позднее, этими же авторами было показано, что при невысокой степени эхиноцитоза вязкость суспензии была наибольшей, а при сильной - снижалась. При сферуляции эритроцитов в гипотоничной среде их способность агрегировать уменьшалась, что приводило к снижению вязкости суспензии [332].
На сегодняшний день имеется несколько фундаментальных теорий, объясняющих феномен ОАЭ. Механизм агрегации посредством макромолекулярного связывания является наиболее известной моделью, В свете данного представления плазменные белки, преимущественно фибриноген, иммуноглобулины и другие биополимеры, слабо адсорбированы на поверхности эритроцита. Установление жестких связей может возникать, если силы взаимодействия преодолевают эффективный радиус двойного электрического слоя. Как правило, размеры нитей биогенных макромолекул превышают толщину двойного слоя. В случае абсорбции белков одновременно на двух соседних мембранах устанавливается так называемый мостик, соединяющий две поверхности. Описанное явление носит название в литературе, как «bridging-механизм». В свете данной теории уровень генерации активных форм кислорода в клетках, появление продуктов перекисного окисления липидов и, соответственно, межмолекулярных сшивок, особенно при патологии, рассматривается как один из важнейших факторов, потенцирующих агрегацию клеток.
Агрегация посредством истощения (снижение концентрации белков непосредственно у агрегирующих поверхностей) является также весьма возможным подходом для объяснения явления агрегации. В случае формирования истощенного по макромолекулам слоя вблизи мембран появляется "давление взаимодействия", сходное по природе с осмотическим давлением макромолскулярного раствора, что приводит к вытеснению жидкости из межклеточников и сближению суспендированных частиц. Эта модель менее вероятна in vivo [289], однако хорошо объясняет процесс индуцированной декстранами агрегации [373].
Недавно в отечественной литературе появилось сообщение о фрикционно-волновом механизме агрегации эритроцитов и тромбообразования при больших сдвиговых напряжениях, являющееся творческим развитием идей А.Л.Чижевского [93]. Это явление возникает в случае пульсирующего потока, когда эритроциты под действием изменения статического давления в волнах трения смещаются в скоростные струи, и появляются структурированные потоки. Оказавшись в волновой ловушке, эритроциты сближаются и собираются в столбики. После того, как они замкнутся в тор (вращающийся круг), вынужденное движение их к оси прекратится, и скачком снизится скорость движения. На тор накатится передний фронт сокращающейся концентрической волны высокого давления, сожмет и остановит его. Затем задний фронт волны трения разожмет тор и придаст ему прежнюю скорость движения. При этом появляются высокие пиковые давления, которые заставляют отдельные эритроциты притягиваться друг к другу, а некоторые - разрушаться. Далее тор разрывается, вновь образуются монетные столбики. Обрывки последних собираются в комки, резко повышая гидросопротивление: сосуд закупоривается. Эта динамическая модель, пытаясь объяснить феномен агрегации и структурирования в потоке, организованном в сосудах, пока не нашла широкого признания.
