Влияние рентгеноконтрастных средств (неионных димеров и мономеров) и магнитно-резонансных контрастных средств (гадобутрола и гадопентетата димеглюмина) на реологию крови человека. Профилактика нарушений гемореологии, вызванных введением данных средств.
Аннотация к работе
Был выявлен ряд негативных эффектов рентгеноконтрастных препаратов препаратов: увеличение вязкости крови, увеличение агрегационной и снижение деформационной способности эритроцитов, а в следствие расстройство микроциркуляции. В особенности важно представлять взаимодействие КС с эритроцитами крови пациентов с изначально измененной реологией крови, что поможет снизить риск развития осложнений после применения КС, подобрать наиболее безопасный препарат каждому больному исходя из его изначальных показателей реологии крови. Целью работы явилось изучение влияния рентгеноконтрастных средств (неионного димера - йодиксанола, неионных мономеров - йопромида, йогексола, йоверсола и ионного мономера - амидотризоата) и магнитно-резонансных контрастных средств (гадобутрола и гадопентетата димеглюмина) на реологию крови человека и разработка метода профилактики развития нарушений гемореологии, вызванных введением данных диагностических средств. В работе впервые показано, что изменение деформационной способности эритроцитов крови человека под действием йодиксанола, йопромида, йогексола, йоверсола, амидотризоата натрия и меглюмина, гадобутрола, гадопентетата димеглюмина зависит от физико-химических свойств контрастных средств и является обратимым процессом. Предложен способ повышения безопасности диагностического обследования с использованием контрастирования, суть которого состоит в выявление нарушений гемореологии у пациентов до введения контрастного средства и подборе наиболее безопасного препарата для пациентов с незначительными изменениями реологии крови, а пациентам со значительными расстройствами гемореологии в превентивном внутривенном введении Декстрана 40, который нормализует суспензиальную стабильность крови и агрегационные параметры.Полученные результаты в ходе серии экспериментов, посвященных сравнительному изучению действия йодиксанола, йопромида, йогексола и амидотризоата натрия и меглюмина, гадобутрола и гадопентетата димеглюмина на агрегацию эритроцитов крови здоровых доноров, пациентов с ИБС и больных псориатическим артритом, выявили, что все исследуемые препараты вызывали рост времени образовании линейных и трехмерных агрегатов эритроцитов с увеличением концентрации контрастного средства in vitro (рис.1,2) и после введения КС ex vivo (таблица 2) у всех доноров, главным образом вследствие эффекта разбавления. Гадобутрол и йодиксанол снижали прочность агрегатов с увеличением концентрации in vitro (рис 3 и 4) и после их введения ex vivo пациентам с ИБС (таблица 2). У здоровых доноров (рис.3) и пациентов с ИБС с нарушениями реологии крови II степени тяжести (рис.4) и пациентов с псориатическим артритом с аналогичными нарушениями гемореологии (таблица 3 и 4) с ростом концентрации йопромида, йогексола и гадопентетата димеглюмина снижались параметры прочности агрегатов эритроцитов. У больных псориатическим артритом с нарушениями реологии крови III степени тяжести (таблица 3 и 4) йопромид, йогексол и гадопентетат димеглюмина вызывали незначительный рост гидродинамической прочности агрегатов и прочности самых крупных агрегатов в концентрации 10??M. Нами было установлено, что вязкость крови здоровых доноров в присутствии исследуемых препаратов с увеличением их концентрации растет при высокой скорости сдвига 100 с?? (на 24% от контроля для йодиксанола, на 26% для йопромида, на 35% для йоверсола, на 124% для амидотризоата натрия и меглюмина, на 60% для гадобутрола и на 135% для гадопентетата димеглюмина при самой высокой концентрации КС 10??М) и снижается при низкой скорости сдвига 1 с?? (на 39% от контроля для йодиксанола, на 45% для йопромида, на 40% для йоверсола, на 19% для амидотризоата натрия и меглюмина, на 25% для гадобутрола и на 14% для гадопентетата димеглюмина при самой высокой концентрации КС 10??М).Амидотризоат натрия и меглюмина вызывает рост, а гадобутрол и йодиксанол снижают прочность агрегатов эритроцитов крови с увеличением концентрации с 10??М до 10??М in vitro и также после введения препарата ex vivo у всех доноров. Кессновноская вязкость крови здоровых доноров в присутствии КС в концентрации 10??М растет на 24%-35% в случае йодиксанола, йопромида, йоверсола, на 60% в случае гадобутрола и на 124%-135% гадопентетата димеглюмина и амидотризоата натрия и меглюмина при высокой скорости сдвига 100 с??. После введения (доза РКС 1 мл/кг, а МРКС 0,1 ммоль/кг массы тела) пациентам с ИБС йопромида, йоверсола и амидотризоата натрия и меглюмина при скорости сдвига 1 с?? снижается кессоновская вязкость крови на 9%-15%, а при 100 с?? увеличивается на 6%-8%, эффект гадобутрола и гадопентетата димеглюмина отсутствует. Степень выраженности обратимых изменений деформационной способности эритроцитов и процент эхиноцитов в крови уменьшается в ряду амидотризоат натрия и меглюмина = гадопентетат димеглюмина ? гадобутрол > йоверсол ? йопромид > йодиксанол.
