CC BY
24
УДК 616-003.96-053.31-092 Оригинальная статья
ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОБЩНОСТИ НЕОНАТАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ ПАТОГЕНЕЗА ГЕМОЛИТИЧЕСКОЙ АНЕМИИ И ВОСПАЛЕНИЯ
В. А. Гэраськин — ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, доцент кафедры патологической физиологии, кандидат медицинских наук; Т. Е. Потемина — ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, заведующая кафедрой патологической физиологии, профессор, доктор медицинских наук; И. В. Гэраськин — ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, студент; Д. Ю. Комлев — ФГБОУ ВО «Приволжский исследовательский медицинский университет» Минздрава России, студент.
PATHOPHYSIOLOGICAL EVALUATION OF COMMON NEONATAL FACTORS OF THE PATHOGENESIS OF HEMOLYTIC ANEMIA AND INFLAMMATION
V. A. Geraskin — Privolzhsky Research Medical University, Associate Professor of Department of Pathological Physiology, PhD; T. E. Potemina — Privolzhsky Research Medical University, Head of Department of Pathological Physiology, Professor, DSc; I. V. Geraskin — Privolzhsky Research Medical University, Student; D. Yu. Komlev — Privolzhsky Research Medical University, Student.
Дата поступления — 04.02.2019 г. Дата принятия в печать — 13.06.2019 г.
Гэраськин В. А., Потемина Т.Е., Гэраськин И. В., Комлев Д.Ю. Патофизиологическое обоснование общности не-онатальных факторов патогенеза гемолитической анемии и воспаления. Саратовский научно-медицинский журнал 2019; 15 (2): 372-376.
Цель: определение повреждения элементов крови как тканевого повреждения — для изучения гемолитических анемий с позиции развития воспаления. Материал и методы. В группу обследования включены клинические и лабораторные данные 187 пациентов неонатального периода. Исследована динамика эритроцитарных индексов крови с учетом зависимости от возрастных, антропометрических параметров; степени тяжести заболеваний и интенсивности оксигенотерапии. Исследованы состав и особенности окислительных модификаций липидных структур биологических мембран эритроцитов. Результаты. Определены значения элементов альтерации в патогенезе гемолиза. Исследованы изменения мембран эритроцитов при оксидативном гемолизе. Проведены обзор и сопоставление информации, содержащейся в классических и периодических изданиях, по вопросам патологической физиологии, гематологии. Заключение. Исследование повреждений элементов крови как тканевого повреждения позволяет применить для изучения гемолитических анемий концепцию развития воспаления.
Ключевые слова: липидные структуры, оксидативный гемолиз, воспаление, патогенез.
Geraskin VA, Potemina TE, Geraskin IV, KomlevDYu. Pathophysiological evaluation of common neonatal factors of the pathogenesis of hemolytic anemia and inflammation. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2019; 15 (2): 372-376.
Objective: to determine the damage of blood elements as tissue damage — to study hemolytic anemia from the position of inflammation. Material and Methods. Clinical and laboratory data of 187 neonatal patients were included in the examination group. The dynamics of blood erythrocyte indices was studied taking into account the dependence on age, anthropometric parameters, the severity of diseases and the intensity of oxygenotherapy. The composition and features of oxidative modifications of lipid structures of biological membranes of erythrocytes were investigated. Results. The values of the elements of alteration in the pathogenesis of hemolysis were determined. Changes of erythrocyte membranes in oxidative hemolysis were investigated. The review and comparison of the information contained in the classical and periodicals on pathological physiology, Hematology. Conclusion. The study damage to the blood elements as tissue damage allows you to apply for the study of hemolytic anemias the concept of development of inflammation.
Key words: lipid structures, oxidative hemolysis, inflammation, pathogenesis.
Введение. На современном этапе развития клинической патологической физиологии все чаще высказываются суждения о присутствии типовых патологических процессов в патогенезе практически любой патологии.
Наиболее активные дискуссии вызывает вопрос о роли воспалительных процессов в генезе развития гемолитических процессов. Основанием для данного утверждения послужило следующее: во-первых, кровь вместе с кроветворными органами является тканью, а во-вторых, в системе крови все элементы взаимосвязаны гистогенетически и функционально и подчиняются общим законам регуляции [1].
