microcirculationРегионарное кровообращение и микроциркуляцияRegional blood circulation and microcirculation1682-66552712-9756Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1682-6655-2019-18-3-53-58microcirculation-442Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ (КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)ORIGINAL ARTICLES (CLINICAL INVESTIGATIONS)Оценка интенсивности тканевого дыхания в условиях искусственного кровообращения на основании морфологии эритроцитовAssessment of the tissue respiration intensity after cardiopulmonary bypass by studying erythrocytes morphologyРомановскийД. Ю.RomanovskiyD. Yu.

канд. мед. наук, преподаватель 1-й кафедры (хирургии усовершенствования врачей) им. П. А. Куприянова

MD, PhD, Lecturer of the 1st Chair for Surgeons Advanced Training

dmitrij@narod.ruВолковА. М.VolkovA. M.

д-р мед. наук, преподаватель (доцент) 1-й кафедры (хирургии усовершенствования врачей) им. П. А. Куприянова

MD, PhD, DSc, Associate professor of the 1st Chair for Surgeons Advanced Training

spb.volkov@mail.ruБирюковА. В.BiryukovA. V.

канд. мед. наук, начальник отделения реанимации и интенсивной терапии 1-й кафедры (хирургии усовершенствования врачей) им. П. А. Куприянова

MD, PhD, Chief of the Intensive Care Unit

andreybirjukov1973@gmail.comСкиброИ. Р.SkibroI. R.

канд. мед. наук, ассистент 1-й кафедры (хирургии усовершенствования врачей) им. П. А. Куприянова

MD, PhD, Lecturer of the 1st Chair for Surgeons Advanced Training

skibro1963@gmail.ruБутузовА. Г.ButuzovA. G.

врач-сердечно-сосудистый хирург 1-й кафедры (хирургии усовершенствования врачей) им. П. А. Куприянова

cardio-vascular surgeon

antbutuz@mail.ruЛюбимовА. И.LyubimovA. I.

канд. мед. наук, начальник отделения 1-й клиники (хирургии усовершенствования врачей) им. П. А. Куприянова

MD, PhD, Chief of the Cardiac Surgery Department

a-dr_lybimov@mail.ruСизенкоВ. В.SizenkoV. V.

врач по рентгеноэндоваскулярным диагностике и лечению 1-й клиники (хирургии усовершенствования врачей) им. П. А. Куприянова

cardio-vascular surgeon

v.v.sizenko@gmail.ruХубулаваГ. Г.KhubulavaG. G.

д-р мед. наук, профессор, академик РАН, зав. 1-й кафедрой (хирургии усовершенствования врачей) им. П. А. Куприянова

MD, PhD, DSc, Professor, Academician of Russian Academy of Sciences, Chief of the 1st Chair for Surgeons Advanced Training

ggkh07@rambler.ruФедеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования «Военномедицинская академия имени С. М. Кирова» Министерства обороны Российской ФедерацииРоссияMilitary Medical Academy named after S. M. KirovRussian Federation2019071020191835358Copyright © Романовский Д.Ю., Волков А.М., Бирюков А.В., Скибро И.Р., Бутузов А.Г., Любимов А.И., Сизенко В.В., Хубулава Г.Г., 20192019Романовский Д.Ю., Волков А.М., Бирюков А.В., Скибро И.Р., Бутузов А.Г., Любимов А.И., Сизенко В.В., Хубулава Г.Г.Romanovskiy D.Y., Volkov A.M., Biryukov A.V., Skibro I.R., Butuzov A.G., Lyubimov A.I., Sizenko V.V., Khubulava G.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.microcirc.ru/jour/article/view/442Введение

Введение. Об интенсивности тканевого дыхания судили на основании не известного ранее факта о том, что форма эритроцитов зависит от степени насыщения их кислородом. Форма эритроцитов обратима и изменяется как после прохождения через легкие (оксигенатор), так и после газообмена в тканях.

Цель исследования – для изучения влияния искусственного кровообращения (ИК) на морфологию эритроцитов определяли интенсивность газообмена в тканях организма больного с помощью морфометрического анализа формы эритроцитов.

Материал и методы

Материал и методы. Разработана методика морфометрического анализа эритроцитов in vitro. Кровь больного исследовалась до операции, на 10-й минуте и каждые 30 мин работы аппарата ИК, а также через 12 ч после операции.

Результаты

Результаты. Отмечено, что кровь, насыщенная кислородом (артериальная) при нормальных условиях газообмена в легких, на 85 % [80–95 %] состоит из «мелковорсистых» эритроцитов (длина ворсинок – 0,3–0,4 мкм), венозная кровь представлена в основном «крупноворсистыми» формами эритроцитов (длина ворсинок – 0,4–1,0 мкм, 70 % [6–80 %]). При попарном сравнении было установлено значимое различие долей «крупноворсистых» эритроцитов в артериальной крови до (15 % [5–20 %]) и после ИК (35 % [20–50 %]). В ходе операции с ИК соотношение напряжения кислорода и углекислого газа в артериальной и венозной крови изменяется, что свидетельствует о сдвигах в кислородной емкости крови. Уменьшение кислородной емкости крови отражает интенсивность тканевого дыхания, с одной стороны, и степень механического повреждения эритроцитов – с другой.

