Electrical and viscoelastic parameters of erythrocytes in patients with different degrees of arterial hypertension

Full Text

Введение В последнее десятилетие патофизиология микроциркуляции стала активно развивающейся областью исследований по артериальной гипертензии (АГ). Нередко авторы задают вопрос, не является ли гипертензия болезнью микроциркуляции [1]? Подобный вопрос не лишен основания, поскольку именно на этом уровне реализуется механизм сужения просвета артериол, переходя из стадии активной миогенной вазоконстрикции в стадию автотрофного внутреннего ремоделирования стенок сосудов. Кроме того, во многих экспериментальных и клинических исследованиях по АГ выявляют микрососудистое разрежение, определяемое как снижение пространственной плотности микрососудистых сетей, причем подобные находки обнаружены у нормотензивных людей с наследственной предрасположенностью к АГ [2]. Возможно, наблюдаемое разрежение способствует повышению периферического сосудистого сопротивления при гипертонической болезни. Наконец, именно на микроциркуляторном уровне реализуются вазодилатирующие эффекты оксида азота (NO), что напрямую связано с функцией эндотелия [3], а капилляры состоят исключительно из эндотелиальных клеток. Именно на уровне микроциркуляторного русла выполняют свою функцию эритроциты, и изменение их электрических и вязкоупругих параметров, несомненно, скажется на прогрессировании и даже развитии АГ. Более того, в исследованиях Г.Г.Гогина и соавт. (2006 г.) было показано, что изменение пластичности клеток красной крови происходит за несколько лет до регистрации повышенных цифр артериального давления (АД). [4]. Поэтому авторы предположили первичность изменения эритроцитов с последующими компенсаторными гемодинамическими изменениями, включающими повышение АД, для продвижения «жестких» клеток в микроциркуляторном русле. Цель работы – изучить особенности вязкоупругих и электрических характеристик эритроцитов у пациентов с АГ 1 и 2-й степени выраженности для выявления некоторых патогенетических особенностей развития заболевания. Материалы и методы Обследованы 48 мужчин с АГ в возрасте 52±8 лет, которые были разделены на две группы в зависимости от степени повышения АД. Диагноз был верифицирован на основании клинического, биохимического и инструментальных исследований и устанавливался в соответствии с российскими рекомендациями Всероссийского научного общества кардиологов 2010 г. (IV пересмотр) [5]. 1-ю группу составили 28 (58%) пациентов с АГ 1-й степени (систолическое АД – САД 140–159 мм рт. ст. и/или диастолическое АД – ДАД 90–99 мм рт. ст); 2-ю – 20 (42%) пациентов с АГ 2-й степени (САД 160–179 мм рт. ст. и/или ДАД 91–109 мм рт. ст.). В 3-ю (группа сравнения) вошли 29 практически здоровых мужчин в возрасте от 35 до 60 лет (средний возраст 47±5 лет). Критериями включения в группу сравнения были: АД на плечевой артерии ниже 140/90 мм рт. ст., отсутствие заболеваний сердечно-сосудистой системы и других заболеваний, которые могут оказать отрицательное воздействие на сердце и сосуды. Факторы риска (ФР) были выявлены у 95% пациентов: дислипидемия типа IIА, IIB и IV – 82,3% больных; семейный анамнез ранних сердечно-сосудистых заболеваний – 58,3%; избыточный вес – 48,3%; ожирение – 33,7%; глюкоза плазмы крови натощак более 5,6–6,9 ммоль/л (102–125 мг/дл) – 22,7%; курение – 22,9% (при этом ранее – от 3 до 6 лет – курили 12,5% больных); нарушенная толерантность к глюкозе – 13,4%. Поражение органов-мишеней (ПОМ) было выявлено у 48% пациентов: гипертрофия левого желудочка – 39,5%; признаки атеросклеротических бляшек магистральных сосудов по результатам ультразвукового исследования (УЗИ) – 18,8%; снижение скорости клубочковой фильтрации (СКФ) – 15,4%: низкая СКФ – менее 60 мл/мин/1,73 м2 (MDRD-формула) или низкий клиренс креатинина – менее 60 мл/мин (формула Кокрофта–Голта); повышение уровня креатинина более 107–124 мкмоль/л (1,2–1,4 мг/дл) – 4,6%. У 22 пациентов выявлена микроальбуминурия – МАУ (от 30 до 300 мг экскреция альбумина с мочой за