Как тканевая структура кровь совместно с органами кроветворения состоит из форменных элементов или клеток (эритроциты, тромбоциты, лейкоциты) и межклеточного вещества или плазмы.
Для определения значения элементов воспаления в патогенезе гемолитических процессов проведен обзор и сопоставление информации, содержащейся в классических и периодических изданиях,
Ответственный автор — Гераськин Владимир Анатольевич Тел.: +7 (920) 0258892 E-mail: gvarm@mail.ru
по вопросам патологической физиологии, педиатрии, гематологии. По мере изложения материала приводим анализ ряда механизмов функциональных и ги-стогенетических изменений развития при гемолизе.
Значимость данной темы определяется чрезвычайной интенсивностью разрушения элементов крови даже при физиологических состояниях, и тем более при формировании анемии. Ежесекундно 10 млн эритроцитов разрушается в ретикулоэндотелиаль-ной ткани. Соответствующее количество эритроцитов перемещается в кровяное русло из органов кроветворения и резервных депо. На протяжении суток гемолиз эритроцитов у детей старше года и у взрослых достигает 1,4% от общего числа; вследствие случайных причин разрушается 1,0% и в результате старения клеток 0,4% [2].
Цель: определение повреждения элементов крови как тканевого повреждения — для изучения гемолитических анемий с позиции развития воспаления.
Материал и методы. В обследование включены клинические данные 187 пациентов неонатального периода, при этом исключены случаи оперативных вмешательств и гемотрансфузий (см. рис. 1). Работа выполнена в неонатологических отделениях и от-
Рис. 1. Распределение обследованных больных по критериям недоношенности: д — доношенные; н1 — новорожденные с весом, соответствующим сроку гестации; н2 — новорожденные с низкой массой тела; н3 — новорожденные с очень низкой массой тела; н4 — новорожденные с экстремально низкой массой тела
Рис. 2. Распределение данных исследований по нозологии и степени тяжести заболевания: Р7 — расстройства, связанные с продолжительностью беременности и ростом плода; Р22 — синдром дыхательного расстройства у новорожденного; Р23-25 — дыхательные и сердечно-сосудистые нарушения, характерные для перинатального периода; Р37 — инфекционные болезни, специфичные для перинатального периода; Р59 — неонатальная желтуха, связанная с преждевременным родоразрешением; Р91 — нарушения церебрального статуса новорожденного, ишемия мозга; Р (п) — другие нарушения, возникающие в перинатальном периоде; Q — врожденные аномалии, деформации и хромосомные нарушения
делениях интенсивной терапии, а также на кафедре патологической физиологии ПИМУ.
Проведен анализ клинических исследований крови, включавших в себя следующие показатели:
RBC — абсолютное содержание эритроцитов (кл.*1012/л);
HGB — концентрация гемоглобина (г/л);
HCT — гематокрит, часть от общего объема крови, приходящаяся на форменные элементы крови (%);
PLT — абсолютное содержание тромбоцитов (кл.*1012/л).
Эритроцитарные индексы (MCV, MCH, MCHC):
MCV — средний объем эритроцита в кубических микрометрах (мкм) или фемтолитрах (фл);
MCH — среднее содержание гемоглобина в отдельном эритроците в абсолютных единицах (пг);
MCHC — средняя концентрация гемоглобина в эритроците (г/л);
RDW — показатель гетерогенности эритроцитов, ширина распределения эритроцитов (%);
RDW-SD — относительная ширина распределения эритроцитов по объему, стандартное отклонение (фл.);
RDW-CV — относительная ширина распределения эритроцитов по объему, коэффициент вариации (%).
В практике интенсивной терапии основной комплекс лабораторных исследований производится из образцов плазмы, после отделения которой клетки крови не используются в дальнейшей клинической диагностике. Соответственно, исследования выпол-
нены на образцах эритроцитов крови, остающихся после биохимических исследований плазмы крови.