Вывод
Полученные результаты в ходе серии экспериментов, посвященных сравнительному изучению действия йодиксанола, йопромида, йогексола и амидотризоата натрия и меглюмина, гадобутрола и гадопентетата димеглюмина на агрегацию эритроцитов крови здоровых доноров, пациентов с ИБС и больных псориатическим артритом, выявили, что все исследуемые препараты вызывали рост времени образовании линейных и трехмерных агрегатов эритроцитов с увеличением концентрации контрастного средства in vitro (рис.1,2) и после введения КС ex vivo (таблица 2) у всех доноров, главным образом вследствие эффекта разбавления. Следовательно, в услвоиях эксперимента КС вызывают снижение скорости агрегации эритроцитов.
Рис.1. Характерное время спонтанного образования линейных (Т1) и трехмерных (Т2) агрегатов эритроцитов здоровых доноров в присутствии РКС и МРКС. Примечания: * - достоверность отличий от контроля (Р?0,05); * - достоверность отличий от выборки значений параметра нативной крови (Р?0,05).
Рис.2. Характерное время спонтанного образования линейных (Т1) и трехмерных (Т2) агрегатов эритроцитов пациентов с ИБС в присутствии РКС и МРКС. Примечания: * - достоверность отличий от контроля (Р?0,05); * - достоверность отличий от выборки значений параметра нативной крови (Р?0,05).
Амидотризоат натрия и меглюмина вызывал рост прочности агрегатов эритроцитов с увеличением концентрации in vitro (рис 3 и 4) и после его введения ex vivo (таблица 2). Такой эффект можно оценить как провоцирующий увеличение количества микроагрегатов в кровеносном русле, не способных к быстрому своевременному разрушению, которые могут закупоривать мелкие сосуды и капилляры в органах и тканях, приводя к гипоксии, геморрагии и микроишемии.
Рис. 3. Общая гидродинамическая прочность агрегатов (?) и прочность самых крупных агрегатов эритроцитов (I?‚?) у здоровых доноров в присутствии исследуемых РКС и МРКС. Примечания: * - достоверность отличий от контроля (Р?0,05); * - достоверность отличий от выборки значений параметра нативной крови (Р?0,05).
Гадобутрол и йодиксанол снижали прочность агрегатов с увеличением концентрации in vitro (рис 3 и 4) и после их введения ex vivo пациентам с ИБС (таблица 2). Дезагрегационные свойства гадобутрола были наиболее выраженные среди всех исследуемых КС.
У здоровых доноров (рис.3) и пациентов с ИБС с нарушениями реологии крови II степени тяжести (рис.4) и пациентов с псориатическим артритом с аналогичными нарушениями гемореологии (таблица 3 и 4) с ростом концентрации йопромида, йогексола и гадопентетата димеглюмина снижались параметры прочности агрегатов эритроцитов.
