Mechanisms of changes in the oxygen transport function of erythrocytes in patients with chronic ischemic heart disease complicated by circulatory insufficiency

Full Text

Одной из ранних и характерных реакций на гипоксию, в том числе и у больных с недостаточностью кровообращения, является повышение уровня 2,3-дифосфо- глицерата (2,3-ДФГ) эритроцитов [4, 6, 10, 12], который образуется в цикле Рапопорт — Льюберинга и представляет собой ответвление гликолиза эритроцитов. Особенности взаимодействия гемогликолиза и цикла Рапопорт — Льюберинга у больных с недостаточностью кровообращения ранее не изучались. Знание таких особенностей дает возможность определять степень участия эритроцитов в развитии гипоксии у больных на разных стадиях недостаточности кровообращения.

С этой целью было обследовано 98 больных хронической ишемической болезнью сердца (66 мужчин и 32 женщины, возраст — 38 — 76 лет), из них 72 пациента с недостаточностью кровообращения. Сопутствующая гипертоническая болезнь обнаружена у 18 больных, мерцательная аритмия — у 27, экстрасистолия — у 4, пароксизмальная тахикардия — у 1, блокада ножек пучка Гиса — У 4. Выраженность недостаточности кровообращения определяли по данным клинико-лабораторного обследования.

У 18 человек выявлена HI стадия, у 20 — Н_IIА, у 23 — Н_ІІБ, у 11 — Н_III . Биохимические исследования проводили в первые три дня после поступления в клинику у больных, не получавших амбулаторного лечения, или у больных (при Н_IIб- НIII ), которым в ранее проведенное лечение не включались сердечные гликозиды и мочегонные средства.

В контрольные группы вошли 27 практически здоровых лиц (11 мужчин и 16 женщин) в возрасте от 38 до 56 лет (1-я группа) и 26 больных хронической ишемической болезнью сердца без недостаточности кровообращения (2-я группа).

Исследование показателей гемогликолиза проводили в эритроцитах крови, взятой с гепарином (12 ME/мл) из локтевой вены больных, находящихся в покое. Клетки дважды отмывали в буфере, содержащем 100 ммоль/л NaCl, 3 ммоль/л КС1, 3 ммоль/л СаС1₂ 1,2 ммоль/л Na₂HP04, 50 ммоль/л НО, 5 ммоль/л глюкозы. Разведенные буфером до концентрации 40% эритроциты инкубировали при 37° в течение 2 ч. Кислоторастворимую фракцию клеток до и после инкубации получали путем осаждения белков 0,8 н. раствором НС1О₄ в соотношении 1:1. Полученный экстракт нейтрализовали 2М раствором К₂ СО₃ и использовали для определения содержания глюкозы глюкозооксидазным методом, лактата и пирувата в реакции с лактатдегидрогеназой [9], уровня 2,3-ДФГ -—по реакции с хромотроповой кислотой [8]. Количество АТФ устанавливали методом тонкослойной хроматографии на пластинках «Силуфол» [3].

Статистическую обработку данных проводили с помощью вариационного и альтернативного анализа. Для оценки различий применяли критерий Вилкоксона — Манна — Уитни [2]. Полученные результаты представлены в таблице.

 

Показатели гликолиза эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца, осложненной недостаточностью кровообращения (в ммоль/л, АТФ в мкмоль/л)

