Автореферат диссертации по медицине на тему Роль нарушений структурной организации мембраны эритроцитов в интраопреационном гемолизе при искусственном кровообращении
На правах рукописи
ХОХЛОВ ОЛЕГ АЛЕКСЕЕВИЧ
РОЛЬ НАРУШЕНИЙ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МЕМБРАНЫ ЭРИТРОЦИТОВ В ИНТРАОПЕРАЦИОННОМ ГЕМОЛИЗЕ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ КРОВООБРАЩЕНИИ
14.03.03 - патологическая физиология 03.03.04 - клеточная биология, цитология, гистология
Автореферат диссертации па соискание ученой степени кандидата медицинских наук
1 4 НОЛ 2013
Томск-2013
005538094
005538094
Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Научные руководители:
доктор медицинских наук, профессор
Уразова Ольга Ивановна Новицкий
Вячеслав Викторович
доктор медицинских наук, профессор, академик РАМН, Заслуженный деятель науки РФ
Официальные оппоненты:
доктор медицинских наук, профессор, профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии ГБОУ ВПО СибГМУ Минздрава России доктор медицинских наук, заведующий лабораторией нейробиолопш
Федорова Татьяна Сергеевна
Солонский
Анатолий Владимирович
ФГЪУ «НИИ психического здоровья» СО РАМН Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» СО РАМН (ФГБУ "НИИ КПССЗ" СО РАМН) (650002, г. Кемерово, Сосновый бульвар, 6)
диссертационного совета Д 208.096.01 при Сибирском государственном медицинском университете (634050, г. Томск, Московский тракт, 2)
С диссертацией можно ознакомиться в научно-медицинской библиотеке Сибирского государственного медицинского университета (г. Томск, проспект Ленина, 107)
Автореферат разослан "/^2013 г.
Ученый секретарь
Защита состоится
на заседании
диссертационного совета
Петрова И.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В настоящее время заболевания сердечнососудистой системы являются основной причиной смерти граждан Российской Федерации и большинства развитых стран мира [Оганов Р.Г., 2008; Кузьмина О.Ю., 2009; Шальнова С.А. и соавт., 2012]. При этом ишемическая болезнь сердца занимает лидирующие позиции в рейтинге летальных исходов от сердечнососудистых заболеваний [Гребенщикова И. А. и соавт., 2011].
Фармакологическая коррекция коронарной недостаточности позволяет значительно улучшить состояние пациентов. В случае неэффективности терапевтического лечения применяется операция коронарного шунтирования, наиболее часто выполняемая в условиях искусственного кровообращения. Данный метод обеспечения кардиохирургических вмешательств позволяет проводить манипуляции на остановленном сердце, а значит, использовать микрохирургическую технику, обеспечивая высокую надежность шунтов и долгосрочное улучшение коронарной перфузии у больных ишемической болезнью сердца [Murphy G.S. et al., 2009; Lezama-Urtecho С.А. et al., 2010; Агеева M.B. и соавт., 2011].
Между тем, проведение коронарного шунтирования с применением искусственного кровообращения осложняется возникновением
интраоперационного и постперфузионного гемолиза [Дементьев И.И. и соавт., 2008, 2010; Vercaemst L., 2008]. Основной причиной гемолиза служит перфузиошш травма эритроцитов, возникающая при циркуляции крови в аппарате искусственного кровообращения в результате работы роликовых или центрифужных насосов, кардиотомного отсоса, пассажа крови в пределах оксигенатора и артериальной канюли [Vercaemst L., 2008; Murphy G.S. et al., 2009]. Контакт крови с неэндотелизировашюй поверхностью экстракорпорального контура, гипероксия и гипотермия, применяемые при искусственном кровообращении, потенцируют интраоперационную гибель красных клеток крови [Аверина Т.Б., Самуилова Д.Ш., 2007; Ломиворотов В.Н., 2010; Агеева М.В. и соавт., 2011]. Изменения структурной организации мембраны лежат в основе гибели эритроцитов при атеросклерозе, который на сегодняшний день рассматривается в качестве основной причины ишемической болезни сердца [Осипенко А.Н., 2012; Осипенко А.Н. и соавт., 2012].
Во время проведения искусственного кровообращетм эритроцит подвергается окислительному и деформационному воздействию [Gu Y.J. et al., 2008]. В то же время известно, что при выполнении искусственного
кровообращения в равных условиях с использованием идентичного оборудования степень выраженности гемоглобинемии оказывается неравнозначной [Чумакова С.П. и соавт., 2011, 2012]. Это свидетельствует о том, что индивидуальные особенности мембраны эритроцитов, определяющие транспортные, антигенные и микрореологические свойства данного типа клеток, оказывают влияние на их гемолитическую стойкость при перфузии в аппарате искусственного кровообращения.
Важно отметить, что в литературе содержится достаточное количество сведений о повреждающем влиянии аппаратов искусственного кровообращения различных модификаций и их компонентов на красные клетки крови [Kaufmann Т.А. et al., 2009; Lerne J. et al., 2011; Schnürer C. et al., 2011], но практически отсутствуют данные о роли исходных изменений структуры эритроцитов в патогенезе ихпраоперационного гемолиза при выполнении искусственного кровообращения. В свете этого поиск факторов, определяющих дооперационное состояние мембраны красных клеток, изучение его влияния на выраженность гемолитических реакций при проведении искусственного кровообращения представляет значительный теоретический и практический интерес.
Шаь_исследования: оценить роль нарушений структуры мембраны
эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца в патогенезе умеренного и выраженного интраоперационного гемолиза при искусственном кровообращении.
1. Оценить активность системы комплемента крови, экспрессию поверхностных молекул-ингибиторов системы комплемента (С035, С055) на эритроцитах и проницаемость их мембраны у больных ишемической болезнью сердца до и после операции в условиях искусствешюго кровообращения, сопровождающегося умеренным и выраженным гемолизом.
2. Оценить Резус-фенотип и экспрессию гликофоринов А и В на эритроцитах у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения, в зависимости от выраженности постперфузионного гемолиза.
3. Проанализировать изменения липвдного состава, активность №'/К'-аденозинтрифосфатазы мембраны и содержание аденозинтрифосфата в эритроцитах у больных ишемической болезнью сердца до и после операции в условиях искусственного кровообращения, сопровождающегося умеренным и выраженным гемолизом.
4. На основе анализа показателей до- и послеоперационного состояния
структуры мембраны эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца выделить патогенетические факторы умеренного и выраженного постперфузионного гемолиза.
Научная новизна. Получены новые данные о роли исходных (до операции) нарушений структурной организации мембраны эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца (ИБС) в механизмах умеренного и выраженного постперфузионного гемолиза при проведении оперативного вмешательства в условиях искусственного кровообращения (ИК), Впервые обосновано, что компенсация до- и послеоперационного внутрисосудистого гемолиза за счет поступления в кровь эритроцитарных клеток костномозгового резерва у больных ИБС при умеренной гемоглобинемии ассоциируется с восстановлением количества эритроцитов, содержащих гликофорины Л и В, только после ИК, а при выраженном гемолизе - с отсутствием изменений их количества на обоих этапах исследования. Показано, что интенсивная деструкция эритроцитов в аппарате ИК у больных ИБС определяется предсуществующей патологией клеток, о чем свидетельствует повышение проницаемости их мембраны, дефицит поверхностных молекул-ингибиторов комплемента С1355 и внутриклеточного аденозинтрифосфата (АТФ), показатели которых у пациентов с умеренным гемолизом соответствуют норме. Наряду с этим, обнаружено, что связь между выраженным послеоперационным гемолизом и экспрессией СП35 на эритроцитах у больных ИБС отсутствует, в то время как прослеживается ассоциация с сс-фонотипом Резус-системы эритроцитов. Установлено, что шпраоперационное повреждение красных клеток крови у больных ИБС вне зависимости от выраженности постперфузионного гемолиза определяется повышением активности системы комплемента, изменения™ структурной организации лигоздного бислоя и угнетением активности №+/К+-АТФазы мембраны эритроцитов, что у пациентов с выраженной послеоперационной гемоглобинемией усугубляется исходным (предшествующим операции) дефицитом АТФ в клетках. Постперфузионные изменения фосфолипидного спектра мембраны эритроцитов у больных ИБС при развитии умеренного гемолиза проявляются увеличением содержания фосфатидной кислоты, что в случае выраженной гемоглобинемии (при исходно нормальном долевом распределении фракций фосфолипидов) сочетается с уменьшением относительного и абсолютного количества фосфатидилинозитола и фосфатидилхолина при накоплении лизофосфатидилхолина.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты диссертационной работы об этиопатогенетических факторах структурных изменений мембраны
эритроцитов у больных ИБС, предрасполагающих к развитию умеренного и выраженного шпраоперационного гемолиза, расширяют теоретические знания о механизмах постперфузионного лизиса эритроцитов различной степени выраженности при выполнении ИК. Полученные данные о механизмах выраженного постперфузионного гемолиза могут быть применены для разработки дифференцированных подходов к профилактике и коррекции интраопрерационных гемолитических реакций и послеоперационных осложнений при экстракорпоральной перфузии, а также учтены при создании новых типов перфузиологического оборудования.
