Viscosidad sanguínea y presión arterial: papel de la temperatura y la hiperglucemia

Abstract

Planificamos un estudio para investigar las relaciones entre la presión arterial (PA), la viscosidad y la temperatura en sujetos sanos y entre la PA, la viscosidad y la glucosa en diabéticos. Con el método de muestreo aleatorio simple, se seleccionaron 53 sujetos sanos y 29 con diabetes mellitus (DM) tipo II. Los parámetros se determinaron con un viscosímetro capilar y un glucómetro a 22°C, 36,5°C y 39,5°C en los sujetos sanos, y a 22°C en los pacientes diabéticos durante la OGTT con 75 g de glucosa. Se realizaron evaluaciones estadísticas de los datos con análisis de regresión, prueba t de Student, correlación de Spearman y análisis de varianza. Cuando la temperatura disminuyó de 36,5°C a 22°C, la viscosidad de la sangre aumentó un 26,13%. Este aumento se tradujo en una disminución del 20,72% de la tasa de flujo sanguíneo. Según la ecuación de Hagen-Poiseuille, el aumento de la PA necesario para compensar la isquemia tisular resultante fue del 20,72%. Asimismo, se observó una disminución del 34,73% en la deformabilidad de los eritrocitos y un aumento del 18,71% en la viscosidad del plasma. Cuando la temperatura aumentó de 36,5° a 39,5°C, la viscosidad de la sangre disminuyó un 10,38%. Esto provocó una disminución del 11,15% de la tasa de flujo sanguíneo y del 11,15% de la PA, según la ecuación. El aumento de la deformabilidad de los eritrocitos en un 9,92% y la disminución de la viscosidad del plasma en un 4,99% fueron consecuencia del aumento de la temperatura. Existe una correlación entre los datos totales de las temperaturas y las viscosidades (r = -0,84, P < .001). Cuando el valor medio de la glucosa en sangre aumentó de 100 a 400 mg/dL, la viscosidad aumentó un 25% (r = 0,59, P = .002). En este estado, la disminución del flujo sanguíneo fue del 20% y el aumento de la PA para la compensación fisiológica fue del 25%. En consecuencia, los niveles de temperatura, glucosa y viscosidad de la sangre son factores importantes para la PA. Am J Hypertens 2001;14:433-438 © 2001 American Journal of Hypertension, Ltd.

El objetivo de nuestro estudio es investigar las relaciones entre la temperatura, la concentración de glucosa y la viscosidad de la sangre y el plasma, y calcular sus efectos sobre la presión arterial (PA) según la ecuación hidrodinámica de Hagen-Poiseuille.

Si el sistema circulatorio humano se considera un sistema cerrado, el equilibrio hemodinámico puede determinarse según la ecuación de Poiseuille a través de la presión, la viscosidad, el flujo, la velocidad de la sangre y el diámetro de los vasos. La viscosidad puede definirse como la resistencia de los fluidos al flujo. La resistencia para la circulación de la sangre incluye la fricción entre los elementos de la sangre y entre el lumen del vaso y la sangre. Para hacer fluir un fluido, se requiere la aplicación de energía. Por lo tanto, la energía del sistema circulatorio se gasta en correlación con el nivel de viscosidad de la sangre. Las formas de energía del sistema circulatorio son la presión y la velocidad del flujo sanguíneo. La velocidad (v) y la presión del flujo sanguíneo pueden determinarse con la ecuación de Poiseuille como v = 1/4ηL (F1 – F2) (a2 – r2), y también la tasa de PA (Q) puede expresarse a partir de la ecuación anterior como Q = πa4/8 ηL (F1 – F2), donde η es la viscosidad del fluido, F1 y F2 son las presiones transversales inicial y final de la sangre, L es la longitud, a es el radio del vaso y r es la distancia desde el centro del vaso para una partícula que fluye.1,2 Así, para mantener constante el equilibrio de la ecuación en el sistema circulatorio, la PA aumentará cuando aumente la viscosidad.

