Проф. Муравлева Л.Е., проф.
Молотов-Лучанский В.Б., к.м.н. Клюев
Д.А., Колесникова Е.А., Калина А.С.
Карагандинский государственный
медицинский университет, Казахстан
Характеристика мембран эритроцитов при хронической
болезни почек и артериальной гипертензии
Эритроциты участвуют в
реализации различных физиологических процессов в организме. Состояние
мембран определяет такие важные свойства эритроцитов как стабильность,
деформируемость и способность к обратимой агрегации, которые обеспечивают
нормальное функционирование красных клеток в
крупных сосудах и капиллярном русле.
Стабильность мембраны эритроцитов рассматривается как их способность
противостоять значительной по величине сдвиговой деформации в крупных
магистральных сосудах.
В микроциркуляторном русле, эритроциты демонстрируют
способность к деформируемости, т.е. к обратимому изменению размеров и формы для
их прохождения через кровеносные капилляры.
Деформируемость эритроцитов зависит от многих
факторов. Прежде всего, от межмолекулярных взаимодействий между белковыми
компонентами цитоскелета и белками плазматической мембраны эритроцитов. При
деформации сдвига, когда происходят изменения формы и линейных размеров клеток
при постоянной величине площади поверхности мембраны, может произойти нарушение
взаимодействия компонентов цитоскелета и плазматической мембраны, что
обуславливает фрагментацию мембран эритроцитов [1].
В связи с этим, большой интерес вызывает изучение
процесса регуляции деформируемости эритроцитов. Исследованиями С.А. Сторожок и соавт. [2] было установлено, что
стабильность, деформируемость мембран
эритроцитов и способность к агрегации
опосредуется через изменение активности протеинкиназных систем эритроцита.
Другой способ регуляции – изменение концентрации ионов кальция. Увеличение
концентрации кальция в цитоплазме приводит к изменению формы, снижению
деформабильности и уменьшению продолжительности жизни эритроцитов. Кальций и
кальмодулин вызывают обратимое снижение стабильности мембран эритроцитов. Также
при деформации сдвига меняется интенсивность метаболизма эритроцитов. С.А.
Сторожок и соавт. была предложена модель регуляции стабильности и
деформабильности эритроцитов. Фактором, инициирующим изменение механических
свойств мембран эритроцитов, является деформационный стресс, который приводит к
увеличению проницаемости мембран для Са++, меняющему характер
межмолекулярных взаимодействий белков цитоскелета. В результате снижается
деформабильность и возрастает стабильность мембран эритроцитов. Через некоторый
интервал времени, достаточный для активации протеинкиназ и фосфорилирования
белков цитоскелета возрастает деформабильность мембран эритроцитов. Изменения
стабильности и деформабильности мембран эритроцитов авторы рассматривают как
колебательные противофазные процессы. В фазу высокой стабильности мембран
эритроциты находятся в аорте и крупных артериях, а в фазу высокой
деформабильности мембран они проходят микроциркуляторное русло [2]
А.А. Маймистовой и соавт.
показано, что повышение активности аденилатциклазный системы и стимулировании
цАМФ-зависимой протеинкиназы А в эритроцитах приводило к достоверному приросту
их деформируемости и снижению агрегации клеток. Стимулирование протеинкиназы C
приводило к меньшему микрореологическому эффекту. Активация тирозиновых
протеинкиназ сопровождалась увеличением деформируемости эритроцитов, но мало
влияло на агрегцию. Блокирование входа Са2+ в эритроциты сопровождалось
достоверным увеличением деформируемости клеток и снижением их агрегации, тогда
как повышение внутриклеточного Са2+ сочеталось с выраженным приростом агрегации
эритроцитов и некоторым снижением их деформируемости [3]. Низкая деформабильность эритроцитов и их выраженная агрегация
могут являться ведущим звеном расстройств микроциркуляции.
В.С. Глушков и соавт. показали, что при
деформационном стрессе в эритроцитах меняется их проницаемость не только для
катионов, так и для АТФ и АДФ. Известно, что АДФ является индуктором
тромбообразования. Изменение проницаемости мембран эритроцитов объясняется
уменьшением плотности упаковки липидного бислоя мембран. Модифицирующим
фактором может быть активация ПОЛ в мембранах эритроцитов. В условиях
деформационного стресса наблюдалось увеличение количества АДФ в плазме крови,
причем этот выход зависел от интенсивности ПОЛ мембран красных клеток. При
незначительной активации ПОЛ выход АДФ снижался, при глубокой окислительной
деструкции – возрастал. Увеличение ПОЛ сопровождалось снижением способности
мембран эритроцитов к деформации. Высказано предположение, что снижение
способности к деформации обусловлено модификацией вязкоэластических свойств
белкового цитоскелета. [4].
