CC BY
69
УДК 613.16:612.117.2:616.1
Е.В. Севостьянова, А.В. Трофимов, В.Г. Куницын, И.А. Бахтина, И.Н. Кожевникова
ВЛИЯНИЕ ГЕЛИОГЕОФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРОВИ У БОЛЬНЫХ С ХРОНИЧЕСКОЙ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ПАТОЛОГИЕЙ
ГУ Научный центр клинической и экспериментальной медицины СО РАМН, Новосибирск;
ГУ НИИ биохимии СО РАМН, Новосибирск
Целью исследования явилось изучение влияния космо-гелиогеофизических факторов на реологические свойства крови у больных с хронической сердечно-сосудистой патологией. Проведено исследование вязкости цельной крови и скорости оседания эритроцитов у 140 пациентов с гипертонической болезнью и хронической ишемической болезнью сердца. Изучены корреляционные связи реологических параметров крови в фоновых и в гипогеомагнитных условиях с космо-гелиогеофизическими факторами на момент исследования и на различных этапах раннего онтогенеза. Выявлена зависимость реологических свойств крови от изменений космо-гелиогеофизической среды. Установлено, что с усилением космического излучения (протонной компоненты космических лучей) и повышением солнечной активности у больных с хронической сердечно-сосудистой патологией происходит повышение вязкости крови и ухудшение ее реологических свойств. Полученные данные показывают сопряженность гемореологических параметров с гелиогеофизической средой. Это определяется воздействием гелиогеофизической среды на организм в период эмбриогенеза.
Ключевые слова: космо-гелиогеофизические факторы, реология крови, вязкость крови
Введение
Известно, что в процессах срочной и долговременной адаптации к факторам внешней среды, в первую очередь к космо-гелиогеофизическим, одной из наиболее реактивных систем организма является сердечно-сосудистая система. Именно она включается первой в каскад адаптивно-приспособительных реакций организма. Нормальное функционирование этой системы обеспечивает оптимальный для данных условий уровень кровообращения и, как следствие, тканевого метаболизма. Имеются работы, рассматривающие влияние гелиогеофизических факторов: солнечной активности и возмущения магнитного поля Земли на состояние сердечно-сосудистой системы [1, 2, 3]. Однако большая часть их посвящена функции сердца и центральной гемодинамике. Работ, оценивающих особенности реологических свойств крови, обеспечивающих оптимальный уровень кровообращения при изменениях гелиогеофизической среды, опубликовано недостаточно. При этом именно текучесть крови определяет эффективность доставки кислорода и различных метаболитов в тканевые микрорайоны, способствуя оптимизации обменных процессов [4, 5]. Изменения текучести крови при ее гипервязкости являются одним из ведущих звеньев в патогенезе хронических сердечно-сосудистых заболеваний
(ишемической болезни сердца, гипертонической болезни), а также их тяжелых осложнений [6, 7, 8]. Повышение вязкости крови усиливает гемоди-намические нарушения при сердечно-сосудистых заболеваниях и может способствовать ремоделированию миокарда и сосудов [9], замедлению не-оангиогенеза, нарушениям функции эндотелия. Существует мнение, что эти процессы сами по себе могут стать как следствием, так и причиной развития гипертонической болезни [10].
Цель исследования: изучение влияния космо-гелиогеофизических факторов на реологические свойства крови у больных с хронической сердеч-но-сосудистой патологией.
Материал и методы
Изучены реологические свойства крови (in vitro) у 140 пациентов в возрасте от 35 до 65 лет с гипертонической болезнью (ГБ) II и III стадий и хронической ишемической болезнью сердца (ИБС). Группу сравнения составили пациенты без признаков ГБ и ИБС, сопоставимые по возрасту и полу (п=35). Исследование проведено в соответствии с этическими нормами Хельсинкской декларации (2000 г.). У всех пациентов получено письменное информированное согласие на проведение обследования. Все больные находились в клинике ГУ НЦКЭМ СО РАМН и были обследованы до начала проведения лечения.
БЮЛЛЕТЕНЬ СО РАМН, №5 (127), 2007 г.
