CC BY
55
ФІЗІОЛОГІЯ
© А. Е. Жуйкова, С. В. Руденко*, В. А. Бондаренко УДК 576. 324: 612. 111
А. Е. Жуйкова, С. В. Руденко*, В. А. Бондаренко
ДИНАМИКА МОРФОЛОГИЧЕСКОГО ОТВЕТА ПРИ ДЕЙСТВИИ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ЭРИТРОЦИТЫ ЧЕЛОВЕКА
Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина (г. Харьков) *Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины (г. Харьков)
Работа выполнена в рамках научно-исследовательской темы кафедры физиологии человека и животных Харьковского национального университета им. В. Н. Каразина: «Закономірності фізіолого-біохімічної та структурно-функціональної адаптації біологічних систем до факторів середовища в онтогенезі», № гос. регистрации 010311005743.
Вступление. В физиологических условиях эритроциты человека имеют форму двояковогнутого диска. Форма эритроцитов, как параметр, отражающий нормальное состояние клеток, характеризуется высокой чувствительностью к действию различных модифицирующих агентов и изменению условий среды. К настоящему времени получен значительный объем данных, посвященных изучению механизмов изменения формы эритроцитов из дис-коцитов в стоматоциты и эхиноциты под действием амфифилов и других модифицирующих агентов [14, 15, 20], температуры [11], рН [9, 8, 17], а также при изменении содержания электролитов в среде [12, 13].
Объяснение механизмов изменений формы эритроцитов, и в частности, последовательности изменений стоматоцит-дискоцит-эхиноцит, впервые было предложено Шитсом и Сингером в теории бислойной пары (ТБП) [21], далее развитой в работах [18]. Согласно этой теории изменение формы эритроцитов обусловлено изменениями в соотношении площадей между двумя половинами бислоя. Увеличение площади наружного монослоя под действием эхиноцитарных агентов приводит к формированию кренированных форм - эхиноцитов, характеризующихся наличием спикул, тогда как увеличение площади внутреннего монослоя по отношению к наружному под действием стоматоцитарных агентов индуцирует вогнутые формы - стоматоциты. Важную роль в изменении формы эритроцитов играет цитоскелет, а также анионный обменник, интегральный белок полосы 3 [10, 22], который обеспечивает обмен внутриклеточных и внеклеточных анионов хлорида и бикарбоната, а также обмен других неорганических и органических анионов [16]. В работе [22] было сделано предположение, что
конформация белка полосы 3 определяет степень сокращения и релаксации мембранного цитоскелета и ее изменение приводит к изменению локальной кривизны мембраны и в конечном итоге к изменению формы клетки.
Показано, что введение эритроцитов в среды с низкой ионной силой, в которых электролит хлорид натрия изоосмотически замещен на сахарозу, приводит к характерной трехфазной последовательности изменений их формы, состоящей из быстрой сферуляции (фаза 1), последующего восстановления дискоидной формы (фаза 2) и повторной сферуляции (фаза 3) [2]. Указанная последовательность изменений рассматривается как морфологический ответ (МО) эритроцитов [2, 19]. С помощью микроскопии было показано, что в фазе 1 сферуляция сопровождается формированием эхиноцитов, в фазе 2 происходит восстановление дискоидной формы, а в фазе 3 сферуляция сопровождается формированием стоматоцитов [2, 19] (рис. 1). Таким образом, в данных условиях сахароза проявляет свойства сто-матоцитарного агента.
Стоматоцитарная форма эритроцитов в неэлектролитной среде может индуцироваться рядом процессов, которые развиваются как в мембране, так и во внутриклеточной среде. К ним относится деполяризация мембраны [7, 12], увеличение проницаемости мембраны для калия и натрия [7, 20], закисление внеклеточной среды и защелачивание цитоплазмы клеток [20].
Из этого можно заключить, что изменение формы эритроцитов может быть как следствием изменения состояния самой мембраны, так и следствием модификации общего состояния клеток. Анализ, проведенный в работе [19], показывает, что некоторые варианты МО трудно объяснить в рамках ТБП, что предполагает наличие других механизмов при осуществлении такого варианта морфотранс-формации. Однако остается целый ряд вопросов относительно того, какие факторы контролируют процесс морфотрансформации во времени, т. е. на различных этапах формирования морфологического ответа.