сутки). Антигипертензивные средства принимали 78% больных, в том числе 64,3% с АГ 1-й степени и 95% с АГ 2-й степени (ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента, b-блокаторы, блокаторы медленных кальциевых каналов). Клинико-инструментальная характеристика групп представлена в табл. 1, из данных которой следует, что 1 и 2-я группы достоверно не различались по полу, возрасту, длительности АГ, основным ФР за исключением уровня общего холестерина. Стратификация риска пациентов с АГ представлена в табл. 2. Из нее видно, что во 2-й группе не было пациентов с низким дополнительным риском, чаще встречался высокий дополнительный риск. Обследование выполнено с одобрения Комитета биомедицинской этики НИИ терапии СО РАМН. Все больные подписывали информированное согласие пациента на участие в обследовании. У больных АГ, а также у мужчин группы сравнения исследовали электрические, вязко-упругие параметры эритроцитов методом диэлектрофореза (ДЭФ) [6] в неоднородном переменном электрическом поле (НПЭП) с помощью автоматизированной специализированной установки [7]. Оценивали электропроводность мембран, индексы агрегации и деструкции эритроцитов, емкость мембран клеток, скорость движения эритроцитов к электродам, положение равновесной частоты, амплитуду деформации эритроцитов, поляризуемость клеток, обобщенные показатели вязкости и жесткости, величины индуцированного дипольного момента. Для компьютерной обработки данных использовался пакет оригинальных программ CELLFIND. Ошибка воспроизводимости метода – 7–12%. Статистическая обработка данных выполнена с использованием программы SPSS, ver.10. Достоверность различия показателей оценивали по критериям Стьюдента, Пирсона (при нормальном распределении), в случаях отклонения распределения от нормального использовались непараметрические критерии (U-критерий Манна–Уитни, Колмогорова–Смирнова). Результаты и обсуждение Наблюдения за характером поведения эритроцитов в НПЭП показали, что эритроциты здоровых лиц на частотах 5×105 Гц и 106 Гц обнаружили ярко выраженную способность к деформации (см. рисунок, a). Они вытягивались и приобретали высокую поступательную скорость в сторону ближайшего электрода. На частотах 5×104 Гц, 105 Гц деформации не наблюдалось, клетки отталкивались от электродов (отрицательный ДЭФ), единичные клетки под действием поля разрушались. У больных АГ взаимодействие эритроцитов с НПЭП было другим: амплитуда деформации (м) и скорость поступательного движения клеток (мкм/c) относительно электродов на высоких частотах 5×105 Гц и 106 Гц были значительно ниже (p<0,01); см. рисунок, б. Избыточный гемолиз клеток наблюдался как на высоких – 106 Гц, 5×105 Гц (см. рисунок, в), так и на низких частотах (5×104 Гц, 105 Гц). Отмечалась также повышенная способность эритроцитов к образованию агрегатов крупных и средних размеров после перевода эритроцитов в раствор 0,3 М сахарозы (p<0,02); см. рисунок, г. Выявлены различия в поведении эритроцитов, связанные со степенью АГ. Эритроциты пациентов с АГ 1-й степени после перевода в раствор сахарозы преимущественно имели дискоцитарную форму, 22±4% клеток приобретали форму спущенного мяча, или сфероцитарную. Уровень недискоцитарных форм у больных АГ 2-й степени возрастал до 47±5% (p<0,001), кроме того, около 1/3 дискоцитов становились шиповидными. Для обеспечения целостности мембраны и двояковогнутой формы эритроцитов большое значение имеет энергия макроэргов [2]. Энергетическое обеспечение процессов внутриклеточного гомеостаза (прежде всего ионного) в эритроцитах осуществляется за счет аденозинтрифосфата (АТФ), образующегося в процессе гликолиза, который является основным путем обмена энергии в красных клетках крови [8]. Истощение АТФ в эритроцитах приводит к ряду нарушений, в том числе блокированию ионных насосов и изменению ионного баланса в системе среда–клетка. Это способствует снижению соотношения площади поверхности к объему эритроцитов и превращению клеток в труднодеформируемые сферы, появлению шиповидных отростков, что, в свою очередь, затрудняет