Статистическая обработка данных проводилась на персональном компьютере HP с ОС Microsoft Windows 7 с использованием пакета «Анализ данных» программы MS Excel. Осуществлялись: сбор первичных данных об изучаемом объекте, их сводка и группировка на однородные группы по одному или нескольким признакам, вычисление и интерпретация обобщающих статистических показателей: абсолютных и относительных величин, средних величин и показателей вариации, исследование корреляции связей, проведение дисперсионного и регрессионного анализа взаимосвязанных показателей, расчет показателей динамики и индексов.
Результаты. Согласно полученным результатам, среди всех обследованных детей у 80 пациентов имелись заболевания перинатального периода и врожденные аномалии развития. Все группы новорожденных распределены по степеням недоношенности (рис. 1).
Исследования выполнены с учетом нозологии и степени тяжести заболеваний. В качестве критерия тяжести использовали выраженность гипоксии и объем врачебного вмешательства для достижения компенсации патологического процесса. Первая степень тяжести (1 ст.): необходимости в дотации кислорода нет; вторая степень тяжести (2 ст.): необходима оксигенотерапия; третья степень тяжести (3 ст.): необходимо проведение искусственной вентиляции легких (рис. 2).
Динамика средних показателей MCH и MCHC по отношению к MCV у больных перинатального периода
в зависимости от степени недоношенности
Степень недоношенности MCV (мкм) MCH (пг) MCHC (г/л)
4-я степень недоношенности 101,2 35,3 349,1
3-я степень недоношенности 101,0 35,2 348,7
2-я степень недоношенности 102,0 35,7 350,4
1-я степень недоношенности 101,9 35,7 350,1
Доношенность 102,1 35,8 350,6
Применение данной шкалы обусловлено тем, что в ранее проведенных нами исследованиях получены данные о неонатальных факторах повреждения липидов мембран эритроцитов с последующим формированием гемолитической анемии.
Концентрация основных структурных липидов клеточных мембран (суммарные фосфолипиды и холестерол) в эритроцитах новорожденных была значительно ниже аналогичных показателей эритроцитов взрослых (33,1% у новорожденных, 39,7% у взрослых). Определенный в эритроцитах новорожденных детей уровень эфиров холестерина значительно превышал аналогичные показатели эритроцитов, содержащих HbA (7,3% у новорожденных, 1,4% у взрослых). Мы не зафиксировали значимой динамики показателей плазменного, несвязанного гемоглобина у обследуемых больных в группах с гемолитической болезнью новорожденных.
Определено по 187 количественных показателей MCHC, MCV, MCHC и соотношение изменений данных величин в зависимости от степени недоношенности (таблица). Учтена динамика количества гемоглобина крови в зависимости от степени недоношенности, характера заболевания, возраста, окислительного потенциала.
Зафиксирован рост показателей MCH, MCV, MCHC при увеличении срока гестации, уменьшение данных уровней в группе недоношенных детей при сроке гестации 30-32 недели.
При анализе данных клинического обследования (гемоглобина, гематокрита, эритроцитов периферической крови) систематизация в группе проводилась по степени тяжести больных и нуждаемости в проведении оксигенотерапии. В группе пациентов, где не проводилась оксигенотерапия, такой тенденции к снижению показателей не выявлено (рис. 3-5).
Аналогичные результаты получены в наших исследованиях (2004) при моделировании альтерации эритроцитов в условиях оксидативного стресса (in vitro) (рис. 6).
В образцах с эритроцитарной взвесью экспериментально формировалась гипероксия (путем барботажа 100%-м кислородом), что позволило сформировать модель гипероксии, возникающую в родах при переходе от плацентарной оксигена-ции к легочной.
В условиях гипероксического стресса эритро-цитарная взвесь в изотоническом растворе глюкозы сохраняла большую устойчивость к альтерации: 50±3,4%, при суспензии эритроцитов в 0,9%-м растворе NaCI только в 24,6±2,4% эритроцитов отсутствовали признаки повреждения. В контрольной группе 98,4±0,5% эритроцитов не имели признаков повреждения. Достоверность различий по отношению к значениям контрольной группы p<0,05.