Положения, выносимые на защиту:
1. Развитию умеренного гемолиза у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения, предшествует исходное (до операции) нарушение фосфолипидного состава мембраны эритроцитов (сокращение общего пула фосфолипидов за счет фракций фосфатидилинознтола, фосфатидипхолина и фосфатидилэтаноламина при повышении содержания лизофосфатидилхолина), низкая активность Ка+/К+-аденозинтрифосфатазы, дефицит клеток, экспрессирующих гликофорины А и В, и активация системы комплемента крови. При этом проницаемость мембраны, экспрессия на эритроцитах молекул-ингибиторов комплемента и уровень внутриклеточного аденозшлрифосфата до операции сохраняются в пределах нормы.
2. Усиление лизиса эритроцитов при развитии умеренной гемоглобинемии у бальных ишемической болезнью сердца после искусственного кровообращения обусловлено повышением проницаемости мембраны клеток вследствие значительно возрастающей активности системы комплемента, сохраняющихся структурных нарушений липидного бислоя (высокий уровень лизофосфатидилхолина в сочетании с увеличением содержания фосфатидной кислоты) и низкой активности Ка'/К-аденозинтрифосфатазы. При этом количество эритроцитов, экспрессирующих гликофорины А и В, нормализуется в ассоциации с увеличением количества ретикулоцитов в крови после операции.
3. Исходно (до операции) повышенный уровень гемоглобинемии у больных ишемической болезнью сердца с выраженным постперфузионным гемолизом обусловлен более значимой (чем при умеренном гемолизе) активацией системы комплемента в связи с дефицитом комплемент-ингибиторных молекул СЭ55 на эритроцитах, что обусловливает увеличение проницаемости их мембраны. При этом распределение фракций фосфолипидов в мембране эритроцитов на фоне
сокращения общего их пула варьирует в пределах нормы, что связано с мобилизацией в кровь эритроцитарных клеток костномозгового резерва.
4. Изменения структуры мембраны эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца с выраженным гемолизом после операции аортокоронарного шунтирования потенцируются повреждающим действием искусственного кровообращения, что проявляется увеличением соотношения «холестерол-фосфолипиды» и нарушениями спектра мембранных фосфолипидов (более выраженными, чем при умеренной гемоглобинемии) в сочетании с возрастающей активностью системы комплемента. При этом на фоне сохраняющегося в клетках дефицита аденозинтрифосфата снижается активность К'а+/КГ-аденозинтрифосфатазы мембраны эритроцитов. К развитию выраженного интраоперационного гемолиза предрасполагает сс-фенотип системы Резус эритроцитов.
Апробация и реализация диссертации. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Межрегиональной научно-практической конференции «Диагностика и лечение анемий в XXI веке» (Рязань, 2011), VI Российской конференции с международным участием «Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция» (Москва, 2011); IV и V Международных научных конференциях «Фундаментальные и прикладные исследования в медицине» (Сочи, 2011, 2012), Конгрессе гематологов России (Москва, 2012); XII Конгрессе молодых ученых «Науки о человеке» (Томск, 2011); Всероссийской конференции хирургов, посвященной 10-летию медицинского центра им. Р.П. Аскерханова (Махачкала, 2012); XVIII Всероссийском съезде сердечно-сосудистых хирургов (Москва, 2012) и научных семинарах кафедры патофизиологии ГБОУ ВПО СибГМУ Минздрава России (Томск, 2010-2013).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках проекта «Механизмы нарушений гемолитической стойкости эритроцитов к факторам экстракорпоральной перфузии» (соглашение № 12-04-31655/12 от 16 октября 2012 г.).
Результаты работы внедрены в учебный процесс кафедры патофизиологии ГБОУ ВПО СибГМУ Минздрава России.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 научных работ, в том числе 8 статей в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, 9 статей и тезисов в материалах конгрессов, конференций, съездов.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 153 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов и списка
используемой литературы. Работа иллюстрирована 7 рисунками и 7 таблицами. Библиографический указатель включает 289 источников, из них 105 отечественных и 184 зарубежных авторов.
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Соискатель непосредственно проанализировал данные литературы по теме диссертации, произвел набор клинико-экспериментального материала, провел запланированные исследования и статистическую обработку результатов и их анализ.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Характеристика обследованных больных ишемической болезнью сердца. Обследовано 100 больных с ИБС (88 мужчин и 12 женщин) в возрасте от 46 до 68 лет, страдающих стенокардией напряжения III-IV функционального класса и перенесших операцию коронарного шунтирования в условиях ИК, находящихся на лечении в отделении сердечно-сосудистой хирургии ФГБУ «НИИ кардиологии» СО РАМН г. Томска (директор — академик РАМН P.C. Карпов, руководитель отделения — д-р мед. наук, профессор В.М. Шипулин, заведующий отделением — д-р мед. наук Б.Н. Козлов). Экстракорпоральная перфузия осуществлялась на аппарате ИК «Stokert» (Германия), оснащенном роликовыми насосами, с применением одноразовых мембранных оксигенаторов «Quadrox» (Германия).
Ретроспективно больные ИБС были распределены на 2 группы в зависимости от концентрации свободного гемоглобина в плазме крови после операции: с умеренным гемолизом (гемоглобинемия менее 40 мг/дл, 68 человек) и с выраженным гемолизом (гемоглобинемия 40 мг/дл и более, 32 человека).
Среди больных ИБС лица зрелого возраста (от 45 до 59 лет) составили 79,55%, пациенты старшего возраста (от 60 до 74 лет) — 20,45%. Соотношение мужчин и женщин было 7:1. Длительность ИБС варьировала в пределах от 8 месяцев до 17 лет. Из исследования исключались пациенты с обострением сопутствующей хронической патологии или с патологией гематологического профиля (анемии, хронические лейкозы); лица, перенесшие острое респираторное заболевание менее чем за 1 месяц до хирургического вмешательства; пациенты, которым были выполнены сочетанные с коронарным шунтированием операции (резекция аневризмы аорты или левого желудочка, коррекция пороков сердца, удаление миксомы, операции по восстановлению кровотока через сонные артерии или артерии нижних конечностей), пациенты с ИК более 3-х часов.
Материалом для исследования служила гепаринизированная венозная кровь
(50 Ед/мл) в количестве 10 мл, плазма и сыворотка крови кардиохирургических больных, взятые до операции и через 1 ч после завершения ИК.
В контрольную группу вошли 30 человек в состоянии относительного здоровья, сопоставимых с больными ИБС по полу и возрасту, с отсутствием патологии кардиоваскулярной системы и острого воспалительного процесса во время исследования и в течение 3-х недель до него, с показателями крови в пределах общепринятой нормы: содержание эритроцитов (3,9-5,5)х10'7л, содержание гемоглобина (121-165) г/л, MCV (80-95)*10-15 л, МСНС 30-38%.
В ходе исследования определяли: концентрацию свободного гемоглобина в плазме крови колориметрическим методом с применением бензидина; содержание гемоглобина в гемолизате гемиглобинцианидным методом (ЗАО «ЭКОлаб», Россия); количество ретикулоцитов в мазках крови, окрашенных бриллиантовым крезиловым синим; Резус-фенотип эритроцитов в реакции прямой гемагглюгинации на плоскости при использовании коммерческих цоликлонов (ООО «Гематолог», Россия); антигены CD35, CD55 и гликофорины А и В на мембране эритроцитов методом прямой поверхностной иммунофлуоресценции с применением комплементарных моноклональных антител, меченных изотиоцианатом флуоресцеина (ФИТЦ) («Santa Cruz Biotechnology, INC», США); концентрацию терминального комплекса комплемента (ТКК) в сыворотке крови твердофазным иимуноферментным методом с помощью тест-системы «Human (enninal complement complex (ТСС)» («НВТ», Нидерланды); проницаемость мембраны эритроцитов для низкомолекулярных гидрофильных веществ методом мочевинного гемолиза; содержание АТФ в эритроцитах методом тонкослойной хроматографии в смеси растворителей диоксан : изопропанол : аммиак : вода; активность Na+/K4 -АТФазы мембраны эритроцитов по уровню накошенного неорганического фосфора в среде, содержащей АТФ. Выделение мембран эритроцитов осуществляли путем гилоосмотического гемолиза; липидный экстракт мембран эритроцитов получали с применением хлороформ-метаноловой смеси; содержание белка в пробах оценивали микробиуретовым методом, общее содержание фосфолшшдов в липидном экстракте мембран эритроцитов - по содержанию липщшого фосфора. При исследовании фосфолипидного спектра мембраны эритроцитов применяли метод тонкослойной хроматографии. Для определения общего холестерола в липидном экстракте мембран эритроцитов ферментативным методом использовали коммерческий набор «Новохол А» (ЗАО «Вектор-Бест», г. Новосибирск).
