6-36 Г.Х. Тагхизадех, Н.П. Митьковская Реологические свойства

1
УДК [616.12—005.4+616.379—008.64]:616.151
РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ И ПЛАЗМЫ У БОЛЬНЫХ
ИШЕМИЧЕСКОЙ БОЛЕЗНЬЮ СЕРДЦА И САХАРНЫМ ДИАБЕТОМ
Г.Х. Тагхизадех, Н.П. Митьковская
Белорусский государственный медицинский университет, 2-я кафедра внутренних
болезней
При помощи Куэттовского вискозиметра при температуре 25 °С в диапазоне
скоростей сдвига 0,5 - 100 с-1 изучены реологические свойства крови и плазмы 37
больных с ИБС и СД и 16 больных ишемической болезнью сердца в качестве группы
сравнения. Кроме того, исследовались показатели 35 здоровых лиц. Показано, что
изменение реологических параметров крови и плазмы при ишемической болезни сердца
и сахарном диабете более выражено, чем у больных только с ишемической болезнью
сердца.
Ключевые слова Сахарный диабет, ишемическая болезнь сердца, реологические
свойства крови и плазмы, реологическая модель.
Обозначения h g& вязкость крови, h i вязкость при бесконечно большой скорости
сдвига (гидродинамическая вязкость), h 0 начальная вязкость, l структурночувствительный параметр, m безразмерный параметр. Сw – постоянная Вильямсона
или мера кривизны реологической кривой,
- предельное напряжение сдвига,
вязкость при бесконечно большой скорости сдвига. p - пластическое сопротивление и
1 - напряжение со стороны вязкого течения.
Введение. В последние годы в исследованиях по реологии крови достигнут существенный
прогресс, в результате чего стало ясно, что для репрезентативного количественного описания свойств
крови требуется проведение широкого класса новых экспериментов с обработкой их результатов на
основе сравнительно сложных теоретических соображений. Выяснилось, что собственно реологические
свойства крови тесно связаны с другими еѐ физическими свойствами, в особенности – с диффузионной и
агрегационной способностью форменных элементов, и что поэтому необходимо проведение
комплексных исследований. Кроме того, расширились и были частично пересмотрены представления о
медицинском значении реологии крови и еѐ роли в физиологических процессах. /?/
Сахарный диабет (СД) является одним из важнейших факторов риска ишемической болезни
сердца (ИБС), его наличие повышает риск возникновения ИБС у больных СД 2-го типа в 2-3 раза. В
патогенезе СД 2-го типа и ИБС лежат общие механизмы, которые значительно ускоряют структурнофункциональную перестройку сердечно-сосудистой системы, возникновение и прогрессирование
сердечной недостаточности, ухудшая прогноз и качество жизни больного. Наличие СД 2-го типа в
несколько раз повышает риск возникновения безболевой ишемии миокарда. У большинства больных
сахарным диабетом ИБС протекает бессимптомно, что затрудняет своевременную диагностику
нестабильной стенокардии и инфаркта миокарда, а также дальнейшее их лечение. Ранняя диагностика,
позволяющая своевременно назначать необходимое лечение и избегать тяжелых осложнений ИБС,
является достаточно серьѐзной проблемой. Таким образом, поиск наиболее информативных
инструментальных методов диагностики, изучение и оценка поражений сердечно-сосудистой системы у
больных СД 2-го типа, показателей микроциркуляторного русла, является актуальной и не решенной в
настоящее время задачей. /1-3/
Задача
Целью настоящего исследования являлось изучение реологических свойств крови и плазмы у
2
больных ИБС с сахарным диабетом, которые в значительной степени определяют особенности
функционального состояния микроциркуляторного русла.
Реологическая модель.