Цель исследования - изучить влияние различных фармакологических препаратов на формирование морфологического ответа эритроцитов в неэлектролитной среде. Указанные условия характеризуются двумя особенностями: 1) формированием градиента анионов хлора, направленного из клеток во внеклеточную среду и 2) активацией систем ионного транспорта (К/Ыа/И-обменник, неселективные потенциал-зависимые каналы), что ставит механизм изменения формы клеток в зависимость от потенциала мембраны и трансмембранного распределения ионов гидроксила.
Объект и методы исследования. В экспериментах были использованы свежевыделенные эритроциты человека, которые дважды отмывали в не-забуференном физиологическом растворе путем центрифугирования (3000 об/мин, 2 мин), на центрифуге ОПН-3, а затем осадок разводили в 10 раз в изотоническом растворе ИБЭ (150 мм ЫаС1, 5 мм ИЕРЕЭ, pH 7,4) и использовали как сток-суспензию. Цельную кровь предварительно забирали в вакуумные пробирки Уасігїаіпег, содержащие в качестве антикоагулянта ЭДТА.
Для изучения динамики изменений формы эритроцитов во времени после различных воздействий использовали разработанный и изготовленный в ИПКиК НАН Украины двухканальный формометр-агрегометр ФА-01, который, наряду с измерением оптической плотности (ОП) или светопропускания, измеряет флуктуации интенсивности светового потока, которые несут информацию о форме клеток. Индекс формы (ИФ) рассчитывался по протоколу, описанному ранее для определения формы эритроцитов [1] и вычислялся по формуле ИФ=к-й, где к - постоянный коэффициент, зависящий от коэффициента усиления сигнала и от калибровки прибора, а й - среднеквадратичное значение амплитуды флуктуаций светового потока, которое вычисляли на интервале усреднения равном 1 с. Калибровочный коэффициент к позволяет сформировать шкалу измерений ИФ, которая отражает степень дискоид-ности эритроцитов: 1-1,2 - для дисков и 0,06 - для сфер (рис. 1).
Рис. 1. Динамика изменений ОП и ИФ суспензии эритроцитов, помещенных в сахарозную среду (0,3 М).
В цилиндрическую стеклянную кювету диаметром 10 мм, содержащую 2 мл HBS, добавляли 7-9 мкп сток-суспензии эритроцитов таким образом, чтобы начальное значение ОП было в пределах 0,30+0,02, что соответствует концентрации эритроцитов порядка 6x106 в 1 мл. Суспензия клеток перемешивалась магнитной мешалкой со скоростью 600 об/мин.
Динамика морфологических изменений изучалась при введении клеток в незабуференную среду, содержащую 2 мл 300 мм раствора сахарозы (Merck), рН 5,8-6,2, с последующим введением необходимого объема препаратов для достижения требуемой конечной концентрации. В работе использовали следующие фармакологические препараты, выпускаемые производителями в виде водных растворов: дексалгин (активное вещество декске-топрофена трометамол 98,3 мм) (Berlin-Chemie, Германия), рибоксин (активное вещество инозин 74,6 мм) (Дарница, Украина), фторурацил (активное вещество 5-фторурацил 384 мм) (Дарница, Украина), актовегин (депротеинизированный диализат крови телят 40 мг/мл) (Nycomed, Австрия), солкосе-рил (депротеинизированный диализат крови телят 42,5 мг/мл) (MEDA Pharmaceuticals Switzerland, Швейцария). Свежевыделенную плазму крови добавляли в объеме 20 мкл в 2 мл раствора сахарозы, содержащего или не содержащего эритроциты. Эксперименты проводили при комнатной температуре 22-24 °С.
Результаты исследований и их обсуждение. В ходе исследования влияния фармакологических препаратов на изменение формы эритроцитов в сахарозной среде обнаружено, что их действие может иметь как сходный характер, так и отличаться. На основании этого препараты по характеру действия можно объединить в отдельные группы. В работе действие фармакологических препаратов на эритроциты изучали во всех трех фазах МО. В одном случае препараты в заданной концентрации добавляли через 150 с после внесения в среду клеток, когда они являются стоматоцитами и процесс трансформации завершился (фаза 3, рис. 2, секция 1). Во втором случае препараты добавляли в суспензию на максимуме МО, когда клетки имеют дискоидную форму (фаза 2, рис. 2, секция 2). В третьем случае препараты добавляли в раствор сахарозы до введения клеток (фаза 1, рис. 2, секция 3).
