VISCOSITEIT EN REOLOGIE
De viscositeit van een vloeistof is een maat voor de weerstand die door intermoleculaire krachten in die vloeistof wordt geboden aan de verplaatsing van vloeistofdeeltjes ten opzichte van elkaar. Wanneer twee vloeistoflagen over elkaar heen schuiven, is de wrijvingskracht tussen deze lagen recht evenredig met de loodrecht op de stromingsrichting staande snelheidsgradiënt D. De wrijvingskracht per eenheid van oppervlak wordt de schuifspanning ? genoemd: ? = ?.D. De evenredigheidsconstante ?, die karakteristiek is voor een bepaalde vloeistof wordt de coëfficiënt van inwendige wrijving of de viscositeit genoemd. Wanneer in een vloeistof bij een snelheidsgradiënt van 1 ms per m (1 s-1) een schuifspanning van 1 N.m-2 (1 Newton x m-2) optreedt, heeft die vloeistof een viscositeit van I Pa.s (Pascal x seconde).
Wanneer de viscositeit van een vloeistof een constante waarde behoudt bij iedere snelheidsgradiënt, noemt men de vloeistof ‘Newtons’.
Viscositeit van plasma en bloed.
Het plasma heeft een constante viscositeit en is dus Newtons. De viscositeit van het plasma wordt voornamelijk bepaald door de plasma-eiwitten. Hierbij spelen concentratie, molecuulgewicht en afmetingen (de verhouding tussen lengte en diameter van het molecuul) van de verschillende plasma-eiwitten een bepalende rol.1 Bloed is een suspensie van cellen in plasma. De viscositeit van suspensies hangt samen met de snelheidsgradiënt. Alleen bij hoge snelheidsgradiënten gedraagt het bloed zich als een Newtonse vloeistof. Wanneer de snelheidsgradiënt onder de 100 s-1 daalt, neemt de viscositeit van bloed sterk toe.2 De toename van de viscositeit bij het afnemen van de snelheidsgradiënt wordt veroorzaakt door het ontstaan van aggregaten van rode bloedcellen.
De viscositeit van bloed wordt bepaald door de snelheidsgradiënt waarbij de viscositeit wordt gemeten, en verder door het hematocrietgetal, de plasmaviscositeit, de mate van aggregatie van de rode bloedcellen en de vervormbaarheid van de erytrocyt.
Aggregatie.
Erytrocyten zullen bij stilstand (snelheidsgradiënt = 0 s-1) reversibele aggregaten vormen: de vorming van geld-rollen. Bij het op gang komen van de stroming zullen deze aggregaten in toenemende mate worden losgetrokken, zodat de intrinsieke weerstand tegen stroming afneemt: de viscositeit van bloed wordt lager. Voordat het bloed gaat stromen zal ook een geringe hoeveelheid kracht nodig zijn om de aggregatiekrachten te overwinnen. Pas boven deze grenswaarde, de ‘yield shear stress’, kunnen aggregaten worden losgetrokken.3
Vervormbaarheid.
In de circulatie zijn erytrocyten geen rigide biconcave schijfjes, maar worden zij vervormd naarmate de snelheidsgradiënt groter is. Zo kunnen zij door een meer ‘stromings-vriendelijke’ vorm bijdragen aan de verdere afname van de viscositeit van bloed bij toenemende snelheidsgradiënt. Bij zeer hoge snelheidsgradiënten neemt de viscositeit echter niet verder af. De vervormbaarheid maakt het mogelijk dat een erytrocyt met een diameter van 7 µm een capillair met een diameter van 4 µm passeert.
In vitro-meting. Met behulp van een rotatie-viscosimeter, bijvoorbeeld de Contraves LS30, kan de viscositeit van bloed nauwkeurig en reproduceerbaar worden gemeten, ook bij zeer lage snelheidsgradiënten (tot 0,05 s-1).4 Aggregatie kan worden gemeten met behulp van specifieke aggregatiemeters. Er bestaat nog geen eenstemmigheid omtrent een methode voor directe meting van de vervormbaarheid.