Традиционным для гемореологии и нерешенным в настоящее время является вопрос о выборе
реологической модели крови. Одна из кардинальных и до сих пор нерешенных проблем – построение
адекватной реологической модели крови, которая хотя бы качественно отражала все надежно
установленные факты /5/. Поскольку кровь является дисперсионной системой, то влияние
структурообразования на реологические свойства суспензии можно учесть, введя понятие сдвиговой
прочности структуры (предела текучести t 0 ). Предпосылкой введения этого понятия является
предположение от том, что при t 0 t деформация структуры (но не течения) не возможна. Одной из
таких моделей, является модель Кессона. Популярность уравнения Кессона как реологической модели
для крови сложилось исторически, отчасти под влиянием легенды о его строгом теоретическом выводе,
хотя эта модель предсказывает наличие предельного напряжения сдвига, что, вообще говоря,
противоречит физиологии кровообращения. Характер поведения системы, описываемый Кессоном,
определяется, по существу, тремя механизмами: вначале распадом слабой пространственной структуры,
которая определяет псевдопластичность, последующим разрушением более мелких структурных
элементов, что объясняет наличие нелинейной вязкости и, наконец, ориентацией асимметричных
агрегатов, формирующих ньютоновскую вязкость.
Для анализа использованы такие реологические модели, которые содержат некоторые
параметры, чувствительные к структурным изменениям. Одной из моделей является представление
Вильямсона(1929) /6/, не противоречащее физиологии кровообращения. Согласно этому представлению,
в псевдопластических течениях часть сдвиговых сил уходит на разрушение агрегатов, оставшаяся часть
вызывает вязкое течение, особенно при больших скоростях сдвига. Общее сопротивление сдвига
является суммой двух независимых вкладов
t 1g&
gt t p g
Используя дополнительный корректирующий параметр (постоянную Вильямсона) это уравнение может
быть записано в форме
t
&
tg
Cw
g&
hg&
(1)
здесь Сw – постоянная Вильямсона или мера кривизны реологической кривой,
- предельное
напряжение сдвига,
- вязкость при бесконечно большой скорости сдвига. Если
= 0, то получается
ньютоновский закон, если Сw = 0, то это уравнение становится уравнением Бингама. Отметим, что это
представление справедливо, когда линейная (ньютоновская) и нелинейная (пвсевдопластичная) часть
вязкостного вклада может быть разделена.
Гудив предположил, что ньютоновские эффекты, для которых сдвиговые силы
пропорциональны скорости деформации, и явление тиксотропии, которое не зависит от скорости
деформации, влияют на реологическое поведение эмульсий и дисперсий. Связи между агрегатами
появляются только при их контакте, при сдвиге их эти связи растягиваются, разрушаются и
трансформируются. Это процесс сопровождается передачей момента импульса от одного слоя движения
к другому. В итоге такого рассмотрения получается уравнение, близкое к эмпирическому уравнению
Вильямсона, причем, C w есть отношение констант скоростей броуновского движения и разрушения
агрегатов. Это единственный параметр, связанный со структурными изменениями при сдвиговом
течении. Два других параметра сопоставляются с чисто гидродинамическим взаимодействием агрегатов.
Таким образом, константам эмпирического уравнения Вильямсона можно придать физический смысл.
Отметим, что константа Вильямсона имеет смысл обратной скорости разрушения агрегатов.
Аналогичная реологическая модель была применена Серсом /7/ для описания реологического
поведения крови при течении в капиллярах. В ней постоянные модели имеют другое обозначение, и
зависимость вязкости крови от скорости сдвига описывается уравнением
h
ts
(2)
*
где
- гидродинамическая вязкость т.е. вязкость которую имела бы суспензия частиц в отсутствие
любого взаимодействия между ними за исключением гидродинамического;
- константа кажущейся
кинетической скорости разрушения структурных единиц; s - прочность структуры образованной
форменными элементами крови чем выше значение этого параметра тем сложнее разрушить агрегаты.
3
Достоинство модели (2) заключается в том, что 1) кажущуюся вязкость крови можно разделить
на две составляющие: первая связана со структурными процессами взаимодействия агрегатов, вторая
связана с процессом течения дисперсии как гомогенной среды и 2) -эта модель не противоречит
физиологии кровообращения. Однако применение такой модели на практике показывает, что она не
всегда адекватно описывает реальную кривую течения. Поэтому эта модель была модифицирована путем
введения дополнительного параметра m (индекс течения или степень нелинейности) и эта модель
приведена к виду
h
ts
m
(3)
*
Таким образом, эта реологическая модель является одной из трансформаций известной модели
Кросса, иногда применяемой для описания реологического полведения крови. Физический смысл
реологических
параметров
данной
модели
сохраняется.
Относительно
подстраиваемого
феноменологического параметра m сказать что-либо сложно, можно предположить, что он так или иначе
связан с характеристиками разрушения структуры посредством сдвигового течения.
