Vâscozitatea sângelui și tensiunea arterială: rolul temperaturii și al hiperglicemiei

Abstract

Am planificat un studiu pentru a cerceta relațiile dintre tensiunea arterială (TA), vâscozitate și temperatură la subiecții sănătoși și dintre TA, vâscozitate și glucoză la diabetici. Prin metoda de eșantionare aleatorie simplă, au fost selectați 53 de subiecți sănătoși și 29 de subiecți cu diabet zaharat (DM) de tip II. Parametrii au fost determinați cu vâscozimetrul capilar și glucometrul la 22°C, 36,5°C și 39,5°C la subiecții sănătoși și la 22°C la pacienții diabetici în timpul OGTT cu 75 g de glucoză. Evaluările statistice ale datelor au fost realizate cu analiza de regresie, testul t Student, corelația Spearman și analiza de varianță. Când temperatura a scăzut de la 36,5°C la 22°C, vâscozitatea sângelui a crescut cu 26,13%. Această creștere a dus la o scădere de 20,72% a debitului sanguin. În conformitate cu ecuația Hagen-Poiseuille, creșterea necesară a TA pentru compensarea ischemiei tisulare rezultate a fost de 20,72%. De asemenea, s-a observat o scădere de 34,73% a deformabilității eritrocitelor și o creștere de 18,71% a vâscozității plasmei. Când temperatura a crescut de la 36,5° la 39,5°C, vâscozitatea sângelui a scăzut cu 10,38%. Acest lucru a determinat o scădere de 11,15% a debitului sanguin și o scădere de 11,15% a TA, conform ecuației. Creșterea deformabilității eritrocitelor cu 9,92% și scăderea vâscozității plasmei cu 4,99% au apărut în urma creșterii temperaturii. Există o corelație între datele totale pentru temperaturi și vâscozități (r = -0,84, P < 0,001). Atunci când valoarea medie a glicemiei a crescut de la 100 la 400 mg/dL, vâscozitatea a crescut cu 25% (r = 0,59, P = 0,002). În această stare, scăderea debitului sanguin a fost de 20%, iar creșterea TA pentru compensare fiziologică a fost de 25%. În consecință, temperatura, nivelurile de glucoză și vâscozitatea sângelui sunt factori importanți pentru PA. Am J Hypertens 2001;14:433-438 © 2001 American Journal of Hypertension, Ltd.

Scopul studiului nostru este de a cerceta relațiile dintre temperatură, concentrația de glucoză și vâscozitatea sângelui și a plasmei și de a calcula efectele lor asupra tensiunii arteriale (TA) în conformitate cu ecuația hidrodinamică a lui Hagen-Poiseuille.

Dacă sistemul circulator uman este considerat un sistem închis, echilibrul hemodinamic poate fi determinat în conformitate cu ecuația lui Poiseuille prin intermediul presiunii, vâscozității, debitului, vitezei sângelui și diametrului vaselor. Vâscozitatea poate fi definită ca fiind rezistența fluidelor la curgere. Rezistența pentru circulația sângelui include frecarea dintre elementele sanguine și dintre lumenul vasului și sânge. Pentru a face ca un fluid să curgă, este necesară aplicarea de energie. Prin urmare, energia sistemului circulator este cheltuită în corelație cu nivelul de vâscozitate al sângelui. Formele de energie ale sistemului circulator sunt PA și viteza de curgere a sângelui. Viteza (v) și presiunea fluxului sanguin pot fi determinate cu ajutorul ecuației lui Poiseuille ca v = 1/4ηL (F1 – F2) (a2 – r2) și, de asemenea, rata BP (Q) poate fi exprimată din ecuația de mai sus ca Q = πa4/8 ηL (F1 – F2), unde η este vâscozitatea fluidului, F1 și F2 sunt presiunile inițiale și finale ale secțiunii transversale a sângelui, L este lungimea, a este raza vasului și r este distanța de la centrul vasului pentru o particulă care curge.1,2 Astfel, pentru a menține constant echilibrul ecuației în sistemul circulator, TA va crește atunci când crește vâscozitatea.

