CC BY
2364
Н. А. Трошкина, профессор В. И. Циркин, профессор С. А. Дворянский ЭРИТРОЦИТ: СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ЕГО МЕМБРАНЫ
Кировская государственная медицинская академия
Введение
Кровь состоит из жидкой части плазмы и взвешенныхв ней форменных элементов: эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. На долю всех форменных
элементов приходится 40 - 45% от объема крови, при этом суммарный объем эритроцитов в 50 раз больше объема лейкоцитов и тромбоцитов [21], а масса эритроцитов в 750 раз превышает массу лейкоцитов [28]. Таким образом, именно эритроциты определяют реологическое поведение кровив сосудах [28,33].
Основные функции эритроцитов. Кроме определения вязкости крови эритроциты выполняют другие витальные функции:
1) Эритроциты осуществляют газотранспортную функцию. Перенос кислорода от альвеол легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким реализуется с участием гемоглобина и карбоангид-разы. Эригроцит переносит кислород, не потребляя его и не расходуя при этом энергию, являясь в этом отношении уникальной клеткой [8,9,15,21,43].
2) Эритроциты участвуют в гомеостазировании pH, т.е. выполняют буферную функцию. Это осуществляется за счет гемоглобина - одного из самых мощных компонентов буферной системы крови [8,9,21,43,49].
3) Эритроциты осуществляют питательную функцию - переносят на своей поверхности аминокислоты, холестерин, глюкозу, витамины (В,, В2, В6, С) от органов пищеварения к клеткам организма [12,38,43].
4) Эритроциты выполняют защитную функцию. Она реализуется за счет адсорбции на поверхности эритроцитов токсических веществ, ряда вирусов и микробов [12,43]; разрушения медиаторов типа ацетилхолинахолинэстеразой эритроцитов [43]. Кроме того эритроциты содержат компоненты системы антиоксидантной защиты [9,26,34].
5) Эритроциты участвуют в осуществлении гуморальной регуляции адаптационных процессов в норме, в том числе при беременности, а также при патологии [9,43,37].
6) Эритроциты несут в себе групповые признаки крови и детерминанты Rh [29,56].
7) Участвуют в гемостазе [1,3,13,68,76].
8) Эритроциты активно участвуют в метаболизме катехоламинов, ацетилхолина, иммунных комплексов и ряда лекарственных веществ [11,47,62].
9) Эритроциты являются регуляторами сосудистого тонуса [49].
Многие из указанных функций реализуются за счет того, что на мембране эритроцита содержатся рецепторы инсулина, соматотропного гормона, ацетилхолина, катехоламинов, простагландинов, иммуноглобулинов (Fc- и С- рецепторы), компонентов комплимента СЗв и С4в (CR1-рецепторы), катехоламинам а также рецепторы к лектинам и другим биологически активным веществам. Взаимодействие с указанными веществами приводит к метаболическим изменениям в эритроците, к дефосфолирированию клеточных белков, к трансформации эритроцита, что в конечном итоге влияет на функции эритроцита [9,17,18,40,43,].
Состав и морфология эритроцитов
Эритроцит состоит из воды (70%), гемоглобина (25%), а также липидов, сахаров, солей, ферментных белков, в целом, на долю которых приходится остальные 5% [21]. Содержимое эритроцитов -это жидкость с вязкостью около 7xj 10~3Па/с [21], представляющая собой идеальную ньютоновскую жидкость, вязкость которой зависит от концентрации гемоглобина [16,28].
Нормальный зрелый эритроцит (нормоцит) оксифилен, не содержит ядра и клеточных органелл [8,26,32], не обладает подвижностью, хотя и не полностью инертен в механическом отношении [21,33].