93
У 104 человек опытной группы и у 16 человек группы сравнения определяли вязкость цельной крови в фоновых н в гипогеомагннтных условиях. Исследовали стабилизированную ЭДТА венозную кровь. Кровь для исследования забиралась из локтевой вены натощак и помещалась в 2 пробирки в равных количествах. Одну пробирку оставляли на 30 минут в фоновых условиях, другую на то же время помещали в гппогеомаг-нитную среду, для создания которой использовали экранирующую установку конструкции Ю.А. Зайцева (патент РФ на изобретение №2012175 от 30.04.1994 г.) с ослаблением индукции геомагнитного поля более чем в 600 раз. Вязкость цельной крови определяли с помощью капиллярного вискозиметра Оствальда в модификации Куницына В.Г. (1984) при Т=20 °С. У 36 больных основной и у 19 человек группы сравнения проводили оценку скорости оседания эритроцитов в фоновых и в гипогеомагннтных условиях. Скорость оседания эритроцитов определяли по унифицированному методу Папчепкова (1972).
Космо-гслиогеофизические факторы оценивали по данным оперативного монитори-рования космофизической среды со спутника GOES-10 (U.S. Dept, of Commerce, NOAA, Space Environment Center, 2005-2006). Анализировали показатели солнечной активности (число и площадь солнечных пятен), радиоизлучение Солнца, в биотропном диапазоне 220 МГц, характеристики электронной и протонной компонент космических лучей, величины индукции геомагнитного ноля (суточный А индекс и Зх-часовые К индексы). Данные по гелиогеофи-зической обстановке в раннем онтогенезе были получены с использованием компьютерной программы «Гелпос» (свидетельство о регистрации № 970125 от 24.03.1997) и «Гелиос-Млечный путь» (свидетельство о регистрации №20010611270 от 24.09.2001 г.).
Статистическую обработку данных проводили с использованием пакета прикладных программ SPSS for Windows.
Результаты и обсуждение
Исследование реологических свойств крови в фоновых условиях выявило повышенный уровень ее вязкости у пациентов с ГБ и ИБС, варьирующий от 4,95 сГ! до 21.24 сГ1 и составляющий, в среднем, 8,50±0,27 сП: лишь у 1 (1%) пациентов показатель вязкости крови укладывался в пределы нормальных значений, а у 99% обследованных пациентов с сердечно-сосудистой патологией выявлено повышение вязкости цельной крови.
Известно, что факторами, определяющими вязкость крови на уровне сосудистого русла, является объемная концентрация и физико-хи-
мическое состояние эритроцитов. В частност вязкость есть функция: (с, V, с к), где с — ко!
центрацня эритроцитов, V — средний кориуск; лирный объем эритроцитов, 4 — дзэта потенциа к — коэффициент упругости |5|. В связи с эти для оценки физико-химического состояния эри роцитов, в частности, степени их агрегации, нам был использован такой показатель, как скорос: оседания эритроцитов, который может служит чувствительным и объективным индикаторе многих специфических микро-изменений на п< верхностп и внутри эритроцита при тех или инь воздействиях [11|. Проведенный анализ выявг увеличение скорости оседания эритроцитов пациентов с хронической сердечно-сосудистс патологией, составлявшей, в среднем, 17,7±2,2 м рт. ст. (в группе сравнения этот показатель сост; вил 10,4±2,3 мм рт. ст.), что может свидетельств! вать об увеличении степени агрегации эрптрош тов. Повышение агрегации связано со снижение величины отрицательного электрического зар! да (^-потенциала) на поверхности эритроцита уменьшением электрического отталкивания меа ду отдельными клетками 1111.
Для решения основной задачи исследовани проведен корреляционный анализ реологически показателей с изменяющимися кос.мо-гелиоге< физическими параметрами (Рис. 1). На рисунке представлены статистически значимые коррел} ционные СВЯЗИ ВЯЗКОСТИ крови с некоторыми КО( мо-гелиогеофизическими факторами в фоновы условиях и в гипогеомагнитиой среде. Из рису1 ка видно наличие прямой корреляционной зав! симости вязкости крови от солнечной актнвиост (г=0,23; р<0.05) и радиоизлучения Солнца в бис тронном диапазоне как у пациентов с сердечш сосудистой патологией (г=0,23; р<0,05), так и группе сравнения (г=0.67, р<0,05: г=0,51, р<0,05
Рис. 1. Уменьшение корреляционных зависимости, вязкости крови у больных с хронической сердечно сосудистой патологией с показателями солнечноI активности при геомагнитной депривации Примечание: РИ — радиоизлучение Солнца ЧСП — число солнечных пятен ПСП — площадь солнечных пятен Пр — протонная компонента космических лучей * — значимость коэффициентов корреляции р<0,0
что указывает на снижение текучести крови при росте солнечной активности. У пациентов с ГБ и ИБС обнаружена также прямая статистически значимая корреляционная зависимость вязкости крови от интенсивности протонной компоненты космических лучей (г=0,23; р<0,05), отражающая особую чувствительность системы крови, при наличии сердечно-сосудистой патологии, к космическим излучениям.