транспорт кислорода из эритроцита к тканям и усугубляет гипоксию, которая стимулирует явления фиброгенеза, приводящего к внутреннему ремоделированию стенок сосудов [9, 10]. По мере нарастания степени АГ показатели электропроводности, обобщенные показатели жесткости, вязкости, индексы агрегации, деструкции увеличивались, а амплитуда их деформации, поляризуемость мембран на частоте 106 Гц, скорость движения клеток к электродам, дипольный момент, электрическая емкость мембран эритроцитов достоверно уменьшались (p<0,001–0,05); табл. 3. Получены обратные корреляции степени АГ с амплитудой деформации (r=-0,623, p<0,033), прямые – с обобщенными показателями жесткости (r=0,502, p<0,002) и вязкости эритроцитов (r=0,474, p<0,003). Известно, что способность эритроцита к деформации обусловлена его вязкоупругими свойствами [1, 9]. Снижение деформируемости эритроцитов, по данным нашего исследования, связано с повышением обобщенных показателей вязкости и жесткости клеток. Одной из возможных причин этого является увеличение уровня холестерина в мембране эритроцитов, соотношения холестерин/фосфолипиды. Известно, что между эритроцитами и адсорбированными на их поверхности липопротеидами происходит постоянный обмен холестерина [11]. В результате встраивания холестерина в мембрану эритроцитов увеличиваются их размеры, изменяется их форма с резким снижением их фильтрационной способности [12, 13]. В клинике все это может привести к затруднению движения эритроцитов по микроциркуляторному руслу и нарушению процессов переноса кислорода, т.е. быть причиной возникновения ишемических состояний. Снижение амплитуды деформации клеток под действием НПЭП, нарастающее от 1 ко 2-й степени АГ, является прообразом поведения эритроцитов в микроциркуляторном русле, на уровне капилляров, просвет которых в несколько раз меньше диаметра клеток. Ригидные эритроциты, склонные к образованию агрегатов, в таких обстоятельствах легко подвергаются гемолизу, а эритроцитарные агрегаты повреждают эндотелий сосудов [14]. Ухудшение деформируемости эритроцитов обусловливает развитие застойных явлений в микроциркуляторном русле и как следствие – возникновение тканевой гипоксии [15]. В опытах на изолированном легком кролика показано, что пластичность клеток красной крови влияет на величину АД в нем и легочный коэффициент диффузии кислорода [16]. Деформируемость эритроцитов за счет усиления конвекции их содержимого в большей степени способствует переносу кислорода, чем облегченная диффузия [17]. Высказано предположение о существовании уникального механизма контроля за сопротивлением легочных сосудов, согласно которому высвобождение АТФ из эритроцитов происходит в ответ на их механическую деформацию, обусловливая стимуляцию синтеза вазодилататора NO [18]. Было показано, что эритроциты реагируют с NO, синтезированным и доставленным из эндотелиальных клеток [19]. Вместе с тем установлено, что эритроциты имеют собственную NO-синтазу для синтеза собственного NO, однако этот процесс реализуется при достаточной степени деформабельности эритроцитов [20]. Исходя из этих данных, пластичные клетки красной крови являются мощным эндогенным источником NO. Поэтому эритроциты со сниженной деформабельностью не обеспечивают достаточного уровня NO с последующей вазодилатацией, а следовательно, периферическое сопротивление будет нарастать, приводя к повышению АД. Повышенные индексы деструкции и агрегации коррелировали с низкими показателями поляризуемости клеток (r=-0,67, p<0,017; r=-0,63, p<0,03 соответственно). Снижение поляризуемости эритроцитов, отражающей биологическую активность клеток, вероятно, является отражением малоэффективного эритропоэза при АГ, нарастающего по мере прогрессирования степени заболевания. Активация юкстагломерулярного аппарата почек, связанная с усилением сужения почечных артерий, приводит к повышению уровня эритропоэтина, являющегося стимулятором ускоренного синтеза эритроцитов [21]. Эритроциты в этом случае проходят не 10 стадий созревания, а только 5 или 7 с выбросом на периферию