Показано, что эритроцитарные мембраны испытывают механические колебания. В этом случае между эритроцитами должны существовать силы взаимодействия гидродинамической природы типа сил Бъеркнеса, направление которых (притяжение или отталкивание) зависит от разности фаз взаимодействующих единиц. Предполагается наличие акустоэлектрических колебаний мембран, способных дать электродинамический вклад во взаимодействие клеток [128]. Высказана гипотеза, по которой процесс ассоциации эритроцитов в агрегаты представляется фазовым переходом. Согласно этой гипотезе кровь рассматривается как двухфазная система, в которой суспендированные эритроциты при некотором критическом значении параметров, определяющих точку фазового перехода, в результате расслоения фаз образуют ассоциаты, или агрегаты, в структурированной жидкой фазе полимерных молекул. Эта гипотеза позволяет непротиворечиво объяснить многие факты, касающиеся закономерностей агрегации эритроцитов, а также помогает подойти с новых позиций к более общим проблемам реологии крови. Очевидно, что для нормального обеспечения кислородом клеток и тканей в широком диапазоне напряжений сдвига необходимо поддержание оптимальной динамики ассоциации-диссоциации эритроцитов. Между тем, высказывается экспериментально и теоретически обоснованное предположение об активном участии мембраны эритроцита в авторегуляторном механизме изменения неспецифической проницаемости ее дія кислорода в этих условиях [133]. Из фазовой модели следует существование определенного оптимального "фазового пространства" критических параметров, в котором в зависимости от потребностей организма как быстрая ассоциация эритроцитов, так и их диссоциация происходит при небольших изменениях критических условий. Выход того или иного параметра или их сочетания за пределы данного "фазового пространства" может сопровождаться поломкой оптимальной динамики образования ассоциатов, наблюдаемой в условиях нормы, и повышенной агрегируемостью, что должно сопровождаться резким скачком вязкости крови и увеличением нагрузки на ССС и риском закупорки микрососудистой и капиллярной сети [II, 197, 264, 390]. Следовательно, для нормального обеспечения клеток и тканей кислородом и их метаболизма в широком диапазоне нагрузок необходимо поддержание оптимальной динамики ассоциации-диссоциации эритроцитов, т.е. структуры крови.
Взаимоотношения формы и реологических свойств эритроцитов
Успешность решения поставленной задачи по выявлению возможной функциональной связи реологических детерминант и изменения ее в зависимости от состояния организма диктовала нам необходимость точного и по возможности адекватными методами измерения ДЭ и ОАЭ в одной пробе. К сожалению, большинство лабораторий не оснащены оборудованием для параллельного определения агрегационных и деформационных характеристик эритроцитов. Поэтому отсутствовала возможность оценить характер изменения этих параметров в их взаимосвязи и выявить вероятные механизмы их перекрестных взаимоотношений.
На сегодняшний день считается доказанным объемная реципрокная регуляция ионных переносчиков в эритроцитах млекопитающих, мембрана которых высокопроницаемы для воды. Объем красной клетки определяется в этой связи общим количеством запасенных макромолекул и протяженностью мембранных структур. Эритроциты обладают объем-чувствительными системами К+, СГ и Na+, К+, 2СГ - котранспорта и Na7 ІҐ-, Ca2+/Na+ -, Mg /Na - обмена. Ключевую роль в этой регуляции играют цикл фосфорилирования/дефосфорилирования трансдуктора сигнала или самих транспортеров, а также реорганизация цитоскелетной сети в виде плавления спектрина или минорных белков цитоскелета [86, 87]. При данных превращениях меняются деформационные свойства и способность эритроцитов образовывать агрегаты. Наряду со свойствами суспендирующей среды, т.е. уровнем плазменных протеинов, их размерами и молекулярным весом, и физико-химическими характеристиками, как рН, ионная сила и т.д., клеточные факторы эритроцитов являются важными детерминантами ДЭ и ОАЭ. К примеру, результаты исследований влияния морфологических трансформаций эритроцитов на взаимодействие клеток указывают на то, что форма играет решающую роль в агрегации красных клеток и взаимодействии эритроцитов между собой и с эндотелием [331, 332].