Изучение корреляционных связей скорости оседания эритроцитов от изменений гелиогео-физической среды также показало наличие зависимости этого показателя у пациентов с сер-дечно-сосудистой патологией от выраженности солнечной активности. В основной группе выявлена значимая обратная корреляционная связь между скоростью оседания эритроцитов и площадью солнечных пятен (г=-0,33, р<0,05) (г=-0,33, р<0,05), указывающая на изменение функционального состояния эритроцитов при повышении солнечной активности. В группе сравнения значимых корреляционных связей между скоростью оседания эритроцитов и гелиогеофизическими параметрами среды не выявлено.
Полученные данные о зависимости реологических параметров крови от изменений гелио-геофизической среды можно объяснить биогео-физическими механизмами. Движение крови по сосудам — это упорядоченное движение заряженных частиц (электрический ток), которые взаимодействуют друг с другом и со стенками сосудов, притягиваются и одновременно отталкиваются. Система заряженных элементов крови находится в постоянно изменяющемся электромагнитном поле. На движущиеся заряженные частицы действует сила Лоренца [Р=дуЕ+дуВ], где q — заряд частицы, V — скорость частицы, Е
— напряженность электрического поля, В — вектор магнитной индукции [12]. Возможно, именно этот электрический ток делает кровь особенно чувствительной к электромагнитным воздействиям. Можно предположить, что изменяющиеся солнечное излучение и индукция геомагнитного поля воздействуют на электрические и магнитные поля кровеносного русла и оказывают влияние на характер кровотока, замедляя или ускоряя его. При этом эритроциты как железонесущие
клетки, по-видимому, могут выполнять определенную рецепторную функцию по отношению к геомагнитным возмущениям. Обосновано также рассмотрение опосредованного влияния солнечно-космических излучений на вязкость крови через нарушение мембран эритроцитов. Известно, что усиление геомагнитной индукции может оказывать повреждающее воздействие на биомембраны, нарушая трансмембранный транспорт воды и ионов, активность №+, К+ — АТФ-азы, скорость транспорта глюкозы и т.д. Нарушение мембран эритроцитов, приводит к изменению их структуры, в том числе, деформируемости и агрегацион-ной активности, что отражает наиболее распространенный механизм изменения реологических свойств крови [13].
Одной из возможных причин, определяющих влияние гелиогеофизических факторов на реологические характеристики крови, являются жидкокристаллические структуры эритроцитов. В мембранах жидкие кристаллы часто имеют небольшую энтальпию структурных превращений (переходов) [14], поэтому, возможно, кровь обладает большой чувствительностью к гелиогео-физическим воздействиям. В мембранах эритроцитов, в области близкой к физиологической, в фосфолипидах могут происходить переходы типа смектик А смектик С, а также изменения вторичной структуры в сократительных белках, которые существенно изменяют модуль упругости мембран [15, 16, 17].
Ранее установлено, что формирование чувствительности к комплексу внешних факторов начинается в период раннего онтогенеза, в критические периоды закладывающихся функциональных систем организма [18]. Существует концепция, что определенные воздействия в раннем онтогенезе могут приводить к долговременным структурным, функциональным и метаболическим изменениям (концепция «программирования») [19]. Нами изучены возможные влияния гелиогеофизической среды в различные периоды раннего онтогенеза на реологические параметры. Результаты исследования показали обусловленность гемореологических нарушений у обследованных лиц гелиогеофизической обстановкой в их раннем онтогенезе. Получены данные о нали-
Таблица
Корреляционные зависимости вязкости крови у больных с хронической сердечно-сосудистой патологией от геомагнитной обстановки на ранних этапах онтогенеза
I группа Гео-1 Гео зач. Гео 1 Гео 2 Гео 3 Гео 4 Гео 5 Гео 6 Гео 7 Гео 8 Гео 9 Гео 10 Гео рожд.
