Viscosidade e pressão sanguínea: papel da temperatura e hiperglicemia

Abstract

Planeamos um estudo para pesquisar as relações entre pressão sanguínea (PA), viscosidade e temperatura em indivíduos saudáveis e entre PA, viscosidade e glicose em diabéticos. Com o método de amostragem aleatória simples, foram selecionados 53 indivíduos saudáveis e 29 diabetes mellitus (DM) tipo II. Os parâmetros foram determinados com viscosímetro capilar e glicosímetro a 22°C, 36,5°C e 39,5°C em indivíduos saudáveis, e a 22°C em pacientes diabéticos durante o OGTT com 75 g de glicose. As avaliações estatísticas dos dados foram feitas com análise de regressão, teste t de Student, correlação de Spearman e análise de variância. Quando a temperatura diminuiu de 36,5°C para 22°C, a viscosidade do sangue aumentou 26,13%. Este aumento resultou numa diminuição de 20,72% na taxa de fluxo sanguíneo. De acordo com a equação de Hagen-Poiseuille, o aumento da PA requerido para compensação da isquemia tecidual resultante foi de 20,72%. Também, observou-se uma diminuição de 34,73% na deformabilidade eritrocitária e um aumento de 18,71% na viscosidade plasmática. Quando a temperatura aumentou de 36,5° para 39,5°C, a viscosidade do sangue diminuiu 10,38%. Isto causou uma diminuição de 11,15% no fluxo sanguíneo e 11,15% na PA, de acordo com a equação. A deformabilidade dos eritrócitos aumentou 9,92% e a viscosidade plasmática diminuiu 4,99% em função do aumento da temperatura. Há uma correlação entre os dados totais de temperaturas e viscosidades (r = -0,84, P < .001). Quando o valor médio da glicemia aumentou de 100 para 400 mg/dL, a viscosidade aumentou 25% (r = 0,59, P = 0,002). Neste estado, a diminuição do fluxo sanguíneo foi de 20% e o aumento da PA para compensação fisiológica foi de 25%. Consequentemente, a temperatura, glicose e níveis de viscosidade do sangue são fatores importantes para a PA. Am J Hypertens 2001;14:433-438 © 2001 American Journal of Hypertension, Ltd.

O objetivo de nosso estudo é pesquisar as relações entre temperatura, concentração de glicose e viscosidade do sangue e plasma, e calcular seus efeitos sobre a pressão arterial (PA) de acordo com a equação hidrodinâmica de Hagen-Poiseuille.

Se o sistema circulatório humano for considerado como um sistema fechado, o equilíbrio hemodinâmico pode ser determinado de acordo com a equação de Poiseuille através da pressão, viscosidade, taxa de fluxo, velocidade do sangue e diâmetro dos vasos. A viscosidade pode ser definida como a resistência dos fluidos contra o fluxo. A resistência à circulação sanguínea inclui o atrito entre os elementos do sangue e entre o lúmen do vaso e o sangue. Para fazer um fluxo de fluido, a aplicação de energia é necessária. Portanto, a energia do sistema circulatório é gasta em correlação com o nível de viscosidade do sangue. As formas de energia do sistema circulatório são a PA e a velocidade do fluxo sanguíneo. A velocidade (v) e a pressão do fluxo sanguíneo podem ser determinadas com a equação de Poiseuille como v = 1/4ηL (F1 – F2) (a2 – r2), e também a taxa de PA (Q) pode ser expressa da equação acima como Q = ηL/8 ηL (F1 – F2), onde η é a viscosidade do fluido, F1 e F2 são a pressão inicial e a pressão transversal final do sangue, L é o comprimento, a é o raio do vaso, e r é a distância do centro do vaso para uma partícula fluente.1,2 Assim, para manter o equilíbrio da equação constante no sistema circulatório, a PA aumentará quando a viscosidade aumentar.