До сих пор вопрос о взаимоотношении реологических детерминант в процессе физиологической волюморегуляции и морфологической трансформации эритроцита детально в литературе не обсуждался. Лишь в работе Shu Chicn, опубликованной в 1970 году в Science, впервые замечено, что процессы агрегации и деформации эритроцитов могут оказывать реологические эффекты через общий механизм - зависимые от скорости сдвига изменения эффективного объема клеток: за счет, во-первых, увеличения при образовании монетных столбиков осевой составляющей скорости движения крови и, во-вторых, ограничения деформации отдельных эритроцитов в агрегатах [186]. Т.е., степень деформационных возможностей эритроцитов ограничивается присутствием близко расположенных в агрегатах клеток. О связи же деформационных свойств эритроцитов с их агрегационной способностью к настоящему времени накоплены лишь некоторые разрозненные сведения. Так, изменение реологических свойств эритроцитов вс вязи с трансформацией их морфологии отмечено в работе [288], в которой автор объясняет изменение кривой течения при низких скоростях сдвига особенностями изменения механических и геометрических свойств эритроцитов. Большую ДЭ у лошади относят на счет их высокой тенденции к агрегации, т.к. в процессе агрегации клетки должны деформироваться, чтобы сформировать параллельные поверхности и тем самым обеспечить достаточную площадь контакта [ 153]. Подтверждением этому служит отмеченная корреляция между ДЭ у разных видов млекопитающих с размерами эритроцитов [159]. Позднее, W.H.Reinhart и A.Singh показали, что снижение вязкоэластические свойства мембраны эритроцитов при обработке их глутаральдегидом, вызывающем увеличение их ригидности и, соответственно, снижение деформируемости, приводит к прогрессивному снижению агрегации. Изменение осмоляльности плазмы, одновременно меняющее клеточную геометрию и ДЭ, приводило к изменению ОАЭ. По заключению авторов, эти результаты свидетельствуют о том, что ДЭ и их геометрия играет важную роль в процессе ОАЭ [330, 360, 391]. Более того, увеличение эллипсовидности или сферуляция эритроцитов после тепловой либо гипотонической обработки снижает их агрегационную способность. При этом вязкость крови в диапазоне (I - 10) С" меняется незначительно [32, 148, 395]. Очевидно, что при низких скоростях сдвига, когда вязкость определяется в большей степени агрегацией, отсутствие значимых изменений в вязкости может быть объяснено лишь наличием связи реологических детерминант. Кроме того, обработка мембран диамидом, окисляющим SH-группы белков и вызывающем их сшивание и появление высокомолекулярных агрегатов спектрина и, как следствие, снижение ДЭ, вызывает подавление ОАЭ [182, 303]. Аналогичные результаты были получены в экспериментах, когда снижение ионной силы в аутологичной плазме и агрегационной среде с 3% декстраном Т70 приводило к снижению ОАЭ [368]. Обработка эритроцитов пентоксифилином вызывала усиление скорости агрегации и размеров их агрегатов и повышение ДЭ [359].
Включение лизофосфатидилхолина, или лизолецитина, в гипотоническую среду, способствующую потере эритроцитами деформируемости вследствие их набухания, существенно подавляло гипотонический лизис эритроцитов в результате подавления выхода из них К+ и через нистатиновые каналы входа Na+ [203]. Тем самым лизофосфатидилхолин не только предотвращал потерю деформационных свойств эритроцитов, но и существенно улучшал их. А обогащение лизофосфатидилхолином наружного монослоя плазматической мембраны эритроцитов, как и насыщение цитоплазмы этих клеток Са2+, сопровождалось усилением агрегации, индуцируемой фибриногеном [313]. Таким образом, анализ литературы показывает, что при морфологических трансформациях эритроцитов, по-видимому, происходит регуляция вязкости крови и ее структуры в соответствие с реципрокным характером последствий прямой положительной связи реологических детерминант.
Сравнительная оценка реологических свойств эритроцитов в норме у животных различных видов и человека
Как видно из представленных данных, гематокрит (EPV) и концентрация гемоглобина (НЬ) в крови изученных видов млекопитающих не отличаются в значительной степени от таковых у человека. В то же самое -время, число эритроцитов (RBC) у крысы, мыши и хомячка выше, а среднекорпускулярный объем красной клетки (MCV) и, соответственно, содержание гемоглобина в ней (МСТІ) значительно ниже, чем эти индексы у человека, морской свинки и кролика. Несколько понижена концентрация гемоглобина внутри эритроцита (МСНС) у хомячка и собаки. При этом между некоторыми показателями эритроцитов, с одной стороны, и весом животных, с другой, обнаружены тесные статистические связи: между RBC и весом животного - обратная корреляционная зависимость ( г = - 0,755; р=0,05), а между MCV и весом - прямая положительная ( г=0,864; р=0,012). RBC обратно коррелировало с MCV ( г = - 0,936; р=0,002 ) и, соответственно, с МСН (г = - 923; р = 0,003).