Статистическую обработку полученных результатов проводили на основе
общепринятых статистических методов. Для проверки гипотезы о нормальном распределении выборочных данных использовали тест Шапиро-Уилка. При нормальном распределении выборочных данных проверку гипотезы о равенстве средних выборочных величин проводили с использованием t-критерия Стыоденга (р<0,05). Для оценки статистической значимости различий между независимыми выборками с ненормальным распределением использовали непараметрический критерий Манна-Уитни (р<0,05). При исследовании динамики показателей в попарно связанных выборках, имеющих ненормальное распределение, применяли тест Вилкоксона (р<0,05). С целью установления взаимосвязей между изучаемыми показателями вычисляли коэффициент корреляции Спирмена (р<0,05).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
По данным литературы известно, что циркуляция крови в аппарате ИК приводит к травматизации ее форменных элементов, главным образом, эритроцитов [Wright G. et al„ 2001; Vercaemst L, 2008; Windsant I.C.V. et al„ 2010]. Основными причинами гемолиза бо время проведения ИК являются механическая травма форменных элементов крови, контактная активация комплемента в экстракорпоральном контуре, гипероксемия и гипотермия [Аверина Т.Б., Самуилова Д.Ш., 2007]. Однако в литературе не отображена роль исходных (до операции) нарушений структурно-функционального состояния эритроцитов, характерных для сердечно-сосудистой патологии, в патогенезе гемолитических реакций при ИК. Так, например, показано увеличение коэффициента холестерол/фосфолипиды (ХС/ФЛ) в мембране эритроцитов при атеросклерозе [Солоха Л.Н., Пушников А.А., 2007], ассоциированность атеросклероза с Резус-фенотипом красных клеток крови [Симчук А.П., Гао С., 2012], снижете активности Na /К'-АТФазы мембраны эритроцитов у больных ИБС [Новицкий В.В. и соавт., 2004]. При ИК нарушения структурной организации мембраны эритроцитов, безусловно, способствуют усилению гемолитических реакций. При этом свободный гемоглобин, высвобождающийся при гибели эритроцитов у кардиохирургических больных, является причиной развитая у них различных органных нарушений [Vercaemst L., 2008; Бабаев М.А., 2011].
Результаты проведенного исследования показали, что содержание свободного гемоглобина и ретикулоцитов в крови у больных ИБС до операции было повышенным по сравнению с таковым у здоровых доноров (табл. 1). После операции у больных ИБС данные показатели увеличивались еще больше, превышая как контрольные, так и дооперационные значения. При этом величина
их была больше у больных с выраженным гемолизом (чем с умеренным) как до, так и после операции (за исключением сопоставимых между группами больных значений ретикулоцитоза в послеоперационном периоде) (табл. 1).
Изменения концентрации свободного гемоглобина и числа ретикулоцитов в крови у больных ИБС до операции сопряжены, по всей видимости, с атерогенезом, сопровождающимся нарушениями структуры мембраны красных клеток крови, приводящими к гемолизу и, вследствие этого, к активации эритропоэза и выходу ретикулоцитов в кровоток [Ройтман Е.В. и соавт., 2001]. Послеоперационное потенцирование изменений данных показателей связано с негативным воздействием факторов ИК на форменные элементы крови, о чем указывалось выше. Выявленные различия в содержании свободного гемоглобина и ретикулоцитов мезвду группами пациентов с умеренным и выраженным интраоперационным гемолизом, вероятно, связаны с исходными
(предсуществующими) дефектами структурно-метаболического статуса эритроцитов, предрасполагающими красные клетки крови к гемолизу в условиях ИК, поскольку операция коронарного шунтирования у всех обследованных больных ИБС проводилась с применением идентичного оборудования.
Таблица 1
Содержание свободного гемоглобина в плазме и ретикулоцитов в крови у больных ишемической болезнью сердца до (числитель) и после (знаменатель) операции в
условиях искусственного кровообращения ( Х±1П)
Показатели Здоровые доноры (п-30) Кардиохирургическне больные с умеренным постперфузионным гемолизом (п'68) Кардиохирургические больные с выраженным постперфузионным гемолизом (п=32)
Содержание свободного гемоглобина в плазме крови, мг/дл 7,67±0,43 10,31 ±0,65 р*<0,05 13,47±0,88 рк<0,001; р2<0,05
24,55±5,76 ря<0,05; р,<0,001 57,41 ±3,69 й,<0,001; р|<0,01 р2<0,001
Содержание ретикулоцитов в крови, %о 7,41±0,44 10,00±0,42 рк<0,001 11,88±0,44 рк<0,001; р2<0,05
18,72±0,7б рк<0,001;р,<0,05 16,69*1,34 Рк<0,001; р,<0,01
Примечание. Здесь и далее в таблице 2, рк уровень статистической значимости различий по сравнению с показателями у здоровых доноров (в контроле); Р1 - у кардиохирургических больных до операции; |ъ - между показателями у кардиохирургических больных с умеренным и выраженным гемолизом на соответствующем этапе исследования.
Показано, что антигенные свойства эритроцитов, являющиеся индивидуальными наследуемыми признаками, определяют особенности структурной организации их мембраны [Daniels G., 2006; Веснина Н.В., 2008; Кузник Б.И., 2010; Симчук А.П., Гао С., 2012]. Частота встречаемости Резус-антигенов D, С, с, Е, е и неполных Резус-фенотипов красных клеток крови у кардиохирургических больных с умеренной и выраженной послеоперационной гемоглобинемией, в целом, была сопоставимой. Между тем, у больных ИБС с умеренным шпраоперационным гемолизом была установлена более частая встречаемость С-антигена эритроцитов (у 80,39±5,62%) при более низкой частоте регистрации сс-фенотипа (у 19,61±5,62%) по сравнению с группой сравнения: (у 61,29±6,00% и 38,61±6,90% соответственно, р2<0,05). Согласно полученным данным, прогностически благоприятным является наличие на эритроцитах С-антигена, а сс-фенотип предрасполагает к выраженному постперфузионному гемолизу. В литературе имеются данные об увеличении частоты встречаемости ссее-фенотипа эритроцитов у больных атеросклерозом сосудов нижних конечностей, что отражает его негативное влияние в отношении предрасположенности к сосудистой патологии [Турбасова Н.В, и соавт., 2009]. Однако механизмы снижения гемолитической стойкости эритроцитов в отсутствие С-антигена и протективного его влияния в отношении гемолиза в современной литературе не определены,
Антигены системы MNSs эритроцитов ассоциированы с гликофоринами А и В, содержащими сиаловые кислоты, которые придают отрицательный заряд клеткам. Снижение содержания сиаловых кислот в мембране эритроцитов приводит к разрушению клеток макрофагами печени и селезенки, сопрововдается их агрегацией и последующим гемолизом [Nigam P.K. et al., 2006].
Количество гликофорин А+ и гликофорин В+ эритроцитов в крови у больных ИБС с умеренной послеоперационной гемоглобинемией на дооперационном этапе ((87,40±1,47)% и (68,8б±1,54)%) оказалось достоверно ниже соответствующих значений в контроле (соответственно (93,70±1,21)%, Рк<0,05 и (79,60±1,90)%, рк<0,01), в то время как у пациентов с выраженным интраоперационным гемолизом на аналогичном этапе исследования данные параметры были сопоставимыми с группой здоровых доноров. После операции количество гликофорин А+ и глихофорин В* эритроцитов в крови у больных с умеренным гемолизом достигало значений контроля, в то время как у пациентов с выраженной гемоглобинемией достоверных изменений величины этого показателя выявлено не было.
