Viskozita krve a krevní tlak: role teploty a hyperglykémie

Abstrakt

Naplánovali jsme studii zaměřenou na výzkum vztahů mezi krevním tlakem (TK), viskozitou a teplotou u zdravých osob a mezi TK, viskozitou a glukózou u diabetiků. Metodou prostého náhodného výběru bylo vybráno 53 zdravých osob a 29 osob s diabetes mellitus (DM) II. typu. Parametry byly stanoveny kapilárním viskozimetrem a glukometrem při 22 °C, 36,5 °C a 39,5 °C u zdravých osob a při 22 °C u diabetiků během OGTT se 75 g glukózy. Statistické vyhodnocení dat bylo provedeno pomocí regresní analýzy, Studentova t testu, Spearmanovy korelace a analýzy rozptylu. Při snížení teploty z 36,5 °C na 22 °C se viskozita krve zvýšila o 26,13 %. Toto zvýšení mělo za následek snížení průtoku krve o 20,72 %. Podle Hagenovy-Poiseuillovy rovnice bylo potřebné zvýšení tlaku pro kompenzaci vzniklé tkáňové ischemie 20,72 %. Rovněž bylo pozorováno 34,73% snížení deformability erytrocytů a 18,71% zvýšení viskozity plazmy. Při zvýšení teploty z 36,5 °C na 39,5 °C se viskozita krve snížila o 10,38 %. To způsobilo 11,15% snížení průtoku krve a podle rovnice 11,15% snížení krevního tlaku. Zvýšení deformability erytrocytů o 9,92 % a snížení viskozity plazmy o 4,99 % vzniklo v důsledku zvýšení teploty. Mezi celkovými údaji pro teploty a viskozitu existuje korelace (r = -0,84, P < .001). Při zvýšení průměrné hodnoty glukózy v krvi ze 100 na 400 mg/dl se viskozita zvýšila o 25 % (r = 0,59, P = .002). Za tohoto stavu byl pokles průtoku krve 20 % a zvýšení TK pro fyziologickou kompenzaci 25 %. Z toho vyplývá, že teplota, hladina glukózy a viskozita krve jsou důležitými faktory pro BP. Am J Hypertens 2001;14:433-438 © 2001 American Journal of Hypertension, Ltd.

Cílem naší studie je výzkum vztahů mezi teplotou, koncentrací glukózy a viskozitou krve a plazmy a výpočet jejich vlivu na krevní tlak (TK) podle Hagen-Poiseuilleovy hydrodynamické rovnice.

Pokud je lidský oběhový systém považován za uzavřený systém, lze hemodynamickou rovnováhu určit podle Poiseuillovy rovnice pomocí tlaku, viskozity, průtoku, rychlosti krve a průměru cévy. Viskozitu lze definovat jako odpor tekutin proti proudění. Odpor pro krevní oběh zahrnuje tření mezi krevními elementy a mezi lumenem cévy a krví. K tomu, aby tekutina proudila, je třeba vynaložit energii. Proto je energie oběhového systému vynakládána v korelaci s úrovní viskozity krve. Formy energie oběhového systému jsou tlak a rychlost proudění krve. Rychlost (v) a tlak toku krve lze určit pomocí Poiseuillovy rovnice jako v = 1/4ηL (F1 – F2) (a2 – r2) a také rychlost BP (Q) lze vyjádřit z výše uvedené rovnice jako Q = πa4/8 ηL (F1 – F2), kde η je viskozita tekutiny, F1 a F2 jsou počáteční a konečný průřezový tlak krve, L je délka, a je poloměr cévy a r je vzdálenost od středu cévy pro proudící částici.1,2 Aby tedy byla rovnováha rovnice v oběhovém systému konstantní, zvýší se při zvýšení viskozity krevní tlak.