Рис.4. Общая гидродинамическая прочность агрегатов (? и прочность самых крупных агрегатов эритроцитов (I?‚?) пациентов с ИБС в присутствии исследуемых РКС и МРКС. Примечания: * - достоверность отличий от контроля (Р?0,05); * - достоверность отличий от выборки значений параметра нативной крови (Р?0,05).
Таблица 2. Параметры агрегации эритроцитов крови пациентов с ИБС до и после введения КС.
Примечания: * - достоверность отличий от контроля (Р?0,05).
У больных псориатическим артритом с нарушениями реологии крови III степени тяжести (таблица 3 и 4) йопромид, йогексол и гадопентетат димеглюмина вызывали незначительный рост гидродинамической прочности агрегатов и прочности самых крупных агрегатов в концентрации 10??M. Объяснить такой эффект можно тем, что у больных с гемореологическими расстройствами III степени тяжести снижены компенсаторные механизмы нормализации микрореологии крови.
Таблица 3. Общая гидродинамическая прочность агрегатов эритроцитов (?) у пациентов с нарушениями реологии крови II и III степени тяжести в присутствии исследуемых РКС и МРКС. ? (сек??)
Пациенты с нарушениями реологии крови II степени тяжести до введения 53,02±0,61
Примечания: В скобках - значение параметра при добавлении в кровь физиологического раствора (контроль). * - достоверность отличий от контроля при Р?0,05; ** - достоверность отличий от выборки значений параметра до введения препарата при Р?0,05.
Таблица 4. Величина (I2,5), характеризующая прочность самых крупных агрегатов эритроцитов, у больных с нарушениями реологии крови II и III степени тяжести в присутствии исследуемых РКС и МРКС.
I2,5 (%)
Пациенты с нарушениями реологии крови II степени тяжести до введения -4,13± - 0,25
Примечания: В скобках - значение параметра при добавлении в кровь ФР (контроль). * - достоверность отличий от контроля при Р?0,05; ** - достоверность отличий от выборки значений параметра до введения препарата при Р?0,05. Изменение эритроцитарной агрегации влечет за собой и изменение параметров вязкости, исследованию которой был посвящен следующий этап работы.
Нами было установлено, что вязкость крови здоровых доноров в присутствии исследуемых препаратов с увеличением их концентрации растет при высокой скорости сдвига 100 с?? (на 24% от контроля для йодиксанола, на 26% для йопромида, на 35% для йоверсола, на 124% для амидотризоата натрия и меглюмина, на 60% для гадобутрола и на 135% для гадопентетата димеглюмина при самой высокой концентрации КС 10??М) и снижается при низкой скорости сдвига 1 с?? (на 39% от контроля для йодиксанола, на 45% для йопромида, на 40% для йоверсола, на 19% для амидотризоата натрия и меглюмина, на 25% для гадобутрола и на 14% для гадопентетата димеглюмина при самой высокой концентрации КС 10??М). Между йодиксанолом, йоверсолом и йопромидом отсутствуют статистически достоверные отличия в их соответствующих концентрациях как при низкой так и при высокой скорости сдвига (рис.5 и рис.6), равно как и между амидотризоатом натрия и меглюмина и гадопентетатом димеглюмина.
Рис.5. Изменение вязкости крови здоровых доноров в присутствии контрастных средств при скорости сдвига 100 с?? и температуре 37? С. Примечание: звездочки одинакового цвета свидетельствуют об отсутствии отличий между препаратами, разного - о наличии статистических различий между выборками.
Рис.6. Изменение вязкости крови здоровых доноров в присутствии контрастных средств при скорости сдвига 1 с?? и температуре 37? С. Примечание: звездочки одинакового цвета свидетельствуют об отсутствии отличий между препаратами, разного - о наличии статистических различий между выборками.
При введении физиологического раствора в кровь доноров в аликвоте соответствующей концентрации КС, наблюдалось равномерное снижение вязкости суспензии кровь-физиологический раствор, как при высокой, так и при низкой скорости сдвига (с 4,2±1,3МПА*с до 2,3±1,1МПА*с в первом случае и с 22,8±5,2МПА*с до 14,9±2,3МПА*с во втором).
Для исследований изменений вязкости крови ex vivo использовали кровь пациентов с ИБС.