Как известно, одной из причин разрушения эритроцитов в аппарате ИК
является активация системы комплемента и ее действие на клетки крови [Bruins Р. et al., 2008]. В связи с этим была изучена экспрессия молекул-ингибиторов комплемента (CD35 и CD55) на красных клетках крови, содержание терминального комплекса комплемента (ТКК) в сыворотке крови и проницаемость мембраны эритроцитов для низкомолекулярных веществ. Согласно полученным данным, число CD35+ эритроцитов в крови у больных ИБС варьировало в пределах нормы в обеих группах сравнения и на обоих этапах исследования. Исследование экспрессии другой ингибиторной молекулы системы комплемента - CD55 -выявило снижение доли С055-несутцих эритроцитов в крови у больных ИБС с выраженной послеоперационной гемоглобинемией по сравнению со здоровыми донорами как до, так и после операции с ИК. У пациентов с умеренным гемолизом количество CD55+ эритроцитов в до- и послеоперационном периодах было сопоставимым с таковым у здоровых доноров (табл. 2).
Таблица 2
Содержание CD55* эритроцитов, терминального комплекса комплемента в крови и характеристика мочевинного гемолиза эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца до (числитель) и после (знаменатель) операции в условиях искусственного кровообращения ( Х±т)
Показатели Здоровые доноры (П-12) Кардиохирургические больные с умеренным постперфузионным гемолизом (п=40) Кардиохирургические больные с выраженным постперфузионным гемолизом (п=18)
СD55Tэритроциты, о/ 81,45±4,93 74,18±5,82 60,09±5,22 Р«<0,05
79,31 ±6,10 62,15±4,77 Рк<0,05
Терминальный комплекс комплемента, *10"J Ед/мл 235,12±26,31 302,12±32,43 р„<0,05 385,6б±40,00 IV<0,01; р2<0,05
1872,51±358,84 р,<0,001; р,<0,001 1794,86±351,09 рк<0,001; р,<0,001
Уровень мочевинного гемолиза 50% эритроцитов, % мочевины 1,026±0,012 1,003±0,008 0,971±0,014 Рк<0,05
0,984±0,008 р.<0,05; pi<0,05 0,981 ±0,013 Р«<0,05
Примечание: см. табл. 1.
Согласно данным А. (МзсеШ-Веппасеиг сЛ а! [1995], причина дефицита С055 часто заключается в нарушении биосинтеза гликозилфосфатидилинозитол-связанных белков. С другой стороны, массивная гибель эритроцитов, отмечаемая
при ИК, сопровождается не только мобилизацией костномозгового пула молодых эригроидных клеток, но и активацией эритропоэза при сокращении генерационного времени эритроидных клеток-предшественниц, что сопряжено с нарушениями процессов белкового синтеза и поступлением в кровь клеток с дефицитом поверхностных белков [Воробьев А.И., 2005], К подобным белковым молекулам, по-видимому, относится и С055.
Содержание ТКК в сыворотке крови до операции у больных ИБС в обеих группах исследования было выше такового в контроле, при этом у пациентов с выраженной послеоперационной гемоглобинемией величина его оказалась больше, чем в другой группе исследования (табл. 2). По данным \V.C- Бра'сН а1. [2011], усиление активности комплемента наблюдается при атеросклерозе. Иммунные комплексы, взаимодействуя с компонентом С1 q, ивдуцируют классический путь активации комплемента, заканчивающийся формированием мембраноатакующего комплекса [Рерув М.В., ИгесЬйеМ &М., 2003].
После операции у кардиохирургических больных обеих исследуемых групп содержание ТКК в сыворотке крови было сопоставимым и существенно повышалось в сравнении с дооперационными его значениями (табл. 2), но только у пациентов с умеренным гемолизом оно коррелировало с уровнем гемоглобинемии (1=0,61; р<0,05).
Как известно, генерирование ТКК вследствие активации комплемента и внедрение мембраноатакующего комплекса в мембрану клетки приводит к образованию в ней пор, что увеличивает ее проницаемость [Иоузку М. с1 а1., 2004]. Уровень мочевинного гемолиза (концентрация мочевины в растворе, при которой лизируется 50% эритроцитов) обратно пропорционален проницаемости мембраны эритроцитов. Так, у кардиохирургических больных с выраженной гемоглобинемией величина мочевинного гемолиза была ниже значений группы контроля на обоих этапах исследования; у больных с умеренным гемолизом до операции показатель был в норме и снижался только в послеоперационном периоде (табл. 2). При этом величина мочевинного гемолиза у больных ИБС до операции была отрицательно взаимосвязана с уровнем дооперационной гемоглобинемии (г= -0,39; р<0,05). Следовательно, при умеренной гемоглобинемии проницаемость мембраны эритроцитов нарастает во время операции, а при выраженном гемолизе - уже предшествует таковой.
На проницаемость липидного бислоя оказывает влияние также содержание в нем холестерола (ХС) [Новицкий В.В. и соавт., 2004]. Согласно полученным данным, общее содержание ХС и величина ХС/ФЛ-соотношения в мембране
красных клеток крови были выше значений нормы как у больных ИБС с умеренным, так и с выраженным гемолизом на обоих этапах исследования. При этом до операции более высокие значения концентрации ХС и ХС/ФЛ-соотношения в мембране эритроцитов были у кардиохирургических больных с умеренной гемоглобинемией (0,66±0,02 ммоль/мг белка и 1,38±0,03 соответственно, р2<0,05), а после операции - наоборот, при выраженном гемолизе (только для ХС/ФЛ-соотношения - 1,40±0,06, р2<0,05). Важно отметить, что у больных ИБС значение ХС/ФЛ-соотношения в мембране эритроцитов до операции коррелировало с уровнем гемоглобинемии после ИК (г- -0,55; р<0,05).
Согласно данным литературы, при ИБС отмечается повышение содержания ХС в мембране эритроцитов [Солоха Л.Н., Пушников A.A., 2007; Рагино Ю.И. и соавт., 2009; Шевченко О.Г., 2010]. Вследствие гиперлипидемии и гиперхолестеролемии при ИБС эритроциты, циркулируя в кровотоке, сорбируют ХС на поверхности мембраны, что отражается в увеличении его содержания в плазмолемме красных клеток крови [Смирнова И.П. и соавт., 2005; Мешков А.Н., 2010].
Общее содержание ФЛ в мембране эритроцитов у больных ИБС оказалось пониженным вне зависимости от выраженности гемоглобинемии и этапа исследования. Между тем, соотношение их фракций существенно различалось в группах обследуемых лиц (рис. 1). Так, у больных с умеренной гемоглобинемией до операции отмечалось увеличение доли лизофофсфатидилходина (ЛФХ) при снижении содержания фосфатидилинозитала (ФИ), концентрация которого после ИК нормализовалась. У больных ИБС с выраженным гемолизом до операции фосфолипидный спектр мембраны эритроцитов (т.е. процентное соотношение различных фракций ФЛ) был в норме, но изменялся в послеоперационном периоде вследствие увеличения доли ЛФХ снижения количества ФИ и фосфатцдилхолина (ФХ). Между тем, содержание последнего в мембране эритроцитов после операции у больных ИБС негативно коррелировало с уровнем постперфузионной гемоглобинемии (г= -0,66; р<0,05). При этом относительное содержание фосфатидной кислоты (ФК) в мембране эритроцитов после операции нарастало вне зависимости от выраженности гемоглобинемии (рис. 1).
Повышение содержания ЛФХ и дефицит ФИ в мембране эритроцитов у кардиохирургических больных с умеренным гемолизом до операции и у пациентов с выраженной гемоглобинемией после операции, вероятно, обусловлены активацией фосфолипазы А2, гидролизующей ФЛ [Namgaladze D., Brüne В., 2006]. Снижение содержания ФЛ в мембране красных клеток крови у больных ИБС с
выраженным гемолизом после операции может быть связано также с активацией ПОЛ и фосфолипазы D [Krzystanek М. et al., 2010], а увеличение содержания ФК вне зависимости от выраженности гемоглобинемии на послеоперационном этапе -с активацией фосфолипаз С и D [Liscotovich М. et al., 2000; Nogaroli L. et al., 2005].
Динамика изменений абсолютного содержания фракций ФЛ была аналогичной таковой при оценке относительного их количества, за исключением показателей ФХ и фосфатидилэтаноламина (ФЭА): их абсолютное содержание в плазмолемме эритроцитов у больных ИБС было ниже значений у здоровых доноров до и после операции с ИК независимо от выраженности постперфузионного гемолиза.
