CC BY
148
НАРУШЕНИЯ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭРИТРОЦИТОВ У ПАЦИЕНТОВ С COVID-19
УДК 616-092.16
14.03.10 — клиническая лабораторная диагностика Поступила 11.06.2020 г.
Н. Н. Карякин, О. В. Костина, Е.А. Галова, А. Н. Поповичева, Л. Н. Соснина, М. В. Преснякова, Е. В. Макарова, А.А. Туличев
ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, Нижний Новгород Цель исследования — изучить реологические свойства эритроцитов у пациентов с С0УЮ-19.
Материалы и методы. У 50 пациентов с С0УЮ-19 изучены агрегационные, дезагрегационные, деформационные свойства эритроцитов, концентрации фибриногена и внутриэритроцитарного гемоглобина.
Результаты. Вне зависимости от наличия или отсутствия острой дыхательной недостаточности, сопутствующей патологии (сахарного диабета, сердечно-сосудистых заболеваний) у всех пациентов обнаружено ухудшение деформируемости эритроцитов. Также у всех исследуемых отмечено увеличение степени и скорости агрегации эритроцитов. У большинства пациентов наблюдалось нарушение процессов дезагрегации на малых скоростях сдвига. Изменения дезагрегационной способности эритроцитов коррелировали с тяжестью пневмонии по КТ-картине. При более высоких скоростях сдвигового потока нарушение дезагрегационных свойств красных клеток крови наблюдалось у 40% пациентов. Отмечена ассоциация нарушений функциональных свойств эритроцитов с гиперфибриногенемией.
У пациентов с С0УЮ-19 впервые обнаружены критические изменения деформируемости эритроцитов, нарушения их агрегации и дезагрегации, которые могут повлечь за собой снижение их пассажа через капиллярное русло, усугубить нарушения кислородотранспортной функции крови, повысить риск тромбообразования в микро- и макро-циркуляторном русле.
Ключевые слова: С0УЮ-19; гемореология; эритроциты; деформируемость; агрегация; дезагрегация.
DISORDERS OF THE ERYTHROCYTES RHEOLOGICAL PROPERTIES IN PATIENTS WITH COVID-19
N.N. Karyakin, O.V. Kostina, E.A. Galova, A.N. Popovicheva, L.N. Sosnina, M.V. Presnyakova, E.V. Makarova, A.A. Tulichev
Privolzhsky Research Medical University, Nizhny Novgorod The aim was to study the hemorheoLogicaL properties of erythrocytes in COVID-19.
Materials and methods. We studied erythrocytes aggregation, disaggregation and deformation properties along with fibrinogen concentration in 50 patients with COVID-19 was determined.
Results. Regardless of the presence or absence of acute respiratory failure, concomitant pathology (diabetes meLLitus, cardiovascular diseases), all patients showed a deterioration in erythrocyte deformability. Also, all the subjects had an increase in the degree and rate of aggregation of erythrocytes. Observers observed disruption of disaggregation processes at Low shear rates. Changes in the disaggregation ability of erythrocytes correlated with the severity of pneumonia according to the CT picture. At higher blood velocities, a violation of the disaggregation properties of red blood cells was observed in 40% of patients. An association of violations of the functional properties of erythrocytes with hyperfibrinogenemia was noted.
In patients with COVID-19, for the first time, critical changes in the deformability of erythrocytes, violations of their aggregation and disaggregation were found, which can Lead to a decrease in their passage through the capillary bed, aggravate the violation of the oxygen transport function of the blood, and increase the risk of thrombus formation in the micro- and macrocirculatory bed.
Keywords: COVID-19; hemorheology; erythrocytes; deformability; aggregation; and disaggregation.
ВВЕДЕНИЕ
Повреждение эндотелия, гемостазиологические и гемореологические нарушения имеют большое значение в патогенезе острой воспалительной реакции и осложняют течение инфекционных заболеваний вирусной этиологии, способствуя развитию гипоксии, ацидоза и микротромбированию [14]. Пациенты с новой коронавирусной инфекцией COVID-19 также находятся в группе риска тромбо-тических осложнений. Сообщается о выявлении тромбов в венах и легочных артериях [5]; тромбоз сосудов микроциркуляторного русла при COVID-19 может лежать в основе нарушения функционирования внутренних органов, вплоть до развития полиорганной недостаточности [6-8]. Состоятельность микроциркуляции обеспечивается не только функциональной активностью эндотелия, тромбоцитов, плазменных факторов свертывания. Большое значение имеют и реологические свойства крови, обеспечиваемые главным образом эритроцитами — их деформируемостью и способностью к агрегации и дезагрегации [9]. Между тем анализ литературы показал отсутствие сведений об исследованиях реологии крови при COVID-19.
