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Red blood cell microrheology and calcium antagonists

  • J. F. Stoltz
Part of the Developments in Cardiovascular Medicine book series (DICM, volume 40)

Summary

In peripheral vascular diseases, it might be assumed that the calcium antagonists operate on two levels:
  • by opposing vasospasm

  • by reducing intracellular calcium concentration in the red blood cell Regarding the first aspect, a certain number of substances such as cinnarizine, flunarizine, verapamil, lidoflazine, perhexiline and bepridil inhibit calcium penetration in the vascular smooth muscle cells and oppose their contraction caused by anoxia. In pathological conditions where vasospactic episodes contribute to the tissue ischemia, inhibitors of Ca2+ influx must have a beneficial effect.

As concerns the action on blood rheology and more particularly on red blood cell micro-rheology, numerous studies emphasize the important part played by calcium penetration on red cell deformability. Although the action mechanisms have not yet been fully determined, the change in flow conditions, a local increase in shear rates, and hypoxia are all factors that are likely to encourage calcium accumulation in the red blood cells resulting in a reduction in deformability. This aggravates the rheological problems by feed-back. The decreased deformability, combined with the reduced blood flow favors the occurrence of “rouleaux formation”, which further increases blood viscosity and peripheral resistance.

It is therefore reasonable to suppose that calcium entry blockers will have a favourable and regulating effect. The action of these drugs would be better understood and appreciated if more complete microrheological studies were carried out with the main calcium entry blockers used in cardiology. It would also be preferable if a precise rheological study procedure was designed in order to facilitate comparison.

There is no doubt, that the bioclinical approach to the microrheological action of calcium antagonists should supply a more accurate definition of the potential value of this type of therapy for correcting the reductions in erythrocyte deformability generally observed during ischemic diseases.

Keywords

Calcium Antagonist Membrane Surface Area Erythrocyte Deformability Calcium Entry Blocker Sphericity Index 
These keywords were added by machine and not by the authors. This process is experimental and the keywords may be updated as the learning algorithm improves.

Résumé

On peut supposer, dans les maladies vasculaires périphériques, que les antagonistes de calcium opèrent à deux niveaux:
  • en arrêtant le vasospasme

  • en réduisant la concentration calcique intracellulaire dans le globule rouge

En ce qui concerne le premier point, un certain nombre de substances telles que la cinnarizine, la flunarizine, le Vérapamil, la lidoflazine, la perhexiline et le bépridil inhibent la pénétration du calcium dans les cellules du muscle lisse vasculaire et empêchent leur contraction due à l’anoxie. Dans les états pathologiques lors desquels les épisodes angiospastiques contribuent à susciter une ischémie tissulaire, les inhibiteurs de l’influx de Ca2+ doivent avoir un effet bénéfique.

En ce qui concerne l’action exercée sur la rhéologie sanguine et plus particulièrement sur la microrhéologie du globule rouge, de nombreuses études soulignent le rôle important que joue la pénétration du calcium dans la déformabilité du globule rouge. Bien que les mécanismes d’action n’aient pas été déterminés complètement, la modification du flux, une augmentation locale des taux de cisaillement ainsi que l’hypoxie constituent tous des facteurs susceptibles d’encourager l’accumulation de calcium dans les globules rouges, réduisant ainsi la déformabilité de ceux-ci. Ceci aggrave les problèmes rhéologiques par feed-back. La diminution de la déformabilité combinée à la réduction du flux sanguin favorise l’apparition de formations en rouleaux, lesquelles augmentent à leur tour la viscosité sanguine et la résistance périphérique.

II apparaît dès lors raisonnable de présumer que les bloqueurs d’entrée de calicum auront un effet favorable et régulateur. Des études microrhéologiques plus complètes sur les principaux bloqueurs d’entrée de calcium en cardiologie devraient permettre d’acquérir une meilleure compréhension et appréciation de l’action de ces substances. De même la mise au point d’une procédure d’étude rhéologique précise permettrait de faciliter la comparaison.

IIne fait aucun doute que l’analyse bioclinique de l’action microrhéologique des antagonistes de calcium fournirait une définition plus précise de la valeur potentielle de ce type de traitement quant à la correction des réductions de déformabilité de l’érythrocyte, observées généralement lors de maladies ischémiques.

Resumen

En enfermedades vasculares periféricas, se prodría suponer que los inhibidores de la penetración intracelular de calcio funcionan en dos niveles:
  • oponiendo los vasoespasmos

  • reduciendo la concentración cálcica intracelular en el glóbulo rojo.