неполноценных клеток с мембранами, имеющими измененный состав поверхностных структур, в частности с высоким уровнем карбоксильных групп, структурно модифицированного спектрина, лизофракций фосфолипидов. Измененная поверхностная структура воспринимается иммунокомпетентными клетками как подлежащая извлечению из кровотока. Поэтому подобные клетки являются короткоживущими, с признаками преждевременного старения, со склонностью к лизису. Следствием этого является нарастание пула эритроцитов со сниженной устойчивостью клеток к воздействию разных стрессовых факторов. Отсюда высокие уровни индекса деструкции на всех частотах и высокие уровни индекса агрегации, поскольку высвобождающийся при разрушении эритроцитов аденозиндифосфат является мощным индуктором образования агрегатов, в том числе и лейкоцитарно-тромбоцитарных [14]. Кроме того, процесс усиления агрегации эритроцитов сопровождается выделением агрегатами клеток тромбопластических веществ, связанных с клеточной мембраной, и созданием локального состояния гиперкоагуляции, способствующего внутрисосудистому свертыванию крови и вторичному нарушению гемодинамики в микроциркуляции [22]. МАУ была выявлена у 35,7% больных АГ 1-й степени и 60% пациентов с АГ 2-й степени, отражая ранние проявления нарушения функции почек и эндотелиальной дисфункции у большей части пациентов с АГ. В то же время такие более тяжелые нарушения, как снижение СКФ, низкий клиренс креатинина, повышение уровня креатинина, наблюдались только у пациентов 2-й группы в 35% случаев. Выявлены корреляции уровня МАУ с электрическими параметрами эритроцитов, а именно: со скоростью поступательного движения эритроцитов к электродам (r=0,57, p<0,024), величиной дипольного момента (r=0,68, p<0,03), которые отражают плотность и величину поверхностного отрицательного заряда эритроцитов. Диполь характеризует пространственную асимметрию распределения электрических зарядов по всему объему клетки. Исследование на МАУ традиционно используют для скрининга диабетической нефропатии. Однако в последнее время тест на МАУ стали рассматривать как показатель оценки функции плазматических мембран высокодифференцированных клеток, в том числе для оценки степени дисфункции эндотелия. В норме отрицательно заряженный альбумин не проходит через гломерулярный фильтр почек, прежде всего вследствие наличия высокого отрицательного заряда на поверхности эпителиальных клеток. Этот заряд обусловлен структурой фосфолипидов клеточных мембран, богатых полиненасыщенными жирными кислотами. Снижение количества двойных связей в ацильных остатках фосфолипидов уменьшает отрицательный заряд, и альбумин начинает фильтроваться в первичную мочу в повышенном количестве. Все эти изменения возникают при развитии атеросклероза, поэтому МАУ развивается при наследственных формах гиперлипидемии, ишемической болезни сердца, АГ, у пациентов с нарушением толерантности к глюкозе. Изменения структуры фосфолипидов плазматических мембран высокодифференцированных клеток (в том числе эритроцитов, клеток почек, эндотелиоцитов) возникают при атеросклерозе и немедленно сказываются на заряде мембран. Становится понятной тесная связь электрических показателей эритроцитов и МАУ, которые являются маркерами начальных стадий эндотелиальной дисфункции, одного из ведущих звеньев патогенеза АГ [23]. Таким образом, было установлено, что наличие АГ сопряжено с явлением деполяризации эритроцитов, при этом амплитудно-частотные характеристики клетки в НПЭП являются хорошим индикатором физико-химических свойств ее мембраны и цитоплазмы, а также отражают состояние ее биологической активности. У пациентов с АГ достоверно чаще (p<0,01) наблюдалось смещение равновесной частоты в высокочастотный диапазон – более 5×105 Гц (см. табл. 3), причем подобные сдвиги были выявлены уже при небольших эпизодических подъемах АД. Смещение равновесной частоты в высокочастотную область у больных АГ, очевидно, свидетельствует о повышенной электропроводности эритроцитов. Измененная электропроводность отражает степень структурных