Se ha demostrado que entre los valores de 25,32% y 60,16% de hematocrito, cada 11% de aumento del hematocrito aumenta la viscosidad de la sangre en un 20%. En este estado, según la ecuación de Poiseuille, la tasa de flujo sanguíneo disminuye en un 16,67%, lo que puede provocar una isquemia tisular. Para mantener el sistema circulatorio en equilibrio (es decir, mantener el flujo suficiente y evitar la isquemia tisular), se necesita un aumento del 20% de la PA o una vasodilatación del 4,66%.3 Sin embargo, el sistema circulatorio humano no es un sistema cerrado exacto, ya que la viscosidad sanguínea puede alterarse con la absorción de alimentos o fármacos.4-8 Además, se han descrito los efectos de la grasa dietética y de algunos fármacos sobre la viscosidad sanguínea y la hemodinámica, como la PA. Dado que los vasos ateroscleróticos no pueden dilatarse lo suficiente como respuesta a los fármacos vasodilatadores, se ha sugerido que el aumento de la viscosidad sanguínea sólo puede compensarse con un aumento de la PA en tales circunstancias.9-12 Asimismo, las relaciones entre la PA, el dolor de cabeza, la coagulación, la velocidad del flujo sanguíneo y la viscosidad sanguínea se han descrito a través de los principios de la hemodinámica.13,14

El estudio constaba de dos grupos. En el primer grupo, nuestro objetivo era medir las posibles alteraciones de la viscosidad de la sangre y el plasma y la deformabilidad de los eritrocitos debido a los cambios de temperatura en sujetos sanos, y también determinar los cambios de la PA mediante cálculos basados en la ley de la hemodinámica. Como los diámetros de los eritrocitos son mayores que los de los capilares, sólo pueden atravesar los capilares deformándose. Esta capacidad de alteración de la forma de los eritrocitos puede medirse y definirse con el concepto de deformabilidad. El tiempo de flujo libre de la masa de eritrocitos a través del viscosímetro es inversamente proporcional a la deformabilidad de los eritrocitos.15 Todavía no se han comunicado las relaciones entre la viscosidad de la sangre, la deformabilidad de los eritrocitos, la temperatura y la PA.

El segundo grupo estaba formado por pacientes con diabetes mellitus (DM) tipo II sin complicaciones diabéticas. Nuestro objetivo era determinar la relación entre la glucosa en sangre y la viscosidad durante una prueba oral de tolerancia a la glucosa (PTGO), y calcular los efectos de estos factores sobre la PA con la ley de la hidrodinámica. Se eligieron pacientes diabéticos para investigar la relación entre la glucosa y la viscosidad en una amplia gama de concentraciones de glucosa en sangre. Aunque se ha demostrado la relación entre la glucosa en sangre y la viscosidad, la relación entre la glucosa en sangre y la PA aún no se ha comunicado.16,17

Materiales y métodos

Selección de casos

Para el primer grupo del estudio, se eligieron un total de 53 sujetos sanos mediante un método de muestreo aleatorio simple. La población de estudio se seleccionó entre los visitantes de los pacientes de nuestra clínica, que no presentaban quejas y no habían utilizado ningún medicamento durante la última semana. El grupo estaba formado por 36 hombres y 17 mujeres con una edad media de 26,5 ± 6,5 años. Para el segundo grupo, se seleccionó mediante un método de muestreo aleatorio simple a un total de 29 sujetos con DM no complicada y que no habían tomado ninguna medicación entre los pacientes con DM tipo II recién diagnosticados en la consulta externa de diabetes mellitus de nuestro departamento. Se obtuvo el consentimiento informado de todos los individuos que participaron en el estudio.

Preparación de las muestras de sangre

Después de un período de ayuno nocturno, se recogió una muestra de sangre de 9,9 mL de la vena braquial de cada sujeto sobre 0,1 mL (500 UI) de heparina sódica. Cada muestra se centrifugó a 3000 rpm durante 5 minutos en una centrífuga de 9,5 cm de radio. Se obtuvo el plasma como sobrenadante y se desechó el buff-coat. Para separar el sedimento eritrocitario restante de los leucocitos, se mezcló con 5 mL de solución de NaCl al 0,9% y se centrifugó dos veces por el mismo método.