На рис. 2 видно, что дексалгин, рибоксин и фторурацил обладают сходным влиянием на МО эритроцитов при их добавлении через 150 секунд и на пике МО в концентрациях, имеющих наиболее выраженный эффект. При добавлении данных препаратов через 150 с (секция 1), ИФ увеличивается до 1,0-1,2, что характеризует переход стоматоцитов в дискоциты. При добавлении данных препаратов на пике МО клетки быстро сферулируются, с дальнейшим восстановлением дискоидной формы и повторной сферуляцией (секция 2). Однако в случае фторурацила повторная сферуляция происходит более медленно по сравнению с дексалгином
Секция 1 Секция 2 Секция 3
0 0 _і_і___I__і__і__I__і__і___I__і__і__I__і___і_І___і__і__I__і__і___I__і__і__I__і__і___I__і__і
О 60 120 180 240 300 360 420 400 540 600
Время, с
Рис. 2. Изменение ИФ эритроцитов, помещенных в сахарозную среду (0,3 М) при добавлении фармакологических препаратов в следующих конечных концентрациях: дексалгин 240 мкМ, рибоксин 371 мкМ, фто-рурацил 19 мкМ. Стрелки в секциях 1 и 2 в каждой серии показывают момент добавления препаратов: секция 1 - через 150 с, секция 2 - на пике МО. Секция 3 отражает изменение ИФ при добавлении препаратов в среду до введения клеток, как показано на примере дексалгина. Вертикальная линия в начале каждой секции отражает момент введения клеток в среду и соответствует нулевому времени для этой секции независимо от оси времени для всего графика.
В последующих рисунках обозначения те же.
и рибоксином (секция 2). Влияние препаратов, добавленных в среду до введения клеток, отличалось между собой. Рибоксин и фторурацил не оказывали существенного влияния на МО, тогда как дексалгин замедлял восстановление дискоидной формы и дальнейшее развитие сферуляции в фазе 3. Таким образом, данные препараты, характеризующиеся различными фармакологическими механизмами влияния в физиологических условиях, вызывают сходный тип МО при их добавлении в изоосмотический раствор сахарозы.
При добавлении актовегина, солкосерила и плазмы крови на всех фазах МО наблюдается восстановление ИФ до 1,0, что
Секция 1 Секция 2 Секция 3
Время, с
Рис. 3. Изменение ИФ эритроцитов, помещенных в сахарозную среду (0,3 М) при добавлении фармакологических препаратов через 150 с, на пике МО и в среду до введения клеток в следующих конечных концентрациях: актовегин 0,40 мг/мл, солкосерил 0,43 мг/мл. Плазму крови добавляли в объеме 20 мкл.
свидетельствует о восстановлении дискоидной формы эритроцитов.
На рис. 3 представлены наиболее эффективные концентрации препаратов и плазмы крови, при введении которых наблюдалось восстановление дискоидной формы без повторной сферуляции. При введении более низких концентраций данных веществ клетки, после достижения дискоидной формы, медленно сферулирова-лись (данные не приведены). Интересно, что в этом случае актовегин и солкосерил, являющиеся депро-теинизированными диализатами крови телят, вызывали сходное изменение МО. Можно предположить, что входящие в состав этих двух препаратов нуклеиновые кислоты, аминокислоты, производные холестерина и другие низкомолекулярные компоненты могут изменять свойства мембраны и способствуют стабилизации дискоидной формы эритроцитов.
Сходное изменение МО наблюдается при добавлении плазмы крови, которая обладает более сложным многокомпонентным составом. Входящий в состав плазмы альбумин, как показано в работе [3], может проявлять свойства эхи-ноцитарного агента в сахарозной среде и, посредством влияния на мембрану, стабилизировать диско-идную форму клеток, т. е. компенсировать стоматоцит-индуцирующий эффект сахарозы, вызывая формирование промежуточной дискоидной формы. Хлорид натрия и другие неорганические анионы, содержащиеся в плазме крови, увеличивая ионную силу среды, также могут способствовать восстановлению дискоидной формы клеток [3, 4].
При увеличении конечных концентраций исследуемых фармакологических препаратов в одних случаях изменялась лишь степень их влияния на эритроциты, выражающаяся в большей или меньшей способности сферулировать клетки или, наоборот, способность стабилизировать их дискоидную форму, тогда как в других случаях отмечалось изменение самого характера МО.
