Диссертация (1103678), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Вместе с тем, следует заметить, чтоприсутствие белков полосы 4.1 в мембране играет важную роль в способности клетки сохранять целостность и противостоять сдвиговому потоку безразделения на фрагменты [81].В работах [82,83] для исследования способности к деформированию отдельных компонентов оболочки эритроцита был использован метод флуоресцентноймаркировки, не повреждающий структуру эритроцита, с последующей аспирациейэритроцита в микропипетку диаметром от 1 до 2 мкм.
На рисунке 1.20 флуоресцентные маркировки отдельных компонентов эритроцита: бислоя, цитоскелета,интегральных белков, выглядят гомогенными. При этом липидный бислой, втянутый в пипетку, характеризовался флуоресценцией с полностью равномерной интенсивностью. Спектрин-актиновая сеть и подключенные к ней белки, такие какгликофорин С и белок полосы 3, распределены несколько неравномерно, но также входят в пипетку. Таким образом, липидный бислой и спектрин-актиноваяа)б)Рисунок 1.20 − Флуоресцентное изображение а) гликопротеина − СD47, липида и гликофоринаС [82]; б) −актина и белка полосы 3 [83]сеть втягиваются в пипетку практически одинаково и представляют собой четковыраженные слои.
Поэтому в первом приближении их перемещения можносчитать близкими по величине. Жесткость при сдвиге всей оболочки эритроцита- µ, состоящей из липидного бислоя и связанной с ним спектрин-актиновой сетисоставляет 0.006−0.009 мН/м [1] и является суммой сдвиговых жесткостей липидного бислоя и спектрин-актиновой сети. Перемещения указанных слоев при-43мерно равны, тогда их сдвиговые жесткости близки и составляют половину отсдвиговой жесткости всей оболочки - 0.003−0.0045 мН/м.Изучению упругих свойств цитоскелета посвящены как теоретические,так и экспериментальные работы [84,85,86,87]. Спектрин имеет нелинейнуюзависимость деформации от величины натяжения, обусловленную его структурой; была разработана модель спектрина, разворачивающегося при растяжении (рисунок 1.21), и указано на то , что существует критическое значениесилырастяжения, при котором это разворачивание происходит [84].Геометрию и механические свойства цитоскелета мембраны эритроцитов изучалипутем компьютерного моделирования [85], в котором сеть цитоскелета былапредставлена в виде полимерных цепей.
Получены значения жесткостей спектрина: при сдвиге 0.01± 0.002 мН/м, при растяжении 0.017 ± 0.002 мН/м [85]. Конечно-элементная модель сети цитоскелета в работе [86] использовалась для исследования влияния топологии цитоскелета на его макроскопические механическиесвойства. С помощью модели сети спектрина, которая имитировала реальныеРисунок 1.21 − Модель спектрина, разворачивающегося при растяжении [84]топологии (рисунок 1.22), получены значения жесткости при сдвиге. Модель также использовалась для моделированияизменений структуры цитоскелета, свя-занных с наследственными сфероцитозом и овалоцитозом (таблица 1.2).Рисунок 1.22 – Схемы топологий цитоскелетов: А− нормального эритроцита, В− эритроцита снаследственным сфероцитозом, С − эритроцита с овалоцитозом [86]44Таблица 1.2 − Значения µс и Кс для топологий А, В, С цитоскелета [86]ЖесткостьАВСµс, мН/м0.0077350.007740.00835Кс, мН/м0.01540.02640.113В работе [87] экспериментально измерены жесткости при сдвиге и растяжении изолированной спектриновой сети в режиме малого натяжения − µС, KC.Жесткости KC и µС измеряли в ловушке с лазерными пинцетами.
Принцип действия лазерного пинцета (оптической ловушки) и возможности его использованияпродемонстрированы в работах [88,89]. Лазерный пинцет с помощью световогодавления позволяет управлять движением мелких частиц без механического контакта с ними. В работе [87] крупинки кремнезема присоединялись к спектриновой сети (цитоскелету) и использовались в качестве ручек для захвата и манипуляции цитоскелетом, полученным после растворения липидного бислоя при помощи моющих средств (детергентов).
Значения µС и KC были установлены путемодновременноговоздействия на цитоскелет через крупинки калиброваннымиусилиями и измерений перемещений. В гипотоническом буферном растворе снизкой осмолярностью (25 мОсм/кг) получены значения: KC = 0.0048 ± 0.0027мН/м, µС = 0.0024 ± 0.0007 мН / м, а соотношение KC /µС, равное 1,9 ± 1,0 близко кзначениям, полученным в теоретических и численных исследованиях [85,86]. Дляоценки влияния осмотичности среды на величину жесткостей, µС и KC были измерены в изотоническом растворе, при этом KC = 0.0226 ± 0.0045 мН/м, µС = 0.0079± 0.0027мН / м, а KC /µС =2,9 ± 1,0.Мембрана эритроцита представляет собой упругую многослойную оболочку.