Известно [39], что в норме популяция эритроцитов стабильна:и при физиологических условиях 85- 97% эритроцитов человека [19,32] имеют форму двояковогнутого диска с утолщениями по краям и центральной впадиной (пеллор), на которую приходиться 35-55% его поверхности [32]. Поддержание дискоидной формы обусловлено отрицательным осмотическим давлением внутри клетки [41], состоянием мембраны и стромы эритроцита и работой №*-помпы [21,33]. Дискообразная форма эритроцитов интересна тем, что на ее поверхности нет ни одной точки, удаленной от центра более чем на 0,5 мкм; кроме того, при данной форме площадь поверхности на 20% больше, чем при сферической (минимальной для данного объема). Она характеризуется высоким отношением площади поверхности к объему. В таких условиях молекула гемоглобина находится близко к поверхности, что обеспечивает максимальную скорость газообмена [21, 43]. Примерно 3% эритроцитов в норме имеют неправильную форму: эхиноцитарную, стоматоцитарную, сфероцитарную (без изменения объема клетки), куполообразную и другие варианты, что обусловлено нарушением внутриклеточного обмена или наличием физикохимических воздействий на эритроцит [19,21]. Обратимая трансформация формы эритроцита может идти по эхиноцитарному и стоматоцитарному путям [19], которые могут накладываться друг на друга [21]. Эхиноцитарными агентами являются неполярные или анионные амфифильные соединения (лизофосфати-дилхолин, желчные кислоты, салицилаты, дипиридамол, барбутураты), кальций, нитропруссид натрия, перекись водорода, а также такая процедура как длительная инкубация в собственной плазме [4,19,79]. Стоматоцитоз вызывают снижение pH и воздействие катионных амфифилов или непроникающих анионов, преинкубация в среде с кальцием или с веществами типа папаверина, ацетилхолина и аминазина. Стоматоцитогенные агенты могут ингибировать кальциевый насос, при этом происходит локальное накопление кальция или меняется взаимодействие мембраны с кальцием, что приводит к локальному эффекту сокращения-расслабления мембраны эритроцита, вызывает трансформацию дискоцита в стоматоцит [19,21,43]. Трансформация в сфероцит,
который рассматривается как предгемолитическая форма эритроцита, возможна при инкубации в собственной плазме в течении 16 часов при 37°С, при 24-часовом старении эритроцита, при инкубации эртитроцитов с 5% альбумином или в раствре фибриногена, при добавлении в среду желчи и таких липофильных веществ как жирные кислоты и лизофосфатидилхолин [4,21]. Необратимое изменение морфологии эритроцита происходит при снижении содержания АТФ (длительное хранение крови) и накоплении внутриклеточного кальция [19,43], при изменении липидного состава мембраны или при нарушении структуры стеариновой сети, приводящем к гемолизу эритроцитов [33].
При воздействии сдвиговых напряжений на эритроцит или при его прохождении через капилляр, диаметр которого меньше диаметра эритроцита, он может принимать форму чаши, груши, колокольчика, песочных часов, а после снятия воздействия он возвращаться в дискоцит [15,21,43].
Размеры нормального эритроцита изменчивы и зависят от методов определения и возраста клетки [8]. По данным различных авторов, диаметр зрелого эритроцита составляет 6,5-9,2 мкм [6,8,19,21,32]. Обнаруживаются в небольшом количестве и эритроциты диаметром от 5,5 до 6,5 мкм (микроциты), а также 8,5-9,0 мкм (макроциты) [6,19,32]. Толщина эритроцита составляет 2,1 мкм [8], на утолщенном крае (высота тора) -1,7-2,4 мкм, в центре -0,9-1,2 мкм [21]. Объем эритроцита, по данным различных авторов, составляет 70-100 мкм! [8,21,43], площадь поверхности эритроцита - 136-163 мкм2 [8,43], а общая поверхность всех эритроцитов у человека -3000 м2 [21]. Среднее содержание гемоглобина в эритроците (МСН) составляет 26-34 пг/эритроцит; средняя концентрация гемоглобина в эритроцитах (МСНС) -31-37 г/дл; показатель распределения эритроцитов по величине, отражающий степень анизоцитоза эритроцитов, (ШУ№) достигает в норме 11-13% [8].