изменений в мембранах: увеличение содержания холестерина в мембранах вызывает возрастание обобщенных показателей вязкости, жесткости эритроцита, нарушает латеральную диффузию рецепторов, проницаемость для растворенных веществ, ионный транспорт, приводя к повышению электропроводности мембраны [24]. У пациентов с АГ по мере нарастания уровней АД отмечено снижение величин электрической емкости мембран (p<0,0001). Сдвиги этого показателя могут указывать на изменение толщины мембраны. Снижение емкости клеточной мембраны у пациентов свидетельствует об утолщении мембран клеток красной крови. Вклад в изменение этого показателя у пациентов с АГ, вероятно, вносят разные факторы. Это и усиление обмена с сывороточными липидами, подтверждаемое обратными связями емкости мембран эритроцитов с уровнем общего холестерина (r=-0,57, p<0,048), триглицеридов (r=-0,46, p<0,033). Это и адсорбция повышенных уровней g-глобулинов (r=-0,37, p<0,05), фибриногена (r=-0,42, p<0,04). Наиболее убедительными выявленные корреляции оказались для пациентов 2-й группы с АГ 2-й степени. У них, как указывалось ранее, уровень общего холестерина был достоверно выше, чем в 1-й группе, а уровень триглицеридов имел тенденцию к повышению (см. табл. 1). У этих больных выявлены достоверно более высокие показатели фибриногена (5,4±0,7 г/л против 3,5±0,6 г/л в 1-й группе, p<0,05) и g-глобулинов (17±1,3% против 14±0,9%, p<0,05), что отражает большую выраженность признаков воспаления в данной группе. Корреляции емкости мембран эритроцитов с уровнями общего холестерина, триглицеридов, фибриногена и g-глобулинов у больных АГ 2-й степени имели большую силу и степень достоверности, чем по группе в целом (r=-0,62, p<0,03; r=-0,50, p<0,02; r=-0,48, p<0,04; r=-0,58, p<0,01 соответственно). Сниженные показатели дипольного момента у всех пациентов с АГ достигали минимальных значений при стабильно более высоких цифрах АД (см. табл. 3), что свидетельствует о снижении индуцированного электрического заряда эритроцитов. Подобные изменения могут быть объяснены рядом причин. Во-первых, известно, что при АГ изменяется средний корпускулярный объем эритроцитов, что приводит к снижению плотности поверхностного заряда за счет перераспределения гликопротеинов и гликолипидов мембран по поверхности клетки [9, 14]. Во-вторых, в мембранах эритроцитов происходит уменьшение абсолютного содержания сиаловых и нейраминовой кислот (плотность поверхностного заряда на 60% определяется их содержанием) [12, 14]. В-третьих, повышение уровня g-глобулинов сыворотки крови, фибриногена, фибрина сопровождается их адсорбцией на поверхности эритроцитов, приводя к снижению электрического заряда клеток и усилению их склонности к агрегации. Выводы У пациентов с АГ эритроциты имели достоверно более низкие показатели амплитуды деформации, поляризуемости, емкости мембран, дипольного момента и более высокие показатели обобщенных вязкости, жесткости, электропроводности, индексов деструкции, агрегации по сравнению со здоровыми обследуемыми. По мере перехода от 1 ко 2-й степени АГ амплитуда деформации, поляризуемость, емкость мембран, величина дипольного момента достоверно снижались, а показатели обобщенных вязкости, жесткости, электропроводности, индексов деструкции, агрегации достоверно повышались. Выявлены корреляции скорости поступательного движения эритроцитов к электродам, величины дипольного момента с уровнем МАУ; электрической емкости мембран эритроцитов с уровнями общего холестерина, триглицеридов, фибриногена, g-глобулинов. Скорость поступательного движения эритроцитов к электродам, величина дипольного момента являются маркерами начальных стадий эндотелиальной дисфункции. Снижение деформабельности, поверхностного заряда эритроцитов, вероятно, является существенным патогенетическим фактором прогрессирования АГ, поэтому требует дополнительных акцентов в терапии данного заболевания.

About the authors

A A Gromov

Email: gromovcenter@rambler.ru

M V Kruchinina

A V Rabko

V A Baum

V M Generalov

References

Supplementary files