Показатели ДЭ и ОАЭ у разных видов млекопитающих, измеренные в летние сезоны, сведены в таблицы 2 и 3 в порядке уменьшения индекса деформируемости I, (табл.2) и скорости спонтанного образования агрегатов \Л (табл.3).
ДЭ колеблется в довольно широком диапазоне: от 0,780 отн. ед. у суслика до 0,395 отн. ед. у барана. При этом изотоничная концентрация в крови также колеблется: минимальна у людей ( 277 мОсм ) и максимальна у барана (337 мОсм), Осмоляльность Оюш , соответствующая максимальному сферулированию эритроцита и являющаяся мерой отношения S/V, у барана сдвинута в гиперосмотическую область ( 212 мОсм ), что означает наименьший запас площади эритроцита у этого вида животных. Что касается вязкости внутреннего содержимого эритроцитов, то, судя по значениям показателя 0\ наиболее дегидратированы эритроциты человека, барана, собаки, крысы и хомяка, тогда как внутренняя вязкость эритроцитов морской свинки, кролика, суслика, мыши и кошки достоверно снижается в соответствие с перечисленными видами животных. Диапазон осмотической устойчивости эритроцитов, обозначенный в таблице как (О - Оми,, ), наиболее велик у мыши, суслика, кошки и минимален у барана. При этом, индекс ДЭ ( 1э) обратно коррелирует с МС V, а также с MCI I: ( г = - 0,854; р = 0,014 и г = - 0,940; р 0,002, соответственно). Достоверных связей ДЭ с клеточными детерминантами вязкостных свойств эритроцитов у каждого представителя рассмотренных видов млекопитающих не выявлено, за исключением явно сферулированных эритроцитов барана ( высокое значение осмоляльности характеристической точки Омин и низкое значение О ), и большой степени гидратиро ванн ости гемоглобина у кошки, суслика и мыши ( высокие эктацитометрические показатели 1э и характеристической точки осмоляльности О ). Тем не менее, между индексом ДЭ и осмол ял ьностями Омин и О связь выявляется (графики 10 и 11). При этом, коэффициент корреляции между 1э и О составляет г = 0,593 ( р=0,071 ), а между 1э и Омин - г = - 0,514 ( р=Ю,098 ).
Несколько неожиданно выглядит зависимость осмоляльности О , характеризующей цитоплазматическую вязкость эритроцита, от колориметрического измерения концентрации }\Ъ в эритроците, являющейся прямой мерой гидратированности НЬ, коэффициент корреляции г = 0,561 ( р =0,190 ). Как видно из графика 12, они находятся в
Так, скорость спонтанного образования агрегатов наиболее велика у собаки (0,0479 С"1) и очень низка у хомяка (0,0039 С 1). Прочность агрегатов также наибольшая у собак, как и расчетный индекс агрегации. В особенности впечатляет сравнение длительностей полупериода времени спонтанной агрегации эритроцитов этих животных: у собаки оно составляет 28 С, а у хомяка - 246 С. В графической интерпретации это выражается в резком экспоненциальном снижении амплитуды светорассеяния у собак и медленном асимптотическим снижением у хомяков, практически адекватном поведению суспензии при ее гравитационном осаждении в отсутствие агрегации. Однако, наличие порога напряжения для разрушения агрегатов в 52 В свидетельствует о том, что мостикообразующие связи между эритроцитами хомяка все же устанавливаются, и достаточно прочные. Наименьшая прочность агрегатов отмечена у эритроцитов морской свинки - 32,3 В. Таким образом, результаты исследования реологических параметров эритроцитов у различных видов млекопитающих показывают, что ДЭ и ОАЭ колеблются в широком диапазоне: индекс ДЭ - от 0,780+0,026 отн.ед. у суслика до 0,395 ± 0,009 отн.ед. у барана; скорость ОАЭ - от (47,9±9,7)х10"3 С1 у собаки до (3,9±0,8)х103 С"1 у хомяка; прочность агрегатов - от 73,4+3,9 В у собаки до 32,3+1,2 В у морской свинки. Наиболее предпочтительная в гидродинамическом и газотранспортном отношении форма (большая удельная поверхность - отношение S/V) отмечена у эритроцитов человека и крысы; наиболее сферулированы эритроциты барана и кошки.
