Биологические науки /8.Физиология человека и животных.
К.б.н. Овчинникова О.А.
ФГБОУ ВПО ЯГПУ им. К.Д. Ушинского»
Влияние
энергодефицита на микрореологические свойства эритроцитов
Микроциркуляторное русло в сердечно-сосудистой системе является центральным, ключевым, так как все другие звенья этой системы по существу обеспечивают основную функцию, выполняемую микроциркуляторным звеном – транскапиллярный обмен. Для обеспечения целостности мембраны и двояковогнутой формы эритроцитов большое значение имеет энергия макроэргов. Энергетическое обеспечение процессов внутриклеточного гомеостаза (и прежде всего ионного) в эритроцитах осуществляется за счет АТФ, образующейся в процессе гликолиза, который является основным путем обмена энергии в красных клетках крови. Истощение АТФ в эритроцитах ведет к ряду нарушений, в частности к блокированию ионных насосов и к изменению ионного баланса в системе среда-клетка [6,7]. Зрелые эритроциты, циркулирующие в кровяном русле, являются метаболически активными клетками, несмотря а отсутствие способности к синтезу белков, аэробному расщеплению глюкозы в цикле Кребса. Обмен веществ зрелых безъядерных эритроцитов направлен на обеспечение их функции как переносчиков кислорода и на выполнении роли посредников при переносе углекислого газа[5].
Материалы и методы. Исследование выполнялось на образцах крови практически здоровых доноров-добровольцев, лиц обоего пола (n=26), в возрасте от 19 до 23 лет. Эритроциты отделяли центрифугированием и после трехкратной отмывки инкубировали при 37ºС в физиологическом растворе (контроль) и в растворах препаратов, изменяющих энергетический потенциал клеток (йодацетамид и 2-дезокси-D-глюкоза). Проводили измерения кажущейся вязкости при Ht=40 в физиологическом растворе и аутоплазме, определение степени агрегации и деформируемости, содержания АТФ. Данные, полученные в ходе исследования, были обработаны методами математической статистики.
Результаты и обсуждение. Для оценки влияния изменений внутриклеточного содержания АТФ на реологические свойства крови нами проводилась модификация содержания АТФ в клетке: снижение энергетического потенциала моделировали обработкой эритроцитов дезоксиглюкозой и йодацетамидом (ЙАА). Основным процессом обмена энергии в эритроцитах является гликолиз. Дезоксиглюкоза воспринимается активными клетками как обычная глюкоза и захватывается в цитоплазму. Однако, она проходит только первую стадию гликолиза и далее не усваивается. В результате ее метаболиты накапливаются в клетке, и, будучи жиронерастворимыми, они не могут ее покинуть. Йодацетамид используется как ингибитор транспорта глюкозы [6]. Глюкозотранспортная система мембран эритроцитов (определяющая роль в которой принадлежит полипептиду полосы 4.5) характеризуется повышенной устойчивостью к внешним воздействиям, адресующимся к мембранным белкам.
Влияние используемых соединений на энергетический потенциал красных клеток крови подтвердилось изменением содержания АТФ под их воздействием. Выраженное энергетическое истощение (снижение внутриэритроцитарной концентрации АТФ на 42,9%, р<0,001) отмечено под действием йодацетамида, необратимо блокирующего ферменты гликолиза [6]. При этом отмечены и значительный рост вязкости крови (на 41,3%, р<0,01 при высоких напряжениях сдвига, на 21,8%, р<0,01 - при низких). Поскольку свойства плазмы и показатель гематокрита были стадартизированы, основной вклад в текучие свойства крови при высоких напряжениях сдвига принадлежал деформируемости эритроцитов, а при низких – их агрегируемости. Обработка красных клеток крови йодацетамидом привела к существенному снижению их деформируемости и достоверному росту степени агрегации, что в конечном итоге и обусловило выявленные неблагоприятные изменения макрореологических показателей крови. Несмотря на то, что влияние дезоксиглюкозы на энергетический баланс эритроцитов было значительным (внутриклеточное содержание АТФ снизилось на 74%, р<0,001, влияние этого соединения на гемореологические показатели было не столь однозначным.
Гемореологический эффект от инкубации красных клеток крови в среде с присутствием дезоксиглюкозы был сходным с влиянием высокого содержания глюкозы в среде инкубации на макро- и микрореологические свойства крови. По данным S. Shin и соавт. (2008) инкубация эритроцитов в среде с высокой концентрацией глюкозы вызывает снижение их деформируемости и агрегируемости, приводящее к снижению вязкости крови при низких напряжениях сдвига и повышению вязкости крови при высоких напряжениях сдвига за счет ухудшения деформируемости [9]. Отмеченная нами тенденция к росту вязкости крови при низких напряжениях сдвига была обусловлена увеличением их агрегируемости после инкубации с дезоксиглюкозой (на 12,5%, р<0,05), а снижение высокосдвиговой вязкости крови после обработки эритроцитов этим препаратом детерминировалось выраженной тенденцией к снижению их деформируемости. Различный эффект ингибиторов гликолиза – ЙАА и дезоксиглюкозы на реологические свойства крови обусловлен разными механизмами их действия. Ингибирование креатинфосфатного пути транспорта энергии посредством йодацетамида сопровождалось значительно более глубоким угнетением насосной функции сердца, чем ингибирование аденилатного пути транспорта дезоксиглюкозы, останавливающей гликолиз на уровне глюкозо-6-фосфата [1]. Таким образом, в результате проведенного исследования было показано важное значение внутриэритроцитарного содержания АТФ в обеспечении способности клеток крови к деформируемости и агрегации. Полученные данные свидетельствуют о снижении деформируемости эритроцитов в условиях энергодефицита, что согласуется с данными ряда авторов [2] и подчеркивают ведущую роль энергообеспечения клетки в поддержании ее формы и способности проходить через узкие микрососуды. Зависимость процесса агрегатообразования эритроцитов от их энергетического потенциала не столь однозначна, что подтверждается опубликованными данными: одни авторы указывают на рост степени агрегации красных клеток крови при их энергетическом истощении [4], другие фиксируют снижение агрегируемости в условиях энергодефицита [8].
Литература:
1. Капелько
В.И. Креатинфосфокиназный путь транспорта энергии в мышечных клетках //
Соросовский образовательный журнал (Биология). – 2000.– С. 8-12.
2. Муравьев А.В., Булаева С.В., Маймистова А.А. Роль протеинкиназ, фосфотаз и аденилатциклазной системы в изменении в изменении деформируемости эритроцитов // Гемореололгия. – Ярославль.– 2009.– С.54.
3.
Сторожок
С.А. Роль цитоскелета эритроидных клеток в регуляции их функций автореф. дис. … докт. мед. наук. – Челябинск, 1997. –
48 с.
4.
Тихомирова,
И. А. Физиологическая роль и механизмы объединения эритроцитов в агрегаты //
Рос. физиолог. журн. им. И. М. Сеченова. — 2007. — № 93 (12). — С.
1382–1393.
5. Федоров Н.А. Нормальное кроветворение и его регуляция. – М.: «Медицина», 1976. – 543с.
6.
Черницкий Е.А., Воробей А.В. Структура и функции
эритроцитарных мембран. – Минск: Наука и техника, 1981. – 214 с.