Цель исследования — изучить реологические свойства эритроцитов у пациентов с новой коронавирусной инфекцией COVID-19.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Исследование носило характер пилотного, описательного. Под наблюдением находились 50 пациентов в возрасте от 40 до 77 лет с COVID-19. У всех больных по данным компьютерной томографии была диагностирована двухсторонняя полисегментарная пневмония. В числе сопутствующих патологий у 23 пациентов присутствовали сахарный диабет и/или сердечно-сосудистые заболевания (артериальная гипертензия, ишемическая болезнь сердца). Острая дыхательная недостаточность была диагностирована у 23 человек. Исследование проведено в соответствии с Хельсинкской декларацией (2013) и одобрено локальным этическим комитетом Приволжского исследовательского медицинского университета. От каждого пациента получено информированное согласие.
Для исследований использовали кровь, стабилизированную цитратом натрия 3,8%.
Способность к деформируемости красных клеток крови оценивали в искусственном сдвиговом потоке
в ригидометре путем подсчета деформированных эритроцитов [10].
Процесс агрегации и дезагрегации эритроцитов исследовали на реоскопе, сконструированном по методу Schmid-Schonbein и соавт. [11] в авторской модификации Г. Я. Левина и соавт. [12]. Оценивали следующие показатели: степень агрегации Ма (максимальная амплитуда агрегатограммы, мм), скорость агрегации А40 (амплитуда агрегатограммы через 40 с после начала процесса агрегации, мм), степень дезагрегации при скоростях сдвига 5, 10, 15, 20 с-1 (D5, D10, D15, D20 соответственно, рассчитывается как отношение амплитуды дезагрегации к Ма,%).
Среднюю концентрацию гемоглобина в эритроците (МСНС) определяли на гематологическом анализаторе Pentra 60 (Horiba АВХ, Франция).
Концентрацию фибриногена оценивали по методу Клаусса на коагулометре ACL Elit pro (Instrumentation Laboratory Company, США).
Статистический анализ данных выполнен с использованием программы Statistica 6.1 (StatSoft, Inc.). Применяли расчет средней арифметической (М) и стандартного отклонения (о). Статистическую значимость различий между группами вычисляли с использованием непараметрических критериев Манна-Уитни. Для выявления взаимосвязей между переменными применяли коэффициент гамма-корреляции (у). Критическая величина уровня значимости (p) принималась равной 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
У всех обследованных пациентов установлено резкое ухудшение деформационных свойств эритроцитов — в 2,6 раза. Стоит отметить, что максимально возможная способность к деформации выявлялась лишь у 11,12% красных клеток при нормальном значении 72,9% (табл. 1).
Факторами, определяющими деформируемость эритроцитов, являются вязко-эластические свойства мембраны, вязкость внутриклеточного содержимого, зависящая от концентрации гемоглобина в клетке [13, 14]. Среднее значение показателя МСНС у обследованных составило 335,0±11,72 г/л и находилось в пределах референсного диапазона. Корреляционный анализ не выявил зависимости пластичности эритроцитарной мембраны от концентрации гемоглобина в клетке (р>0,05). Полагаем, что вероятными причинами увеличения ригидности эритро-цитарных мембран могут быть гипервоспаление
Таблица 1
Изменения степени деформируемости эритроцитов у пациентов с COVID-19, % (M±a)
Показатель Здоровые люди Пациенты с COVID-19
Общая деформируемость 93,90±8,50 36,12±13,83*
Высокая степень деформируемости 72,90±6,80 11,12±6,19*
Средняя степень деформируемости 19,90±4,80 23,67±10,36
* — достоверность различий по сравнению со здоровыми людьми (р<0,05).
и развивающаяся вследствие поражения легочной паренхимы респираторная гипоксия, которые создают условия для активации свободнорадикальных процессов, влияющих на вязко-эластические свойства клеточных мембран [15, 16].
При анализе агрегационной функции эритроцитов у всех больных было выявлено усиление степени агрегации Ма в среднем на 20% (р<0,05), а ее скорости А40 — на 31% (р<0,05) (табл. 2).