Foi demonstrado que entre 25,32% e 60,16% dos valores de hematócrito, a cada 11% de aumento do hematócrito aumenta a viscosidade do sangue em 20%. Neste estado, de acordo com a equação de Poiseuille, o fluxo sanguíneo diminui 16,67%, o que pode levar à isquemia tecidual. Para manter o sistema circulatório em equilíbrio (ou seja, manter a taxa de fluxo suficiente e prevenir a isquemia tecidual), é necessário um aumento de 20% na PA ou 4,66% de vasodilatação.3 Entretanto, o sistema circulatório humano não é um sistema exatamente fechado, pois a viscosidade do sangue pode ser alterada com a absorção de alimentos ou drogas.4-8 Além disso, foram relatados os efeitos da gordura alimentar e de algumas drogas sobre a viscosidade e hemodinâmica do sangue, como a PA. Como os vasos ateroscleróticos não podem dilatar suficientemente como resposta a drogas vasodilatadoras, tem sido sugerido que o aumento da viscosidade sanguínea só pode ser compensado com um aumento da PA em tais circunstâncias.9-12 Também, as relações entre PA, dor de cabeça, coagulação, velocidade do fluxo sanguíneo e viscosidade sanguínea têm sido descritas através dos princípios da hemodinâmica.13,14

O estudo consistiu de dois grupos. Para o primeiro grupo, nosso objetivo foi medir as possíveis alterações na viscosidade do sangue e plasma e na deformabilidade eritrocitária devido a mudanças de temperatura em indivíduos saudáveis, e também determinar as alterações da PA através de cálculos baseados na lei da hemodinâmica. Como os diâmetros dos eritrócitos são maiores que os dos capilares, eles só podem passar através dos capilares por deformação. Tal capacidade de alteração de forma dos eritrócitos pode ser medida e definida com o conceito de deformabilidade. O tempo de fluxo livre da massa eritrocitária através do viscosímetro é inversamente proporcional à deformabilidade eritrocitária.15 As relações entre viscosidade sanguínea, deformabilidade eritrocitária, temperatura e PA ainda não foram relatadas.

O segundo grupo consistiu de pacientes com diabetes mellitus (DM) tipo II sem complicações diabéticas. Nosso objetivo foi determinar a relação entre glicemia e viscosidade durante um teste de tolerância à glicose oral (OGTT), e calcular os efeitos desses fatores sobre a PA com a lei da hidrodinâmica. Os pacientes diabéticos foram escolhidos para pesquisar a relação entre glicose e viscosidade em uma ampla gama de concentrações de glicose no sangue. Embora a relação entre glicemia e viscosidade tenha sido demonstrada, a relação entre glicemia e PA ainda não foi relatada.16,17

Materiais e Métodos

Seleção de Casos

Para o primeiro grupo do estudo, um total de 53 indivíduos saudáveis foi escolhido por um método de amostragem aleatória simples. A população do estudo foi selecionada entre os visitantes dos pacientes de nossa clínica, que não tinham queixas e não tinham usado nenhum medicamento na última semana. O grupo era composto por 36 homens e 17 mulheres com idade média de 26,5 ± 6,5 anos. Para o segundo grupo, um total de 29 sujeitos que tinham DM sem complicações e não tinham tomado qualquer medicação foram selecionados por um método de amostragem aleatória simples de pacientes recém-diagnosticados com DM tipo II no ambulatório de diabetes mellitus do nosso departamento. O consentimento informado foi obtido de todos os indivíduos participantes do estudo.

Preparação de amostras de sangue

Após um período de jejum noturno, uma amostra de 9,9 ml de sangue foi coletada da veia braquial de cada indivíduo acima de 0,1 ml (500 UI) de heparina sódica. Cada amostra foi centrifugada a 3000 rpm durante 5 min por uma centrífuga com um raio de 9,5 cm. O plasma foi obtido como sobrenadante e o revestimento de buff-coat foi jogado fora. Para separar o sedimento eritrocitário remanescente dos leucócitos, ele foi misturado com 5 mL de solução de NaCl 0,9% e centrifugado duas vezes pelo mesmo método.