Как при низкой (рис.7), так и при высокой (рис.8.) скорости сдвига статистически значимыми были отличия выборки значений вязкости нативной крови от вязкости крови после введения йоромида, йоверсола и амидотризоата. После введения йопромида, йоверсола и амидотризоата при 1 с?? наблюдалось снижение вязкости крови на 9% -15%. а при 100 с?? увеличение на 6% -8%, что коррелирует с исследованиями in vitro.
В случае с магнитно-резонансными контрастными средствами, их клинические дозы не велики и их воздействия препарата на кессоновскую вязкость крови не обнаружено.
Рис.7. Вязкость крови до и после введения контрастных средств у пациентов с ИБС при скорости сдвига 1 с?? и температуре 37?С. Примечание: * - достоверность отличий от контроля (нативной крови доноров) при p<0,5.
Рис. 8. Вязкость крови до и после введения контрастных средств у пациентов с ИБС при скорости сдвига 100 с?? и температуре 37 ? С. Примечание: * - достоверность отличий от контроля (нативной крови доноров) при p<0,5.
Таким образом, можно заключить, что изменения вязкости крови в присутствии КС зависят отнюдь не только от их ионогенности, но и от осмотичности, вязкости и хемотоксичности.
Отметим клиническую значимость полученных данных. Очень важно, что неионные мономеры йопромид и йоверсол, в отличие от димера йодиксанола, снижают вязкость крови при низких скоростях сдвига, что может наблюдаться в капиллярах. Именно этим можно объяснить, что неионные мономеры с низкой вязкостью, значительно слабее, чем неионные димеры с высокой вязкостью снижают скорость кровотока в капиллярах in vivo и в меньшей степени уменьшают парциальное давление кислорода в тканях [E. Lancelot, J-M. Idee, C. Lacledere et al, 2002].
Исследование изменений деформационной способности эритроцитов здоровых доноров in vitro выявило, что с ростом концентрации амидотризоата натрия и меглюмина, йогексола, йопромида, гадобутрола и гадопентетата димеглюмина росли значения Ln (?) (рис.9) и снижались значения IDMAX (рис.10), возрастала степень отличий от контроля, т.е. происходило отсрочивание начала деформации эритроцитов, снижение эластичности цитоскелета мембран и общее снижение деформационной способности мембран.
Рис.9. Значения времени начала деформации (Ln (?)) в присутствии контрастных средств в концентрациях 10??М, 10??М, 10??М. Примечание: * - достоверность отличий от контроля (значение Ln (?) нативной крови доноров) при p<0,5.
Рис.10. Значения индекса предельной деформации (IDMAX) эритроцитов в присутствии контрастных средств в концентрациях 10??М, 10??М, 10??М после 10 мин инкубации. Примечание: * - достоверность отличий от контроля (значение IDMAX нативной крови доноров) при p<0,5.
Полученные данные не позволяют утверждать, что действие исследуемых КС на деформацию эритроцитов обусловлено исключительно их осмотичностью, нельзя не учитывать непосредственно влияние химических компонентов препарата, способных вызвать необратимые изменения в мембранных структурах и внутреннем содержимом эритроцитов (изменения вызываемые осмотичностью - обратимы).
Для исследования обратимости, а, следовательно, и значимости изменений деформационной способности эритроцитов в присутствии КС, выполняли следующие эксперименты: КС вносили в кровь здоровых доноров in vitro, инкубировали в течение 10 минут, а потом полученную кровь разводили в полиэтиленоксиде. Согласно полученным результатам имеет место обратимость изменений, вызванных КС, деформационной способности эритроцитов.
Для выяснения влияния физико-химических свойств контрастных средств на деформацию эритроцитов, мы использовали контрольный препарат - маннитол, с различной осмоляльностью, соответствующей осмоляльности изучаемых КС (КС и маннитол вносились непосредственно в полиэтиленоксид). При статистическом сравнении двух выборок, одна из которых соответствует полученным данным по исследуемым КС, а другая по маннитолу с аналогичной КС осмотичностью (или осмоляльностью), в концентрациях 10??М, 10??М, 10??М, статистически значимых отличий не было выявлено для всех случаев.