Ukázalo se, že mezi hodnotami hematokritu 25,32 % a 60,16 % se při každém zvýšení hematokritu o 11 % zvýší viskozita krve o 20 %. Za tohoto stavu se podle Poiseuillovy rovnice sníží průtok krve o 16,67 %, což může vést k ischemii tkání. K udržení oběhového systému v rovnováze (tj. udržení dostatečné rychlosti průtoku a zabránění tkáňové ischemii) je zapotřebí 20% zvýšení krevního tlaku nebo 4,66% vazodilatace.3 Lidský oběhový systém však není přesně uzavřený systém, protože viskozita krve se může měnit vstřebáváním potravy nebo léků.4-8 Navíc byly zaznamenány účinky tuků ve stravě a některých léků na viskozitu krve a hemodynamiku, např. krevní tlak. Protože aterosklerotické cévy se nemohou dostatečně rozšířit jako odpověď na vazodilatační léky, předpokládá se, že zvýšená viskozita krve může být za těchto okolností kompenzována pouze zvýšením TK.9-12 Také vztahy mezi TK, bolestí hlavy, koagulací, rychlostí průtoku krve a viskozitou krve byly popsány prostřednictvím principů hemodynamiky.13,14

Studie se skládala ze dvou skupin. U první skupiny bylo naším cílem změřit možné změny viskozity krve a plazmy a deformovatelnosti erytrocytů v důsledku teplotních změn na zdravých osobách a také stanovit změny TK pomocí výpočtů založených na zákonech hemodynamiky. Protože průměry erytrocytů jsou větší než průměry kapilár, mohou procházet kapilárami pouze deformací. Tuto schopnost změny tvaru erytrocytů lze měřit a definovat pomocí pojmu deformovatelnost. Doba volného průtoku hmoty erytrocytů viskozimetrem je nepřímo úměrná deformovatelnosti erytrocytů.15 Vztahy mezi viskozitou krve, deformovatelností erytrocytů, teplotou a TK nebyly dosud popsány.

Druhou skupinu tvořili pacienti s diabetes mellitus (DM) II. typu bez diabetických komplikací. Naším cílem bylo určit vztah mezi glykemií a viskozitou krve během orálního glukózového tolerančního testu (OGTT) a vypočítat vliv těchto faktorů na TK pomocí zákona hydrodynamiky. Pro výzkum vztahu mezi glukózou a viskozitou v širokém rozmezí koncentrací glukózy v krvi byli vybráni pacienti s diabetem. Ačkoli byl vztah mezi glukózou a viskozitou prokázán, vztah mezi glukózou a krevním tlakem dosud nebyl popsán.16,17

Materiál a metody

Výběr případů

Pro první skupinu studie bylo metodou prostého náhodného výběru vybráno celkem 53 zdravých osob. Studijní soubor byl vybrán z návštěvníků pacientů naší kliniky, kteří neměli žádné potíže a v posledním týdnu neužívali žádné léky. Soubor tvořilo 36 mužů a 17 žen s průměrným věkem 26,5 ± 6,5 let. Do druhé skupiny bylo vybráno celkem 29 osob, které měly nekomplikovaný DM a neužívaly žádné léky, metodou prostého náhodného výběru z nově diagnostikovaných pacientů s DM II. typu v diabetologické ambulanci našeho oddělení. Od všech osob účastnících se studie byl získán informovaný souhlas.

Příprava krevních vzorků

Po nočním lačnění byl každému subjektu odebrán vzorek krve o objemu 9,9 ml z brachiální žíly nad 0,1 ml (500 IU) heparinu sodného. Každý vzorek byl centrifugován při 3000 otáčkách za minutu po dobu 5 minut centrifugou s poloměrem 9,5 cm. Plazma byla získána jako supernatant a pufrovaná vrstva byla vyhozena. K oddělení zbylého erytrocytárního sedimentu od leukocytů byl smíchán s 5 ml 0,9% roztoku NaCl a dvakrát centrifugován stejnou metodou.

Měření viskozity a deformovatelnosti

Měření bylo provedeno metodou jednoduchého viskozimetru s kapilární trubicí, která se na našem oddělení používá od roku 1990.3,11,12,18 Viskozimetr měl v horní části zásobník o objemu 2 ml. Ve svislé poloze byl naplněn vzorkem kapaliny po horní rysku zásobníku a poté byla změřena doba volného toku vzorku po spodní rysku zásobníku v sekundách (s).

Pokud je doba volného toku destilované vody přijata jako 1, lze hodnotu dosaženou porovnáním s dobou volného toku vzorku označit jako „relativní viskozitu“.

Viskozimetr byl používán za zvolených konstantních laboratorních podmínek ve stejné svislé poloze a bez vystavení přímému slunečnímu záření nebo proudění vzduchu. Jako údaj jsme místo hodnoty relativní viskozity použili dobu volného toku, abychom zpřesnili statistické a grafické odhady a zabránili zaokrouhlování výpočtů.