Низкие показатели содержания ФХ и ФЭА в мембране эритроцитов у больных ИБС, очевидно, обусловлены потенцированием естественного метаболизма арахидновой кислоты, входящей в состав данных ФЛ [Коновалова Т.Т., Смирнова И.П., 2005]. Кроме того, снижение концентрации ФХ в мембране красных клеток крови может быть следствием активации ПОЛ и окисления ФХ, содержащего жирные кислоты с большим количеством ненасыщенных связей [Matsumoto Т. et al., 2007].
Содержание сфингомиелина и фосфатвдилсерина в мембране красных клеток крови у кардиохирургических больных достоверных различий по сравнению с соответствующими показателями у здоровых доноров не имело и было сопоставимым в обеих группах исследования как до, так и после операции (рис. 1).
Нарушение липидного спектра, как известно, значительным образом сказывается на состоянии трансмембранного ионного транспорта, в частности на активности Ка+/К+-АТФазы [Новицкий В.В. и соавт., 2004; Смирнова И.П. и соавт., 2005; Chen Y. et а]., 2009]. Активность данного фермента в эритроцитах у пациентов с умеренной гемоглобинемией была пониженной по отношению к здоровым донорам как до-, так и после ИК (рис. 2), что может быть связано с увеличением доли ХС в мембране красных клеток крови [Смирнова И.П. и соавт., 2005], а также с активацией свободнорадикального окисления при ИБС и повревдением белковых молекул, в том числе АТФаз [Коробейникова Э.Н. и соавт., 2006].
В группе больных с выраженным гемолизом изучаемый показатель до операции был сопоставимым со значениями группы контроля и снижался после хирургического вмешательства, очевидно, вследствие шпраоперационной интенсификации свободнорадикального окисления [Чумакова С.П. и соавт., 2012].
Контроль
До операции
До операции
После операции
После операции
Рис. 1. Относительное содержание различных фракций фосфолипидов в мембране эритроцитов у кардиохирургических больных с умеренным и выраженным постперфузионным гемолизом: А - пациенты с умеренным гемолизом, Б - пациенты с выраженным гемолизом.
Примечание: □ ЛФХ, 1| ФИ, И ФХ, Ц СФМ, ■ ФС, ■ ФЭА, ¡3 ФК,
* - статистически значимые различия по сравнению с показателями у здоровых доноров;
# - по сравнению с показателями у больных ИБС до операции, & - между показателями у кардиохирургических больных с умеренным и выраженным гемолизом на соответствующем этапе исследования.
105 05
100 00
95 95
90 я" 90
85^ со о 85
ол О Н
75^ и 75
70 70
У
65 65
60 60
До операции После операции
До операции После операции
Рис. 2. Активность №+/К.+-АТФазы мембраны эритроцитов и содержание АТФ в эритроцитах у кардиохирургических больных, оперированных в условиях ИК, по отношению к здоровым донорам (100%); А - пациенты с умеренным гемолизом, Б - пациенты с выраженным гемолизом.
Примечание-. активность Ыа+/К+-АТФазы мембраны эритроцитов;
- содержание АТФ в эритроцитах; * - статистически значимые различия по
сравнению с показателями у здоровых доноров; # - по сравнению с показателями у больных ИБС до операции, & - между показателями у кардиохирургических больных с умеренным и выраженным гемолизом на соответствующем этапе исследования.
Таким образом, активность №+/К+-АТФазы мембраны эритроцитов у пациентов в послеоперационном периоде была одинаково низкой, но при умеренной гемоглобинемии это сочеталось с нормальным содержанием АТФ в клетке, а при выраженном - с дефицитом такового (рис. 2).
На основании представленных результатов сформированы следующие схемы патогенеза умеренного и выраженного постперфузионного гемолиза - рис. 3 и 4:
Патогенез умеренного гемолиза. В процессе атерогенеза при ИБС происходит активация системы комплемента, что сопровождается образованием в крови растворимого ТКК. Генерирование ТКК способствует образованию пор в мембране эритроцитов, однако экспрессия С055 на их мембране обусловливает ограничение сборки ТКК на поверхности эритроцитов. Благодаря этому и высокому содержанию в мембране эритроцитов ХС, снижающего проницаемость липидного бислоя, в целом проницаемость мембраны эритроцитов остается нормальной.
Рис. 3. Схема патогенеза умеренного постперфузионного гемолиза у больных ишемической болезнью сердца после операции с искусственным кровообращением.
Примечание. Здесь и в рис. 4: АТФ - аденозинтрифосфат, ХС - холестерол, ФЛ -фосфолипиды, ЛФХ - лизофосфатидилхолин, ФК - фосфатидная кислота, ФХ -фосфатидилхолин, ФЭА - фосфатидилэтаноламин.
Кроме того, повышенное содержание ХС в мембране красных клеток крови оказывает' ингибирующее действие на активность \а7К'-АТФазы, что является причиной ионного дисбаланса в эритроцитах и вызывает повышенный их лизис до операции, компенсируемый активацией эритропоэза.
Во время операции (рис. 3) контакт крови с нефизиологическим контуром аппарата ИК еще более активирует систему комплемента, вызывая генерацию большого количества ТИС. Далее ТКК преобразуется в мембраноатакующий комплекс, который фиксируется на мембране эритроцитов, образует в ней поры и повышает проницаемость мембраны красных клеток крови, что опосредует умеренный постперфузионный гемолиз преимущественно по комплемент-зависимому механизму. Ионный дисбаланс после операции, по-видимому, не усугубляется, так как активность Ыа/К-АТФазы и содержание АТФ в эритроцитах остаются на уровне дооперационных значений.
Патогенез выраженного гемолиза. Механизм развития внутрисосудистого гемолиза до операции у больных с выраженной гемоглобинемией сходен с таковым у пациентов с умеренным гемолизом на аналогичном этапе исследования. По всей видимости, более интенсивный гемолиз сопровождается сокращением времени созревания эригрокариоцитов в костном мозге, что делает недостаточным синтез в клетках белковых структур (ферментов гликолиза и поверхностных антигенов), опосредует дефицит СВ55 и снижение образования АТФ в красных клетках крови. Последнее связано с угнетением функционирования Ыа /К'-АТФазы, которое компенсируется выходом в кровь молодых форм эритроцитов, опосредуя, как и в первом случае, внутриклеточный ионный дисбаланс, но обусловленный другим механизмом (дефицитом макроэрга). Уменьшение экспрессии ингибигорной молекулы С055 способствует активации системы комплемента и увеличению проницаемости мембраны эритроцитов еще до операции.
Влияние ИК при развитии выраженного постперфузионного гемолиза (рис. 4) ассоциировано с выраженной активацией эритропоэза до его проведения (по сравнению с больными группы сравнения на соответствующем этапе исследования) и ПОЛ во время экстракорпоральной перфузии [Чумакова С.П. и соавт., 2012]. Интраоперационная интенсификация ПОЛ обусловливает окисление и гидролиз ФХ с последующим образованием ЛФХ, а также рост соотношения ХС/ФЛ, что приводит к нарушению структуры липидного бислоя и снижению гемолитической стойкости эритроцитов. Кроме того, это сопровождается снижением активности Ка/К^-АТФазы мембраны эритроцитов, которая функционирует теперь в условиях дефицита АТФ (в отличие от больных с
умеренным гемолизом), что становится причиной выраженного ионного дисбаланса в клетке и ее ускоренной гибели. Роль дефицита поверхностных молекул С055 в потенцировании сборки ТКК на эритроцитах в условиях ИК становится менее значимой в связи активацией комплемента при контакте с чужеродной поверхностью экстракорпорального контура.
Искусственное кровообращение
активности комплемента
Активация перекисного окисления липидов
I
1"ГТ терминального комплекса комплемента
1 экспрессии СП55
| проницаемости мембраны эритроцитов
..... \
Кровопотеря || соотношения ХС/ФЛ,
I Т[ЛФХ, ФК], ЦФЭЛ, ФИ], ||[Ф\'| | в мембране эритроцитов
Ретикулоцитоз --^ I
| *
I активности
ТТ эритропоэза Ка+/К+-АТФазы
мембраны эритроцитов
I [АТФ1 |
Выраженный гемолиз после операции
Ионный дисбаланс
Рис. 4. Схема патогенеза выраженного постперфузионного гемолиза у больных ишемической болезнью сердцд после операции с искусственным кровообращением.
Примечание: См. рис.3, ФИ - фосфатидшшнозитол.
ВЫВОДЫ
1. Уровень экспрессии молекул-ингибиторов комплемента С035 на эритроцитах у больных ишемической болезнью сердца не влияет иа интенсивность гемолиза во время операции в условиях искусственного кровообращения, в то время как исходный (до операции) дефицит молекул С055 и высокая проницаемость мембраны эритроцитов обусловливают выраженный интраоперационный гемолиз.