В опытах ex vivo эффекта амидотризоата натрия и меглюмина, йогексола, йопромида, йодиксанола, гадобутрола и гадопентетата димеглюмина на деформацию эритроцитов крови пациентов с ИБС выявлено не было.
Морфометрический анализ мазков крови здоровых доноров (таблица 5) и пациентов с ИБС (таблица 6), показал, что с увеличением концентрации препаратов процент нормальных клеток - дискоцитов уменьшается, а количество эхиноцитов возрастает (содержание остальных морфологических форм эритроцитов практически не менялось).
Таблица 5. Процентное содержание морфологических форм эритроцитов в мазках крови здоровых доноров в присутствии контрастных средств в концентрациях 10??М, 10??М, 10??М.
Примечание: *-достоверность отличий от контроля р?0,05
Таблица 6. Процентное содержание морфологических форм эритроцитов в мазках крови пациентов с ИБС в присутствии контрастных средств в концентрациях 10??М, 10??М, 10??М.
Примечание: *-достоверность отличий от контроля р?0,05
Исследования мазков крови пациентов с ИБС после введения контрастных средств ex vivo (таблица 7) выявило отсутствие каких-либо статистически значимых отличий в выборках до и после введения препаратов.
Таблица 7. Процентное содержание морфологических форм эритроцитов в мазках крови пациентов с ИБС до и после введения контрастных средств. до введения КС после введения КС
Примечание: статистических отличий между выборками нет, р>0,05
После введения высокоосмотичных препаратов (амидотризоат натрия и меглюмина, гадопентетат димеглюмина) наблюдается изменения деформационных свойств и морфологии эритроцитов только в условиях in vitro, что свидетельствует об их обратимости при разбавлении КС в кровотоке.
Для разработки способа предотвращения контрастиндуцированных расстройств гемореологии проводилось исследование двух групп пациентов с нарушениями реологии крови III степени тяжести. Было выявлено: в первой группе пациентов (Декстран 40 превентивно не вводился) после введения йодиксанола, йопромида и йогексола росли значения гидродинамической прочности и прочности самых крупных агрегатов на 5-10% от контроля, гадобутрол эти параметры не изменял (рис.11); во второй группе после введения Декстрана 40 параметры агрегации вошли в диапазон таковых при I степени гемореологических расстройств, а после введения КС показатели прочность агрегатов эритроцитов снизилась практически до нормы, на 55% -70% от контроля (рис.12).
Рис.11. Значения общей гидродинамической прочности агрегатов эритроцитов (?) и прочности самых крупных агрегатов (I?‚?) у пациентов после введения контрастных средств. Примечание: *-достоверность отличий от контроля при Р?0,05.
Рис.12. Значения общей гидродинамической прочности агрегатов эритроцитов (?) и прочности самых крупных агрегатов (I?‚?) у пациентов после введения контрастных средств с премедикацией Декстраном 40. Примечание: *-достоверность отличий от контроля при Р?0,05, *-достоверность отличий от выборки значений параметра после введения Декстрана 40 при Р>0,05.
Полученные данные показывают эффективность превентивного введения Декстрана 40 пациентам с тяжелыми гемореологическими расстройствами. Такая процедура перед контрастным обследованием позволяет предотвратить развитие нарушений периферического кровотока и нормализовать суспензиальную стабильность крови. Пациентам, не имеющим нарушений реологии крови и с незначительными изменениями агрегационных параметров, вливание Декстрана 40 перед контрастным обследованием не требуется. С большой осторожностью следует относиться к назначению высокоосмотичных контрастных средств, т.к. они провоцируют развитие микроциркуляторных расстройств. Таким образом, анализ агрегации эритроцитов пациентов непосредственно перед диагностическим обследованием позволяет подобрать адекватный подход к проведению процедуры контрастирования и избежать развития осложнений.1. Амидотризоат натрия и меглюмина вызывает рост, а гадобутрол и йодиксанол снижают прочность агрегатов эритроцитов крови с увеличением концентрации с 10??М до 10??М in vitro и также после введения препарата ex vivo у всех доноров. Способность контрастных средств увеличивать прочность агрегатов эритроцитов повышается при наличии у пациентов нарушений гемореологии II и III степени тяжести.