Рис. 3. Динамика уровня гемоглобина крови в неонатальном периоде при проведении оксигенотерапии (п=172)
Рис. 4. Динамика уровня эритроцитов крови в неонатальном периоде при проведении оксигенотерапии (п=172)
Рис. 5. Динамика уровня гематокрита крови в неонатальном периоде при проведении оксигенотерапии (п=172)
Рис. 6. Микрофотография. Окислительный стресс (in vitro). Анизоцитоз с преобладанием макроцитоза. Видны множественные гипохромные макроциты. Примечание: окраска по Паппенгейму. Увеличение 900х
Обсуждение. Рост показателей MCH, MCV, MCHC при увеличении срока гестации и уменьшение данных уровней в группе недоношенных детей при сроке гестации 30-32 недели являются отражением генетически обусловленного физиологического созревания эритроцитов и уменьшения ядро-содержащих форм и ретикулоцитов, поступающих из костного мозга в кровоток. Редукция ядра или его компонентов приводит к увеличению гемоглобиновой емкости эритроцита.
В результате проведенных обследований выявлено, что в неонатальной возрастной группе больных происходит повышение внутриэритроцитарных показателей: объема — MCV; среднего содержания гемоглобина — MCH; средней концентрации гемоглобина — MCHC. На величину внутриклеточного гемоглобина и объема эритроцитов нозологические формы заболеваний не влияли. Степень выраженности роста величин зависит от срока гестации, недоношенности и незрелости (см. таблицу).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что динамика изменений показателей гемоглобина, гематокрита, эритроцитов периферической крови более выражена при интенсификации методов оксиге-нотерапии, необходимых для компенсации гипоксии (см. рис. 3-5) [3].
Формируется ситуация разнонаправленности показателей: при увеличении (или неизменности) вну-триэритроцитарного содержания гемоглобина происходит снижение аналогичного показателя в крови. Полученные данные о стабильности объема эритроцитов при снижении их количества и уменьшении гематокрита свидетельствуют о развитии гемолиза с последующей анемизацией. В условиях жесткой регламентации стандартами и квотами лечебно-диагностической деятельности врача учет данного критерия позволяет извлечь дополнительную информацию о направленности гематологической ситуации.
Возрастающим количеством научных данных доказывается роль воспалительных реакций в генезе различных гемолитических процессов. Современные исследовательские работы свидетельствуют о том, что продукты разрушения эритроцитов являются биологическими высокоактивными веществами — медиаторами, определяющими направленность и активность тканевых процессов. J. Jоgers, S. Brauckmann, M. Kirsch, K. Effenberger-Neidnicht (2018) доказали, что дотация глюкозы снижает гемолиз при системном воспалении [4].
В 2010-2018 гг. увеличивается количество исследований и научных публикаций, подтверждающих патогенетическую связь между различными вариантами развития гемолиза и воспаления. О вос-
палительной — медиаторной роли внеклеточного гемоглобина свидетельствуют данные, полученные коллективом авторов Института биологических наук Университета штата Эстаду (Рио-де-Жанейро, Бразилия). Результаты исследований указывают на роль гемина в качестве провоспалительного агента, способного индуцировать активацию полиморфно-ядерных нейтрофилов при гемолизе или гемоглобинемии. Определена роль гемина (свободного феррипрото-порфирина IX) в качестве провоспалительной молекулы, способной вызывать хемотаксис нейтрофилов человека, экспрессию цитокина интерлейкина-8. Кратковременная инкубация человеческих нейтрофилов с микромолярными концентрациями гемина (1-20 мкМ) вызывала окислительный взрыв, а образование активных форм кислорода прямо пропорционально концентрации гемина, добавляемого в клетки [5].
В проведенных нами исследованиях получены данные об одновременном уменьшении содержания в единице объема крови и гемоглобина, и эритроцитов. Анемизация в перинатальном периоде сопровождается морфологическими и количественными изменениями клеток крови (см. рис. 6, 7). Эритропе-ния (снижение удельной концентрации эритроцитов) приводит к повышению содержания жидкости в крови. Ситуация аналогична увеличению содержания воды в тканевом межклеточном пространстве: «отек крови» или гидремическая составляющая процесса [6]. При гемолизе наряду с увеличением гидратации межклеточного пространства крови происходит накопление биологически активных продуктов разрушения клеток крови. Высвобождаемые из эритроцитов гемоглобин и гем действуют как медиаторы, способствуя окислительному стрессу, воспалению и тромбозу. Плазменный гаптоглобин и гемопексин очищают свободный гемоглобин и гем соответственно, но могут быть истощены в гемолитических состояниях [7].