Medición de la viscosidad y la deformabilidad

Las mediciones se realizaron utilizando el método del viscosímetro de tubo capilar simple que se utiliza en nuestro departamento desde 1990.3,11,12,18 El viscosímetro tenía un depósito en la parte superior con un volumen de 2 mL. Se llenó en posición vertical con una muestra de fluido hasta la línea superior del depósito y, a continuación, se midió el tiempo de flujo libre de la muestra hasta la línea inferior del depósito en segundos (s).

Si el tiempo de flujo libre del agua destilada se acepta como 1, el valor obtenido por comparación con el tiempo de flujo libre de una muestra puede denominarse «viscosidad relativa».

El viscosímetro se utilizó en las condiciones constantes de laboratorio seleccionadas en la misma posición vertical y sin exposición a la luz solar directa ni a la corriente de aire. Se utilizó el tiempo de flujo libre en lugar del valor de la viscosidad relativa como dato, para que las estimaciones estadísticas y gráficas fueran más precisas y para evitar el redondeo de los cálculos.

Los tiempos de flujo libre de la sangre, el plasma y la masa eritrocitaria se determinaron a 22°, 36,5° y 39,5°C. Para evitar la precipitación de proteínas, se utilizó el viscosímetro después de lavarlo con una solución de cloruro sódico al 0,9%, enjuagarlo con agua destilada y secarlo con acetona. Para el estudio a diferentes temperaturas, el viscosímetro se colocó en un sistema de baño transparente y cerrado de plástico, en el que los dos extremos del viscosímetro se colocaron en posición vertical y se hizo circular continuamente agua controlada por calor con una bomba peristáltica de alto rendimiento en el sistema de baño.

La deformabilidad de los eritrocitos es la capacidad de cambio de forma de un eritrocito. Uno de los métodos para medir la deformabilidad es la determinación del tiempo de paso de los eritrocitos a través de un filtro que tiene poros de tamaño estándar. Debido a la diferencia de diámetro y volumen de los eritrocitos entre los individuos, la especificidad y la sensibilidad de este método pueden ser insuficientes.15 Dado que el tiempo de flujo libre de la masa eritrocitaria pura representa la deformabilidad, la fluidez y la viscosidad interna de los eritrocitos, y dado que el uso del viscosímetro para determinar el tiempo de flujo libre de los eritrocitos era más barato y más fácil, preferimos este método y sus datos para el estudio.

Medición de la concentración de glucosa en sangre

Las mediciones de la concentración de glucosa en sangre se realizaron con un glucómetro Accutrend GC (Boehringer Mannheim, Mannheim, Alemania). Se realizaron al menos cuatro mediciones de la glucosa en sangre y mediciones simultáneas de la viscosidad de la sangre y del plasma en todos los 29 casos a 0, 30, 60 y 120 min a 22°C, tras la ingestión de 75 g de glucosa.

Evaluación estadística

Los resultados del primer grupo se evaluaron estadísticamente con la prueba t de Student y la prueba de correlación de Spearman. La relación entre la concentración de glucosa en sangre y la viscosidad se evaluó estadísticamente mediante la prueba t de Student, el análisis de la varianza y el análisis de regresión.

Resultados

Relación entre la temperatura de la sangre, la viscosidad y la presión

Cuando la temperatura de la sangre disminuyó de 36,5° a 22°C, el tiempo medio de flujo libre de la sangre aumentó de 11,62 a 15,55 s (26,13%). Según la ecuación de Poiseuille, el flujo sanguíneo disminuye un 20,72%, y para la compensación de este estado isquémico se necesita un aumento del 26,13% de la PA o un 5,9% de vasodilatación. Si la viscosidad (η en el denominador de la ecuación) cambia de 100 a 126,13 (26,13%), el flujo Q disminuiría 100/126,13 = 20,72%. Si la viscosidad aumenta un 26,13%, el valor de la presión (F1 – F2) (multiplicador en la ecuación) debe aumentar con el mismo porcentaje para mantener constante la ecuación. Cuando la viscosidad aumenta un 26,13%, para mantener constante el caudal, el radio del recipiente (inicial) a4, debe aumentar un 26,13%. El cálculo de este radio aumentado (final) es a4final = 1,2613 × a4inicial. A partir de este cálculo, αfinal = = 1,0597 y, por lo tanto, se puede estimar un 5,97% de vasodilatación.