2. Искусственное кровообращение потенцирует активацию системы комплемента у больных ишемической болезнью сердца во время операции аортокоронарного шунтирования, при этом исходно (до операции) она существенно выше у пациентов с выраженной послеоперационной гемоглобинемией, чем при
умеренном шгграоперационном гемолизе.
3. Фенотип сс Резус-системы эритроцитов у кардиохирургических больных предрасполагает к развитию выраженной постперфузионной гемоглобинемии. Исходный (до операции) дефицит эритроцитов, экспрессирующих гликофорины А и В+, у больных ишемической болезнью сердца с умеренной гемоглобинемией компенсируется после операции поступлением в кровоток эритроцитарных клеток костномозгового резерва; у пациентов с выраженным гемолизом их количество сохраняется в пределах нормы в связи с ретикулоцитозом до и после операции.
4. При умеренной постперфузионной гемоглобинемии у больных ишемической болезнью сердца повышение концентрации холестерола и дефицит общих фосфолипидов в мембране эритроцитов до и после операции сочетаются с предшествующими перфузии изменениями ее фосфолипидного спектра -низким абсолютным содержанием фосфатидилинозитола, фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина при избытке лизофосфатидилхолина. В послеоперационном периоде они сохраняются на фоне нормализации концентрации фосфатидилинозитола и повышения содержания фосфатидной кислоты.
5. Выраженная постперфузионная гемоглобинемия у больных ишемической болезнью сердца после оперативного вмешательства в условиях искусственного кровообращения сопровождается аналогичными, как и при умеренном гемолизе, нарушениями спектра фосфолипидов мембраны эритроцитов (при исходном нормальном их долевом распределении), а также (в отличие от умеренного гемолиза) понижением относительного и абсолютного содержания фосфатидилинозитола и фосфатидилхолина при прогрессирующем увеличении соотношения «холестерол-фосфолипцды».
6. Низкая активность Ка+/К+-аденозингрифосфатазы мембраны эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца с выраженным гемолизом после экстракорпоральной перфузии ассоциирована с дефицитом внутриклеточного аденозинтрифосфата до и после операции, а при умеренном постперфузионном гемолизе - с нормальным его содержанием в эритроцитах.
ПЕРЕЧЕНЬ НАУЧНЫХ РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Детерминирующая роль резус-фенотипа эритроцитов в реализации гемолитической
стойкости клеток красной крови при операциях с искусственным кровообращением / O.A.
Хохлов, С.П. Чумакова, ИВ. Мальцева, О.В. Юрлова // Сборник статей по материалам
XII конгресса молодых ученых и специалистов «Науки о человеке», 28-29 мая 2011 г. (г.
Томск) / под редакцией ДМ. Огородовой, Л.В. Капилевича. - Томск: СибГМУ, 2011. - С. 41-42.
2. Механическая резистентность эритроцитов у кардиохирургических больных при умеренном и выраженном постперфузионном гемолизе / И В. Мальцева, С.П. Чумакова, O.A. Хохлов И Сборник статей по материалам XII конгресса молодых ученых и специалистов «Науки о человеке», 28-29 мая 2011 г. (г. Томск) / под редакцией Л.М. Огородовой, Л.В. Капилевича. - Томск: СибГМУ, 2011. - С. 66-67.
3. Влияние агрегации эритроцитов на выраженность внутрисосудисгого гемолиза при операциях в условиях искусственного кровообращения / С.П. Чумакова, И.В. Мальцева, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, В.М. Шипулин, O.A. Хохлов, С.Е. Одинцова // Гематология н трансфузиологня. - 2011. -№6. - С. 28-32.
4. Состояние путей активации системы комплемента у кардиохирургических больных с различной степенью выраженности интраоперационного гемолиза / С.П, Чумакова, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, В.М. Шипулин, O.A. Хохлов, О.Л. Терещенкова // Успехи современного естествознания. - 2011. - №10. - С. 51-52. (Материалы IV международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в медицине», 2225 сентября 2011 г., г. Сочи).
5. Роль аденозинтрифосфата эритроцитов в развитии постперфузионного гемолиза и его влияние на тяжесть анемии после кардиохирургических операций / С.П. Чумакова, О.И. Уразова, В.В Новицкий., В.М. Шипулин., O.A. Хохлов, О.В. Юрлова // Сборник материалов межрегиональной научно-практической конференции «Диагностика и лечение анемий в XXI веке», г. Рязань, 2011. - С. 30-31.
6. Влияние АВО-фентипа эритроцитов на выраженность гемолиза и степень тяжести анемии у больных после операций с искусственным кровообращением / С.П. Чумакова, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, O.A. Хохлов, И.В. Мальцева // Патогенез. - 2011. - Т. 9, №3. - С. 70. (Материалы VI Российской конференции с международным участием «Гипоксия: механизмы, адаптация, коррекция», 11-13 октября 2011 г., г. Москва).
7. Цитологические критерии прогноза гиповентиляционных осложнений у кардиохирургических больных после операций на остановленном сердце / СЛ. Чумакова, О.И Уразова., В.В. Новицкий, В.М. Шипулин, Т.В. Емельянова, O.A. Хохлов, О.В. Юрлова // Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. - 2011. - №6. - С. 64-67.
8. Фенотипические особенности эритроцитов и активность эритропоэза у кардиохирургических больных с различной степенью выраженности постперфузионного гемолиза / В.В. Новицкий, С.П. Чумакова, О.И. Уразова, В.М. Шипулин, О.А Хохлов, Ю.В. Колобовникова//Бюллетень сибирской медицины. - 2012. -№6 - С. 69-75.
9. Механизмы регуляции объема эритроцитов у кардиохирургических больных с умеренным и выраженным гемолизом после операций на остановленном сердце / С.П. Чумакова, В.В. Новицкий, О.И. Уразова, И.В. Петрова, В.М. Шипулин, Э.В. Сапрыкина, O.A. Хохлов // Бюллетень сибирской медицины. - 2012. - №6. - С. 106-110.
10. Факторы внутрисосудисгого гемолиза у кардиохирургических больных после операций с искусственным кровообращением / С.П. Чумакова, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, В.М. Шипулин, И.В. Мальцева, O.A. Хохлов, Т.В. Емельянова // Вестник РАМН.-2012.-№7. -С. 15-19.
11. Неравномерная оксигенация крови как причина развития выраженного
постперфузионного гемолиза у кардиохирургических больных после операций коронарного шунтирования / С.П. Чумакова, В.М. Шипулин, О.И. Уразова, ВВ. Новицкий, И.В. Мальцева, O.A. Хохлов // Материалы XVIII Всероссийского съезда сердечно-сосудистых хирургов, 25-28 ноября 2012 г. (г. Москва). - М., 2012. - С. 55.
12. Показатели эритропоэза у кардиохирургических больных с умеренным и выраженным постперфузионным гемолизом / СП. Чумакова, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, BJM. Шипулин, И.В. Мальцева, O.A. Хохлов, Ю.В. Колобовнихова // Гематология и трансфузиология. - 2012. - №3, Приложение. - С. 43. (Материалы Конгресса гематологов России, 24 июля 2012 г., г. Москва).
13. Роль эритропоэтина и глкжозо-6-фосфатдегидрогеназы эритроцитов в развитии постперфузионного гемолиза различной степени выраженности / С.П Чумакова, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, В.М Шипулин, И.В. Мальцева, O.A. Хохлов // Современные наукоемкие технологии. - 2012. - №8. - С. 38-39 (Материалы V международной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в медицине», 27 сентября -1 октября 2012 г., г. Сочи).
14. Коррекция энергетического метаболизма эритроцитов может снизить выраженность постперфузионного гемолиза и степень тяжести анемии после операций на остановленном сердце / С.П. Чумакова, В.М. Шипулин, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, O.A. Хохлов, OJO. Юрлова // Сборник научных трудов по материалам Всероссийской конференции хирургов, посвященной 10-летаю медицинского центра им. РЛ. Аскерханова, 12-13 октября 2012 (г. Махачкала) - Махачкала: ДагПресМедиа, 2012. - С. 128-129.
15. Характеристика системы комплемента у бальных ишемической болезнью сердца при умеренном и выраженном гемолизе после операций с искусственным кровообращением / С.П. Чумакова, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, ВМ. Шипулин, О.А Хохлов, Т.В. Емельянова, М.А. Михайлова // Кардиология. - 2013. - №2. - С. 4-9.