Фон -0,04 -0,10 -0,04 -0,11 -0,21* -0,09 + 0,05 + 0,03 + 0,05 + 0,02 + 0,05 -0,03 + 0,15
ГГМУ -0,07 -0,10 +0,04 -0,07 -0,25* -0,09 -0,02 -0,03 -0,01 +0,04 +0,02 +0,002 +0,07
Примечание: Гео — геомагнитная активность: Гео-1 — за 1 месяц до рождения, Гео зач. — в дату зачатия, Гео 1, Гео 2, Гео 3, Гео 4, Гео 5, Гео 6, Гео 7, Гео 8, Гео 9, Гео 10 — в соответствующие месяцы эмбрионального развития; Георожд,-на момент рождения. ГГМУ — гипогеомагнитная установка. * — значимость коэффициентов корреляции р<0,05
чип значимой обратной корреляционной зависимости вязкости крови у больных с сердечно-сосудистой патологией от выраженности геомагнитной индукции на третьем месяце внутриутробного развития (г=-0,21, р<0,05) и прямой корреляционной зависимости этого параметра от выраженности геомагнитной индукции на первом месяце после рождения (г=0,28, р<0,05) (Таблица)- У больных в группе сравнения обнаружена прямая корреляционная зависимость вязкости крови от геомагнитной индукции на 4 месяце внутриутробного развития (г=0,52, р<0,05).
П редста вляется обос нова н н ы м вывод о возможности пренатального формирования чувствительности кровеносной системы к факторам космо-гелиогеофизической природы. Известно, что именно с конца третьего месяца внутриутробного развития у плода появляется кроветворная функция костного мозга, дополняя, а в последующем заменяя кроветворение в печени. В связи с этим, третий п четвертый месяцы эмбрионального развития являются одним из «критических» периодов для формирования функциональных связей в данной системе, что делает ее в это время особо «уязвимой» к различного рода эпдо- п экзогенным воздействиям.
В группе сравнения (т.е. у лиц, у которых не сформировалась сердечно-сосудистая патология) выявлена (Рис. 2) достоверная (р<(),01) обратная корреляционная связь между вязкостью крови п интенсивностью радиоизлучения Солнца на различных этапах раннего онтогенеза и обратная корреляционная связь между вязкостью крови и солнечной активностью за месяц до расчетной даты зачатия (г -0,60, р<0,05). Эти дам н ые позволяют обсуждать возможность оценки, а в дальнейшем п снижения риска развития сердечно-сосудистых заболеваний у лиц с определенным вариантом связи гемореологических характеристик с гелиогеофизически-ми параметрами (преимущественно, радиоизлучением Солнца) в период эмбриогенеза.
Проведено также изучение динамики реологических пар* метров крови в гипогеомагнитной среде как модели, помогг ющей раскрыть некоторые механизмы биотропного действи изученных геофизических факторов. При исследовании т укг обнаружено, что при экспозиции крови в гипогеомагнитно среде у 64 пациентов (61,5%) основной группы имело место сни жеиие вязкости крови; у 36 (34,6%) — повышение и у 4 (3,9% пациентов вязкость кровп не изменилась, т.е. снижение вязкое тн крови при геомагнитной депривации встречалось почти в раза чаще. Определены значимые (р<0,05) различия средни: показателей вязкости цельной крови у больных с хроническо! сердечно-сосудистой патологией при содержании крови в уело виях фоновой геомагнитной среды (8,50±0.27сГ1) и в условия: геомагнитного экранирования (8,08±0,21сП) (Рис.З).