Ухудшение деформируемости эритроцитов
может быть обусловлено изменением липидного спектра мембран, и, прежде
всего, нарушением соотношения
холестерин/фосфолипиды. Снижение деформируемости эритроцитов вызывает aбсорбция белков на поверхность клеток, прежде всего
фибриногена. Сформулирована гипотеза о существовании на поверхности
эритроцитарной мембраны специфических сайтов связывания фибриногена. Абсорбция
фибриногена в специфических сайтах индуцирует агрегацию эритроцитов ]. Этот же вывод о влиянии фибриногена на
агрегацию эритроцитов сделан в работе Тихомировой И.А. [6]. Также ею
установлено, что ингибирование анионного переносчика (белка полосы 3) приводит
к снижению агрегируемости эритроцитов. Напротив, в условиях энергодефицита
способность эритроцитов к образованию агрегатов возрастала.
Вторичные продукты ПОЛ, в
частности, малоновый диальдегид, вызывает значительное повышение вязкости
цитозоля эритроцитов, по всей вероятности, за счет образования поперечных
сшивок с белками [7].
Механические повреждения мембраны,
нарушение транспорта кальция, ослабление взаимосвязи компонентов цитоскелета и
плазматической мембраны эритроцитов могут приводить к образованию
мировезикул. Эритроциты способны к образованию
микровезикул и нановезикул. Эритроцитарные микровезикулы включают поверхностные
(периферические) мембранные белки и гемоглобин. Эритроцитарные микровезикулы
благодаря экспонированию фосфатидилсеринов могут участвовать в образовании
протромбиназного комплекса и в небольшой степени поддерживать свертывание
крови [8]
О состоянии физико-химических свойств эритроцитов также можно судить по
таким характеристикам как показатель преломления, форма,
диаметр, объем, содержание воды и сухих веществ [9].
Распространенным способом
оценки состояния физико-химических свойств мембран эритроцитов является
исследование их осмотической резистентности и сорбционной емкости. Под
осмотической резистентностью мембран понимают устойчивость по отношению к гипотоническим растворам NaCl. Осмотическая
стойкость эритроцитов зависит от степени их зрелости, формы и от изменения
состава плазмы. Осмотическая резистентность эритроцитов, прежде всего, зависит
от условий ультрафильтрации воды в клетки [10; 11]
Интерес подход к интерпретации
эритрограмм, предложенный П.А. Поповым,
о последовательном вовлечении эритроцитов
в процесс гемолитической трансформации. Согласно представлениям П.А.
Попова, в популяции эритроцитов
присутствуют клетки с низкой устойчивостью
к осмотическому гемолизу, среднеустойчивые и высокоустойчивые. Этот подход
существенно расширил возможности интерпретации результатов определения
осмотической устойчивости эритроцитов [12].
Анализ сорбционной емкости эритроцитов
дает информацию о состоянии восстановительной способности эритроцитов, которая
меняется по мере изменения барьерных свойств, плазматической мембраны. Снижение
сорбционной емкости свидетельствует об энергетическом дефиците в эритроцитах.
Повышение сорбционной емкости эритроцитов является индикатором повреждения
мембран и клеточной дезорганизации [13].
В настоящее время одним из
наиболее перспективных направлений в
медико-биологических исследованиях является изучение характера изменения поверхностного
заряда эритроцитов.
Анализ данных литературы, посвященных
исследованию состояния мембран эритроцитов при хронической болезни почек и
артериальной гипертензии, определил следующие направления.
Установлено достоверное увеличение диаметра и
объема циркулирующих в крови эритроцитов, обусловленное повышением содержания
воды в эритроцитах больных артериальной гипертензией [14; 15]. По мнению
автора, это приводит к повышению уровня
гидростатического давления крови и повышению напряжения сдвига на эндотелий
сосудистой стенки, влияя на продукцию оксида азота и эндотелина 1. С другой
стороны, это способствует разрушению эритроцитов при артериальной гипертензии,
высвобождению гемоглобина, который
образует комплексы с оксидом азота, что приводит к вазоконстрикции [16].
У больных хроническим гломерулонефритом
дестабилизация мембран эритроцитов отражает активность иммунного воспаления и
проявляется усилением агрегации эритроцитов [17; 18].
Jakić
M et al. [19] выявили снижение осмотической резистентности мембран эритроцитов больных на терминальной стадии хронической
почечной недостаточностью.
При хронической болезни почек выявлено снижение деформабильности
эритроцитов. Процедура гемодиализа способствовала дальнейшему снижению
деформабильности эритроцитов крови больных с хронической почечной
недостаточностью [20; 21]. Одним из факторов, определяющих нарушение структуры
мембран эритроцитов крови больных с хронической болезнью почек, получающих гемодиализ,
является интенсификация перекисного окисления липидов [20]. В качестве другой причины
рассматривают повреждение и декомпозицию белков мембраны эритроцитов [22].