Характерными качественными изменениями эритроцитов периферической крови являяются: снижение их резистентности; снижение концентрации липопротеидов; уменьшение числа нормальных двояковогнутых дискоцитов; увеличение количества переходных, предгемолитических и дегенеративно-измененных форм клеток; изменение поверхностной и внутриклеточной ультраструктуры красных кровяных клеток (рис. 7). Это свидетельствует о меньшей прочности, а соответственно большей уязвимости мембран эритроцитов новорожденных детей к воз-
Рис. 7. Патологические формы эритроцитов при гемолитической анемии. Анизоцитоз, пойкилоцитоз, анизохромия. Микрофотография. Световая микроскопия. Увеличение 1000х
действию как первичной, так и вторичной альтерации. Считаем, что формирование этой группы анемий зависит от интенсивности разрушения мембран эритроцитов, истощении их ферментативных систем.
J. Pendergrast, K. Willie-Ramharack, L. Sampson et в 2015 г высказали предположение, что связанный с ИВГГ (внутривенной иммуноглобулиновой терапией) гемолиз может быть объявлен существующим воспалительным заболеванием. В работе представлен обзор патофизиологии воспаления, особенно тех моментов, которые касаются иммуностимулиро-ванного гемолиза лейкоцитов, и резюме предыдущих публикаций, которые предполагают связь между опосредованным ИВГГ гемолизом и состоянием воспаления [8]. Анемии при повышенном кроверазруше-нии опосредованы действием иммунных гемолизинов и других повреждающих факторов [9, 10].
Гемолитическая анемия и тяжелая тромбоцито-пения являются наиболее часто наблюдаемыми ци-топениями у пациентов с HCV-инфекцией (инфекционный фактор альтерации). При этом большинство пациентов хорошо реагировали на противовоспалительную терапию стероидными противовоспалительными средствами — кортикостероидами [10].
Многообразие причин гемолиза при тождестве механизмов развития и клинических проявлений является критерием формирования логической структуры развития гемолитических анемий как тканевой воспалительной реакции. Увеличивается количество доказательств, свидетельствующих о том, что сигнальные механизмы, основанные на DAMP, используемые тромбоцитами, могут быть ключевыми в определении воспаления и тромбоза, возникающих при гемолитических расстройствах. Тромбоциты являются потенциальной мишенью различных молекулярных фрагментов, ассоциированных с повреждением образца (DAMP). Например, свободный гем, побочный продукт деградации окисления гемоглобина во время гемолиза, белок 3 (NLRP3), который образует внутриклеточные мультипротеиновые воспалительные комплексы. Однако точные регулятивные триггеры и их клиническая значимость мало изучены [11].
В пользу воспалительной реализации компонентов патогенеза гемолитических анемий свидетельствуют такие процессы, как фагоцитоз. В красной пульпе селезенки резидентные макрофаги разрушают измененные в результате заболеваний или длительной циркуляции стареющие тромбоциты и эритроциты (hemocatheresis- гемолиз). Нарушения кровообращения в зоне воспаления на этапе пролиферации активируют интерлейкин (IL-3) — молекулы, участвующие в передаче сигналов между клетками, активирующими гемопоэз.
Этиология этой группы анемий включает различные заболевания и гематологические синдромы, объединенные только одним общим признаком — укорочением длительности жизни эритроцитов. Биологические, химические, физические, иммунные факторы альтерации повреждают как измененные, так и полноценные в морфофункциональном отношении эритроциты.
В выполненных исследованиях определено, что состав и особенности возрастных и окислительных модификаций липидных структур биологических мембран эритроцитов способствуют оксидативной альтерации клеток крови [12].