г
ДОДЗ _______________________________________ ДР 180
і | основная группа [^] группа сравнения
Рис. 2. Корреляционные зависимости вязкости крови от интенсивности радиоизлучения на ранних этапах онтогенеза Примечание: Рад — радиоизлучение Солнца: Рад до ДЗ — до даты зачатия; Рад 1, Рад 3, Рад 5, Рад7, Рад 9 — в соответствующие месяцы эмбрионального развития; Рад ДР — на момент рождения; Рад — средний показатель за весь период раннего онтогенеза; * — значимость коэффициентов корреляции р<0,05
Фон
ГГМУ
щ Основная группа I Группа сравнения
Рис. 3. Вязкость крови при содержании ее образцов в фоновых условиях и в гипогеомагнитной среде Примечание: ГГМУ - гипогеомагнитная установка * — значимость различий р<0,05 между фоном и ГГМУ
При геомагнитном экранировании происходило изменение характера выявленных ранее корреляционных связей реологических параметров крови с космо-геофизической средой: ослабление корреляционных зависимостей вязкости крови от солнечной активности и от интенсивности протонной компоненты космических лучей (Рис. 1).
Статистически значимых различий показателей скорости оседания эритроцитов в фоновых и в гипогеомагнитных условиях как у пациентов основной группы, так и в группе сравнения не выявлено, но также отмечено изменение сопряжения этого показателя с космо-гелиогеофизи-ческой средой. При геомагнитном экранировании ослабевала отмечавшаяся в фоновых условиях корреляционная зависимость скорости оседания эритроцитов от солнечной активности.
Заключение
Таким образом, проведенное исследование позволяет сделать заключение о чувствительности системы крови, ее реологических характеристик к космо-гелиогеофизическим воздействиям и вывод о том, что выраженная сопряженность ге-мореологических параметров с гелиогеофизичес-кой средой в значительной степени определяется ее воздействием в период внутриутробного развития. Установлено, что предрасположенность к сердечно-сосудистой патологии зависит от особенностей взаимодействия взрослого организма с космо-гелиогеофизическими факторами в период его раннего онтогенеза. Приведены данные, указывающие на возможное формирование устойчивости к развитию сердечно-сосудистой патологии у лиц с определенным вариантом зависимости вязкости крови от гелиогеофизической обстановки на ранних этапах онтогенеза. Установлено, что кратковременное 30-минутное геомагнитное экранирование приводит к значимому снижению вязкости крови и уменьшению ее зависимости от интенсивности солнечного и космического излучения. Выявленные факты не только углубляют фундаментальные представления о солнечнобиосферных связях, но имеют и прикладное значение для разработки лечебно-профилактических мероприятий в периоды геомагнитных возмущений при ведении больных с хронической сердеч-но-сосудистой патологией.
Выводы
1. Выявлена зависимость реологических свойств крови у больных с хронической сердечнососудистой патологией от изменений космо-ге-лиогеофизической среды: увеличение солнечной активности, включая радиоизлучения Солнца, а также протонной компоненты космических лучей приводит к повышению вязкости цельной крови и ухудшению ее реологических свойств.
2. Установлено, что вязкость крови оказывается зависимой от выраженности гелиогеофизических факторов (геомагнитной индукции) на 3 месяце внутриутробного развития.
3. Инкубация образцов крови в течение 30-минут в гипогеомагнитной установке приводит в большинстве случаев к снижению вязкости крови и ослаблению ее зависимости от космо-гелиогео-физической среды.
4. Выявленные закономерности следует учитывать при разработке геоэкологически обоснованных лечебно-профилактических мероприятий у больных с хронической сердечно-сосудистой патологией.
INFLUENCE OF HELIOGEOPHYSICAL FACTORS ON RHEOLOGICAL PROPERTIES OF BLOOD IN PATIENTS WITH CHRONIC CARDIO VASCULAR PATHOLOGY
E.V. Sevostyanova, A.V. Trofimov, V.G. Kunitsyn,
I.A. Bahtina, I.N. Kozshevnikova
The purpose of the research was to study the influence of cosmo-heliogeophysical factors on rheo-logical properties of blood in patients with chronic cardio-vascular pathology. Analysis of blood viscosity and the rate of erythrocytes' sedimentation in 140 patients with arterial hypertension and chronic coronary artery disease was carried out. Correlations between rheological parameters of blood under background and hypogeomagnetic conditions and cosmo-heliogeophysical factors at the moment of investigation and in different stages of early ontogenesis were studied. Dependence of blood rheological properties on changes in cosmo-heliogeophysical environment was revealed. It was found, that blood viscosity increased and its rheological properties worsened at strengthening cosmic radiation (proton component of cosmic rays) and increasing solar activity in patients with chronic cardio-vascular pathology. The obtained data indicate association of hemorheologi-cal parameters with helio-geophysical environment. It is determined by the influence of helio-geophysical environment on organism embryogenesis period.