Medição de Viscosidade e Deformabilidade

Medições foram feitas usando o método do viscosímetro de tubo capilar simples que tem sido usado em nosso departamento desde 1990.3,11,12,18 O viscosímetro tinha um reservatório na parte superior com um volume de 2 mL. Ele foi preenchido na posição vertical com a amostra de fluido até a linha superior do reservatório, e então o tempo de fluxo livre da amostra até a linha inferior do reservatório foi medido em segundos (seg).

Se o tempo de fluxo livre da água destilada for aceito como 1, o valor obtido por comparação com o tempo de fluxo livre de uma amostra pode ser denominado de “viscosidade relativa”.

O viscosímetro foi utilizado nas condições de laboratório constantes selecionadas, na mesma posição vertical e sem exposição à luz solar direta ou ao fluxo de ar. Utilizamos como dados o tempo de fluxo livre ao invés do valor de viscosidade relativa, para tornar as estimativas estatísticas e gráficas mais precisas e para evitar o arredondamento dos cálculos.

Os tempos de fluxo livre de sangue, plasma e massa eritrocitária foram determinados a 22°, 36,5° e 39,5°C. Para prevenir a precipitação de proteínas, o viscosímetro foi utilizado após a lavagem com solução de cloreto de sódio 0,9%, enxaguado com água destilada, e seco com acetona. Para estudo em diferentes temperaturas, o viscosímetro foi colocado em um sistema de banho transparente, fechado em plástico, no qual as duas extremidades do viscosímetro ficaram na vertical e água controlada pelo calor circulou continuamente com uma bomba peristáltica de alto rendimento no sistema de banho.

Erythrocyte deformability is the shape-changing capacity of an erythrocyte. Um dos métodos para medir a deformabilidade é a determinação do tempo de passagem do eritrócito através de um filtro que possui poros de tamanho padrão. Devido à diferença de diâmetro e volume de eritrócitos entre os indivíduos, a especificidade e a sensibilidade deste método pode ser insuficiente.15 Como o tempo de fluxo livre da massa eritrocitária pura representa a deformabilidade, fluidez e viscosidade interna dos eritrócitos, e como a utilização do viscosímetro para determinar o tempo de fluxo livre dos eritrócitos foi mais barata e fácil, preferimos este método e seus dados para o estudo.

Medição da concentração de glicose no sangue

As medições da concentração de glicose no sangue foram feitas com um glucômetro Accutrend GC (Boehringer Mannheim, Mannheim, Alemanha). Foram realizadas pelo menos quatro medições de glicemia e medições simultâneas da viscosidade do sangue e plasma para todos os 29 casos a 0, 30, 60 e 120 min a 22°C, após ingestão de 75 g de glicose.

Avaliação estatística

Os resultados do primeiro grupo foram avaliados estatisticamente com o teste t de Student e o teste de correlação Spearman. A relação entre a concentração de glicose no sangue e a viscosidade foi avaliada estatisticamente pelo teste t de Student, análise de variância e análise de regressão.

Resultados

Relação da temperatura, viscosidade e pressão do sangue

Quando a temperatura do sangue diminuiu de 36,5° para 22°C, o tempo médio de fluxo livre do sangue aumentou de 11,62 para 15,55 seg (26,13%). De acordo com a equação de Poiseuille, o fluxo sanguíneo diminui 20,72%, e para a compensação deste estado isquêmico, é necessário um aumento da PA de 26,13% ou vasodilatação de 5,9%. Se a viscosidade (η no denominador da equação) mudar de 100 para 126,13 (26,13%), a taxa de fluxo Q diminuiria 100/126,13 = 20,72%. Se a viscosidade aumentar 26,13%, o valor da pressão (F1 – F2) (multiplicador na equação) deve ser aumentado com a mesma porcentagem para manter a equação constante. Quando a viscosidade aumenta 26,13%, para manter constante a vazão, o raio do vaso (inicial) a4, deve aumentar 26,13%. O cálculo desse raio aumentado (final) é a4final = 1,2613 × a4inicial. A partir deste cálculo, αfinal = = 1,0597 e assim, pode-se estimar 5,97% de vasodilatação.