S-a demonstrat că între valorile de 25,32% și 60,16% ale hematocritului, fiecare creștere de 11% a hematocritului crește vâscozitatea sângelui cu 20%. În această stare, conform ecuației lui Poiseuille, debitul sanguin scade cu 16,67%, ceea ce poate duce la ischemie tisulară. Pentru a menține sistemul circulator în echilibru (adică pentru a menține debitul suficient și a preveni ischemia tisulară), este necesară o creștere de 20% a TA sau o vasodilatație de 4,66%.3 Cu toate acestea, sistemul circulator uman nu este un sistem închis exact, deoarece vâscozitatea sângelui poate fi modificată prin absorbția de alimente sau medicamente.4-8 În plus, au fost raportate efectele grăsimilor alimentare și ale unor medicamente asupra vâscozității sângelui și a hemodinamicii, cum ar fi TA. Deoarece vasele aterosclerotice nu se pot dilata suficient ca răspuns la medicamentele vasodilatatoare, s-a sugerat că vâscozitatea crescută a sângelui poate fi compensată doar cu o creștere a TA în astfel de circumstanțe.9-12 De asemenea, relațiile dintre TA, cefalee, coagulare, viteza fluxului sanguin și vâscozitatea sângelui au fost descrise prin intermediul principiilor hemodinamicii.13,14

Studiul a constat din două grupuri. Pentru primul grup, scopul nostru a fost de a măsura posibilele modificări ale vâscozității sângelui și a plasmei și ale deformabilității eritrocitelor datorate schimbărilor de temperatură la subiecți sănătoși și, de asemenea, de a determina modificările TA prin intermediul calculelor bazate pe legea hemodinamicii. Deoarece diametrele eritrocitelor sunt mai mari decât cele ale capilarelor, acestea nu pot trece prin capilare decât prin deformare. O astfel de capacitate de modificare a formei eritrocitelor poate fi măsurată și definită cu ajutorul conceptului de deformabilitate. Timpul de curgere liberă a masei de eritrocite prin vâscozimetru este invers proporțional cu deformabilitatea eritrocitelor.15 Relațiile dintre vâscozitatea sângelui, deformabilitatea eritrocitelor, temperatură și TA nu au fost încă raportate.

Cel de-al doilea grup a fost format din pacienți cu diabet zaharat (DM) tip II fără complicații diabetice. Scopul nostru a fost de a determina relația dintre glicemia și vâscozitatea sângelui în timpul unui test oral de toleranță la glucoză (OGTT) și de a calcula efectele acestor factori asupra TA cu ajutorul legii hidrodinamicii. Pacienții diabetici au fost aleși pentru a cerceta relația dintre glucoză și vâscozitate într-o gamă largă de concentrații ale glicemiei. Deși a fost demonstrată relația dintre glucoza din sânge și vâscozitate, relația dintre glucoza din sânge și PA nu a fost încă raportată.16,17

Materiale și metode

Selecția cazurilor

Pentru primul grup al studiului, un total de 53 de subiecți sănătoși au fost aleși printr-o metodă de eșantionare aleatorie simplă. Populația studiată a fost selectată din rândul vizitatorilor pacienților clinicii noastre, care nu aveau plângeri și nu folosiseră niciun medicament în ultima săptămână. Grupul a fost alcătuit din 36 de bărbați și 17 femei, cu o vârstă medie de 26,5 ± 6,5 ani. Pentru cel de-al doilea grup, un total de 29 de subiecți care aveau DM necomplicat și nu luaseră niciun medicament au fost selectați printr-o metodă de eșantionare aleatorie simplă din rândul pacienților nou diagnosticați cu DM de tip II la clinica ambulatorie de diabet zaharat a departamentului nostru. Consimțământul în cunoștință de cauză a fost obținut de la toți indivizii care au participat la studiu.

Prepararea probelor de sânge

După o perioadă de post de o noapte, o probă de sânge de 9,9 ml a fost colectată din vena brahială a fiecărui subiect peste 0,1 ml (500 UI) de heparină sodică. Fiecare probă a fost centrifugată la 3000 rpm timp de 5 min cu o centrifugă cu o rază de 9,5 cm. Plasma a fost obținută sub formă de supernatant, iar stratul tampon a fost aruncat. Pentru a separa sedimentul eritrocitar rămas de leucocite, acesta a fost amestecat cu 5 mL de soluție de NaCl 0,9% și centrifugat de două ori prin aceeași metodă.