16. Связь ABO- и резус-фенотипов эритроцитов с выраженностью интраоперационного гемолиза у кардиохирургических больных / С.П. Чумакова, О.И. Уразова, В.В. Новицкий, В.М. Шипулин, О.А Хохлов, И.В. Мальцева, ТВ. Емельянова // Клиническая лабораторная диагностика. - 2013. - №1. - С. 40-42.
17. Структура липидной фазы мембраны эритроцитов у больных с выраженным гемолизом после операций с искусственным кровообращением / O.A. Хохлов II Бюллетень сибирской медицины. - 2013. -Т. 12, №1. - С. 75-79.
18.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АТФаза - аденозшггрифосфатаза ФК - фосфатидная кислота
ИБС - ишемическая болезнь сердца ФЛ - фосфолипиды
ИК - искусственное кровообращение ФС - фоефатидилсерин
ЛФХ - лизофосфатидилхолин ФХ - фосфатидилхолин
МКАТ - моноклональные антитела ФЭА - фосфатидюптаноламин
СФМ - сфингомиелин ХС - холестерал
ТКК - терминальный комплекс комплемента CD - cluster of differentiation
ПОЛ - перекисное окисление липидов МСНС - mean corpuscular hemoglobin concentration
ФИ - фосфатидилинозитол MCV - mean corpuscular volume
Подписано в печать /О. /6>.2013г. усл.печ.листов С1 .печать на ризографе. Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии СибГМУ 634050, г. Томск, Московский тракт, 2, тел. 53-04-08 Заказ № ¿$0 тираж /00 экз.
Текст научной работы по медицине, диссертация 2013 года, Хохлов, Олег Алексеевич
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» МИНИСТЕРСТВА ЗРАВООХРАНЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
На правах рукописи
04201365887 ХОХЛОВ Олег Алексеевич
РОЛЬ НАРУШЕНИЙ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ МЕМБРАНЫ ЭРИТРОЦИТОВ В ИНТРАОПЕРАЦИОННОМ ГЕМОЛИЗЕ ПРИ ИСКУССТВЕННОМ КРОВООБРАЩЕНИИ
14.03.03 - патологическая физиология 03.03.04 - клеточная биология, цитология, гистология
Диссертация
на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Научные руководители: доктор медицинских наук, профессор Уразова О.И.
доктор медицинских наук, профессор, академик РАМН, заслуженный деятель науки РФ Новицкий В.В.
Томск - 2013
СОДЕРЖАНИЕ:
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ............................................................ 6
ВВЕДЕНИЕ............................................................................. 7
Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ................................................... 14
1.1. Архитектоника мембраны эритроцитов в норме и при 14 патологии..............................................................................
1.1.1. Нарушения структуры липидной фазы мембраны эритроцитов и
их цитоскелета при заболеваниях различного генеза............................ 14
1.1.2. Активный транспорт в эритроцитах и его дисфункция при патологии.............................................................................. 21
1.1.3. Антигенные детерминнаты эритроцитов................................ 23
1.2. Этиология и патогенез гемолитических реакций........................ 29
1.2.1. Механизмы гемолитических реакций в норме и при патологии............................................................................... 29
1.2.2. Дисфункция эритроцитов как причина интенсификации гемолитических реакций............................................................ 31
1.3. Патогенез внутрисосудистого гемолиза при искусственном кровообращении...................................................................... 35
1.3.1. Устройство аппарата искусственного кровообращения и 35 цитодеструктивные эффекты его компонентов.................................
1.3.2. Патогенетические факторы гемолиза при искусственном кровообращении..................................................................... 37
1.4. Негативное влияние свободного гемоглобина на организм кардиохирургических больных..................................................... 40
1.5. Патология эритроцитов при ишемической болезни сердца............. 42
1.5.1. Краткие сведения об ишемической болезни сердца и методах ее лечения................................................................................... 43
1.5.2. Модификация мембраны эритроцитов при ишемической болезни сердца и атеросклерозе................................................................... 45
Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...................... 49
2.1. Характеристика обследованных больных ишемической болезнью сердца................................................................................... 49
2.2. Материал исследования......................................................... 54
2.3. Методы исследования............................................................ 54
2.3.1. Приготовление взвеси эритроцитов............................................. 54
2.3.2. Определение концентрации свободного гемоглобина в плазме крови бензидиновым методом...................................................... 55
2.3.3. Подсчет ретикулоцитов в суправитально окрашенных мазках периферической крови.............................................................. 56
2.3.4. Метод выделения мембран эритроцитов.................................... 56
2.3.5. Определение белка микробиуретовым методом....................... 57
2.3.6. Изучение липидного состава мембраны эритроцитов................ 57
2.3.6.1. Получение липидного экстракта мембран эритроцитов............ 57
2.3.6.2. Определение содержания общего холестерола в липидном экстракте мембран эритроцитов.................................................. 58
2.3.6.3. Определение общей концентрации фосфолипидов в липидном экстракте мембран эритроцитов по содержанию липидного фосфора.................................................................. 59
2.3.6.4. Изучение фосфолипидного спектра мембраны эритроцитов...... 60
2.3.7. Определение активности Ыа+/К+-АТФазы мембраны эритроцитов........................................................................... 61
2.3.8. Определение содержания аденозинтрифосфата в эритроцитах... 62
2.3.9. Определение содержания гемоглобина в гемолизате гемиглобинцианидным методом................................................... 63
2.3.10. Исследование поверхностных структур мембраны эритроцитов 64 (С035, С055, гликофорины А и В)......................................................
2.3.11. Оценка проницаемости мембраны эритроцитов для низкомолекулярных гидрофильных веществ................................. 65
2.3.12. Определение концентрации терминального комплекса комплемента в сыворотке крови.................................................. 66
2.3.13. Определение Резус-фенотипа эритроцитов............................ 68
2.4. Статистическая обработка результатов..................................... 68
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ............ 70
3.1. Содержание свободного гемоглобина и ретикулоцитов в крови у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения................................................. 70
3.2. Содержание гликофорин А+, гликофорин В+, С035+, СЭ55+ эритроцитов в периферической крови у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения...................................................................... 70
3.3. Показатель мочевинного гемолиза, активность Иа/К-АТФазы и содержание АТФ в эритроцитах у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения.............................................................................................. 73
3.4. Содержание холестерола, фосфолипидов в мембране эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения.................................................................. 75
3.4.1. Общее содержание холестерола в мембране эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения................................................. 75
3.4.2. Общее содержание фосфолипидов и их фракций в мембране эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения.............. 76
3.5. Частота встречаемости антигенов системы Резус и Резус-фенотипов эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца,
оперированных в условиях искусственного кровообращения.............. 80
Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ...................................... 82
)
ВЫВОДЫ............................................................................... 121
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................... 123
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
АТФ - аденозинтрифосфат АТФаза - аденозинтрифосфатаза Г-6-ФДГ - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа
ДВС - диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови
ИБС - ишемическая болезнь сердца
ИК - искусственное кровообращение
ЛФХ — лизофосфатидилхолин
МКАТ - моноклональные антитела
НАДФН - никотинамидадениндинуклеотидфосфат восстановленный ПОЛ — перекисное окисление липидов СФМ — сфиногомиелин
ТКК - терминальный комплекс комплемента
ФИ - фосфатидилинозитол
ФК - фосфатидная кислота
ФЛ - фосфолипиды
ФС - фосфатидилсерин
ФХ - фосфатидилхолин
ФЭА - фосфатидилэтаноламин
ХЛ - холестерол
CD - cluster of differentiation
CR1- complement receptor 1
MCV - mean corpuscular volume
MCHC - mean corpuscular hemoglobin concentration
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. В настоящее время заболевания сердечнососудистой системы являются основной причиной смерти граждан Российской Федерации и большинства развитых стран мира [Оганов Р.Г., 2008; Кузьмина О.Ю., 2009; Шальнова С.А. и соавт., 2012]. При этом ишемическая болезнь сердца занимает лидирующие позиции в рейтинге летальных исходов от сердечно-сосудистых заболеваний [Гребенщикова И.А. и соавт., 2011].
Фармакологическая коррекция коронарной недостаточности позволяет значительно улучшить состояние пациентов. В случае неэффективности терапевтического лечения применяется операция коронарного шунтирования, наиболее часто выполняемая в условиях искусственного кровообращения. Данный метод обеспечения кардиохирургических вмешательств позволяет проводить манипуляции на остановленном сердце, а значит, использовать микрохирургическую технику, обеспечивая высокую надежность шунтов и долгосрочное улучшение коронарной перфузии у больных ишемической болезнью сердца [Murphy G.S. et al., 2009; Lezama-Urtecho С.А. et al., 2010; Агеева M.B. и соавт., 2011].