На рис. 4 видно, что при увеличении концентрации дексалгина (до 480 мкМ) изменяется степень
Секция 1 Секция 2 Секция 3
О 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600
Рис. 4. Изменение ИФ эритроцитов, помещенных в сахарозную среду (0,3 М) при добавлении фармакологических препаратов через 150 с, на пике МО и в среду до введения клеток в следующих конечных концентрациях: дексалгин 480 мкМ, рибоксин 738 мкМ, фторурацил
47 мкМ и 192 мкМ. Обведенные участки на графике показывают появление дополнительного пика в ходе МО.
влияния этого препарата на динамику МО эритроцитов, однако сам характер изменения МО во всех фазах не меняется. При этом увеличивается способность дексалгина восстанавливать дискоидную форму клеток с дальнейшей, более медленной сферуляцией.
В отличие от дексалгина, рибоксин при увеличении его концентрации (до 738 мкМ) и фторурацил (до 47 мкМ) характеризуются изменением характера их влияния на МО при добавлении через 150 с (рис. 4, секция 1). В этом случае появляется дополнительный небольшой отчетливый пик (рис. 4, обведенные участки) при добавлении фторурацила и менее выраженный при добавлении рибоксина, что может свидетельствовать о быстрой трансформации стомато-цитов непосредственно в эхиноциты, минуя стадию дискоцита [19]. После этого небольшого пика следует восстановление ИФ до 1,0 и его дальнейшее снижение, что напоминает повторное развитие МО [19]. Однако в случае рибоксина наблюдается скорее стабилизация дискоидной формы клеток. При добавлении рибоксина и фторурацила на пике МО и в среду до введения клеток их влияние также было сходно между собой, а при добавлении в среду до введения клеток препараты вызывали стабилизацию фазы 2, т. е. замедляли переход сфероцитов в дискоциты. Дальнейшее увеличение конечной концентрации фторурацила (до 192 мкМ) вызывало быструю сферуляцию клеток и угнетало восстановление дискоидной формы на всех фазах МО (рис. 4).
Согласно имеющимся данным о влиянии различных веществ на МО [5, 6] в одних фазах это влияние может быть сходным, а в других различаться, а также совпадать во всех трех фазах. При сходном влиянии веществ на все фазы МО можно предположить наличие общего механизма их действия на эритроциты.
В частности, влияние некоторых представленных здесь препаратов совпадает с влиянием на МО некоторых органических анионов. Эффект дексалгина полностью совпадает с эффектом салицила-та во всех фазах МО, а эффект актовегина, солкосерила и плазмы крови аналогичен эффекту ацетата и тартрата [5]. Данные органические анионы являются эхиноцитарными агентами и согласно ТБП, компенсируют стоматоцитарный эффект сахарозы [5], вызывая
формирование промежуточной дискоидной формы, что вероятно также справедливо для актовегина, солкосерила и плазмы крови. Кроме того, как и в случае органических анионов, нельзя исключать вероятность влияния данных препаратов на конформацию белка полосы 3. В свою очередь, эффект фторурацила сходен с эффектом четырех-замещенной соли ЭДТА, при увеличении концентрации которой также наблюдалась быстрая сферуляция клеток [5].
Эффект фторурацила на эритроциты сходен также с влиянием офтальмологических препаратов тимолола и сульфацила, при увеличении концентрации которых также усиливалась их способность сферу-лировать клетки, т. е. после дополнительного пика восстановление дискоидной формы не происходило [6]. Поскольку офтальмологические препараты, а также бензалкония хлорид, который входит в их состав как консервант, могут встраиваться во внешний и внутренний монослои мембраны [6], можно предположить, что эффект фторурацила на клетки в изоосмотическом растворе сахарозы также может быть связан со встраиванием в липидный бислой.
Выводы. Таким образом, в работе получены данные, показывающие, что фармакологические препараты оказывают выраженное действие на динамику изменения формы эритроцитов в сахарозной среде. По характеру влияния данные препараты можно выделить в отдельные группы. В частности, дексалгин, рибоксин и фторурацил индуцируют повторную сферуляцию эритроцитов после восстановления ими дискоидной формы, тогда как актовегин, солкосерил и плазма крови восстанавливают и стабилизируют дискоидную форму клеток. Показано также, что увеличение концентрации рибоксина и фторурацила при добавлении через 150 с, когда клетки являются стоматоцитами (фаза 3), приводит к появлению дополнительного пика, природа которого неясна. Сходная картина изменения МО под влиянием некоторых препаратов и органических анионов во всех его фазах позволяет предположить наличие
общего механизма их действия на клетки, что, од- влияния непосредственно на мембрану эритроци-
нако, остается дискуссионным в виду существен- тов, а также на функциональное состояние клеток в
ной разницы в химической структуре этих веществ. целом.