Cuando la temperatura aumentó de 36,5° a 39,5°C, el tiempo de flujo libre de sangre disminuyó de 11,59 a 10,58 s (10,38%). En este estado, la tasa de flujo sanguíneo aumentó un 11,15%; según la ecuación de Poiseuille, se necesitó una disminución del 10,38% de la PA o un 2,71% de vasoconstricción para mantener el equilibrio hemodinámico constante.

La correlación entre la temperatura y la viscosidad de la sangre es r = -0,84, P < .001 cuando se evalúan todas las diferencias a las tres temperaturas juntas (Fig. 1). Cuando se evaluaron juntos todos los datos del tiempo de flujo libre de la sangre para las tres temperaturas en función de la edad, se observó una correlación negativa (r = -0,1381 y P < .05); cuando se evaluaron los datos en función del sexo, se observó que el tiempo medio de flujo libre de la sangre en las mujeres era un 12,97% inferior al de los hombres (r = 0,3408, P < .001).

Efecto de la temperatura en la viscosidad de la sangre. Cuando la temperatura de la sangre disminuye de 36,5° a 22°C, la viscosidad de la sangre aumenta un 26,13%. Si la temperatura aumenta de 36,5° a 39,5°C, la viscosidad de la sangre disminuye un 10,38%. Para hacer una presentación más precisa en la representación gráfica y las estadísticas, en lugar del valor de «viscosidad relativa», se utilizó como dato el tiempo de flujo libre de la sangre en segundos (s). Cuando se evalúan todas las diferencias a tres temperaturas juntas, se observa una correlación negativa entre la temperatura de la sangre y la viscosidad (r = -0,84, P < .001).

Cuando la temperatura disminuyó de 36,5° a 22°C, el tiempo de flujo libre del plasma aumentó de 4,81 a 5,71 s (18,71%); con un aumento de temperatura de 36,5° a 39,5°C, disminuyó de 4,78 a 4,57 s (4,99%). Se observó una correlación negativa (r = -0,9342, P < .001) cuando se evaluaron conjuntamente los tiempos de flujo de plasma a las tres temperaturas. Con una disminución de la temperatura de 36,5° a 22°C, el tiempo de flujo libre de los eritrocitos aumentó de 27,03 a 36,42 s (34,73%). Cuando la temperatura aumentó de 36,5° a 39,5°C, el tiempo de flujo libre eritrocitario disminuyó de 27,02 a 24,35 s (9,92%). Hubo una correlación negativa entre la temperatura y el tiempo de flujo libre eritrocitario (r = -0,62, P < .001). Todas las diferencias de la sangre, la viscosidad del plasma y la deformabilidad de los eritrocitos debidas a la temperatura fueron estadísticamente significativas (P < .001).

Relación de la glucosa en sangre, la viscosidad y la presión

El coeficiente de correlación de la glucosa en sangre frente al tiempo de flujo libre de la sangre y el tiempo de flujo libre del plasma osciló entre 0,59 y 0,49 y entre 0,55 y 0,53, respectivamente. Se trazaron líneas de regresión para el tiempo de flujo libre de la sangre y el plasma frente a las concentraciones de glucosa en sangre, y sus pendientes no mostraron ninguna diferencia significativa. Por lo tanto, se derivaron las siguientes fórmulas a partir de la ecuación y = ax + b: tiempo de flujo libre en sangre = (0,011)(glucosa en sangre) + 12,10; tiempo de flujo libre en plasma = (0,008)(glucosa en sangre) + 5,4.