Появление в крови микроцитов происходит под влиянием неблагоприятных факторов (дефицит железа, белка, микроэлементов, витаминов, солнечного света). Увеличение диаметра эритроцитов происходит при так называемом стрессовом эритропоэзе, когда вызревание эритроцитов происходит, минуя несколько этапов деления эритроидных клеток костного мозга для быстрого пополнения периферической крови эритроцитами и улучшения снабжения тканей кислородом при неблагоприятных условиях. Неблагоприятные факторы могут приводить к истощению компенсаторных систем, в связи с чем в кровотоке появляются одновременно микро- и макроциты [6].
В норме размеры эритроцитов человека и содержание в них гемоглобина различаются в зависимости от возраста, иола, климатогеографических условий проживания, времени суток, а также от места забора крови для анализа [2,6,8,9,32].
Так, установлено, что у новорожденных средний диаметр эритроцита составляет 7,8 мкм, к концу 1 года жизни он снижается до 6,8 мкм и только к 7-10 годам он приближается к величинам, характерным для взрослох о человека [6].
У женщин размеры и количество эритроцитов несколько меньше, чем у мужчин [2,6,8,9,42]. Кровь мужчин содержит больше клеток в единице объема, в ней больше гемоглобина, более высокий гематокрит и объем эритроцита [8,32]. У мужчин выше индекс деформируемости и агрегации эритроцитов [2]. Стандартное отклонение объема эритроцитов у мужчин отчетливо коррелирует с гемоглобином, гематокритом, содержанием эритроцитов и размахом варьирования объема, тогда как у женщин эти связи не обнаруживаются [24].
При сравнении северных и южных регионов Земли в направлении от экватора к полюсам отмечена тенденция к увеличению как числа эритроцитов, так и насыщения их гемоглобином [6,32]. Суточные вариации содержания гемоглобина в эритроцитах составляет 15%, с максимум в утренние часы [32].
Морфологические и биохимические характеристики эритроцитов человека и животных зависят от места их получения для исследования, что, в частности, определяется феноменом мозговой асимметрии [25]. Согласно данным этого автора, уровень гемоглобина, количество эритроцитов, их гемолитическая резистентность, интенсивность свертывания крови у животных и здоровых людей более выражены справа у правшей и слева у левшей. Этот феномен объясняется различиями в гемопоэтической активности костного мозга справа и слева, а также неодинаковой активностью процессов ПОЛ и АОС (СДУ, каталазы) в симметричных органах [25].
Структурная организация и функции
мембраны эритроцита
Мембрана эритроцитов составляет всего 1% от веса эритроцита [8], но именно она определяет гомеостаз и функциональное состояние эритроцита. От нее зависят процессы взаимодействия эритроцита с окружающей средой, активность мембранассоции-рованных ферментов, транспорта ионов и газообмена [43,63], а также длительность нахождения эритроцита в периферическом кровотоке [8,26,43]. Мембрана эритроцитов содержит набор ферментов гликолиза, пентозофосфатного цикла, системы глутатиона, адениловой системы и других реакций обмена для реализации анаэробного пути усвоения энергии и являются важнейшим компонентом антиоксидантной системы организма [9,26,34].
Структура клеточной мембраны типичного дискоцита одинакова на всей поверхности эритроцита. Хотя впадины и выпуклости могут возникать на различных участках мембраны, однако изменение внутри- или внеклеточного давления с разбросом в ± 15% не вызывает сморщивание клетки, т.е. существует
значительный запас деформабильности эритроцита [32]. Структура мембран эритроцитов лабильна, и под воздействием ряда факторов возможна ее деструкция [43].
Установлены типичные деструктивные изменения эритроцитарной мембраны, не зависящие от этиологии травмирующего агента. Они заключаются в дестабилизации молекулярной организации липидного биослоя, нарушении белок-липидных взаимодействий, модификации цитоскелета эритроцита, изменении функционирования ионтранспортных мембранных систем, мембранно-рецепторного комплекса, процессов энергообеспечения клетки и интенсификации ПОЛ. [35].
Нормальное функционирование эритроцитарной мембраны зависит от ее микровязкости, которая определяется в основном, биолипидным слоем [10,43] и зависит от степени интенсификации ПОЛ, накопления насыщенных жирных кислот [5,34,35], холестерола [43,69], ионов Са2+ и Mg2+, так как при увеличении их внутриэритроцитарной концентрации уменьшается электростатический заряд [20,36], АТФ и воды внутри клеток [23].