Группы обследованных	n	До инкубации					После инкубации
		глюкоза	2.3 ДФГ	АТФ	пируват	лактат	глюкоза	2.3 ДФГ	АТФ	пируват	лактат
1-я	27	6,09±0,28	4,81±0,12	687,85±48,08	0,064±0,005	1,74±0,13	5,18±0,49	4,24±0,16	594,06±44,04	0,085±0,011	2,91±0,15
2-я	26	6,78±0,24*	5,12+0,19	608,73±46,14*	0,062±0,007	2,29±0,11*	5,75±0,81*	4,64±0,12	506,28 ±48,91*	0,091±0,009	3,61±0,09*
Больные ХИБС, осложненной недостаточностью кровообращения	18	7,33±0,31*	6,06±0,27*	541,13±51,34*	0,074±0,006*	2,74±0,21	6,54±0,18*	5,68±0,31*	497,76±59,18*	0,098±0,016	4,25±0,017*
НIIА	20	7,23±0,42*	6,10±0,21*	483,87±49,17*	0,070±0,011	3,06±0,16*	6,64±0,37*	5,61±0,18*	449,09±57,74*	0,087±0,013	4,28±0,20*
НIIB.	23	6,97±0,39*	6,83±0,23*	373,25±65,36*	0,085±0,014	* +12 5+і	6,49±0,21*	6,13±0,22*	439,29±67,33*	0,098±0,027	4,4±0,24*
НІІI.	11	6,67±0,37*	6,24±0,39	358,14±57,51*	0,090±0,012*	4,08±0,24*	6,35±0,26*	4,96±0,46*	427,82±49,70*	1,04±0,019*	с,56±0,31*

* Р<0,05.

 

До инкубации в эритроцитах у всех больных было повышено содержание глюкозы, 2,3-ДФГ, пирувата, лактата и снижено количество АТФ, что соответствовало литературным данным [4, 5].

Наибольший уровень глюкозы констатирован у больных с недостаточностью кровообращения Щ —НII_А стадий (на 11 — 20% выше контроля, P<0,05). Содержание 2,3-ДФГ достигало максимальных значений у больных в стадии НII_Б (на 50% выше контроля, P<0,05). У больных в стадии НIIIустановлено наименьшее количество АТФ (52% от уровня контроля, P<0,05) и наибольшее увеличение содержания лактата и пирувата.

Как известно, метаболизм эритроцитов перестраивается и становится стабильным в соответствии с новыми условиями существования примерно через 2 — 2,5 ч инкубации в изоосмолярном растворе с глюкозой [11]. Это использовано для изучения характера нарушения обмена 2,3-ДФГ в эритроцитах у больных с недостаточностью кровообращения.

У всех обследованных лиц в процессе инкубации эритроцитов снижалось содержание глюкозы, 2,3-ДФГ и увеличивалось количество лактата и пирувата. Количество АТФ менялось разнонаправленно в соответствии с выраженностью клинических признаков недостаточности кровообращения. Если в 1 и 2-й группах содержание АТФ снижалось на 93 — 102 мкмоль/л, у лиц с недостаточностью кровообращения в стадии IHI — НII а — ^на 34 — 44 мкмоль/л, то у больных в стадии Н_IIБ—HI   оно повышалось на 66 — 69 мкмоль/л.

Подобное изменение содержания АТФ свидетельствует о нарушении равновесия в системах энергосинтезирующих и энергоутилизирующих процессов эритроцитов и является критерием функциональной полноценности клеток.

Энергообразование в эритроцитах связано с утилизацией глюкозы и 2,3-ДФГ, которая характеризуется изменением количества этих метаболитов при инкубации. Как видно из полученных данных, изменения количества глюкозы и 2,3-ДФГ эритроцитов в процессе инкубации зависят ют выраженности клинических признаков недостаточности кровообращения и имеют разнонаправленный характер. За время инкубации наибольшее снижение количество глюкозы (Д глюкозы — 1,09=1=0,28 ммоль/л) было у больных хронической ишемической болезнью сердца без недостаточности кровообращения, а наименьшее — у больных в Н_III стадии (А глюкозы — 0,32±0,08 ммоль/л). Количество 2,3-ДФГ максимально снизилось у лиц с недостаточностью кровообращения Н_III (А 2,3-ДФГ — 1,23±0,36 ммоль/л), а наиболее стабильный уровень 2,3-ДФГ констатирован у больных с HI,

Установленные при инкубации изменения метаболизма дают основание считать, что способность эритроцитов утилизировать глюкозу и 2,3-ДФГ зависит от выраженности клинических признаков недостаточности кровообращения, и позволяют выделить два типа изменения гликолиза и обмена 2,3-ДФГ. Начальный тип (при недостаточности кровообращения HI — НII а) характеризуется снижением уровня АТФ, активацией использования глюкозы в гликолизе, увеличением образования 2,3-ДФГ. Поздний тип (при недостаточности кровообращения НII_Б —Н_III проявляется выраженным падением уровня АТФ, снижением способности эритроцита использовать глюкозу, максимальным увеличением образования 2,3-ДФГ с преобладанием его распада в гликолизе, значительным закислением внутриэритроцитарной среды.