A partir de estas fórmulas, el tiempo de flujo libre en sangre calculado para una concentración de glucosa en sangre de 100 mg/dL fue de 13,2 s, y el tiempo de flujo libre en plasma fue de 6,2 s. Por cada aumento de 100 mg/dL en la concentración de glucosa en sangre, hubo un aumento de 1.Aumento de 1 s en el tiempo de flujo libre sanguíneo y de 0,8 s en el tiempo de flujo libre plasmático. A una concentración de glucosa en sangre de 400 mg/dL, el tiempo de flujo libre sanguíneo aumentó de 13,2 a 16,5 s (25%).

En el análisis de regresión, se calcularon los siguientes valores: F = 11,59, P = .002 (P < .05) para el tiempo de flujo libre sanguíneo y F = 14,6, P = .0007 (P < .05) para el tiempo de flujo libre plasmático. El valor del coeficiente de correlación múltiple al cuadrado (R2) fue de 0,35, lo que significa que hubo un efecto del 35% de la glucosa en sangre sobre el tiempo de flujo libre de la sangre.

La relación entre los valores de viscosidad de la sangre y del plasma frente a las concentraciones de glucosa se representan en gráficos de dispersión con líneas de regresión en la Fig. 2. Se observaron aumentos significativos de la concentración de glucosa y de los valores de viscosidad (tiempo de flujo libre) de la sangre y del plasma (P < .05). Según la ecuación de Poiseuille, un aumento del 25% de la viscosidad da lugar a una disminución del 20% de la tasa de flujo sanguíneo. Para la compensación fisiológica de este estado isquémico, se requería un aumento del 25% de la PA o una vasodilatación del 5,7%.

Representación del papel de la glucemia sobre la viscosidad sanguínea en el diagrama de dispersión con líneas de regresión. Los cambios en los valores del tiempo de flujo libre de la sangre y del tiempo de flujo libre del plasma se midieron con el viscosímetro capilar en segundos y se utilizaron como datos frente a las concentraciones de glucosa en sangre de la prueba de tolerancia a la glucosa oral (en mg/dL). El coeficiente de correlación de la glucosa en sangre frente a los niveles de viscosidad en sangre y plasma osciló entre 0,59 y 0,49 (P = 0,002) y entre 0,55 y 0,53 (P = 0,0007), respectivamente.

Discusión

El efecto de la temperatura sobre la presión arterial

El aumento observado de la PA del 26,13% relacionado con la disminución de la temperatura y el aumento de la viscosidad debe ser clínicamente importante. Dado que el objetivo principal del sistema de control de la circulación sanguínea es mantener el volumen de flujo sanguíneo a un ritmo constante y suficiente, parte de la PA elevada medida en los pacientes puede deberse a la compensación fisiológica de la disminución de la tasa de flujo sanguíneo.

La temperatura de las extremidades inferiores en condiciones normales es de aproximadamente 25 °C,19 y las temperaturas de las extremidades, la cara, los pulmones y otras partes del cuerpo pueden disminuir cuando hace frío. Esta situación puede provocar una disminución del flujo sanguíneo debido al aumento de la viscosidad de la sangre, y puede explicar la angina de pecho y la dificultad de esfuerzo que se observan en un entorno frío. Un estado similar es la hibernación médica, en la que la temperatura de la sangre desciende a 22 °C. Dado que los vasos ateroscleróticos no pueden dilatarse ni responder suficientemente a los fármacos vasodilatadores, el aumento de la PA puede ser el principal mecanismo de prevención de la isquemia en algunos pacientes.20-24 El riesgo de isquemia puede aumentar en un entorno frío si los pacientes son hipertensos y no tienen capacidad de reserva de aumento de la PA para compensar la carga circulatoria. En estos pacientes, la disminución de la viscosidad mediante el uso de fármacos apropiados debe ganar importancia.11,12

La disminución de la presión del 10,38% debido a un aumento de la temperatura a 39,5°C debe ser clínicamente importante. Esta información puede explicar algunas situaciones clínicas como los ataques de hipotensión observados en ambientes calurosos, y la taquicardia relacionada con la fiebre, que es el reflejo compensatorio fisiológico temprano para la disminución de la PA.19 Además, mantener la temperatura corporal a unos 39,5°C durante una carrera de maratón puede suponer una ventaja circulatoria para un atleta al aumentar la tasa de flujo sanguíneo mediante la disminución de la viscosidad. El aumento de la potencia de los atletas antes de la competición mediante ejercicios de calentamiento puede considerarse un ejemplo que apoya este punto. Como la disminución de la viscosidad de la sangre tiene un efecto similar a la disminución de la resistencia periférica de la circulación, la temperatura de la sangre se convierte en un factor importante para la resistencia periférica y la PA. El diagrama de flujo de la Fig. 3 muestra las relaciones entre la PA, la viscosidad y la temperatura.