В мембране эритроцита выделяют три структурных элемента [8,44,60]:
1. Двойной слой липидов. Он обеспечивает барьер между окружающей средой и цитоплазмой эритроцита. На его долю приходится 50-60% от массы эритроцитарной мембраны. При этом следует учесть, что синтез фосфолипидов и холестерина в зрелых эритроцитах не возможен. 2.Белки мембраны. Они пронизывают двойной слой липидов и выполняют разнообразные функции. 3. Цитоскелет эритроцита. Он обеспечивает форму эритроцита.
Известно, что белковая и липидная фазы являются взаимостабилизирующими в поддержании асимметрии эритроцитарной мембраны [32,35,43,51,70].
Несмотря на видовую специфичность эритроцитов, мембране эритроцитов человека и животных присущи общие принципы молекулярной организации [8,43]. Цитоскелет эритроцита представляет собой устойчивое к действию детергентов соединение белков друг с другом и с мембраной. Это соединение образует своеобразную сеть вдоль внутренней (т.е. обращенной к цитоплазме) поверхности плазматической мембраны. Его называют скелетом мембраны потому, что он делает прочной основную мембрану, обеспечивая единство ее липидного слоя и в то же время придавая ей внутреннюю подвижнос ть и гибкость [8,26].
Мембрана эритроцита выглядит следующим образом: на внешней поверхности расположены липиды, сиаловая кислота, антигенные олигосахариды, адсорбированные белки; внутренняя поверхность представлена гликолитическими ферментами, натрием, кальцием, АТФ-азой, гликопротеинами и гемоглобином [32].
Липиды мембран эритроцитов делят на 3 класса: нейтральные, гликолипиды и фосфолипиды [43].
Нейтральные липиды, составляют до 30% массы всех липидов и представлены глицеридами, холестерином и его эфирами. Гликолипиды составляют около 10% мембранных липидов и являются гликосфинголи-пидами (нейтральными и кислыми). Фосфолипиды -это наиболее широко представленй класс липидов в эритроцитарной мембране (около 60%). Они являются производными либо сфингозалина либо глицерина. Соответственно их делят на сфинголипиды (основной -сфингомиелин) и глицерофосфолипиды: фосфати-дилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозитол, фосфатидная кислота и 35 видов жирных кислот [43].
Распределение липидов в эритроцитарной мембране ассиметрично: на ее внешней стороне концентрируются сфингомиелин (26% от всех липидов) и фосфатидилхолин (28%), на внутренней -фосфатидилсерин (13%), фосфатидилэтаноламин (27%) и аминофосфолипиды. В состав мембраны также входят свободные жирные кислоты, триглицериды, лизофосфатидилэтаноламин, фосфатидилинозит (6%) [8,78]. Установлены возрастные особенности липидного состава мембран эритроцитов у здоровых людей [14].
Липиды в мембране эритроцита находятся в жидком состоянии с вязкостью в 10-100 раз больше, чем вязкость воды. Липидный биослой образуется амфифильными (гидрофильная полярная «головка» и гидрофобный хвост из неполярных углеводородных цепей) молекулами фосфолипидов и сфингомиелина [32]. Между слоями происходит обмен, при везикуляции, трансформации и разрушении эритроцитов возможен избирательный гидролиз фосфолипидов с образованием небислойных фаз [8,57,70].
Липиды эритроцитарной мембраны регулируют подвижность внутримембранных белков, обеспечивая нормальное функционирование мембранассоции-рованных ферментов и рецепторов, а также чувствительность рецепторов к лигандам [10,32], регулируют трансмембранный транспорт веществ [7,32,71], иммунный ответ эритроцита [52] и функционирование вторичных мессенджеров межклеточного и внутриклеточного взаимодействия, в том числе инозитол-1,4,5-трифосфата и диацилглицерола, который активирует Са2+-фосфолипидзависимую протеинкиназу С и регулирует работу Са2+-АТФ-азы [5,46].