Нашими собственными исследованиями показано, что у больных
артериальной гипертензией зафиксировано снижение концентрации сухого вещества в
эритроците при увеличении содержания интрацеллюлярной воды и
проницаемости мембран эритроцитов. У больных хронической болезнью почек,
ассоциированной с артериальной гипертензией, выявлено наличие общих тенденций к
уменьшению концентрации сухого вещества в эритроцитах при увеличении содержания
воды в эритроцитах крови. Наиболее значимые изменения касались показателя
проницаемости мембран эритроцитов.
По
данным С.Г. Резван и соавт. [24] при
оценке эритроцитарной популяции при нефропатиях у детей обнаружено, что в 50%
случаев время достижения латентного гипоосмотического гемолиза превышало
таковой контроля на 17%. В тоже время, у второй половины больных в крови возрос
процент низкостойких эритроцитов.
Нашими
исследованиями показано изменение
сорбционных свойств эритроцитов крови больных с хронической болезнью почек и на
фоне артериальной гипертензии. Показано изменение соотношения высокостойких, среднестойких и
низкостойких эритроцитов в крови больных с хронической болезнью почек, в том числе
ассоциированной с артериальной гипертензией. У больных хронической
болезнью почек и на фоне артериальной гипертензии было установлено изменение взаимоотношений
эритроцитов с лейкоцитами и тромбоцитами в системе гемоциркуляции [25].
У
детей с калькулезным пиелонефритом обнаружено нарушение заряда эритроцитов и их
микровязкости [26]
Наши собственные
исследования зарядового баланса эритроцитов крови больных с хроническим
пиелонефритом, ассоциированным с артериальной гипертензией, показали
существенные различия скорости релаксации протонов и ионогенных групп,
определяющих изменение рН при термоиндукции. В условиях патологического
процесса изменение заряда эритроцитов может определять изменение их поведения,
в том числе при сдвиговой деформации [27]
Таким
образом, приведенные результаты исследования демонстрируют перспективность
дальнейшего исследования физико-химических параметров эритроцитов у больных
хронической болезнью почек и на фоне артериальной гипертензии.
Литература
1.An X., Mohandas, N. Disorders of red cell membrane. British Journal of Haematology, 2008.
141: 367–375
2.Сторожок С.А., Санников А.Г., Белкин А.В. Зависимость стабильности деформабельности мембран
эритроцитов от межмолекулярных взаимодействий белков цитоскелета //
Научный вестник ТГУ.- 2009.- №3.- С. 3-10
3.Маймистова А.А., Кошелев В.Б., Булаева C.В.,
Муравьев А.В. Изменение агрегации и деформируемости эритроцитов при активации
внутриклеточных сигнальных путей //Ярославский
педагогический вестник.- 2010.- № 3–С. 71-74
4.Глушков В.С., Сторожок С.А., Петровец А.М.
Модификация структуры мембран клеток крови как модулятор изменения
проницаемости мембран для АДФ при их сдвиговой деформации // Известия
Челябинского научного центра.- 2004.- Вып. 1 (22).- С. 225-230
Involvement
of fibrinogen specific binding in erythrocyte aggregation. FEBS Letters.
2002. V/ 517, Issue 1, P. 41-44
6.Тихомирова И.А. Роль экстрацеллюлярных, мембранных и
внутриклеточных факторов в процессе агрегации эритроцитов – Автореф. докт.
дис. – Ярославль, 2006. – 48 с.
7. Liu X., Qin W.,
Yin D. Biochemical relevance between oxidative/carbonyl stress and elevated
viscosity of erythrocyte suspensions Clinical Hemorheology and
Microcirculation. 2004; Volume 31, N 2. 149-156
8.Зубаиров Д.М., Зубаирова Л.Д. Микровезикулы в крови.
Функции и их роль в тромбообразовании М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. – 168с.
9. Проницаемость мембран эритроцитов у больных с
инфекционной патологией /О.И. Кулапина, В.Ф. Киричук, И.А. Утц и др. //Серия.
Критические технологии. Мембраны.- 2005.- Т 1 (25).- С. 3-11.
10.Кислотная, осмотическая и ультразвуковая
резистентность эритроцитов больных, получающих лечение регулярным гемодиализом.
/ В.Н. Спиридонов, Ю.А. Борисов, Е.Н. Левыкина, Е.Д. Суглобова // Нефрология. –
Т. 8, № 3. – 2004. – С. 22-31;
11.Суглобова Е.Д. Кинетический физико-химический
подход к оценке качества клеточных мембран у больных хронической почечной
недостаточностью, получающих лечение гемолиализом - Автореф. Дис.докт. биологических наук - Санкт-Петербург. 2007.-
48 с.