Măsurarea vâscozității și a deformabilității

Măsurătorile au fost efectuate prin metoda vâscozimetrului cu tub capilar simplu, care a fost folosit în departamentul nostru din 1990.3,11,12,18 Vâscozimetrul avea un rezervor în partea superioară cu un volum de 2 mL. Acesta a fost umplut în poziție verticală cu proba de lichid până la linia superioară a rezervorului, iar apoi timpul de curgere liberă a probei până la linia inferioară a rezervorului a fost măsurat în secunde (sec).

Dacă timpul de curgere liberă a apei distilate este acceptat ca fiind 1, valoarea obținută prin comparație cu timpul de curgere liberă a unei probe poate fi denumită „vâscozitate relativă”.

Viscometrul a fost utilizat în condițiile constante de laborator selectate, în aceeași poziție verticală și fără expunere la lumina directă a soarelui sau la fluxul de aer. Am folosit ca date timpul de curgere liberă în loc de valoarea vâscozității relative, pentru a face estimările statistice și grafice mai precise și pentru a preveni rotunjirea calculelor.

Timpurile de curgere liberă a sângelui, a plasmei și a masei eritrocitare au fost determinate la 22°, 36,5° și 39,5°C. Pentru a preveni precipitarea proteinelor, vâscozimetrul a fost utilizat după ce a fost spălat cu soluție de clorură de sodiu 0,9%, clătit cu apă distilată și uscat cu acetonă. Pentru studiul la diferite temperaturi, vâscozimetrul a fost plasat într-un sistem de baie transparent, închis în plastic, în care cele două capete ale vâscozimetrului stăteau în poziție verticală, iar apa controlată termic a fost circulată continuu cu o pompă peristaltică de mare debit în sistemul de baie.

Deformabilitatea eritrocitelor este capacitatea de schimbare a formei unui eritrocit. Una dintre metodele de măsurare a deformabilității este determinarea timpului de trecere a eritrocitelor printr-un filtru care are pori de dimensiuni standard. Din cauza diferenței de diametru și volum al eritrocitelor între indivizi, specificitatea și sensibilitatea acestei metode pot fi insuficiente.15 Deoarece timpul de curgere liberă a masei pure de eritrocite reprezintă deformabilitatea, fluiditatea și vâscozitatea internă a eritrocitelor și deoarece utilizarea vâscozimetrului pentru a determina timpul de curgere liberă a eritrocitelor a fost mai ieftină și mai ușoară, am preferat această metodă și datele sale pentru studiu.

Măsurarea concentrației de glucoză în sânge

Măsurătorile concentrației de glucoză în sânge au fost efectuate cu un glucometru Accutrend GC (Boehringer Mannheim, Mannheim, Germania). Cel puțin patru măsurători ale glicemiei și măsurători simultane ale vâscozității sângelui și a plasmei au fost efectuate pentru toate cele 29 de cazuri la 0, 30, 60 și 120 min la 22°C, după ingestia a 75 g de glucoză.

Evaluare statistică

Rezultatele primului grup au fost evaluate statistic cu testul t Student și testul de corelație Spearman. Relația dintre concentrația de glucoză din sânge și vâscozitate a fost evaluată statistic cu ajutorul testului Student t, analizei de varianță și analizei de regresie.

Rezultate

Relația dintre temperatura sângelui, vâscozitate și presiune

Când temperatura sângelui a scăzut de la 36,5° la 22°C, timpul mediu de curgere liberă a sângelui a crescut de la 11,62 la 15,55 sec (26,13%). Conform ecuației lui Poiseuille, debitul sanguin scade cu 20,72%, iar pentru compensarea acestei stări ischemice este necesară o creștere a TA de 26,13% sau o vasodilatație de 5,9%. Dacă vâscozitatea (η în numitorul ecuației) se modifică de la 100 la 126,13 (26,13%), debitul Q ar scădea 100/126,13 = 20,72%. Dacă vâscozitatea crește cu 26,13%, valoarea presiunii (F1 – F2) (multiplicatorul din ecuație) trebuie să crească cu același procent pentru a menține constantă ecuația. Atunci când vâscozitatea crește cu 26,13%, pentru a menține constant debitul, raza vasului (inițială) a4, trebuie să crească cu 26,13%. Calculul acestei raze mărite (final) este a4final = 1,2613 × a4initial. Din acest calcul, αfinal = = 1,0597 și astfel, se poate estima o vasodilatație de 5,97%.