En cuanto al primer aspecto, cierto número de sustancias, taies como cinarizina, flunarizina, Verapamil, lidoflazina, perhexilina y bepridil, inhiben la penetración cálcica en las células musculares lisas vasculares y se oponen a su contracción causada por anoxia. En condiciones patológicas, en las cuales episodios vasoespásticos contribuyen a la isquemia de tejido, inhibidores de Ca2+ deben de tener un efecto beneficial.

Refiriéndose a la acción en la reología sanguínea, y más específicamente en la micro-reología del glóbulo rojo, numerosos estudios hacen hincapié en el importante pape! de la penetración cálcica en la deformabilidad del glóbulo rojo. Aunque los mecanismos de acción todavía no han sido determinados, el cambio en las condiciones del flujo, el incremento local en la tasa de cizallamiento e hipoxia, son todos factores que pueden aumentar la acumulación de calcio en los glóbulos rojos, resultando en una reducción de su deformabilidad. Esto agrava los problemes reológicos por retroalimentación. La deformabilidad disminuida, combinada con el flujo sanguíneo reducido, favorece la formación de rollos, y ello, aumenta todavía más la viscosidad sanguínea y la resistencia periférica.

Por eso, es razonable suponer que los inhibidores de la penetración intracelular de calcio tengan un efecto favorable y regulador. La acción de estas drogas se entendería y se apreciaría mejor si se efectuaran más completos estudios microrreológicos con los principales inhibidores de la penetración intracelular de calcio, empleados en la cardiología. También séria preferible si se proyectara un preciso procedimiento de estudio reológico para facilitar una comparación.

No cabe duda de que el enfoque bioclínico de la acción microrreológica de los antagonistas de calcio proporcionará una definición más précisa del valor potencial de este tipo de terapia para corregir las reducciones en la deformabilidad del eritrocito, generalmente observada durante enfermedades is-quémicas.

Zusammenfassung

Bei peripheren Gefässkrankheiten ist anzunehmen, dass die Kalziumantagonisten auf zwei Ebenen wirksam sind:
  • indem sie Vasospasmen aufheben;

  • indem sie die intrazelluläre Kalziumkonzentration in den Erythrozyten herabsetzen.

In Anbetracht des ersten Faktors ist festzustellen, dass eine Anzahl von Substanzen, wie Cinnarizin, Flunarizin, Verapamil, Lidoflazin, Perhexilin und Bepridil, den Kalziumeintritt in die Gefässzellen der glatten Muskeln hemmen, und die durch Anoxie verursachte Kontraktion dieser Zellen aufheben. Unter pathologischen Umständen, wo vasospastische Perioden zur Gewebe-Ischämie beitragen, haben Inhibitorenen des Ca2+ -Einstroms sicherlich eine günstige Wirkung.

In zahlreichen Studien wird, in Anbetracht der Wirkung auf d/e. Blutrheologie, oder, genauer, auf die Mikrorheologie der Erythrozyten, die wichtige Rolle der Kalziumpenetration auf die Verformbarkeit der Erythrozyten betont. Obwohl die Wirkungsmechanismen noch nicht völlig aufgeklärt sind, weiss man, dass geänderte Strömungsverhältnisse eine lokale Erhöhung der Schubgeschwindigkeit, und Hypoxie wahrscheinlich eine Kalziumanhäufung in den Erythrozyten fördern, was zu einer niedrigeren Verformbarkeit führt. Durch Feedback werden die rheologischen Probleme noch erschwert. Die herabgesetzte Verformbarkeit, zusammen mit dem erniedrigten Blutstrom, fördert das Entstehen von Geldrollenaggregaten, wodurch die Blutviskosität und der periphere Widerstand weiter steigen. Man kann daraus logisch ableiten, dass Kalziumantagonisten eine günstige und regulierende Wirkung haben sollten. Die Wirkung dieser Arzneimittel wäre besser zu verstehen und einzuschätzen, wenn umfangreichere mikrorheologische Untersuchungen mit den wichtigsten in der Kardiologie verwendeten Kalziumantagonisten durchgeführt würden. Um einen Vergleich einfacher zu machen, ist auch die Erarbeitung eines präzisen rheologischen Untersuchungsverfahrens wünschenswert. Ohne Zweifel wird die bioklinische Betrachtung zur mikrorheologischen Wirkung von Kalziumantagonisten eine genauere Definition der potentiellen Bedeutung dieser Behandlungsart herbeiführen, d.h. ihrer korrigierenden Rolle für die bei ischämischen Erkrankungen allgemein auftretende Verminderung der Erythrozytenverformbarkeit.

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Copyright information

© Martinus Nijhoff Publishers, The Hague 1984

Authors and Affiliations

  • J. F. Stoltz

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