Quando a temperatura aumentou de 36,5° para 39,5°C, o tempo de fluxo livre de sangue diminuiu de 11,59 para 10,58 seg (10,38%). Neste estado, o fluxo sanguíneo aumentou 11,15%; de acordo com a equação de Poiseuille, uma diminuição de 10,38% na PA ou vasoconstrição de 2,71% foi necessária para manter o equilíbrio hemodinâmico constante.

A correlação entre temperatura e viscosidade sanguínea é r = -0,84, P < .001 quando todas as diferenças nas três temperaturas são avaliadas em conjunto (Fig. 1). Quando todos os dados de tempo de fluxo livre de sangue para as três temperaturas foram avaliados juntos de acordo com a idade, houve uma correlação negativa (r = -0,1381 e P < .05); quando os dados foram avaliados de acordo com o sexo, verificou-se que o tempo médio de fluxo livre de sangue nas mulheres foi 12,97% menor que nos homens (r = 0,3408, P < .001).

Efeito da temperatura na viscosidade do sangue. Quando a temperatura do sangue diminui de 36,5° para 22°C, a viscosidade do sangue aumenta 26,13%. Se a temperatura aumenta de 36,5° para 39,5°C, a viscosidade do sangue diminui 10,38%. Para fazer uma apresentação mais precisa na representação gráfica e estatística, em vez do valor de “viscosidade relativa”, foi utilizado como dado o tempo de fluxo livre do sangue em segundos (s). Quando todas as diferenças a três temperaturas são avaliadas em conjunto, uma correlação negativa é vista entre a temperatura do sangue e a viscosidade (r = -0,84, P < .001).

Quando a temperatura diminuiu de 36,5° para 22°C, o tempo de fluxo livre de plasma aumentou de 4,81 para 5,71 seg (18,71%); com um aumento da temperatura de 36,5° para 39,5°C, diminuiu de 4,78 para 4,57 seg (4,99%). Uma correlação negativa foi observada (r = -0,9342, P < .001) quando os tempos de fluxo de plasma nas três temperaturas foram avaliados em conjunto. Com uma diminuição da temperatura de 36,5° para 22°C, o tempo de fluxo livre de eritrócitos aumentou de 27,03 para 36,42 seg (34,73%). Quando a temperatura aumentou de 36,5° para 39,5°C, o tempo de fluxo livre de eritrócitos diminuiu de 27,02 para 24,35 seg (9,92%). Houve uma correlação negativa entre temperatura e tempo de fluxo livre de eritrócitos (r = -0,62, P < .001). Todas as diferenças de viscosidade do sangue, plasma e deformabilidade dos eritrócitos devido à temperatura foram estatisticamente significativas (P < .001).

Relação da Glicose Sanguínea, Viscosidade e Pressão

O coeficiente de correlação da glicemia com o tempo de fluxo livre do sangue e o tempo de fluxo livre do plasma variou de 0,59 a 0,49 e de 0,55 a 0,53, respectivamente. Foram traçadas linhas de regressão para o tempo de fluxo livre de sangue e plasma versus as concentrações de glicose no sangue, e suas inclinações não mostraram nenhuma diferença significativa. Assim, as fórmulas abaixo foram derivadas da equação y = eixo + b: tempo de fluxo livre de sangue = (0,011)(glicemia) + 12,10; tempo de fluxo livre de plasma = (0,008)(glicemia) + 5,4,

Destas fórmulas, o tempo de fluxo livre de sangue calculado para uma concentração de glicemia de 100 mg/dL foi de 13,2 seg, e o tempo de fluxo livre de plasma foi de 6,2 seg. Para cada 100 mg/dL de aumento na concentração de glicose no sangue, houve um 1.1 seg de aumento no tempo de fluxo livre de sangue e 0,8 seg de aumento no tempo de fluxo livre de plasma. A 400 mg/dL de concentração de glicemia, o tempo de fluxo livre de sangue aumentou de 13,2 para 16,5 seg (25%).