Când temperatura a crescut de la 36,5° la 39,5°C, timpul de curgere liberă a sângelui a scăzut de la 11,59 la 10,58 sec (10,38%). În această stare, viteza de curgere a sângelui a crescut cu 11,15%; conform ecuației lui Poiseuille, a fost necesară o scădere de 10,38% a TA sau o vasoconstricție de 2,71% pentru a menține echilibrul hemodinamic constant.

Corelația dintre temperatură și vâscozitatea sângelui este r = -0,84, P < 0,001 atunci când toate diferențele la cele trei temperaturi sunt evaluate împreună (Fig. 1). Când toate datele privind timpul de curgere liberă a sângelui la cele trei temperaturi au fost evaluate împreună în funcție de vârstă, a existat o corelație negativă (r = -0,1381 și P < .05); când datele au fost evaluate în funcție de sex, s-a constatat că timpul mediu de curgere liberă a sângelui la femei a fost cu 12,97% mai mic decât la bărbați (r = 0,3408, P < .001).

Efectul temperaturii asupra vâscozității sângelui. Când temperatura sângelui scade de la 36,5° la 22°C, vâscozitatea sângelui crește cu 26,13%. Dacă temperatura crește de la 36,5° la 39,5°C, vâscozitatea sângelui scade cu 10,38%. Pentru a face o prezentare mai precisă în reprezentarea grafică și în statistici, în loc de valoarea „vâscozității relative”, s-a folosit ca date timpul de curgere liberă a sângelui în secunde (s). Atunci când toate diferențele la cele trei temperaturi sunt evaluate împreună, se observă o corelație negativă între temperatura sângelui și vâscozitate (r = -0,84, P < 0,001).

Discuție

Efectul temperaturii asupra tensiunii arteriale

Creșterea observată a TA de 26,13% legată de scăderea temperaturii și creșterea vâscozității trebuie să fie importantă din punct de vedere clinic. Deoarece scopul principal al sistemului de control al circulației sanguine este menținerea volumului fluxului sanguin la o rată constantă și suficientă, o parte din TA ridicată măsurată la pacienți se poate datora compensării fiziologice a scăderii debitului sanguin.

Temperatura extremităților inferioare în condiții normale este de aproximativ 25°C,19 iar temperatura extremităților, a feței, a plămânilor și a altor părți ale corpului poate scădea pe vreme rece. Această situație poate duce la scăderea debitului sanguin din cauza creșterii vâscozității sângelui și poate explica angina coronariană și dificultatea la efort observate într-un mediu rece. O stare similară este hibernarea medicală, în care temperatura sângelui scade până la 22°C. Deoarece vasele aterosclerotice nu se pot dilata și nu pot răspunde suficient la medicamentele vasodilatatoare, creșterea TA poate fi principalul mecanism de prevenire a ischemiei la unii pacienți.20-24 Riscul de ischemie poate fi crescut într-un mediu rece dacă pacienții sunt hipertensivi și nu au o capacitate de rezervă de creștere a TA pentru a compensa sarcina circulatorie. La acești pacienți, scăderea vâscozității prin utilizarea unor medicamente adecvate ar trebui să capete importanță.11,12

Diminuarea presiunii cu 10,38% datorată creșterii temperaturii la 39,5°C trebuie să fie importantă din punct de vedere clinic. Această informație poate explica unele situații clinice, cum ar fi crizele de hipotensiune observate în mediile fierbinți și tahicardia legată de febră, care este reflexul fiziologic compensator timpuriu pentru scăderea TA.19 În plus, menținerea temperaturii corpului la aproximativ 39,5°C în timpul unui maraton poate aduce un avantaj circulator pentru un atlet prin creșterea debitului sanguin prin scăderea vâscozității. Câștigul de putere al sportivilor înainte de competiție prin exerciții de încălzire poate fi considerat un exemplu care să susțină acest aspect. Deoarece scăderea vâscozității sângelui are un efect similar cu scăderea rezistenței periferice a circulației, temperatura sângelui devine un factor important pentru rezistența periferică și TA. Diagrama din Fig. 3 prezintă relațiile dintre PA, vâscozitate și temperatură.