Выводы:
1. Определение повреждения элементов крови как тканевого повреждения позволяет применить
для изучения гемолитических анемий концепцию развития воспаления. При рассмотрении основных звеньев патогенеза анемий вследствие повышенного кроверазрушения клеток эритроидного ряда в костном мозге или эритроцитов в периферической крови удается отметить последовательность событий в соответствии с классической схемой этапов воспаления: альтерация, экссудация, пролиферация. Механизмы формирования гемолитической анемии подобны механизмам развития воспалительного процесса.
2. Учет значения механизмов воспаления в реализации гемолитической анемии позволит ослабить «давление» посиндромной терапии и увеличить патогенетическую составляющую лечения.
3. Точные регулятивные триггеры при данной форме патологии и их клиническая значимость плохо изучены, что определяет необходимость дальнейших комплексных исследований.
Конфликт интересов отсутствует.
Авторский вклад: концепция и дизайн исследования — В. А. Гераськин, Т. Е. Потемина; получение и обработка данных — В. А. Гераськин, И. В. Гераськин; анализ и интерпретация результатов, написание статьи — В. А. Гераськин, Т. Е. Потемина, И. В. Гераськин, Д. Ю. Комлев; утверждение рукописи для публикации — В. А. Гераськин.
References (Литература)
1. Zaychik ASh, Churilov LP. Mechanisms of development of diseases and syndromes. St. Petersburg: ELBI-SPb, 2002; 507 p. Russian (Зайчик А. Ш., Чурилов Л. П. Механизмы развития болезней и синдромов. СПб.: ЭЛБИ-СПб, 2002; 507 c.).
2. Mazurin Av, Vorontsov IM. Propedeutics of childhood diseases. Moscow: Medicine, 1985; 246 p. Russian (Мазурин А. В., Воронцов И. М. Пропедевтика детских болезней. М.: Медицина, 1985; 246 c.).
3. Shevchenko EA, Lyalyayev VA, Potemina TE. Hypoxia and hyperoxia in questions and answers. N. Novgorod, 2013; p. 278. Russian (Шевченко Е. А., Ляляев В. А., Потемина Т. Е. Гипоксия и гипероксия в вопросах и ответах. Н. Новгород: Изд-во Нижегород. мед. акад., 2013; с. 27-8).
4. Jоgers J, Brauckmann S, Kirsch M, et al. Moderate glucose supply reduces hemolysis during systemic inflammation. Journal Inflamm Res Mar 2018; 11: 87-94.
5. Graca-Souza AV, Arruda MA, de Freitas MS, et al. Neutrophil activation by heme: implications for inflammatory processes. Journal Blood 2002 Jun; 99 (11): 4160-5.
6. Morrison VV, Chesnokova NP. Pathological physiology. Saratov, 2008; 334 p. Russian (Моррисон В. В., Чесноко-ва Н. П. Патологическая физиология. Саратов, 2008; 334 c.).
7. Belcher JD, Chen C, Nguyen J, et al. Haptoglobin and hemopexin inhibit vasoocclusion and inflammation in murine sickle cell disease: Role of heme oxygenase-1 induction. URL: https://doi.org/10.1371/journal. pone. 0196455 (25 Apr 2018).
8. Pendergrast J, Willie-Ramharack K, Sampson L, et al. The role of inflammation in intravenous immune globulin-mediated hemolysis. Journal Transfusion 2015 Jul; 55S2: 65-73.
9. L'Acqua C, Hod E. New perspectives on the thrombotic complications of haemolysis. British Journal of Haematology 2015 Jan; 168 2: 175-85.
10. Ramos-Casals M, Gar^a-Ca^sco M, Lуpez-Medrano F, et al. Severe autoimmune cytopenias in treatment-naive hepatitis C virus infection: clinical description of 35 cases. Journal Medicine 2003 Mar; 82 (2): 87-96.
11. Vogel S, Thein SL. Platelets at the crossroads of thrombosis, inflammation and haemolysis. British Journal of Haematology 2018 Mar; 180 (5): 761-7.
12. Geraskin VA, Geraskina NV, Kuznetsova SV. Features of lipid composition of red blood cells of newborns. Medical Almanac 2010; 11 (2): 96-7. Russian (Гераськин В. А., Герась-кина Н. В., Кузнецова С. В. Особенности липидного состава эритроцитов новорожденных детей. Медицинский альманах 2010; 11 (2): 96-7).