Na análise de regressão, foram calculados os seguintes valores: F = 11,59, P = .002 (P < .05) para o tempo de fluxo livre de sangue e F = 14,6, P = .0007 (P < .05) para o tempo de fluxo livre de plasma. O valor do coeficiente de correlação múltipla ao quadrado (R2) foi 0,35, o que significa que houve um efeito de 35% da glicemia no tempo de fluxo livre de sangue.

A relação entre os valores de viscosidade do sangue e os valores de viscosidade do plasma versus as concentrações de glicose é representada em gráficos de dispersão com linhas de regressão na Fig. 2. Foram observados aumentos significativos nos valores de concentração e viscosidade (tempo de fluxo livre) do sangue e plasma (P < .05). De acordo com a equação de Poiseuille, um aumento de 25% na viscosidade resulta em uma diminuição de 20% na taxa de fluxo sanguíneo. Para a compensação fisiológica deste estado isquêmico, foi necessário um aumento de 25% na PA ou uma vasodilatação de 5,7%.

Representação do papel da glicemia na viscosidade do sangue em diagrama de dispersão com linhas de regressão. Alterações nos valores do tempo de fluxo livre de sangue e do tempo de fluxo livre de plasma foram medidas com o viscosímetro capilar em segundos e utilizadas como dados contra as concentrações de glicose no sangue no teste de tolerância à glicose oral (em mg/dL). O coeficiente de correlação entre a glicemia e os níveis de viscosidade do sangue e plasma variou de 0,59 a 0,49 (P = .002) e de 0,55 a 0,53 (P = .0007), respectivamente.

Discussão

O efeito da temperatura sobre a pressão arterial

O aumento da PA observado de 26,13% relacionado à diminuição da temperatura e aumento da viscosidade deve ser clinicamente importante. Como o principal objetivo do sistema de controle da circulação sanguínea é manter o volume do fluxo sanguíneo a uma taxa constante e suficiente, parte da PA alta medida nos pacientes pode ser devida à compensação fisiológica da diminuição do fluxo sanguíneo.

A temperatura das extremidades inferiores em condições normais é de aproximadamente 25°C,19 e as temperaturas das extremidades, face, pulmões e outras partes do corpo podem diminuir com o tempo frio. Esta situação pode levar à diminuição do fluxo sanguíneo devido ao aumento da viscosidade do sangue, e pode explicar a angina coronária e a dificuldade de esforço observada em um ambiente frio. Um estado semelhante é a hibernação médica, em que a temperatura do sangue cai para 22°C. Como os vasos ateroscleróticos não podem dilatar e responder suficientemente às drogas vasodilatadoras, o aumento da PA pode ser o principal mecanismo de prevenção de isquemia em alguns pacientes.20-24 O risco de isquemia pode ser aumentado em um ambiente frio se os pacientes forem hipertensivos e não tiverem capacidade de reserva de aumento da PA para compensar a carga circulatória. Nesses pacientes, a diminuição da viscosidade pelo uso de medicamentos apropriados deve ganhar importância.11,12

A diminuição da pressão de 10,38% devido ao aumento da temperatura para 39,5°C deve ser clinicamente importante. Esta informação pode explicar algumas situações clínicas, como ataques de hipotensão observada em ambientes quentes e taquicardia relacionada à febre, que é o reflexo fisiológico compensatório precoce para diminuição da PA.19 Além disso, manter a temperatura corporal em torno de 39,5°C durante uma maratona pode trazer uma vantagem circulatória para um atleta, aumentando a taxa de fluxo sanguíneo através da diminuição da viscosidade. O ganho de potência dos atletas antes da competição através de exercícios de aquecimento pode ser considerado como um exemplo que suporta este ponto. Como a diminuição da viscosidade do sangue tem um efeito semelhante à diminuição da resistência periférica da circulação, a temperatura do sangue torna-se um fator importante para a resistência periférica e a PA. O fluxograma na Fig. 3 mostra as relações entre PA, viscosidade e temperatura.

Apresentação em um fluxograma das relações estequiométricas das alterações na viscosidade, vazão, pressão e diâmetro dos vasos sanguíneos com as alterações da temperatura do sangue.