Vér viszkozitása és vérnyomás: a hőmérséklet és a hiperglikémia szerepe

Abstract

Vizsgálatot terveztünk a vérnyomás (BP), a viszkozitás és a hőmérséklet közötti kapcsolatok kutatására egészséges személyeknél, valamint a BP, a viszkozitás és a glükóz között cukorbetegeknél. Egyszerű véletlenszerű mintavételi módszerrel 53 egészséges és 29 diabetes mellitus (DM) II. típusú alany került kiválasztásra. A paramétereket kapilláris viszkoziméterrel és glükómmérővel határozták meg 22°C, 36,5°C és 39,5°C hőmérsékleten egészséges alanyoknál, valamint 22°C-on cukorbetegeknél 75 g glükózzal végzett OGTT során. Az adatok statisztikai kiértékelése regresszióelemzéssel, Student t-teszttel, Spearman-féle korrelációval és varianciaanalízissel történt. Amikor a hőmérséklet 36,5°C-ról 22°C-ra csökkent, a vér viszkozitása 26,13%-kal nőtt. Ez a növekedés a véráramlási sebesség 20,72%-os csökkenését eredményezte. A Hagen-Poiseuille-egyenlet szerint a kialakult szöveti iszkémia kompenzálásához szükséges vérnyomás-emelkedés 20,72% volt. Az eritrociták deformálhatóságának 34,73%-os csökkenése és a plazma viszkozitásának 18,71%-os növekedése is megfigyelhető volt. Amikor a hőmérséklet 36,5 °C-ról 39,5 °C-ra emelkedett, a vér viszkozitása 10,38%-kal csökkent. Ez 11,15%-os csökkenést okozott a vér áramlási sebességében, és 11,15%-os csökkenést a BP-ben, az egyenlet szerint. Az eritrociták deformálhatóságának 9,92%-os növekedése és a plazma viszkozitásának 4,99%-os csökkenése a hőmérséklet emelkedéséből adódott. A hőmérséklet és a viszkozitás összesített adatai között korreláció van (r = -0,84, P < .001). Amikor a vércukor átlagértéke 100-ról 400 mg/dl-re emelkedett, a viszkozitás 25%-kal nőtt (r = 0,59, P = .002). Ebben az állapotban a véráramlási sebesség csökkenése 20%, a fiziológiai kompenzációhoz szükséges BP-növekedés pedig 25% volt. Következésképpen a vér hőmérséklete, glükóz- és viszkozitási szintje fontos tényező a BP szempontjából. Am J Hypertens 2001;14:433-438 © 2001 American Journal of Hypertension, Ltd.

Vizsgálatunk célja, hogy a Hagen-Poiseuille-féle hidrodinamikai egyenlet alapján kutassuk a vér és a plazma hőmérséklete, glükózkoncentrációja és viszkozitása közötti összefüggéseket, és kiszámítsuk ezek hatását a vérnyomásra (BP).

Ha az emberi keringési rendszert zárt rendszernek tekintjük, a hemodinamikai egyensúly a Poiseuille-egyenlet szerint meghatározható a nyomás, a viszkozitás, az áramlási sebesség, a vér sebessége és az érátmérő segítségével. A viszkozitás a folyadékok áramlással szembeni ellenállásaként definiálható. A vérkeringés ellenállása magában foglalja a vérelemek közötti, valamint az érlumen és a vér közötti súrlódást. A folyadék áramlásához energia alkalmazása szükséges. Ezért a keringési rendszer energiája a vér viszkozitási szintjével korrelálva kerül felhasználásra. A keringési rendszer energiaformái a BP és a véráramlási sebesség. A véráramlás sebessége (v) és nyomása a Poiseuille-egyenlet segítségével a következőképpen határozható meg: v = 1/4ηL (F1 – F2) (a2 – r2), és a BP sebesség (Q) is kifejezhető a fenti egyenletből: Q = πa4/8 ηL (F1 – F2), ahol η a folyadék viszkozitása, F1 és F2 a vér kezdeti és végső keresztmetszeti nyomása, L a hossz, a az ér sugara és r az ér középpontjától mért távolság egy áramló részecske esetében.1,2 Így, hogy a keringési rendszerben az egyenlet egyensúlya állandó maradjon, a BP nő, ha a viszkozitás növekszik.