Заключение

Заключение. Операции на сердце в условиях ИК приводят к выраженным сдвигам соотношения дискоцитов и патологических форм эритроцитов в крови. Угнетение потребления кислорода красной кровью при перфузии свидетельствует об изменении метаболических процессов, формы и резистентности эритроцитов, что позволяет более полно оценить патофизиологические сдвиги, которые возникают в организме в ответ на перфузию. Предложенная методика морфометрического анализа эритроцитов может послужить экспресс-методом анализа красной крови в ходе операций на сердце с использованием ИК, в целях ее своевременной коррекции и восполнения.

 

 

Introduction

Introduction. It was previously unknown that the form of erythrocytes depends on their interaction with oxygen. The form of red blood cells is reversible and changes both after passing through the lungs (oxygenator), and after gas exchanges in the tissues.

Purpose of the study

Purpose of the study. In order to study the effect of cardiopulmonary bypass (CPB) on the erythrocyte morphology, the intensity of gas exchanges in the body tissues of the patient was determined using morphometric analysis of the form of erythrocytes.

Material and methods

Material and methods. To achieve this goal, we developed a method for the morphometric analysis of erythrocytes «in vitro». Blood test was performed before surgery, on the 10th and every 30th minute of CPB, 12 hours after surgery.

Results

Results. Using this fact, we studied tissue respiration intensity. We found that normal arterial blood contains 85 % [80–95 %] red blood cells covered with small «villi» (0.3–0.4 μm), whereas venous blood consists mostly of «large-villous» erythrocytes (length of the «villi» 0.4–1.0 μm, 70 % [6–80 %]). During pairwise comparison we found the significant difference in the proportion of «large-villous» red blood cells in arterial blood before (15 % [5–20 %]) and after (35 % [20–50 %]) CPB. Partial pressure of oxygen and carbon dioxide changes throughout CPB and it shows changes in oxygen carrying capacity of blood. Decrease in the oxygen capacity of the blood reflects the intensity of tissue respiration on the one hand, and the degree of mechanical damage to red blood cells on the other.

Conclusion

Conclusion. Heart surgery in infrared conditions lead to pronounced shifts in the ratio of discocytes and pathological forms of red blood cells in the blood. Inhibition of the red blood oxygen consumption during CPB indicates changes in the metabolic reactions, erythrocytes morphology and functionality. These data give us more complete understanding of the pathophysiological changes throughout CPB. The proposed method of erythrocytes morphometric analysis can be used as an express blood test in heart surgery with CPB, enabling better understanding of red blood state.