Prezentarea într-o diagramă de flux a relațiilor stoichiometrice ale modificărilor vâscozității sângelui, debitului, presiunii și diametrului vaselor în funcție de modificarea temperaturii sângelui.

Calculele și interpretările de mai sus pot fi făcute pentru relațiile observate între temperatură, vâscozitatea plasmatică și deformabilitatea eritrocitelor.

Efectul glucozei asupra tensiunii arteriale

Am arătat că TA trebuie să crească cu 25% pentru a compensa scăderea debitului sanguin datorat hipervâscozității observate în cazul hiperglicemiei la 400 mg/dl, iar această constatare trebuie să fie importantă din punct de vedere clinic.

După ce s-a demonstrat existența unei stări de rezistență la insulină în hipertensiunea esențială,25 Resnick și colab. au raportat că la pacienții normali și hipertensivi, creșterea concentrațiilor de glucoză a crescut concentrațiile intracelulare de ioni de calciu în eritrocite.26 Apoi, Barbagallo și colab. au demonstrat că hiperglicemia poate sta la baza predispoziției la hipertensiune și boli vasculare în rândul subiecților diabetici prin creșterea concentrațiilor de calciu liber intracelular în celulele musculare netede vasculare.27

Pentru că complicațiile vasculare și ateroscleroza sunt mai frecvente în DM, aceste rezultate pot fi aplicate în anumite situații clinice.28,29 Pentru diabetici și pentru diabeticii cu ateroscleroză, creșterea TA poate fi singurul mecanism posibil sau dominant de compensare a scăderii debitului sanguin datorat hiperviscozității hiperglicemice, din cauza vasodilatației insuficiente determinată de creșterea concentrației de calciu intracelular și a aterosclerozei. Tensiunea arterială ridicată la un pacient care este internat la serviciul de urgență cu comă hiperglicemică poate fi de fapt un răspuns fiziologic pentru a compensa ischemia. O scădere rapidă și necontrolată a TA la un astfel de pacient înainte de tratamentul hiperglicemiei poate duce la o scădere bruscă a debitului sanguin, ceea ce înseamnă ischemie tisulară acută. Hiperviscozitatea hiperglicemică poate fi o explicație pentru dificultatea efortului postprandial. Pentru ajustarea medicamentelor antihipertensive, nu trebuie ignorate măsurătorile TA în condiții de normoglicemie.

Aceste relații dintre debitul sanguin, glucoza, vâscozitatea, presiunea și capacitățile de vasodilatație sunt prezentate ca o analiză de sistem pe o diagramă de flux în Fig. 4.

Conform legii hidrodinamicii Hagen-Poiseuille și rezultatelor studiului nostru, relațiile stoichiometrice dintre BP, vâscozitatea, glucoza, debitul și diametrul vaselor pot fi prezentate ca o analiză a sistemului biologic pe o diagramă de flux.

Concluzie

În acest studiu, am arătat în mod stoichiometric că temperatura și hiperglicemia au un efect important asupra vâscozității sângelui și a TA. Conform acestor informații, mecanismul anginei pe vreme rece, al rezistenței periferice, al tahicardiei și al hipotensiunii pe vreme caldă, al dificultăților de efort postprandial și al câștigului fiziologic cu exerciții de încălzire și cu creșterea temperaturii poate fi explicat pe o nouă bază. Informațiile din studiul nostru măresc numărul parametrilor hemodinamici și ar trebui să fie luate în considerare în tratamentul și urmărirea pacienților cu hipertensiune arterială și analiza sistemului circulator.