Kimutatták, hogy 25,32% és 60,16%-os hematokrit értékek között a hematokrit minden 11%-os növekedése 20%-kal növeli a vér viszkozitását. Ebben az állapotban a Poiseuille-egyenlet szerint a vér áramlási sebessége 16,67%-kal csökken, ami szöveti iszkémiához vezethet. A keringési rendszer egyensúlyban tartásához (azaz az áramlási sebesség megfelelő szinten tartásához és a szöveti iszkémia megelőzéséhez) a vérnyomás 20%-os emelkedése vagy 4,66%-os értágulat szükséges.3 Az emberi keringési rendszer azonban nem egy pontosan zárt rendszer, mivel a vér viszkozitása a táplálék vagy a gyógyszerek felszívódásával megváltozhat.4-8 Emellett a táplálékkal bevitt zsírok és egyes gyógyszerek vérviszkozitásra és hemodinamikára, például a vérnyomásra gyakorolt hatásáról is beszámoltak. Mivel az ateroszklerotikus erek nem tudnak kellőképpen kitágulni az értágító gyógyszerekre adott válaszként, azt feltételezték, hogy a megnövekedett vér viszkozitása ilyen körülmények között csak a BP emelkedésével kompenzálható.9-12 Továbbá a BP, a fejfájás, a véralvadás, a véráramlási sebesség és a vér viszkozitása közötti kapcsolatokat a hemodinamika elvein keresztül írták le.13,14

A vizsgálat két csoportból állt. Az első csoport esetében a célunk az volt, hogy egészséges alanyokon mérjük a vér és a plazma viszkozitásának és az eritrociták deformálhatóságának a hőmérséklet-változás okozta esetleges változásait, valamint a hemodinamika törvényein alapuló számítások segítségével meghatározzuk a vérnyomás változását. Mivel az eritrociták átmérője nagyobb, mint a kapillárisoké, a kapillárisokon csak deformálódva tudnak áthaladni. Az eritrociták ilyen alakváltoztatási képessége a deformálhatóság fogalmával mérhető és definiálható. Az eritrociták tömegének a viszkoziméteren való szabad áramlási ideje fordítottan arányos az eritrociták deformálhatóságával.15 A vér viszkozitása, az eritrociták deformálhatósága, a hőmérséklet és a vérnyomás közötti összefüggésekről még nem számoltak be.

A második csoportot diabetes mellitus (DM) II. típusú, diabéteszes szövődmények nélküli betegek alkották. Célunk az volt, hogy meghatározzuk a vércukorszint és a viszkozitás közötti kapcsolatot orális glükóztolerancia-teszt (OGTT) során, és a hidrodinamikai törvény segítségével kiszámítsuk e tényezők BP-re gyakorolt hatását. A glükóz és a viszkozitás közötti kapcsolat kutatására cukorbeteg betegeket választottunk ki a vércukor-koncentrációk széles tartományában. Bár a vércukorszint és a viszkozitás közötti kapcsolatot kimutatták, a vércukorszint és a BP közötti kapcsolatról még nem számoltak be.16,17

Anyagok és módszerek

Az esetek kiválasztása

A vizsgálat első csoportjához összesen 53 egészséges személyt választottak ki egyszerű véletlenszerű mintavételi módszerrel. A vizsgálati populációt klinikánk beteglátogatói közül választottuk ki, akiknek nem volt panaszuk, és az elmúlt héten nem használtak semmilyen gyógyszert. A csoportot 36 férfi és 17 nő alkotta, átlagéletkoruk 26,5 ± 6,5 év volt. A második csoportba összesen 29, szövődménymentes DM-ben szenvedő, gyógyszert nem szedő személyt választottunk ki egyszerű véletlenszerű mintavételi módszerrel osztályunk diabetes mellitus ambulanciáján újonnan diagnosztizált II. típusú DM-es betegek közül. A vizsgálatban részt vevő valamennyi személytől tájékozott beleegyezést kaptunk.