Литература
1. Андронова, Т.И. Гелиометеотропные реакции здорового и больного человека / Т.И.Андронова, Н.Р. Де-ряпа, А.П. Соломатин. — Л., 1982. — 247 с.
2. Бреус, Т.К. Медицинские эффекты геомагнитных бурь / Т.К. Бреус, Ф.И. Комаров, С.И. Рапопорт // Клиническая медицина. — 2005. — № 3. — С. 4-12.
3. Hasnulin, V. I. Northern cardiometeopathies / V. I. Hasnulin, A. V. Hasnulina, E. V. Sevostyanova. — Novosibirsk, 2004. — 220 p.
4. Левтов, B.A. Реология крови / B.A. Левтов, C.A. Регирер, H.X. Шадрина. — М., 1982. — 272 с.
5. Dintenfass, L. Fluidity (internal viscosity) of the
erythrocyte and pathology of circulation / L. Dintenfass // Haematologia. — 1968. — Vol. 2. — №1. — P. 19-35.
6. Микрореологические нарушения эритроцитов у больных гипертонической болезнью / Китаева Н.Д., Шабанов В.А., Левин Г.Я., Кострова В.А. // Кардиология. - 1991. - т.31. - №1. - С. 51-53.
7. Becker, R.C. The role of blood viscosity in the development and progression of coronary artery disease // Cleve. Clin. J. Med. - 1993. - Vol. 60. - №5. - P. 353-358.
8. Struijcer Boudier, H.A.J. Microcirculation in hypertension / H.A.J. Struijcer Boudier // Eur. Heart J.
- 1999. - Vol. I. - Suppl L. - P. 32-37.
9. Реологические свойства крови и функция эндотелия у больных гипертонической болезнью / В. Шляхто, О.М. Моисеев., Е.А. Лясникова и др. // Кардиология.
- № 4. - 2004. - С. 20-23.
10. Состояние микроциркуляции при гипертонической болезни / В.И. Маколкин, В.И. Подзолков, В.И. Павлов, В.В. Самойленко // Кардиология. — 2003. — № 5. - С. 60-67.
11. Чижевский, А.Л. Биофизические механизмы реакции оседания эритроцитов / А.Л. Чижевский. — Новосибирск, 1980. — 178 с.
12. Савельев, И.В. Основы теоретической физики / И.В. Савельев. — М., 1991. — 396 с.
13. Иванов, К.П. Успехи и спорные вопросы в изучении микроциркуляции / К.П. Иванов // Российский
физиологический журнал им. И.М. Сеченова. — 1995. -Т. 81. —№6. — С. 1-17.
14. Капустин, В.П. Экспериментальные исследования жидких кристаллов / В.П. Капустин. — М., 1978.
- 368с.
15. Куницын, В.Г. Исследование структурных изменений эритроцитарных мембран при воздействии на них температуры, pH или биологически активных веществ: Автореф. дис... канд. биол. наук / В.Г. Куницын.
— Новосибирск, 1984. — 191 с.
16. Куницын, В.Г. Аномальные изменения удельной электропроводности в липопротеинах в области физиологической температуры / В.Г. Куницын, Л.Е. Панин, Л.М. Поляков // Биофизика. — 1999. — Т. 44. — С. 861-869.
17. Куницын, В.Г. Структурные фазовые переходы в мембранах эритроцитов, липопротеинах и макромолекулах: Автореф. дис.... д-ра биол. наук / В.Г. Куницын.
— Новосибирск, 2002. — 325 с.
18. О феномене гелиогеофизического импринтиро-вания и его значении в формировании типов адаптивных реакций человека / В.П. Казначеев, Н.Р. Деряпа, В.И. Хаснулин, А.В.Трофимов // Бюллетень СО АМН СССР. - 1985. - №5. - С. 3-7.
19. Lucas, A. Programming not metabolic imprinting / A. Lucas // Am. J. Clin. Nutr. — 2000. — Vol. 71. — №2.
- P. 602.