De resultaten van deze laboratoriummetingen zijn niet direct toepasbaar voor de beschrijving van de in vivocirculatie. Bij de rotatie-viscosimetrie wordt weliswaar een strikte standaardisatie van de stroomomstandigheden gecreëerd, maar daarmee wordt ook een bron van mogelijke artefacten geïntroduceerd. In vivo-waarnemingen verdienen zo mogelijk de voorkeur.
Doorstroming in vivo.
In vivo, in fysiologische situaties, is de doorstroming van een orgaan of van weefsel vooral afhankelijk van de regulatie van vaatdiameter en perfusiedruk. Variaties in de viscositeit van bloed hebben dan slechts een minimale invloed op de totale doorstroming.5
De grootte van de snelheidsgradiënten in afzonderlijke bloedvaten of delen van de circulatie is niet exact bekend. Wel zijn hieromtrent schattingen gemaakt.6 In de arteriën en in de arteriolen heersen waarschijnlijk hoge snelheidsgradiënten; de hoogste in de capillairen. In de postcapillaire venulen en in de iets grotere venulen zal de snelheidsgradiënt sterk afnemen. Ook verschilt de samenstelling van het bloed per gebied van de circulatie aanzienlijk. Het hematocrietgetal neemt af naar de periferie toe; de laagste waarde wordt bereikt in de microcirculatie. Aan de veneuze zijde neemt het hematocrietgetal weer toe.
DOORSTROMING VAN DE PLACENTA
Aan de maternale zijde in de placenta is de klassieke opbouw van de circulatie niet aanwezig; de doorstroming in dit deel van de placenta laat zich het beste vergelijken met de stroming in een grote arterioveneuze shunt. De spiraalarteriën verzorgen de aanvoer van bloed aan de maternale zijde. Deze spiraalarteriën verliezen distaalwaarts hun musculaire media door trofoblastinvasie.7 De diameter neemt toe, voordat de intervilleuze ruimte bereikt wordt. De intervilleuze ruimte is de grillig gevormde ruimte die wordt opengelaten door de vlokkenboom, die als het ware vanaf de chorionplaat in het maternale bloed hangt. Veneuze afvloed uit de intervilleuze ruimte wordt verzorgd door een groot aantal venen die onderling anastomoseren tot een veneuze plexus.8 Schematisch wordt dit weergegeven in figuur 1.
Deze bijzondere bouw van de placenta heeft tot gevolg dat de voor capillaire stroomgebieden geldende hemoreologische verhoudingen niet opgaan. In een klassiek capillair doorstromingsgebied daalt de snelheidsgradiënt pas voorbij de capillairen, maar bij de bloedvoorziening van de placenta daalt hij reeds in het wijdere deel van de spiraalarterie. Het drukverschil over de intervilleuze ruimte, dat de stroom op gang houdt, is zeer laag; circa 5 mmHg.9 De maternale zijde van de placenta kan gezien worden als een stroomgebied met zeer lage weerstand en grote conductiviteit.
HETEROGENITEIT VAN DE MICROCIRCULATIE IN DE INTERVILLEUZE RUIMTE
De overwegingen over de bouw en de doorstroming van de intervilleuze ruimte vormen de argumenten voor de extrapolatie dat de snelheidsgradiënt daar zeer laag is. Uit cine-angiografisch onderzoek is bekend dat niet alle spiraalarteriën tegelijkertijd en ook niet continu hun bloed afleveren aan de intervilleuze ruimte, maar met een zekere mate van afwisseling.10 Ook activiteit van de uterus kan leiden tot onderbreking van de arteriële aanvoer, welke na een contractie weer op gang komt. De stroom in de intervilleuze ruimte zal niet overal gelijk gericht, overal even snel of even intensief zijn. Dit betekent dan ook, dat de stroom in de placenta op lokaal niveau even kan stilstaan en weer op gang moet komen. Op microcirculatoir niveau is de doorstroming dus zeer heterogeen.