Vérminták előkészítése

Egy éjszakai koplalást követően minden alanyból 0,1 ml (500 NE) heparin-nátrium felett 9,9 ml vérmintát vettek a brachiális vénából. Minden mintát 9,5 cm sugarú centrifugával 3000 rpm-en 5 percig centrifugáltunk. A plazmát felülúszóként nyertük, és a buff-köpenyt kidobtuk. A megmaradt eritrocita üledék leukocitáktól való elválasztásához 5 ml 0,9%-os NaCl-oldattal kevertük össze, és ugyanezzel a módszerrel kétszer centrifugáltuk.

Viszkozitás és deformálhatóság mérése

A méréseket az osztályunkon 1990 óta alkalmazott egyszerű kapilláriscsöves viszkoziméteres módszerrel végeztük.3,11,12,18 A viszkoziméter felső részén egy 2 ml térfogatú tartály volt. Függőleges helyzetben a tartály felső vonaláig töltöttük meg folyadékmintával, majd a tartály alsó vonaláig a minta szabad folyási idejét másodpercben (sec) mértük.

Ha a desztillált víz szabad folyási idejét 1 értéknek fogadjuk el, akkor a minta szabad folyási idejéhez viszonyítva elért értéket nevezhetjük “relatív viszkozitásnak”.

A viszkozimétert a kiválasztott állandó laboratóriumi körülmények között, azonos függőleges helyzetben, közvetlen napfény vagy légáramlás nélkül használtuk. Adatként a relatív viszkozitás értéke helyett a szabad áramlási időt használtuk, hogy a statisztikai és grafikai becslések pontosabbak legyenek, és hogy elkerüljük a számítások kerekítését.

A vér, a plazma és az eritrociták szabad áramlási idejét 22°, 36,5° és 39,5°C-on határoztuk meg. A fehérje kicsapódásának megakadályozása érdekében a viszkozimétert 0,9%-os nátrium-klorid-oldattal történő mosás, desztillált vízzel történő öblítés és acetonnal történő szárítás után használtuk. A különböző hőmérsékleteken történő vizsgálathoz a viszkozimétert egy átlátszó, műanyag zárt fürdőrendszerbe helyeztük, amelyben a viszkoziméter két vége függőlegesen állt, és a fürdőrendszerben egy nagy teljesítményű perisztaltikus szivattyúval folyamatosan hőszabályozott vizet keringetettünk.

Az eritrocita deformálhatóság az eritrocita alakváltoztató képessége. A deformálhatóság mérésének egyik módszere az eritrociták standard méretű pórusokkal rendelkező szűrőn való áthaladási idejének meghatározása. Mivel az eritrociták átmérője és térfogata egyénenként eltérő, ennek a módszernek a specifikussága és érzékenysége elégtelen lehet.15 Mivel a tiszta eritrocita tömeg szabad átfolyási ideje reprezentálja az eritrocita deformálhatóságát, folyékonyságát és belső viszkozitását, és mivel a viszkoziméter használata az eritrocita szabad átfolyási idejének meghatározására olcsóbb és egyszerűbb volt, ezt a módszert és annak adatait részesítettük előnyben a vizsgálathoz.

A vércukor-koncentráció mérése

A vércukor-koncentráció mérése Accutrend GC glükométerrel (Boehringer Mannheim, Mannheim, Németország) történt. Mind a 29 esetben legalább négy vércukormérést és a vér és a plazma viszkozitásának egyidejű mérését végeztük el 0, 30, 60 és 120 perccel 22°C-on, 75 g glükóz bevitelét követően.