Важную роль в ухудшении гемореологии играет также обратимость процесса — способность эритроцитов дезагрегироваться. Анализ взаимосвязи между агрегационной и дезагрегационной способностью эритроцитов выявил зависимость слабой/средней силы на разных скоростях сдвига (-0,32<у<-0,53, р<0,05), свидетельствующую о том, что чем активнее происходил процесс конгломерации эритроцитов, тем прочнее были образованные агрегаты и хуже подвергались диспергированию. Изменения дезагрегационной способности эритроцитов при скорости сдвига 5 с-1 коррелировали с тяжестью пневмонии по КТ-картине (у= -0,45, р<0,05).
В зависимости от наличия/отсутствия нарушений процесса дезагрегации пациенты были разделены на две группы (табл. 3). Нарушение процессов дезагрегации на малых скоростях сдвига наблюдалось у 72% пациентов (36 человек): снижение в 3,2 раза по сравнению со средним значением при скорости сдвига 5 с-1 и в 1,5 раза — при 10 с-1 (р<0,05). Детальный анализ показателей внутри этой группы выявил особенности конгломерации эритроцитов у ряда больных: у 12 человек не только не происходило диспергирования агрегатов на скорости
сдвига 5 с-1, но и продолжался процесс агрегации эритроцитов, при увеличении скорости сдвига нарушения диспергирования агрегатов были более выраженными по сравнению с остальными пациентами.
При более высоких скоростях сдвигового потока, 15 и 20 с-1, нарушение дезагрегационных свойств красных клеток крови отмечалось у 40% пациентов (20 человек) — прочность агрегатов была увеличена в 1,2 раза.
Выявленные изменения дезагрегационной активности могут свидетельствовать о вероятности образования конгломератов не только в капиллярах, но и в более крупных сосудах, что повышает риск тромбоэмболии вен и артерий [17].
В другой группе усиление степени дезагрегации по сравнению с показателями здоровых людей выявлено у 18% пациентов при скоростях сдвигового потока 5 и 10 с-1 (в 1,7 и 1,26 раза соответственно) и у 60% — при 15 и 20 с-1 (в среднем в 1,2 раза). Снижение прочности агрегатов может являться ограничительным механизмом формирования стаза в зоне микроциркуляции и тромбирования сосудов.
Изменения функциональной активности эритроцитов у пациентов с COVID-19 происходили на фоне ги-перфибриногенемии: концентрация фибриногена составляла 5,15±1,56 г/л, превышая нормальные значения в 1,6 раза (р<0,05), способствуя увеличению вязкости крови. Согласно «мостиковой» теории механизма эритроцитарной агрегации, высокомолекулярные белки, в частности фибриноген, абсорбируются на клеточной мембране, усиливая агрегацию эритроцитов [18]. Нами была отмечена ассоциация
Таблица 2
Показатели агрегации и дезагрегации эритроцитов СОУЮ-19, (М±ст)
Показатель Здоровые люди Пациенты с СОШ-19
Ма, мм 75,64±4,02 90,9±12,7*
А40, мм 52,51±5,10 68,9±12,9*
Показатель Здоровые люди Пациенты с угнетением процессов дезагрегации Пациенты с активацией процессов дезагрегации
20,23±4,02 6,33±6,171 35,53±12,491' 2
43,56±6,00 28,85±12,051 55,06±10,941' 2
54,84±6,66 45,16±7,111 63,22±9,171' 2
°20 61,74±5,55 52,58±6,491 73,29±10,21, 2
Примечания: 05, Эю, 0^5, Э20 — степень дезагрегации при скоростях сдвига 5, 10, 15, 20 с-1 соответственно;1 — достоверность различий по сравнению со здоровыми людьми;2 — достоверность различий по сравнению с пациентами с угнетением процессов дезагрегации, (р<0,05).
Примечания: Ма — степень агрегации эритроцитов (максимальная амплитуда агрегатограммы); А40 — скорость агрегации (амплитуда агрегатограммы через 40 с после начала процесса агрегации); * — достоверность различий по сравнению со здоровыми людьми (р<0,05).
Таблица 3
Изменения степени дезагрегации (%) у пациентов с СОУЮ-19, (М±ст)
между повышением концентрации этого белка и увеличением скорости агрегации (у=0,5, р<0,05), а также снижением диспергирования агрегатов при скорости сдвигового потока 5 с-1 (у= -0,6, р<0,05), что подтверждает роль фибриногена в агрегировании красных клеток крови.