Жесткость при растяжении липидного бислоя (140 мН/м, [79]) на несколькопорядков величины превышает жесткость при растяжении цитоскелета в гипотоническом растворе (0.0048 ± 0.0027 мН/м, [87]). Сумма сдвиговых жесткостей липидного бислоя и спектриновой сети равна сдвиговой жесткости мембраны эритроцита - 0.0066−0.009 мН/м. Согласно исследованиям работы [80] сдвиговая жесткость липидного бислоя составляет 0.6 от величины сдвиговой жесткости мем-45браны эритроцита, то-есть сдвиговая жесткость липидного бислоя составляет0.0040−0.0054 мН/м, тогда сдвиговая жесткость слоя спектрина составляет0.0024−0.0034 мН/м (это значение совпадает с экспериментальной величиной, по-лученной в работе [87]).
Так как липидный бислой ведет себя как двухмернаяжидкость, то жесткость при сдвиге – малая величина. Наличие вязкоупругихсвойств у жидких сред подтверждается рядом работ. Например, «упругий» модуль сдвига G воды: G = 1,3⋅10-5 Па [90], для крови G = 10-1−10-3 Па [91], для суспензии крахмала в минеральном масле 2−3 Па [90] для желатинового студня G =104 Па [92], и др.1.4 Механические свойства мембран эритроцитов присерповидноклеточной анемииСерповидноклеточная анемия (Sickle cell anemia) (СА) - генетическое заболевание, при котором происходит изменение реологических свойств эритроцитов.Серповидноклеточная анемия - болезнь аномальной реологии, вызванная как острыми и обратимыми, так и хроническими и необратимыми изменениями свойстви, в частности, деформируемости серповидных эритроцитов [93]. Образующиесяпри низкой концентрации кислорода удлиненные кристаллы полимера модифицированного гемоглобина (SS-Hb) могут превращать дискоциты в вытянутые илисерповидные клетки с низкой деформируемостью [94].
Наличие серповидныхэритроцитов вызывает увеличение вязкости крови, которое ведет к затруднениюпротекания крови через капилляры и дальнейшему снижению концентрации (давления) кислорода, что вызывает увеличение количества серповидных клеток. Внекоторых случаях клетки затыкают мелкие капилляры, вызывая микрососудистую обструкцию, известную как «серповидный кризис». Клиническими проявлениями СА являются нарушения реологии крови, снижение содержания гемоглобина в крови, уменьшение гематокрита, повреждение сосудов. В состоянии насыщения кислородом серповидные эритроциты не вызывают значительного изменения микроциркуляции.
При недостатке кислорода они способствуют уменьше-46нию потока крови из-за большей внутриклеточной вязкости, повышенной мембранной вязкости и адгезии клеток к эндотелиальным клеткам, выстилающимкровеносные сосуды. Исследования показали, что уменьшение содержания кислорода увеличивает количество полимерной фракции серповидного гемоглобина, и высокая концентрация гемоглобина создает высокую концентрацию серповидного полимеризованного гемоглобина.Ключевую роль в патофизиологии СА играют необратимые патологическиеизменения в мембранах эритроцитов, вызываемые нестабильностью аномальногогемоглобина, а также происходящими в процессе циркуляции циклическими процессами его полимеризации-деполимеризации, как и в случае обработки клетокфеназин метосульфатом (phenazine methosulfate -PMS) [95,96] − таблица 1.3.Таблица 1.3 − Влияние обработки PMS на µ,(µ0 = 0.008 дин/см –для эритроцитов в норме) [96]Концентрация PMS, ( mM/л)µ/µ02.51.16100.9251.4502.61006.6B работах [97,98] проанализирована зависимость сдвиговой жесткости сер-повидных эритроцитов от концентрации гемоглобина (таблица 1.4), от содержания полимерной фракции гемоглобина (рисунок 1.23).
Показано, что насыщение кислородом улучшает реологические свойства серповидных эритроцитов,приближая их к свойствам нормальных эритроцитов.Таблица 1.4 − Зависимость µ и D cерповидных эритроцитов отконцентрации гемоглобина [97]Концентрация гемоглобина, (г/дл)µ/µ0D/D03411442.51.05485÷15247Рисунок 1.23 − Зависимость µ серповидных эритроцитов (содержание гемоглобина:29 г/дл, 33 г/дл, 46 г/дл) от полимерной фракции [98]Увеличение µ и Dпри повышении концентрации гемоглобина происходитнемонотонно – при значениях концентрации гемоглобина порядка 46 г/дл механические характеристики – жесткости при сдвиге и при изгибе резко возрастают,примерно, более, чем в 2 раза [97]. В работе [98] показана зависимость жесткостипри сдвиге для эритроцитов с различным содержанием полимерной фракции гемоглобина (Рисунок 1.23).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