Statisztikai értékelés

Az első csoport eredményeit statisztikailag Student t-teszttel és Spearman korrelációs teszttel értékeltük. A vér glükózkoncentrációja és a viszkozitás közötti kapcsolatot a Student t-teszt, a varianciaanalízis és a regresszióanalízis segítségével értékelték statisztikailag.

Eredmények

Vérhőmérséklet, viszkozitás és nyomás kapcsolata

Amikor a vér hőmérséklete 36,5 °C-ról 22 °C-ra csökkent, a vér átlagos szabad áramlási ideje 11,62-ről 15,55 mp-re nőtt (26,13%). A Poiseuille-egyenlet szerint a véráramlási sebesség 20,72%-kal csökken, és ennek az iszkémiás állapotnak a kompenzálásához 26,13%-os vérnyomás-emelkedés vagy 5,9%-os vazodilatáció szükséges. Ha a viszkozitás (η az egyenlet nevezőjében) 100-ról 126,13-ra (26,13%) változik, a Q áramlási sebesség 100/126,13 = 20,72%-kal csökken. Ha a viszkozitás 26,13%-kal nő, akkor a nyomás (F1 – F2) értékét (szorzó az egyenletben) ugyanilyen százalékkal kell növelni, hogy az egyenlet állandó maradjon. Ha a viszkozitás 26,13%-kal nő, ahhoz, hogy az áramlási sebesség állandó maradjon, az edény (kezdeti) a4 sugarának 26,13%-kal kell növekednie. Ennek a megnövekedett (végső) sugárnak a kiszámítása a4végleges = 1,2613 × a4kezdeti. Ebből a számításból αfinal = = 1,0597 és így 5,97%-os értágulás becsülhető.

Amikor a hőmérséklet 36,5°-ról 39,5°C-ra emelkedett, a vér szabad áramlási ideje 11,59-ről 10,58 sec-ra csökkent (10,38%). Ebben az állapotban a vér áramlási sebessége 11,15%-kal nőtt; a Poiseuille-egyenlet szerint a vérnyomás 10,38%-os csökkenése vagy 2,71%-os érszűkület volt szükséges a hemodinamikai egyensúly állandó szinten tartásához.

A hőmérséklet és a vér viszkozitása közötti korreláció r = -0,84, P < .001, ha a három hőmérsékleten mért különbségeket együttesen értékeljük (1. ábra). Amikor a vér szabad áramlási idejének összes adatát a három hőmérsékleten együttesen értékelték az életkor szerint, negatív korrelációt találtak (r = -0,1381 és P < .05); amikor az adatokat nem szerint értékelték, azt találták, hogy a nőknél a vér szabad áramlási idejének átlaga 12,97%-kal kisebb volt, mint a férfiaknál (r = 0,3408, P < .001).

A hőmérséklet hatása a vér viszkozitására. Amikor a vér hőmérséklete 36,5 °C-ról 22 °C-ra csökken, a vér viszkozitása 26,13%-kal nő. Ha a hőmérséklet 36,5°-ról 39,5°C-ra emelkedik, a vér viszkozitása 10,38%-kal csökken. A grafikus ábrázolás és a statisztika pontosabb bemutatása érdekében a “relatív viszkozitás” értéke helyett a vér szabad áramlási idejét használtuk adatként másodpercben (s). Ha a három hőmérsékleten mért különbségeket együttesen értékeljük, negatív korrelációt látunk a vér hőmérséklete és a viszkozitás között (r = -0,84, P < .001).