In de kliniek kan de totale perfusie van de placenta niet rechtstreeks worden gemeten. In een theoretische benadering ter berekening of schatting van de maternale placentaperfusie, moet vooral met de heterogeniteit rekening worden gehouden. De doorstroming van de intervilleuze ruimte voldoet geenszins aan de wet van Poiseuille, die continue laminaire stroming door een cilindrische buis met gladde en starre wanden beschrijft. Door Schmid-Schönbein werd de microcirculatie in de intervilleuze ruimte (zie figuur 1) vergeleken met het sijpelen van olie door poreus gesteente.11
In de theorie over dergelijke stromingen komt de betekenis van de viscositeit bij zeer lage snelheidsgradiënt, van de yield shear stress en van de erytrocytenaggregatie op de voorgrond. Er is echter nog geen theoretisch model beschikbaar om te berekenen welke veranderingen in de placentadoorstroming worden veroorzaakt door veranderingen in deze grootheden. Uit de beschrijving van de complexe bouw en doorstroming van de intervilleuze ruimte in vivo wordt duidelijk met welke reserve de in vitro-bepalingen moeten worden bezien bij eventuele toepassing.
VISCOSITEIT VAN BLOED IN DE NORMALE ZWANGERSCHAP
Gedurende de fysiologisch verlopende zwangerschap vinden vele aanpassingen in de maternale circulatie plaats. Het totale volume aan circulerend bloed neemt in de zwangerschap sterk toe. Ook het stroomgebied breidt zich uit. Tijdelijk komt er een geheel orgaan bij dat van bloed moet worden voorzien. Doordat gedurende de zwangerschap het plasmavolume sterker toeneemt dan het volume aan rode bloedcellen, treedt een daling op van de hematocrietwaarde en van het hemoglobinegehalte van het circulerend bloed. Deze ‘anemie’ is een fysiologische aanpassing. De viscositeit zal dalen met het dalen van de hematocrietwaarde. Tegelijkertijd stijgt echter het fibrinogeengehalte gedurende de zwangerschap. Fibrinogeen bepaalt mede de plasmaviscositeit en de aggregatie van de erytrocyten. Dit zou dus een stijging van de viscositeit van het bloed kunnen betekenen. Uit strikt longitudinaal onderzoek is komen vast te staan dat de viscositeit van bloed daalt gedurende de zwangerschap.12 Uit transversaal onderzoek was dit al eerder als vermoeden naar voren gekomen.1314 In het licht van de bijzondere bouw en perfusie van de placenta is deze viscositeitsdaling uiteraard als een gunstig effect te beschouwen.
In tegenstelling tot deze afname van de viscositeit, ook bij lage snelheidsgradiënt, neemt de aggregatie van de rode bloedcellen toe gedurende de normale zwangerschap, ondanks de hemodilutie. Deze stijging kan grotendeels worden toegeschreven aan de toename van het fibrinogeengehalte.15 Hoewel de toename van de erytrocytenaggregatie de viscositeit bij meting in de rotatieviscosimeter slechts weinig beïnvloedt, zou deze toename bij de in de placenta heersende verhoudingen wel van invloed kunnen zijn.
VISCOSITEIT VAN BLOED BIJ COMPLICATIES IN DE ZWANGERSCHAP
De viscositeit van het bloed is onderzocht bij die complicaties in de zwangerschap, waarbij op theoretische grond de verminderde doorstroming in de placenta een rol zou kunnen spelen.
Zwangerschapshypertensie.
Bij een groep zwangeren, die gedurende de zwangerschap hypertensie ontwikkelden was de viscositeit van bloed verhoogd vergeleken met zwangeren zonder verhoogde bloeddruk.1617 Er is een indirecte aanwijzing dat bij zwangeren die later zwangerschapshypertensie zullen ontwikkelen de viscositeit van bloed gemiddeld al hoger is in de periode dat klinische symptomen van hypertensie nog ontbreken.18
Groeivertraging van de foetus.
Bij een groep zwangeren met groeivertraging van de foetus was de viscositeit van moederlijk bloed verhoogd, vergeleken met een groep met normale groei van de foetus.1920 Ook hier is er een indirecte aanwijzing, dat reeds voorafgaand aan de eerste klinische verschijnselen van de groeivertraging, een hoge viscositeit als ongunstige factor herkenbaar is.21 Het is natuurlijk duidelijk dat zwangerschapshypertensie en groeivertraging vaak samengaan. Placentagewicht, mate van infarcering van de placenta en viscositeit leveren in een statistisch model ieder een onafhankelijke bijdrage aan de voorspelling dat een kind een geboortegewicht zal hebben onder de 10e percentiel. De hoogste diastolische bloeddruk levert daarna geen onafhankelijke statistisch significante bijdrage meer.22 Klinische variabelen waarvan bekend is dat ze invloed op het geboortegewicht hebben, zoals hypertensie, oefenen deze mogelijk uit via een invloed op het uitwisselingsoppervlak in de placenta (de grootte en de infarceringsgraad van de placenta), op de perfusie langs dit oppervlak (de viscositeit) of op beide.