2. Кессновноская вязкость крови здоровых доноров в присутствии КС в концентрации 10??М растет на 24% -35% в случае йодиксанола, йопромида, йоверсола, на 60% в случае гадобутрола и на 124% -135% гадопентетата димеглюмина и амидотризоата натрия и меглюмина при высокой скорости сдвига 100 с??.
3. После введения (доза РКС 1 мл/кг, а МРКС 0,1 ммоль/кг массы тела) пациентам с ИБС йопромида, йоверсола и амидотризоата натрия и меглюмина при скорости сдвига 1 с?? снижается кессоновская вязкость крови на 9% -15%, а при 100 с?? увеличивается на 6% -8%, эффект гадобутрола и гадопентетата димеглюмина отсутствует.
4. Степень выраженности обратимых изменений деформационной способности эритроцитов и процент эхиноцитов в крови уменьшается в ряду амидотризоат натрия и меглюмина = гадопентетат димеглюмина ? гадобутрол > йоверсол ? йопромид > йодиксанол.
5. В опытах ex vivo влияния йодиксанола, йопромида, йогексола, амидотризоата натрия и меглюмина, гадобутрола и гадопентетата димеглюмина на деформацию и морфологию эритроцитов не выявлено.
6. Введение пациентам с гемореологическими расстройствами III степени тяжести йодиксанола, йопромида, йогексола вызывает рост прочности агрегатов эритроцитов на 5% -10%. Премедикация Декстраном 40 (400 мл) предотвращает данный эффект КС.
ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Анализ агрегации эритроцитов крови пациентов непосредственно перед диагностическим обследованием может помочь подобрать адекватный подход к проведению процедуры контрастирования и избежать развития осложнений.
2. Введение Декстрана 40 в объеме 400 мл пациентам с нарушениями реологии крови III степени тяжести перед контрастным обследованием позволяет предотвратить контрастиндуцированные расстройства периферического кровотока и нормализовать суспензиальную стабильность крови.
3. В ходе диагностических обследований следует избегать назначения высокоосмотичных контрастных средств, т.к. они провоцируют развитие микроциркуляторных расстройств.
Список литературы
1. О.А. Киселева, А.Н. Усенко, Е.Е. Сидорова, Г.Г. Кармазановский, Н.Л. Шимановский, Н.Н. Фирсов, "Влияние рентгеноконтрастных средств на деформационные свойства эритроцитов человека" // Материалы Научно-практической конференции "Медико-биологические науки для теоретической и клинической медицины", Москва, 2008, с.54.
2. О.А. Киселева, А.Н. Усенко, Е.Е. Сидорова, Г.Г. Кармазановский, Н.Л. Шимановский, Н.Н. Фирсов, "Деформационные свойства эритроцитов человека в присутствии рентгеноконтрастных средств" // Экспериментальная и клиническая фармакология, 2009, том 72, № 4, с.33-35.
4. О.А. Киселева, "Микрореология крови человека после введения йоверсола, йодиксанола и гадобутрола" // Материалы IX Международного конгресса "Доказательная медицина - основа современного здравоохранения", Хабаровск, 2010, с.158-160.
5. О.А. Киселева, А.Н. Усенко, Н.Л. Шимановский, Н.Н. Фирсов, "Агрегация, деформация и морфология эритроцитов после введения йоверсола, йодиксанола и гадобутрола у больных ишемической болезнью сердца" // Экспериментальная и клиническая фармакология, 2010, том 73, № 12, с.36-38.
6. О.А. Киселева, А.Н. Усенко, Т.В. Коротаева, Н.Л. Шимановский, Н.Н. Фирсов, "Параметры агрегации эритроцитов больных псориатическим артритом в присутствии контрастных средств" // Вестник РГМУ, 2011, № 1, с.55-59.
7. О.А. Киселева, А.Н. Усенко, Н.Л. Шимановский, Н.Н. Фирсов, Е.Н. Болотова, "Изменения параметров микрореологии крови человека после введения магнитно-резонансных контрастных средств" // Материалы XVIII Российского национального конгресса "Человек и лекарство", Москва, 2011, с.448