Amikor a hőmérséklet 36,5°-ról 22°C-ra csökkent, a plazma szabad áramlási ideje 4,81-ről 5,71 sec-re (18,71%) nőtt; a hőmérséklet 36,5°-ról 39,5°C-ra történő emelkedésével 4,78-ról 4,57 sec-re (4,99%) csökkent. Negatív korrelációt tapasztaltunk (r = -0,9342, P < .001), amikor a plazmaáramlási időket a három hőmérsékleten együttesen értékeltük. A hőmérséklet 36,5 °C-ról 22 °C-ra történő csökkentésével az eritrociták szabad áramlási ideje 27,03-ról 36,42 mp-re nőtt (34,73%). Amikor a hőmérséklet 36,5 °C-ról 39,5 °C-ra emelkedett, az eritrociták szabad áramlási ideje 27,02-ről 24,35 mp-re (9,92%) csökkent. A hőmérséklet és az eritrocita szabad áramlási idő között negatív korreláció volt (r = -0,62, P < .001). A vér, a plazma viszkozitásának és az eritrociták deformálhatóságának a hőmérséklet hatására bekövetkező valamennyi különbsége statisztikailag szignifikáns volt (P < .001).

Vércukor, viszkozitás és nyomás összefüggése

A vércukor és a vér szabad áramlási ideje, illetve a plazma szabad áramlási ideje közötti korrelációs együttható 0,59 és 0,49, illetve 0,55 és 0,53 között mozgott. Regressziós egyeneseket rajzoltunk a vér és a plazma szabad áramlási idejére a vércukor-koncentrációval szemben, és meredekségük nem mutatott szignifikáns különbséget. Így az y = ax + b egyenletből az alábbi képleteket vezettük le: vér szabad áramlási ideje = (0,011)(vércukor) + 12,10; plazma szabad áramlási ideje = (0,008)(vércukor) + 5,4.

A képletekből a számított vér szabad áramlási ideje 100 mg/dl vércukor-koncentráció esetén 13,2 mp, a plazma szabad áramlási ideje pedig 6,2 mp volt. A vércukor-koncentráció minden 100 mg/dl-es növekedésére 1.A vér szabad áramlási idejének 1 másodperces és a plazma szabad áramlási idejének 0,8 másodperces növekedése. 400 mg/dl vércukor-koncentráció mellett a vér szabad áramlási ideje 13,2-ről 16,5 sec-re nőtt (25%).

A regressziós elemzés során a következő értékeket számították ki: F = 11,59, P = .002 (P < .05) a vér szabad áramlási idejére és F = 14,6, P = .0007 (P < .05) a plazma szabad áramlási idejére. A négyzetes többszörös korrelációs együttható (R2) értéke 0,35 volt, ami azt jelenti, hogy a vér glükózszintjének 35%-os hatása volt a vér szabad áramlási idejére.

A vér és a plazma viszkozitás értékei és a glükózkoncentráció közötti kapcsolatot a 2. ábrán regressziós vonalakkal ellátott szórásdiagramokon ábrázoljuk. A vér és a plazma glükózkoncentrációjának és viszkozitási értékeinek (szabad áramlási idő) szignifikáns növekedése volt megfigyelhető (P < .05). A Poiseuille-egyenlet szerint a viszkozitás 25%-os növekedése a vér áramlási sebességének 20%-os csökkenését eredményezi. Ennek az iszkémiás állapotnak a fiziológiás kompenzálásához 25%-os BP-növekedés vagy 5,7%-os értágulat volt szükséges.

A vércukor vér viszkozitásra gyakorolt szerepének regressziós vonalakkal ellátott szórásdiagramon történő ábrázolása. A vér szabad áramlási ideje és a plazma szabad áramlási ideje értékének változását kapilláris viszkoziméterrel mértük másodpercben, és adatként az orális glükóz-tolerancia teszt vércukor koncentrációjával (mg/dl-ben) szemben használtuk. A vércukorszint és a vér viszkozitásának, illetve a plazma viszkozitási szintjének korrelációs együtthatója 0,59 és 0,49 (P = .002), illetve 0,55 és 0,53 (P = .0007) között mozgott.