12.Попов П.А. Анализ субпопуляционного состава
циркулирующих эритроцитов в диагностике гнойно-септических состояний //
Санкт-Петербургские научные чтения - 2004:
материалы IV научно-практической конференции
с международным участием: сб. науч. тр. – СПб, 2004. – С. 174
13. Физико-химические особенности мембран эритроцитов
у жителей Среднего Приобья / Н.В. Веснина, Л.М. Леонова, Э.А. Кашуба и др. //
Медицинская наука и образование Урала. – 2008. – №1. – С. 72-73
14.Денисов Е.Н. Изменение параметров циркулирующих
эритроцитов у больных артериальной гипертензией // Вестник
ОГУ.-2006.-№4.-С.127-129;
15.Денисов Е.Н. Состояние регуляций эндотелий
–зависимых компонентов тонуса сосудов в норме и при некоторых формах
сердечно-сосудистой патологии – Автореф. дис. док. мед. Наук- Оренбург, 2008.- 41 с.
16.Role of nitric
oxide scavenging in vascular response to cell-free hemoglobin transfusion / K.
Sampei, J. A. Ulatowski, Y. Asano, H Kwansa et al // Am J Physiol
Heart Circ Physiol. – 2005.- 289(3): P.1191–P.1201
17.Анализ стабильности цитомембран эритроцитов у
больных хроническим гломерулонефритом в зависимости от активности иммунного
воспаления и функции почек / Э.А.Гурьянова, О.Н.Сигитова, АГ.Щербакова и др. //
Сб.трудов XII ежегодного нефрологического семинара.- 2004. - С-Пб.:Фолиант,
2004. - С.35;
18.Клеточно-воспалительные механизмы и методы их
оценки при активном/прогрессирующем гломерулонефрите / О.Н. Сигитова, Э.А.
Гурьянова, А.Г. Щербакова, Г.М. Субаева // Каз.мед.ж. - 2004. - №2. - С.
106-110
19.
Jakić M, Rupcić
V, Stipanić
S, Slanovic V.Osmotic resistance in erythrocytes in patients with chronic renal
insufficiency Lijec Vjesn. 1991;113(11-12):398-401
20.Толстоухова Н.В. Клинико -
патогенетические аспекты нарушения реологических параметров эритроцитов к
больных с хронической почечной недостаточностью - Автореф. дис. канд. мед.наук
– Тюмень, 2008.- 22 с.;
21.
Brown CD, Ghali HS, Zhao Z, Thomas LL, Friedman EA Association of reduced red
blood cell deformability and diabetic nephropathy // Kidney Int. 2005.- 67(1).-
P.295-300
22.
Brzeszczynska J, Luciak M., Gwozdzinski K
Alterations of erythrocyte
structure and cellular susceptibility in patients with chronic renal failure:
Effect of haemodialysis and oxidative stress // Free Radical Research -2008.-
Vol.42.- N 1.- P. 40-48
23. Муравлёва Л.Е., Молотов-Лучанский В.Б., Клюев Д.А., Колесникова Е.А и
др. Сравнительная оценка функциональных параметров эритроцитов крови больных
хроническим пиелонефритом и гломерулонефритом // Современные проблемы науки и
образования. – 2011. – № 2; URL: www.science-education.ru/96-4586 .
24. Структурные свойства эритроцитов и активация
системы комплемента крови больных с различными формами нефропатий /Резван С.Г.,
Гусинская В.В., Артюхов В.Г. и соавт. //Вестник ВГУ. Серия химия и биология.- 2000.- С. 130-133
25. Kluyev D.A.,
Muravlyova L.Е., Molotov-Luchanskiy
V.B., Kulmagambetov I.R. Structural and
functional changes in hemograms of
patients with tubulopathy associated with arterial hypertension // EUROPEAN JOURNAL OF NATURAL HISTORY .- 2009 .- № 6.-
P. 17-20
26. Utegenov N.,
Aliev M., Nasirov A., Terebaev B. Pathogenetic value of electric disruption
changes and erythrocyte
membrane microviscosity in calculous pyelonephritis in children and ways of
their corrections // Medical and Health Science Journal. – 2011.- Vol.
5.- P.
2-6
27. Зарядовый баланс
эритроцитов крови больных с хроническим пиелонефритом и на фоне артериальной
гипертензии / Муравлёва Л.Е. ,
Молотов-Лучанский В.Б., Колесникова Е.А., Клюев Д.А. и др // Фундаментальные исследования. -2011.- № 10.- С.
126-130