Doby volného toku krve, plazmy a erytrocytární hmoty byly stanoveny při 22°, 36,5° a 39,5 °C. Aby se zabránilo vysrážení bílkovin, byl viskozimetr použit poté, co byl promyt 0,9% roztokem chloridu sodného, opláchnut destilovanou vodou a vysušen acetonem. Pro studium při různých teplotách byl viskozimetr umístěn do průhledného, plastového uzavřeného lázeňského systému, ve kterém oba konce viskozimetru stály svisle a v lázeňském systému nepřetržitě cirkulovala tepelně řízená voda pomocí peristaltického čerpadla s vysokým výkonem.

Erytrocytární deformovatelnost je schopnost erytrocytu měnit tvar. Jednou z metod měření deformovatelnosti je stanovení doby průchodu erytrocytu filtrem, který má póry standardní velikosti. Vzhledem k rozdílům v průměru a objemu erytrocytů mezi jednotlivci může být specifičnost a citlivost této metody nedostatečná.15 Protože doba volného průtoku čisté erytrocytární hmoty představuje deformovatelnost, tekutost a vnitřní viskozitu erytrocytů a protože použití viskozimetru ke stanovení doby volného průtoku erytrocytů bylo levnější a jednodušší, dali jsme této metodě a jejím údajům ve studii přednost.

Měření koncentrace glukózy v krvi

Měření koncentrace glukózy v krvi bylo provedeno pomocí glukometru Accutrend GC (Boehringer Mannheim, Mannheim, Německo). U všech 29 případů byla provedena nejméně čtyři měření koncentrace glukózy v krvi a současné měření viskozity krve a plazmy v 0., 30., 60. a 120. minutě při 22 °C po požití 75 g glukózy.

Statistické vyhodnocení

Výsledky první skupiny byly statisticky vyhodnoceny pomocí Studentova t testu a Spearmanova korelačního testu. Vztah mezi koncentrací glukózy v krvi a viskozitou byl statisticky vyhodnocen pomocí Studentova t testu, analýzy rozptylu a regresní analýzy.

Výsledky

Vztah teploty krve, viskozity a tlaku

Při snížení teploty krve z 36,5° na 22 °C se průměrná doba volného průtoku krve zvýšila z 11,62 na 15,55 s (26,13 %). Podle Poiseuillovy rovnice se průtok krve sníží o 20,72 % a pro kompenzaci tohoto ischemického stavu je zapotřebí 26,13% zvýšení tlaku nebo 5,9% vazodilatace. Pokud se viskozita (η ve jmenovateli rovnice) změní ze 100 na 126,13 (26,13 %), průtoková rychlost Q se sníží o 100/126,13 = 20,72 %. Pokud se viskozita zvýší o 26,13 %, musí se hodnota tlaku (F1 – F2) (násobitel v rovnici) zvýšit o stejné procento, aby rovnice zůstala konstantní. Když se viskozita zvýší o 26,13 %, musí se poloměr nádoby (počáteční) a4, aby zůstal průtok konstantní, zvýšit o 26,13 %. Výpočet tohoto zvětšeného poloměru (konečného) je a4final = 1,2613 × a4initial. Z tohoto výpočtu vyplývá, že αfinal = = 1,0597, a lze tedy odhadnout 5,97% vazodilataci.

Při zvýšení teploty z 36,5° na 39,5 °C se doba volného průtoku krve snížila z 11,59 na 10,58 s (10,38 %). Za tohoto stavu se rychlost průtoku krve zvýšila o 11,15 %; podle Poiseuillovy rovnice bylo k udržení konstantní hemodynamické rovnováhy zapotřebí 10,38% poklesu TK nebo 2,71% vazokonstrikce.

Korelace mezi teplotou a viskozitou krve je r = -0,84, P < .001, pokud jsou všechny rozdíly při třech teplotách hodnoceny společně (obr. 1). Při společném vyhodnocení všech údajů o době volného průtoku krve u tří teplot podle věku byla zjištěna negativní korelace (r = -0,1381 a P < .05); při vyhodnocení údajů podle pohlaví bylo zjištěno, že průměrná doba volného průtoku krve u žen je o 12,97 % kratší než u mužů (r = 0,3408, P < .001).