Это дает основания полагать, что клетки могут об- Перспективы дальнейших исследований.
ладать некоторым общим алгоритмом реакции на В дальнейших исследованиях предполагается из-
действие достаточно различных модифицирую- учение связи между характером влияния фармако-
щих агентов, а фармакологические препараты в логических препаратов на морфологический ответ этом отношении представляют особый интерес в эритроцитов, их химическими свойствами и терасвязи с изучением их возможного дополнительного певтической эффективностью.
Литература
ї. Руденко С. В. Изменение формы эритроцитов в зависимости от времени I С. В. Руденко, Дж. X. Кроуф, Ф. Таблин II Биохимия. - ї998. - Т. 6З, № ї2. - С. 4б-бб.
2. Руденко С. В. Характеристика быстрых изменений формы эритроцитов в сахарозной среде I С. В. Руденко, Л. Ши,
B. A. Бондаренко II Вісник Харювського нацюнального ушверситету їм. В. Н. Каразша. Сер. : біологія. - 2009. - № 878, Вып. ї0. - С. її7 - ї29
3. Руденко С. В. Морфологическая реакция эритроцитов на изменение электролитного состава среды. I. Влияние альбумина I С. В. Руденко, М. К. Саид, В. A. Бондаренко II Вісник Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна. Сер. : біологія. - 2007а. - № 768, Вып. б. - С. їб0-їб6.
4. Руденко С. В. Морфологическая реакция эритроцитов на изменение электролитного состава среды. III. Влияние моновалентных анионов I С. В. Руденко, Л. Ши, В. A. Бондаренко II Вісник Харківського національного університету ім. В. Н. Каразіна. Сер. : біологія. - 20ї0. - № 90б, Вып. її. - С. ї9ї-200.
б. Руденко С. В. Реакция эритроцитов на изменение электролитного состава среды. IV. Влияние органических анионов I
C. В. Руденко, Л. Ши, В. A. Бондаренко II Біофізичний вісник. - 2009. - Вып. 2З. - С. б9-68.
6. Руденко С. В. Определение коэффициентов распределения антиглаукомных препаратов между эритроцитами и средой I С. В. Руденко, М. К. Саид II Біофізічний вісник. - 2009. - Вып. 2З. - С. 69-76
7. Bennekou P. Pharmacology of the human red cell voltage-dependent cation channel. Part II: inactivation and blocking I P. Bennekou, T. L. Barksmann, B. I. Kristensen II Blood Cells Mol. Dis. - 2004. - Vol. ЗЗ, № З. - P. Зб6-З6ї
8. Gedde M. M. Cytoplasmic pH and human erythrocyte shape I M. M. Gedde, D. K. Davis, W. H. Huestis II Biophys. J. - ї997. -Vol. 72. - P. ї2З4-ї246.
9. Gimsa J. A possible molecular mechanism governing human erythrocyte shape I J. Gimsa II Biophys. J. - ї998. - Vol. 7б. -P. б68-б69.
ї0. Gimsa J. Do band З protein conformational changes mediate shape changes of human erythrocytes I J. Gimsa, Ch. Ried II Mol. Membr. Biol. - ї99б. - Vol. ї2, № З - P. 247-2б4. її. Glaser R. Temperature and transmembrane potential dependence of shape transformations of human erythrocytes I R. Glaser, J. Donath II Biochem. Bioenerg. - ї992. - Vol. 27 - Р. 429-440. ї2. Glaser R. Erythrocyte shape dynamics: influence of electrolyte conditions and membrane potential I R. Glaser, T. Fujii, P. Muller II Biomed. Biochim. Acta. - ї987. - Vol. 46, № 2-З. - Р. S327-S333. їЗ. Herrmann A. Shape transformation of erythrocyte ghosts depends on ion concentrations I A. Herrmann, P. Muller, R. Glaser II Biosci. Rep. - ї98б. - Vol. б, № б - Р. 4ї7-42З. ї4. IglTc Amphiphile induced echinocyte-sphero-echinocyte transformation of red blood cell shape I Igli'c, V. Kralj-Iglrc, H. Hag-erstrand II Eur. Biophys. J. - ї998. - Vol. 27, № 4 - Р. ЗЗб-ЗЗ9. їб. Isomaa B. Shape transformations induced by amphiphiles in erythrocytes I B. Isomaa, H. Hagerstrand, G. Paatero II Biochim.