Исследования не выявили взаимосвязи между возрастом, коморбидностью (сахарный диабет и/или сердечно-сосудистые заболевания), наличием или отсутствием острой дыхательной недостаточности и реологическими характеристиками эритроцитов (p>0,05).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
У пациентов с новой коронавирусной инфекцией, вызванной SARS-CoV-2, впервые установлены нарушения реологии крови. Выявленные критические изменения деформируемости эритроцитов влекут за собой снижение их пассажа через капиллярное русло, что может усугубить нарушения кислородо-транспортной функции крови и перфузии тканей. Обнаруженные нарушения агрегации и дезагрегации эритроцитов свидетельствуют о риске образования конгломератов не только в капиллярах, но и в более крупных сосудах.
Необходимы дальнейшие исследования с целью уточнения механизмов гемореологических нарушений при COVID-19, степени их вклада в развитие тромбозов, а также с целью разработки методов соответствующей коррекции.
Финансирование исследования. Работа не финансировалась никакими источниками.
Конфликта интересов не отмечено.
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Девяткин A. B. Клиническое значение нарушений микроциркуляции и гемореологии при гриппе и других острых респираторных вирусных инфекциях у больных с осложнениями и сопутствующими заболеваниями. Aвтореф дис. ... докт. мед. наук. М; 2003. Devyatkin A. V. Klinicheskoe znachenie narusheniy mikrotsirkulyatsii i gemoreologii pri grippe i drugikh ostrykh respiratornykh virusnykh infektsiyakh u bol'nykh s oslozhneniyami i soputstvuyushchimi zabolevaniyami. Avtoref dis. ... dokt. med. nauk [Clinical significance of microcirculation and hemorheological disorders in influenza and other acute respiratory viral infections in patients with complications and concomitant diseases. DSc Thesis]. Moscow; 2003.
2. Романовская A.B., Малеев B.B., Давыдов A.^, Михайлова E. B. Kлинико-гемореологические особенности тяжелых форм гриппа у беременных. Инфекционные болезни 2014; 12(4): 43-47. Ro-manovskaya A.V., Maleev V.V., Davydov A.I., Mikhaylova E.V. Clinical and hemorheological features of severe forms of influenza in pregnant women. Infekcionnye bolezni 2014; 12(4): 43-47.
3. Михайлова E.B., Данилов A.H., Чудакова T.K., Романовская A.B., Дубовицкая H.A., Белова A. E. Фармакологическая коррекция гемореологических нарушений у больных с острыми респираторными вирусными инфекциями. Экспериментальная и клиническая фармакология 2013; 76(8): 43-46. Mikhaylova E.V., Danilov A.N., Chu-dakova T.K., Romanovskaya A.V., Dubovitskaya N.A., Belova A. E. Pharmacological treatment of hemorheological disorders in children with
acute respiratory viral infection. Eksperimental'naa i klinicheskaa farmakologia 2013; 76(8): 43-46.
4. Subramaniam S., Scharrer I. Procoagulant activity during viral infections. Front Biosci (Landmark Ed) 2018; 23: 1060-1081. https://doi. org/10.2741/4633.
5. Iba T., Levy J.H., Levi M., Connors J.M., Thachil J. Coagulopathy of coronavirus disease 2019 [published online ahead of print, 2020 May 27]. Crit Care Med 2020; https://doi.org/10.1097/CCM. 0000000000004458.
6. Marchandot B., Sattler L., Jesel L., Matsushita K., Schini-Kerth V., Grunebaum L., Morel O. COVID-19 related coagulopathy: a distinct entity? J Clin Med 2020; 9(6): E1651, https://doi.org/10.3390/ jcm9061651.
7. Giannis D., Ziogas I.A., Gianni P. Coagulation disorders in cor onavirus infected patients: COVID-19, SARS-CoV-1, MERS-CoV and lessons from the past. J Clin Virol 2020; 127: 104362, https://doi. org/10.1016/j.jcv.2020.104362.
8. Becker R.C. COVID-19 update: Covid-19-associated coagulopathy [published online ahead of print, 2020 May 15]. J Thromb Thrombolysis 2020; 1-14, https://doi.org/10.1007/s11239-020-02134-3.
9. Byrnes J.R., Wolberg A.S. Red blood cells in thrombosis. Blood 2017; 130(16): 1795-1799, https://doi.org/10.1182/blood-2017-03-745349.