Между тем, проведение коронарного шунтирования с применением искусственного кровообращения осложняется возникновением интраоперационного и постперфузионного гемолиза [Дементьев И.И. и соавт., 2008, 2010; Vercaemst L., 2008]. Основной причиной гемолиза служит перфузионная травма эритроцитов, возникающая при циркуляции крови в аппарате искусственного кровообращения в результате работы роликовых или центрифужных насосов, кардиотомного отсоса, пассажа крови в пределах оксигенатора и артериальной канюли [Vercaemst L., 2008; Murphy G.S. et al., 2009]. Контакт крови с неэндотелизированной поверхностью экстракорпорального контура, гипероксия и гипотермия, применяемые при искусственном кровообращении, потенцируют интраоперационную гибель красных клеток крови [Аверина Т.Б., Самуилова Д.Ш., 2007; Ломиворотов
7
В.Н., 2010; Агеева M.B. и соавт., 2011]. Изменения структурной организации мембраны лежат в основе гибели эритроцитов при атеросклерозе, который на сегодняшний день рассматривается в качестве основной причины ишемической болезни сердца [Осипенко А.Н., 2012; Осипенко А.Н. и соавт., 2012].
Во время проведения искусственного кровообращения эритроцит подвергается окислительному и деформационному воздействию [Gu Y.J. et al., 2008]. В то же время известно, что при выполнении искусственного кровообращения в равных условиях с использованием идентичного оборудования степень выраженности гемоглобинемии оказывается неравнозначной [Чумакова С.П. и соавт., 2011, 2012]. Это свидетельствует о том, что индивидуальные особенности мембраны эритроцитов, определяющие транспортные, антигенные и микрореологические свойства данного типа клеток, оказывают влияние на их гемолитическую стойкость при перфузии в аппарате искусственного кровообращения.
Важно отметить, что в литературе содержится достаточное количество сведений о повреждающем влиянии аппаратов искусственного кровообращения различных модификаций и их компонентов на красные клетки крови [Kaufmann Т.А. et al., 2009; Lerne J. et al., 2011; Schnürer C. et al., 2011], но практически отсутствуют данные о роли исходных изменений структуры эритроцитов в патогенезе интраоперационного гемолиза при выполнении искусственного кровообращения. В свете этого поиск факторов, определяющих дооперационное состояние мембраны красных клеток, изучение его влияния на выраженность гемолитических реакций при проведении искусственного кровообращения представляет значительный теоретический и практический интерес.
Цель исследования: оценить роль нарушений структуры мембраны эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца в патогенезе умеренного и выраженного интраоперационного гемолиза при искусственном кровообращении.
Задачи исследования:
1) Оценить активность системы комплемента крови, экспрессию поверхностных молекул-ингибиторов системы комплемента (СБ35, СБ55) на эритроцитах и проницаемость их мембраны у больных ишемической болезнью сердца до и после операции в условиях искусственного кровообращения, сопровождающегося умеренным и выраженным гемолизом.
2) Оценить Резус-фенотип и экспрессию гликофоринов А и В на эритроцитах у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения, в зависимости от выраженности постперфузионного гемолиза.
3) Проанализировать изменения липидного состава, активность Ыа+/К+-аденозинтрифосфатазы мембраны и содержание аденозинтрифосфата в эритроцитах у больных ишемической болезнью сердца до и после операции в условиях искусственного кровообращения, сопровождающегося умеренным и выраженным гемолизом.
4) На основе анализа показателей до- и послеоперационного состояния структуры мембраны эритроцитов у больных ишемической болезнью сердца выделить патогенетические факторы умеренного и выраженного постперфузионного гемолиза.
Научная новизна. Получены новые данные о роли исходных (до
операции) нарушений структурной организации мембраны эритроцитов у
больных ишемической болезнью сердца (ИБС) в механизмах умеренного и
выраженного постперфузионного гемолиза при проведении оперативного
вмешательства в условиях искусственного кровообращения (ИК). Впервые
обосновано, что компенсация до- и послеоперационного внутрисосудистого
гемолиза за счет поступления в кровь эритроцитарных клеток
костномозгового резерва у больных ИБС при умеренной гемоглобинемии
ассоциируется с восстановлением количества эритроцитов, содержащих
гликофорины А и В, только после ИК, а при выраженном гемолизе — с
9
отсутствием изменений их количества на обоих этапах исследования. Показано, что интенсивная деструкция эритроцитов в аппарате ИК у больных ИБС определяется предсуществующей патологией клеток, о чем свидетельствует повышение проницаемости их мембраны, дефицит поверхностных молекул-ингибиторов комплемента CD55 и внутриклеточного аденозинтрифосфата (АТФ), показатели которых у пациентов с умеренным гемолизом соответствуют норме. Наряду с этим, обнаружено, что связь между выраженным послеоперационным гемолизом и экспрессией CD35 на эритроцитах у больных ИБС отсутствует, в то время как прослеживается ассоциация с сс-фонотипом Резус-системы эритроцитов. Установлено, что интраоперационное повреждение красных клеток крови у больных ЖС вне зависимости от выраженности постперфузионного гемолиза определяется повышением активности системы комплемента, изменениями структурной организации липидного бислоя и угнетением активности Ыа+/К+-АТФазы мембраны эритроцитов, что у пациентов с выраженной послеоперационной гемоглобинемией усугубляется исходным (предшествующим операции) дефицитом АТФ в клетках. Постперфузионные изменения фосфолипидного спектра мембраны эритроцитов у больных ИБС при развитии умеренного гемолиза проявляются увеличением содержания фосфатидной кислоты, что в случае выраженной гемоглобинемии (при исходно нормальном долевом распределении фракций фосфолипидов) сочетается с уменьшением относительного и абсолютного количества фосфатидилинозитола и фосфатидилхолина при накоплении лизофосфатидилхолина.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты диссертационной работы об этиопатогенетических факторах структурных изменений мембраны эритроцитов у больных ИБС, предрасполагающих к развитию умеренного и выраженного интраоперационного гемолиза, расширяют теоретические знания о механизмах постперфузионного лизиса
эритроцитов различной степени выраженности при выполнении ИК.
10
Полученные данные о механизмах выраженного постперфузионного гемолиза могут быть применены для разработки дифференцированных подходов к профилактике и коррекции интраопрерационных гемолитических реакций и послеоперационных осложнений при экстракорпоральной перфузии, а также учтены при создании новых типов перфузиологического оборудования.
Положения, выносимые на защиту:
1. Развитию умеренного гемолиза у больных ишемической болезнью сердца, оперированных в условиях искусственного кровообращения, предшествует исходное (до операции) нарушение фосфолипидного состава мембраны эритроцитов (сокращение общего пула фосфолипидов за счет фракций фосфатидилинозитола, фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина при повышении содержания лизофосфатидилхолина), низкая активность №+/К+-аденозинтрифосфатазы, дефицит клеток, экспрессирующих гликофорины А и В, и активация системы комплемента крови. При этом проницаемость мембраны, экспрессия на эритроцитах молекул-ингибиторов комплемента и уровень внутриклеточного аденозинтрифосфата до операции сохраняются в пределах нормы.
2. Усиление лизиса эритроцитов при развитии умеренной гемоглобинемии у больных ишемической болезнью сердца после искусственного кровообращения обусловлено повышением проницаемости мембраны клеток вследствие значительно возрастающей активности системы комплемента, сохраняющихся структурных нарушений липидного бислоя (высокий уровень лизофосфатидилхолина в сочетании с увеличением содержания фосфатидной кислоты) и низкой активности №+/К+-аденозинтрифосфатазы. При этом количество эритроцитов, экспрессирующих гликофорины А и В, нормализуется в ассоциации с увеличением количества ретикулоцитов в крови после операции.
3. Исходно (до операции) повышенный уровень гемоглобинемии у больных
11
ишемической болезнью сердца с выраженным постперфузионным гемолизом обусловлен более значимой (чем при умеренном гемолизе) активацией системы комплемента в связи с дефицитом комплемент-ингибиторных молекул СЭ55 на эритроцитах, что обусловливает увеличение проницаемости их мембраны. При этом распределение фракций фосфолипидов в мембране эритроцитов на фоне сокращения общего их пула варьирует в пределах нормы, что связано с мобилизацией в кровь эритроцитарных клеток костномозгового резерва. 4. Изменения структуры мембраны эритроцитов у боль