Biophys. Acta - ї987. - Vol. 899, № ї - Р. 9З-ї0З. ї6. Jennings M. L. Characterization of oxalate transport by the human erythrocyte band 3 protein. I M. L. Jennings, M. F. Adame II J. Gen. Physiol. - ї996. - Vol. ї07, № ї - Р. ї4б-б9. ї7. Libera J. Influence of pH on phospholipid redistribution in human erythrocyte membrane I J. Libera, T. Pomorski, P. Muller, A. Herrmann II Blood - ї997. - Vol. 90, № 4 - Р. ї684-ї693. ї8. Lim G. H. W. Red Blood Cell Shapes and Shape Transformations: Newtonian Mechanics of a Composite Membrane I G. H. W. Lim, M. Wortis, R. Mukhopadhyay II Soft Matter: lipid bilayers and red blood cells. I Edited by Gompper G., Schick M. II WILEY-VCH Verlag ChemBioChem. - 2008. P. - 8З-2б0 ї9. Rudenko S. V. Erythrocyte morphological states, phases, transitions and trajectories II Biochim Biophys Acta. - 20ї0. - Vol. ї798, № 9. - P. ї767-78.
20. Sambasivarao D. Anomalous permeability and stability characteristics of erythrocytes in non-electrolyte media I D. Sambasi-varao, N. M. Rao, V. Sitaramam II Biochim. Biophys. Acta. - ї986. - Vol. 8б, № ї. - P. 48-60.
2ї. Sheetz M. P. Biological membranes as bilayer couples. A molecular mechanism of drug-erythrocyte interactions I M. P. Sheetz, S. J. Singer II Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. - ї974. - Vol. 7ї, № її. - Р. 44б7-446ї.
22. Wong P. A basis of echinocytosis and stomatocytosis in the discsphere transformations of the erythrocyte I P. Wong II J. Theor. Biol. - ї999. - Vol. ї96, № 3 - Р. З4З-З6ї.
УДК: б7б. 324: 612. 111
ДИНАМІКА МОРФОЛОГІЧНОЇ ВІДПОВІДІ ПРИ ДІЇ ФАРМАКОЛОГІЧНИХ ПРЕПАРАТІВ НА ЕРИТРОЦИТИ ЛЮДИНИ
Жуйкова А. Є., Руденко С. В., Бондаренко В. А.
Резюме. Досліджували вплив різних фармакологічних препаратів на динаміку зміни форми еритроцитів (морфологічної відповіді, МВ) в ізоосмотичному сахарозному середовищі. Встановлено, що характер дії фармакологічних препаратів на МО може бути як індивідуальним, так і схожим, на підставі чого препарати за характером впливу можна виділити в окремі групи. Виявлено, що дексалгін, рібоксін та фторурацил у заданих кінцевих концентраціях індукують відновлення дискоїдної форми еритроцитів з подальшою сферуляцією клітин, тоді як актовегін, солкосерил та плазма крові індукують відновлення дискоїдної форми еритроцитів і її відносну стабілізацію без подальшої сферуляції. При збільшенні концентрації рибоксину і фторурацилу в сахарозному середовищі характер впливу препаратів змінюється. Отримані дані дозволяють припустити наявність деякого загального алгоритму реакції клітин під дією речовин різної хімічної структури.
Ключові слова: еритроцити, форма, морфологічна відповідь, сахароза, фармакологічні препарати, плазма крові.
УДК б7б. 324: 612. 111
ДИНАМИКАМОРФОЛОГИЧЕСКОГО ОТВЕТА ПРИ ДЕЙСТВИИ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ НА ЭРИТРОЦИТЫ ЧЕЛОВЕКА
Жуйкова А. Е., Руденко С. В., Бондаренко В. А.