тканевое дыханиеморфология эритроцитовискусственное кровообращениеtissue respiration assessmenterythrocyte morphologycardiopulmonary bypassReferencesИдельсон Л. И., Дидковский Н. А., Ермильченко Г. В. Гипохромные анемии. – М.: Медицина, 1975.Idel`son LI, Didkovskij NA, Ermil`chenko GV. Hypochromic anemias. Moscow, Medicina, 1975. (In Russ.)Меньшиков В. В., Делекторская Л. Н., Золотницкая Р. П. Лабораторные методы исследования в клинике. – М.: Медицина, 1987.Men`shikov VV, Delektorskaya LN, Zolotniczkaya RP. Laboratory research methods in the clinic. Moscow, Medicina, 1987. (In Russ.)Липунова Е. А., Скоркина М. Ю. Физиология крови: моногр. исслед. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2007.Lipunova EA, Skorkina MYu. Blood physiology: research monograph. Belgorod, Publ. BelGU, 2007. (In Russ.)Эритроциты в норме, патологии и при лазерных воздействиях / И. М. Байбеков, Р. Ш. Мавлян-Ходжаев, А. Г. Эрстекис, С. В. Москвин. – Тверь: Триада, 2008.Bajbekov IM, Mavlyan-Xodzhaev RSh, E`rstekis AG, Moskvin SV. Erythrocytes: normal, pathologic and laser effected. Tver, Triada, 2008. (In Russ.)Уильямс Б., Уилсон К. Методы практической биохимии. – М.: Мир, 1978.Williams B, Wilson K. Methods of practical biochemistry. Мoscow, Mir, 1978. (In Russ.)Чумакова С. П., Новицкий В. В., Уразова О. И. и др. Механизмы регуляции объема эритроцитов у кардиохирургических больных с умеренным и выраженным гемолизом после операций на остановленном сердце // Бюл. сиб. медицины. – 2012. – Т. 11, № 6. – С. 106–109.Chumakova SP, Novitsky VV, Urazova OI et al. Mechanisms of regulation of erythrocytes volume in cardiosurgical patients with moderated and expressed the hemolysis after operations. Bulletin of Sibirian medicine. 2012;11(6): 106–109. (In Russ.)Burton NM, Bruce LJ. Modelling the structure of the red cell membrane. Biochem. Cell Biol. 2011;89(2):200–215. Doi: 10.1139/O10-154.Burton NM, Bruce LJ. Modelling the structure of the red cell membrane. Biochem. Cell Biol. 2011;89(2):200–215. Doi: 10.1139/O10-154.Mohandas N, Gallagher PG. Red cell membrane: past, present, and future. Blood. 2008;112:3939–3948. Doi: 10.1182/blood-2008-07-161166.Mohandas N, Gallagher PG. Red cell membrane: past, present, and future. Blood. 2008;112:3939–3948. Doi: 10.1182/blood-2008-07-161166.Nalla B, Freedman J, Hare G. Update on blood conservation for cardiac surgery. J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2012;26:117–133. Doi: 10.1053/j.jvca.2011.07.024.Nalla B, Freedman J, Hare G. Update on blood conservation for cardiac surgery. J. Cardiothorac. Vasc. Anesth. 2012;26:117–133. Doi: 10.1053/j.jvca.2011.07.024.Wilkinson K, Brunskill S, Doree C et al. The clinical effects of red blood cell transfusion: an overview of the randomized controlled trials evidence base. Transfusion Med. Rev. 2011;25:145–152. Doi: 10.1016/j.tmrv.2010.11.006.Wilkinson K, Brunskill S, Doree C et al. The clinical effects of red blood cell transfusion: an overview of the randomized controlled trials evidence base. Transfusion Med. Rev. 2011;25:145–152. Doi: 10.1016/j.tmrv.2010.11.006.Zhou X, Zhang C, Wang Y et al. Preoperative acute normovolemic hemodilution for minimizing allogenic blood transfusion: a meta-analysis. Anesth. Analg. 2015;121:1443– 1455. Doi: 10.1213/ane.0000000000001010.Zhou X, Zhang C, Wang Y et al. Preoperative acute normovolemic hemodilution for minimizing allogenic blood transfusion: a meta-analysis. Anesth. Analg. 2015;121:1443– 1455. Doi: 10.1213/ane.0000000000001010.Байбеков И. М., Стрижков Н. А. Влияние лазерного облучения крови во время искусственного кровообращения на форму эритроцитов // Лазер. медицина. – 2012. – Т. 16, № 1. – С. 17–21.Baibekov IM, Strizhkov NA. Effects of laser blood irradiation at erythrocyte forms during artifi cial circulation. Laser medicine. 2012;16(1):17–21. (In Russ.)Трекова Н. А., Соловова Л. Е., Гуськов Д. А. и др. Трансфузионная тактика при операциях на сердце и аорте // Анестезиология и реаниматология. – 2014. – № 3. – С. 3–10.Trekova NA, Solovova LE, Guskov DA et al. Strategy of transfusion in cardiac surgery. Anesteziologiya i Reanimatologiya. 2014;(3):4–10. (In Russ.)Бокуняева Н. И., Жевелик Ю. С., Золотницкая Р. П. Справочник по клиническим лабораторным методам исследования. – М., 1975.Bokunyaeva NI, Zhevelik YuS, Zolotniczkaya RP. Handbook of clinical laboratory research methods. Moscow, 1975. (In Russ.)Чумакова С. П., Шипулин В. М., Уразова О. И. и др. Роль неравномерной оксигенации крови и других условий перфузии в патогенезе гемолиза при операциях с искусственным кровообращением // Фундам. и клин. медицина. – 2018. – Т. 3, № 1. – С. 22–29. Doi: 10.23946/2500-0764-2018-3-1-22-29.Chumakova SP, Shipulin VM, Urazova OI et al. The role of uneven blood oxygen saturation and other perfusion parameters in development of hemolysis after on-pump coronary artery bypass graft surgery. Fundamental and Сlinical medicine. 2018;3(1):22–29. (In Russ). Doi: 10.23946/2500-0764-2018-3-1-22-29.Barvitenko NN, Adragna NC, Weber RE. Erythrocyte signal transduction pathways, their oxygenation dependence and functional significance. Cell Physiol. Biochem. 2005;15(1–4):1–18. Doi: 10.1159/000083634.Barvitenko NN, Adragna NC, Weber RE. Erythrocyte signal transduction pathways, their oxygenation dependence and functional significance. Cell Physiol. Biochem. 2005;15(1–4):1–18. Doi: 10.1159/000083634.Sanders J, Patel S, Cooper J. Red blood storage is associated with length of stay and renal complications after cardiac surgery. Transfusion. 2011;51:2286–2294. Doi: 10.1111/j.1537-2995.2011.03170.x.Sanders J, Patel S, Cooper J. Red blood storage is associated with length of stay and renal complications after cardiac surgery. Transfusion. 2011;51:2286–2294. Doi: 10.1111/j.1537-2995.2011.03170.x.Watanabe N, Sakota D, Ochuchi K, Takatani S. Deformability of red blood cells and its relation to blood trauma in rotary blood pumps. Artif. Organs. 2007;31(5):352–358. Doi: 10.1111/j.1525-1594.2007.00392.x.Watanabe N, Sakota D, Ochuchi K, Takatani S. Deformability of red blood cells and its relation to blood trauma in rotary blood pumps. Artif. Organs. 2007;31(5):352–358. Doi: 10.1111/j.1525-1594.2007.00392.x.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.