Presentación en un diagrama de flujo de las relaciones estequiométricas de los cambios en la viscosidad de la sangre, la velocidad de flujo, la presión y el diámetro de los vasos con el cambio de la temperatura de la sangre.

Los cálculos e interpretaciones anteriores pueden realizarse para las relaciones observadas entre la temperatura, la viscosidad del plasma y la deformabilidad de los eritrocitos.

El efecto de la glucosa sobre la presión arterial

Demostramos que la PA debe aumentar un 25% para compensar la disminución de la tasa de flujo sanguíneo debida a la hiperviscosidad observada con la hiperglucemia a 400 mg/dL, y este hallazgo debe ser clínicamente importante.

Después de que se demostrara un estado de resistencia a la insulina en la hipertensión esencial,25 Resnick et al informaron de que en pacientes normales e hipertensos, el aumento de las concentraciones de glucosa elevaba las concentraciones de iones de calcio intracelulares en los eritrocitos.26 Posteriormente, Barbagallo et al demostraron que la hiperglucemia puede subyacer a la predisposición a la hipertensión y a las enfermedades vasculares entre los sujetos diabéticos al aumentar las concentraciones de calcio libre intracelular en las células del músculo liso vascular.27

Debido a que las complicaciones vasculares y la aterosclerosis son más comunes en la DM, estos resultados pueden aplicarse en algunas situaciones clínicas.28,29 Para los diabéticos y para los diabéticos con aterosclerosis, el aumento de la PA puede ser el único mecanismo de compensación posible o dominante de la disminución del flujo sanguíneo debido a la hiperviscosidad hiperglucémica, a causa de la insuficiente vasodilatación provocada por el aumento de la concentración de calcio intracelular y la aterosclerosis. La elevación de la PA en un paciente que ingresa en el servicio de urgencias con un coma hiperglucémico puede ser, de hecho, una respuesta fisiológica para compensar la isquemia. Un descenso rápido e incontrolado de la PA en un paciente de este tipo antes del tratamiento de la hiperglucemia puede provocar una caída brusca del flujo sanguíneo, lo que supone una isquemia tisular aguda. La hiperviscosidad hiperglucémica puede ser una explicación de la dificultad de esfuerzo postprandial. Para el ajuste de los fármacos antihipertensivos, no deben ignorarse las mediciones de la PA en condiciones normoglucémicas.

Estas relaciones entre la tasa de flujo sanguíneo, la glucosa, la viscosidad, la presión y las capacidades de vasodilatación se muestran como un análisis del sistema en un diagrama de flujo en la Fig. 4.

De acuerdo con la Ley Hidrodinámica de Hagen-Poiseuille y los resultados de nuestro estudio, las relaciones estequiométricas entre la PA, la viscosidad, la glucosa, la tasa de flujo y el diámetro del vaso pueden mostrarse como un análisis de sistema biológico en un diagrama de flujo.

Conclusión

En este estudio, demostramos estequiométricamente que la temperatura y la hiperglucemia tienen un efecto importante sobre la viscosidad sanguínea y la PA. Según esta información, el mecanismo de la angina de pecho en tiempo frío, la resistencia periférica, la taquicardia y la hipotensión en tiempo caluroso, la dificultad de esfuerzo postprandial y la ganancia fisiológica con los ejercicios de calentamiento y con el aumento de la temperatura pueden explicarse sobre una nueva base. La información de nuestro estudio aumenta el número de parámetros hemodinámicos y debe ser considerada en el tratamiento y seguimiento de pacientes con hipertensión y análisis del sistema circulatorio.