Реологические свойства эритроцитов и содержание липидов в плазме крови у больных стабильной стенокардией
Результаты проведенных исследований реологических свойств эритроцитов у больных СС II по сравнению с показателями у здоровых лиц сведены в таблицу 10. Как видно из представленных данных, основные реологические характеристики при заболевании СС достоверно изменены по сравнению с таковыми у здоровых лиц, а именно: эритроциты у больных СС характеризуются сниженной ДЭ и повышенной ОАЭ. Это свидетельствует о существенном ухудшении их реологических свойств, что совпадает с данными литературы. Снижение ДЭ у больных СС происходит, исходя из анализа соответствующих осмограмм, больше за счет дегидратации гемоглобина и, соответственно, увеличения внутренней вязкости эритроцитов: О1=390±2 мОсм против О =401±2 мОсм в контроле (р 0,001). При этом, форма эритроцита, судя по характеристической точке осмоляльности Омин, в которой происходит максимальная сферуляция эритроцита ( мера отношения S/V ), также изменена, отмечается сильная тенденция к сферулированию эритроцитов у больных СС: Омин - 152±1 мОсм у всех больных СС против Омин = 149±2 мОсм у здоровых лиц.
Для выяснения связи найденных изменений с липидным спектром крови мы использовали результаты совместной работы с сотрудниками отдела биохимии Института экспериментальной медицины РАН (зав. докт. мед. наук А.Д.Денисенко). Все больные были разделены на группы по содержанию ХС (менее 200, 200 -239 и более 239 мг/дл), ЛПНП (менее 130, 130 -159 и более 159 мг/дл), ЛПВП (более 49, 49 - 35 и менее 35 мг/дл) и ТГ (менее и более 200 мг/дл). Результаты представлены в таблице 11. Видно, что ДЭ у больных СС не зависела от концентрации липидов, оставаясь сниженной при всех уровнях по сравнению с ДЭ у здоровых лиц (см. табл. 10).
Выраженное влияние оказывали липиды плазмы на ОАЭ. Так, при повышении концентрации ХС и ЛПНП достоверно увеличивались как скорость образования 1/Т и прочность агрегатов Uq, так и агрегационный индекс Іагр. При низких уровнях ХС и ЛПНП все эти показатели достоверно не отличались от соответствующих величин у здоровых лиц. При повышении концентрации ТГ увеличивалась только 1/Т без достоверного увеличения Uq. Обращает на себя внимание тот факт, что реологические свойства эритроцитов не изменялись в зависимости от уровня ЛПВП. Эти результаты в целом подтверждаются и данными корреляционного анализа. Так, уровень ХС и ЛПНП достоверно положительно коррелировал с Uq (г = 0,49 и 0,40, соответственно, р 0,0004), с 1/Т (г = 0,45 и 0,51, соответственно, р 0,001) и с 1шр (г = 0,69, р 0,0001 в обоих случаях). Концентрация ТГ в плазме положительно коррелировала с 1/Т и I шр : г = 0,41 и 0,43, соответственно, р 0,003. Уровень ЛПВП не был связан достоверными корреляционными связями с реологическими параметрами эритроцитов.
Более детальный анализ изменений ОАЭ в этих группах больных мы провели, выделив в них подгруппы по параметрам ОАЭ, близким к нормальным, умеренно повышенные и высокие (рисунок 20). Согласно данному подходу в каждой группе с соответствующим содержанием липидов было выделено по три подгруппы, характеризующихся значениями 1/Т, Uq и 1 соответственно менее 0,045 С"1, менее 60 В и менее 3,5 В/С; (0,045-0,050) С Л (60-70) В и (3,5-4,0) В/С; более 0,050 С 1, более 70 В и более 4,0 В/С. Как видно из рисунка 20, среди больных с высокими уровнями ХС и ЛПНП процент пациентов с усиленной ОАЭ (повышение 1/Т, Uq и 1щр) был выше, чем среди больных с низкими уровнями этих липидов. Аналогичная картина наблюдалась и при разделении больных по уровню ТГ.