10. Левин Г.Я., Яхно В.Г., Царевский Н.Н., Котяева Н.П. Устройство для деформации эритроцитов в сдвиговом потоке. Патент СССР 1363065. 1987. Levin G. Ya., Yakhno V.G., Tsarevskiy N.N., Kotyaeva N. P. Device for deformation of erythrocytes in shear flow. Patent USSR 1363065. 1987.
11. Schmid-Schonbein H., von Gosen J., Heinich L., Klose H.J., Vol-ger E. A counter-rotating "rheoscope chamber" for the study of the microrheology of blood cell aggregation by microscopic observation and microphotometry. Microvasc Res 1973; 6(3): 366-376.
12. Левин Г.Я., Модин А.П., Кудрицкий С.Ю., Соснина Л. Н. Устройство для исследования агрегации тромбоцитов. Патент РФ 2278381. 2006. Levin G. Ya., Modin A.P., Kudritskiy S. Yu., Sosnina L.N. Device for the study of platelet aggregation. Patent RU 2278381. 2006.
13. Муравьёв А.В., Комлев А.В., Михайлов П.В. Деформация эритроцитов: роль в микроциркуляции. Ярославский педагогический вестник 2013; 2(3): 93-102. Murav'ev A.V., Komlev A.V., Mikhaylov P. V. Erythrocyte deformation: the role in microcirculation. Jaroslavskij pedagogicheskij vestnik 2013; 2(3): 93-102.
14. Фирсов Н.Н., Цветков В.О., Байбеков К.С., Александрова Н.П., Сирко И. В. Общие закономерности деформации эритроцитов в сдвиговом потоке. Тромбоз, гемостаз и реология 2016; 1(65): 27-31. Firsov N.N., Tsvetkov V.O., Baybekov K.S., Aleksandrova N.P., Sirko I.V. General patterns of erythrocyte deformation in shear flow. Tromboz, gemostaz i reologia 2016; 1(65): 27-31.
15. Глушкова Е.Г., Глушков В.С., Калинин Е.П., Галян С.Л. Изменение проницаемости мембран эритроцитов для АТФ при их сдвиговой деформации в условиях активации свободно-радикального окисления. Медицинская наука и образование Урала 2016; 3: 40-43. Glushkova E.G., Glushkov V.S., Kalinin E.P., Galyan S.L. Change in the permeability of erythrocyte membranes for ATP during their shear deformation under conditions of activation of free radical oxidation. Medicinskaa nauka i obrazovanie Urala 2016; 3: 40-43.
16. Iddir M., Brito A., Dingeo G., Fernandez Del Campo S.S., Samou-da H., La Frano M.R., Bohn T. Strengthening the immune system and reducing inflammation and oxidative stress through diet and nutrition: considerations during the COVID-19 crisis. Nutrients 2020; 12(6): E1562, https://doi.org/10.3390/nu12061562.
17. Weisel J.W., Litvinov R. I. Red blood cells: the forgotten player in
hemostasis and thrombosis. J Thromb Haemost 2019; 17(2): 271-282, https://doi.org/10.1111/jth.14360.
18. Brust M., Aouane O., Thiebaud M., Flormann D., Verdier C., Kaest-ner L., Laschke M.W., Selmi H., Benyoussef A., Podgorski T., Coupier G., Misbah C., Wagner C. The plasma protein fibrinogen stabilizes clusters of red blood cells in microcapillary flows. Sci Rep 2014; 4: 4348, https://doi.org/10.1038/srep04348.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ:
Н.Н. Карякин, д.м. н., ректор ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, Нижний Новгород;
О.В. Костина, к.б.н., старший научный сотрудник Университетской клиники ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России; Е.А. Галова, к. м. н., заместитель директора Университетской клиники по науке ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России;
А.Н. Поповичева, младший научный сотрудник Университетской клиники ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России;
Л.Н. Соснина, врач клинико-лабораторной диагностики Университетской клиники ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России; М.В. Преснякова, к. б.н., старший научный сотрудник Университетской клиники ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России; Е.В. Макарова, д.м. н., доцент, зав. кафедрой пропедевтики внутренних болезней, ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, старший научный сотрудник ФБУН «ННИИГП»;
А.А. Туличев, ассистент кафедры пропедевтики внутренних болезней ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России. Для контактов: Костина Ольга Владимировна, e-mail: olkosta@rambler.ru