Перестройка гемогликолиза связана с особенностями метаболизма 2,3-ДФГ и отличается различной выраженностью закисления внутриэритроцитарной среды. Оба эти показателя отражаются на функции эритроцита в газообмене. Увеличение количества 2,3-ДФГ ведет к уменьшению сродства гемоглобина к кислороду (эффект Бора). Рост количества ионов водорода при закислении внутриэритроцитарной среды обладает двойным эффектом, небольшое увеличение концентрации ионов водорода уменьшает сродство гемоглобина к кислороду, что облегчает его отдачу в тканях (эффект Бора), а при больших концентрациях снижает способность гемоглобина удерживать кислород (эффект Рута), что уменьшает кислородную емкость гемоглобина [7].

Сопоставляя имеющиеся данные о регуляции сродства гемоглобина к кислороду с особенностями гликолиза эритроцитов у больных с недостаточностью кровообращения, можно отметить, что в зависимости от типа перестройки гемогликолиза должна меняться способность эритроцитов переносить кислород. У больных с недостаточностью кровообращения HI —Н_IIа увеличение количества 2,3-ДФГ, наряду с небольшим закислением внутриэритроцитарной среды, способствует облегчению отдачи кислорода гемоглобином в тканях. Это является одним из компенсаторных механизмов гипоксии, существующей при недостаточности кровообращения. У больных с недостаточностью кровообращения Н_IIБ—Н_III значительное закисление внутриэритроцитарной среды и использование 2,3-ДФГ в гликолизе снижают способность гемоглобина связывать кислород, то есть уменьшается кислородная емкость гемоглобина.

Результаты изучения оксигенации (р0₂) крови и тканей согласуются с полученными данными. Для больных с недостаточностью кровообращения Н_ІІБ—НIII характерны наименьшие значения р0₂. Ингаляция 100% кислорода у больных с HI— НIIa вызывает адекватный рост р0₂ крови и тканей, тогда как у больных с НII_Б — НIII такое повышение не выражено. [1].

Установленные особенности метаболизма и соответственно функционирования эритроцитов необходимо учитывать при терапевтических мероприятих по снижению гипоксии у больных с недостаточностью кровообращения, в частности при лечении кислородом. У больных с недостаточностью кровообращения HI —Н_ІІА существуют биохимические предпосылки для связывания кислорода с гемоглобином в легких с последующей максимальной отдачей в тканях. Кислородтерапия у больных с недостаточностью кровообращения HI —Н_IIА содействует снижению имеющейся гипоксии. У больных с недостаточностью кровообращения Н_IIБ — Н_III нарушены биохимические внутриэритроцитарные механизмы адаптации по оптимальному связыванию кислорода с гемоглобином. Применение кислорода при лечении таких больных не обеспечивает достаточного насыщения гемоглобина кислородом, а оставшийся не связанным эритроцитами кислород может способствовать образованию токсических перекисных соединений.

About the authors

V. F. Lukyanov

Saratov Medical Institute

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com

Department of Therapy of the Faculty of Advanced Medical Training, Department of Bioorganic and Biological Chemistry 

Russian Federation, Saratov

N. B. Zakharova

Saratov Medical Institute

Email: info@eco-vector.com

Department of Therapy of the Faculty of Advanced Medical Training, Department of Bioorganic and Biological Chemistry 

Russian Federation, Saratov

L. N. Goncharova

Saratov Medical Institute

Email: info@eco-vector.com

Department of Therapy of the Faculty of Advanced Medical Training, Department of Bioorganic and Biological Chemistry

Russian Federation, Saratov

V. I. Rubin

Saratov Medical Institute

Email: info@eco-vector.com

Department of Therapy of the Faculty of Advanced Medical Training, Department of Bioorganic and Biological Chemistry

Russian Federation, Saratov

References

Supplementary files