Резюме. Исследовали влияние различных фармакологических препаратов на динамику изменений формы эритроцитов (морфологический ответ, МО) в изоосмотической сахарозной среде. Установлено, что характер действия фармакологических препаратов может быть как индивидуальным, так и сходным, на основании чего препараты по характеру влияния можно выделить в отдельные группы. Обнаружено, что дексалгин, рибоксин и фторурацил в заданных конечных концентрациях индуцируют восстановление дискоидной формы эритроцитов с последующей сферуляцией клеток, тогда как актовегин, солкосерил и плазма крови индуцируют восстановление дискоидной формы и ее относительную стабилизацию без дальнейшей сферуляции. При увеличении концентрации рибоксина и фторурацила в сахарозной среде характер влияния препаратов изменяется. Полученные данные позволяют говорить о наличии некоторого общего алгоритма реакции клеток на действие веществ различной химической структуры.
Ключевые слова: эритроциты, форма, морфологический ответ, сахароза, фармакологические препараты, плазма крови.
UDC б7б. 324: 612. 111
The Action of Pharmacological Agents on the Dynamics of Human Erythrocyte Morphological Response
Zhuikova A. E., Rudenko S. V., Bondarenko V. A.
Summary. Under physiological conditions a normal human red blood cells (RBCs) are flexible biconcave disks. According to the current conception, the red blood cell shape is very sensitive to the action of different chemical agents and to the composition of the extracellular media. In many studies, it has been established that the normal red blood cells (discocytes) undergo shape transformations toward stomatocytes or echinocytes upon variation of the electrolyte concentrations, changes in medium’s pH and temperature, addition of amphiphiles and other agents. A basis for a quantitative theory of the stomatocyte-echinocyte transformation is provided by the bilayer-couple hypothesis, proposed by Sheetz and Singer. According to this hypothesis the mechanism involves membrane disbalance and small changes in the area difference between the two leaflets of the plasma membrane. The RBC shape is also depends on the conformation of the anion-exchange protein band 3 that may regulate in turn the conformation of membrane cytoskeleton and the cell shape in general.
It was shown that RBC placing into the low ionic strength solution where NaCl is substituted isosmotically by sucrose leads to typical three phase sequence of shape changes. These changes consist of fast transformation into the echinocytes (phase 1), followed by shape restoration close to native discoid cells in physiological saline (phase 2) and final transformation into spherostomatocytes (phase 3). This sequence of shape changes was called morphological response (MR). It is known that some transport systems part of which are inactive in physiological saline could be activated at these special conditions. Some shape transitions relative to the different phases of MR caused by different agents are expected based on BCC whereas other transitions are not expected and seem to be hardly explain by this concept in its direct form pointing to the need for a more complex description of the membrane.
In this paper, we investigated the effect of different pharmacological agents on dynamics of morphological response in the sucrose solution. Morphological response of the washed cells suspended in a standard sucrose solution was monitored using two-channel shapemeter-aggregometer SA-01, which allows, besides measuring optical density or light transmission, assessment of light fluctuations carrying information on cell shape, which is represented as shape index (SI).
Pharmacological agents demonstrated both similar and different mode of action relative to different phases of MR and were combined into the groups based on the character of their effect. Dexalgin, riboxinum and fluorouracil in certain concentrations induced the temporal restoration of the discoid shape with subsequent spherulation of red blood cells. The effect of this agents was similar when added at the terminal phase and at maximum of MR and was different if agents were added to sucrose solution before placing the erythrocytes in it.
Actovegin, solcoseryl and blood plasma induced restoration and relative stabilization of discoid shape without subsequent spherulation. Both low molecular weight components of actovegin and solcoseryl and blood plasma proteins, chloride and other nonorganic anions of blood plasma can be responsible for this effect. The mode of riboxinum and fluorouracil action relative to MR was changed when concentrations were increased whereas mode of the dexalgin action at higher concentrations was the same. According to the data obtained in other studies the effect of pharmacological agents could be identical to the effect of the other chemicals, namely, to the effect of the organic anions and some antiglaucoma drugs. The effect of dexalgin was similar to salicylate and the effect of the actovegin, solcoseryl and blood plasma was similar to the effect of acetate and tartrate. Fluorouracil at higher concentrations leads to shape transformation of erythrocytes from discs toward spheres as Na4EDTA and antiglaucoma drugs. We suggest that common features in the action of different chemical agents on dynamics of erythrocyte shape changes in sucrose media are based on some general algorithm of the cell reaction in response to the action of different chemical agents.
Key words: erythrocytes, shape, morphological response, sucrose, pharmacological agents, blood plasma.
Рецензент - к. б. н. Коба Л. В.
Стаття надійшла 2. G4. 2G13 р.