Vliv teploty na viskozitu krve. Při snížení teploty krve z 36,5° na 22 °C se viskozita krve zvýší o 26,13 %. Pokud se teplota zvýší z 36,5° na 39,5°, viskozita krve se sníží o 10,38 %. Pro přesnější zobrazení v grafickém znázornění a statistikách byl místo hodnoty „relativní viskozity“ jako údaj použit čas volného průtoku krve v sekundách (s). Při vyhodnocení všech rozdílů při třech teplotách dohromady je patrná negativní korelace mezi teplotou krve a viskozitou (r = -0,84, P < .001).

Při snížení teploty z 36,5° na 22 °C se doba volného průtoku plazmy zvýšila ze 4,81 na 5,71 s (18,71 %); při zvýšení teploty z 36,5° na 39,5 °C se snížila ze 4,78 na 4,57 s (4,99 %). Při společném hodnocení časů průtoku plazmy při třech teplotách byla pozorována negativní korelace (r = -0,9342, P < .001). Při snížení teploty z 36,5° na 22 °C se doba volného průtoku erytrocytů zvýšila z 27,03 na 36,42 s (34,73 %). Při zvýšení teploty z 36,5° na 39,5 °C se doba volného toku erytrocytů snížila z 27,02 na 24,35 s (9,92 %). Mezi teplotou a dobou volného průtoku erytrocytů byla zjištěna negativní korelace (r = -0,62, P < .001). Všechny rozdíly ve viskozitě krve, plazmy a deformovatelnosti erytrocytů v důsledku teploty byly statisticky významné (P < .001).

Souvislost glykémie, viskozity a tlaku v krvi

Koeficient korelace glykémie s dobou volného průtoku krve a dobou volného průtoku plazmy se pohyboval od 0,59 do 0,49 a od 0,55 do 0,53, resp. Byly nakresleny regresní přímky pro dobu volného průtoku krve a plazmy versus koncentrace glukózy v krvi a jejich sklony nevykazovaly žádný významný rozdíl. Z rovnice y = ax + b byly tedy odvozeny následující vzorce: doba volného průtoku krve = (0,011)(glukóza v krvi) + 12,10; doba volného průtoku plazmy = (0,008)(glukóza v krvi) + 5,4.

Z těchto vzorců byla vypočtená doba volného průtoku krve pro koncentraci glukózy v krvi 100 mg/dl 13,2 s a doba volného průtoku plazmy 6,2 s.

Z těchto vzorců byla vypočtená doba volného průtoku krve pro koncentraci glukózy v krvi 100 mg/dl 13,2 s a doba volného průtoku plazmy 6,2 s. Na každé zvýšení koncentrace glukózy v krvi o 100 mg/dl připadalo 1.prodloužení doby volného průtoku krve o 1 s a prodloužení doby volného průtoku plazmy o 0,8 s. Při koncentraci glukózy v krvi 400 mg/dl se doba volného průtoku krve zvýšila z 13,2 na 16,5 s (25 %).

V regresní analýze byly vypočteny následující hodnoty: F = 11,59, P = .002 (P < .05) pro dobu volného průtoku krve a F = 14,6, P = .0007 (P < .05) pro dobu volného průtoku plazmy. Hodnota čtvercového násobného korelačního koeficientu (R2) byla 0,35, což znamená, že existuje 35% vliv glykémie na dobu volného průtoku krve.

Vztah mezi hodnotami viskozity krve a plazmy v závislosti na koncentraci glukózy je znázorněn na grafech rozptylu s regresními přímkami na obr. 2. Hodnoty viskozity krve a plazmy jsou znázorněny na grafech rozptylu s regresními přímkami. Bylo pozorováno významné zvýšení koncentrace glukózy a hodnot viskozity (doby volného toku) krve a plazmy (P < .05). Podle Poiseuillovy rovnice má 25% zvýšení viskozity za následek 20% snížení průtoku krve. Pro fyziologickou kompenzaci tohoto ischemického stavu bylo zapotřebí 25% zvýšení TK nebo 5,7% vazodilatace.

Zobrazení úlohy glukózy v krvi na viskozitu krve na rozptylovém diagramu s regresními přímkami. Změny hodnot doby volného průtoku krve a doby volného průtoku plazmy byly měřeny kapilárním viskozimetrem v sekundách a použity jako údaje oproti koncentracím glukózy v krvi při orálním glukózovém tolerančním testu (v mg/dl). Korelační koeficient glukózy v krvi oproti hodnotám viskozity krve a viskozity plazmy se pohyboval od 0,59 do 0,49 (P = .002), resp. od 0,55 do 0,53 (P = .0007).