Foetale nood.
Foetale nood wordt hier operationeel gedefinieerd als intra-uteriene vruchtdood of als het uitvoeren van een primaire sectio caesarea op foetale indicatie. Eveneens onafhankelijk van de bloeddruk werd dan bij de groep zwangeren bij wie foetale nood is geconstateerd gemiddeld een hogere viscositeit gevonden in vergelijking met een controlegroep.23 Longitudinaal onderzoek toonde, dat wanneer de viscositeit van bloed stijgt gedurende het beloop van een gecompliceerde zwangerschap, de kans op foetale nood groter is.24
DE KLINISCHE BETEKENIS VAN VISCOSITEITSMETING BIJ ZWANGERSCHAPSCOMPLICATIES
Als diagnostische test.
De klinische waarde van een test is gelegen in zijn vermogen om patiënten met een ziekte te onderscheiden van mensen die de ziekte niet hebben. In de verloskunde zijn we daarenboven ook geïnteresseerd in de afloop van de zwangerschap voor het kind. Als ongunstige afloop kunnen wij beschouwen: foetale nood, zoals hierboven gedefinieerd, en (of) een geboortegewicht onder de 10e percentiel. Het vermogen van viscositeitsmeting om een dergelijke ongunstige afloop te voorspellen in een groep zwangeren bij wie deze ongunstige afloop vaak voorkwam (meer dan 40), bleek zo matig, dat geconcludeerd werd, dat viscositeitsmeting in de zwangerschap van uiterst beperkte waarde is als diagnostische test. Figuur 2 is de receiver operating characteristic (ROC)-curve. Deze curve toont de betekenis van verschillende waarden van viscositeit. Wanneer één van deze waarden wordt gekozen als grenswaarde, waarboven een ongunstige afloop wordt voorspeld, kan de daarbij behorende sensitiviteit (= werkelijk positief ratio) en specificiteit (= 1 minus de fout positief ratio) worden berekend. Bij een ideale diagnostische test loopt de curve door de uiterste linker bovenhoek. Een test die niets onderscheidt, loopt over de diagonaal.25
Bij therapeutische interventies.
Door hemodilutie kan de viscositeit worden verlaagd. Gezien de hierboven beschreven samenhang van hoge viscositeit met complicaties in de zwangerschap, is een theoretische mogelijkheid geopperd om het ongunstige beloop van een zwangerschap door hemodilutie gunstig te beïnvloeden. Tot dusver ontbreken gerandomiseerde studies. Claims op gunstige resultaten met hemodilutie tijdens de zwangerschap zijn gebaseerd op ongecontroleerde studies.26 Andere casuïstische mededelingen laten mislukking van deze therapie zien.27 Bij zeer ernstige vormen van preeclampsie wordt momenteel op maternale indicatie, onder strikt gecontroleerde omstandigheden, medicamenteuze vaatverwijding en expansie van het circulerend volume toegepast, en daarmee een hemodilutie tot stand gebracht.28
Een gunstig effect op de placentaperfusie door viscositeitsverlaging kan worden verondersteld. Het ontbreekt echter tot nu toe aan de mogelijkheid om vast te stellen of een dergelijke hemodilutie ook voor de foetus daadwerkelijk gunstiger is. Dergelijk onderzoek zal eerst moeten worden afgewacht alvorens de waarde van viscositeitsbeïnvloeding als therapeutische mogelijkheid in de verloskunde kan worden beoordeeld. Vooralsnog past een zeer terughoudende instelling bij de beoordeling van de klinische waarde van de viscositeitsbepaling van het moederlijk bloed bij complicaties in de zwangerschap.