Материалы и методы. Изучены реологические свойства крови и плазмы 37
больных с ИБС и СД и 16 больных ишемической болезнью сердца в качестве группы
сравнения. Кроме того, исследовались показатели 35 здоровых лиц. Все группы были
сопоставимы по половому и возрастному составу. При помощи Куэттовского
вискозиметра были измерены кривые вязкости крови и плазмы при температуре 25 °С в
диапазоне скоростей сдвига 0,5 - 100 с-1. Пробы представляли собой венозную кровь с
добавлением антикоагулянта (гепарина). Измерения выполнялись в два этапа. На
первом этапе проводились вискозиметрические измерения цельной крови. На втором
этапе кровь разделялась на эритроцитарную массу и плазму лабораторной центрифугой
с ускорением 300 g и измерялась вязкость плазмы. Кроме того, измерялся показатель
гематокрита, гемоглобина и уровень липидов. Параметры реологической модели (3)
рассчитывались посредством подгонки данной модели к экспериментальным
значениям методом наименьших квадратов. Вязкость плазмы предполагалась
ньютоновской.
Результаты. Результаты расчета параметров модели показаны в таблице.
Таблица
Реологические показатели в исследуемых группах больных и здоровых лиц, (Ht– 48%)
Параметр
Здоровые лица
Больные ИБС
Больные ИБС и СД
62,4±5,8
51,2 ± 6,1*
59,3± 8,9*
h 0 , мПа*с
1,42± 0,5
2,8 ± 0,6*
3,6 ± 0,6*
l , с-1
m
0,95±0,04
0,7 ± 0,04*
0,7 ± 0,03*
3,24±0.2
3,4 ± 0,3
3,4 ± 0,2
h i мПа*с
*— достоверность различий с показателем в группе здоровых лиц, *—p <0,05.
Кривые течения для средних
значений
модельных
реологических
параметров
показаны на рисунке.
Наблюдается
значительные
расхождения
полученных
реологических
показателей
по
сравнению
с
нормальными
показателями.
Разница
между
средними показателями больных
ИБС и ИБС с СД не столь
существенна
и
связана
со
4
структурно чувствительными параметрами h 0 и l , которые в свою очередь связаны с
липидным составом цельной крови.
В группе больных ИБС и СД вязкость плазмы составила 1.71 0.01 мПа*с, в
группе больных ИБС —1.69 0.01 мПа*с, что достоверно отличается от показателя в
группе здоровых лиц (1.41±0.03 мПа*с, p<0.05). Полученные результаты коррелируют с
изменением липидограммы в обеих группах больных.
Выводы. Изменение реологических параметров крови и плазмы при
ишемической болезни сердца и сахарном диабете более выражено, чем у больных
только с ишемической болезнью сердца, что, возможно, является одной из важнейших
причин более значительных микроциркуляторных расстройств у пациентов с
сочетанной патологией.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Bucherer C , Lacombe C , LeliГЁvre JC , Sachon C , Bosquet F , Grimaldi A
Relevance of measuring red blood cell disaggregability in insulin-dependent
diabetic patients. // J Diabetes Complications, 6(3): 175-9 1993
Turczy Е Lowiski Е, Szczesny S, Baschton M, Bartosik-Baschton A, SzyguЕ‚,
Wodniecki J , Spyra J The whole blood and plasma viscosity changes in course of
acute myocardial infarction // Pol Arch Med Wewn, 108(4): 971-8 2003
De Backer TL , De Buyzere M , Segers P , Carlier S , De Sutter J , Van de Wiele C ,
De Backer G The role of whole blood viscosity in premature coronary artery disease
in women. // Atherosclerosis, 165(2): 367-73 2002
Левтов В.А.,Регирер С.А.,Шадрина Н.Х. Реология крови. - М. - Медицина
1983 - 270с.
Селезнев С.А., Назаренко Г.И., Зайцев В.С. Клинические аспекты
микроциркуляции. - Л: Медицина, 1985. - 208 с.
Emulsion science. Edited by Ph. Sherman. Academic press, London and New York.
1968
Sirs J.A. The Flow of Human Blood Through Capillary Tubes // Journal of
Physiology/ - 1991. - Vol. 442. - P. 569-583.