Двухслойная структура липидов мембраны - это условие стабилизации трансмембранных белков [32]. Эритроцитарная мембрана характеризуется строгой порядочностью расположения белковых макромолекул. Они не только занимают определенное положение относительно биослоя, но и имеют, в большинстве случаев, ориентацию в направлении, перпендикулярном плоскости бислоя [43].
Белки мембраны условно разделяют на интегральные (встроены в липидный слой) и периферические (цитоплазматические). Интегральные белки в основном представлены белком полосы 3,
гликофоринами А, В, С. Периферические белки представлены а- и [3-спектринами, анкирином, белками полосы 4.1, 4.2, 4.9, 7, 8, актином, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой, тропомиозином, белком р55, аддуцином и др. [8,42]. По функциональному значению белки эритроцитарной мембраны делят на формирующие мембранный скелет (спектрины, анкирин, белки полосы 4.1, 4.2, 4.9, актин и др.) и на белки, обеспечивающие метаболизм и ионный гомеостаз клетки (белок полосы 3, или анионный канал, гликофорины, аддуцин, ацетилхолинэстераза, белок полосы 4,5 и фракции 6, Иа+, К+-АТФ-аза, Са2т-АТФ-аза, карбоангидраза [5,8,35,39,43,54]. Регуляторная функция белков осуществляется путем их фосфорилирования и дефосфорилирования [32]. Таким образом, белки обеспечивают поддержание формы эритроцита, определяют его механические свойства, осуществляют связь между скелетом мембраны и липидным слоем [8,27,32,35,42], осуществляют трансмембранный транспорт молекул [27,32,35,36], реализуют процесс рецепции и ферментативную активность [20,35,36], содержат группоспецифические А-, В-, О-антигенные детерминанты, детерминанты Шг, антигены узнавания для аутологических антител к стареющим и аномальным эритроцитам, ответственны за анионный транспорт в эритроците, участвуют в газообмене [26,32,56].
Белок спектрин состоит из двух фракций (а- и [3-спектрины), является основным белком, составляющим структуру цитоскелета; кроме того, он регулирует подвижность белков и удерживает в равновесии двойной слой липидов [8]. Молекулы спектрина имеют вид палочек диаметром 2 нм и длиной около 100 нм [27], а- и (3-спектрины переплетаются между собой и связываются с белком анкирином, образуя своего рода сетку, придающей мембране эритроцита эластичность и упругость [8,27].
Белок анкирин является крупным белком, молекула его состоит из 1881 аминокислоты, участвует в укреплении нескольких интегральных белков на определенном месте, удерживая их как якорь [8].
Гликофорин А является основным сиалоглико-протеидом мембраны эритроцита (75% от всех сиалогликопротеидов), содержит большинство сиаловых кислот, обладает МИ-антигенной активностью, несет рецепторы к вирусу гриппа и фитогемагглютинину [27,43].
Среди белков, обеспечивающих ионный гомеостаз эритроцита, наиболее важными являются белок, образующий анионный канал. Плазмолемма каждого эритроцита содержит около 600000 анионных каналов, на которые приходится 10% поверхности мембраны и 15% всех белков плазмолеммы [27]. По сути, анионный канал - это интегральный гликопротеин, содержащий не менее двух субъединиц. Собственно канал - это пора между субъединицами, выстланная гидрофобными радикалами аминокислот. Через данный канал в обе
стороны (по градиенту концентрации) проходят анионы (С1‘, НС03', ОН') и глюкоза. Благодаря анионным каналам реализуется эффект Гиббса-Доннана: отрицательно заряженный гемоглобин выталкивает анионы из клетки, отчего их концентрация в эритроцитах значительно ниже, чем в плазме, а pH содержимого эритроцита (7,22) меньше pH плазмы (7,40). Кроме того анионные каналы связывают плазменный пул бикарбонатных ионов НС03‘ с внутриэритронитарной карбоангидразой, создавая тем самым единую систему переноса С02 от тканей к легким, где основной транспортной системой являются ионы НС03' [27].
Катионы (Иа+, К+) не проходят через мембрану эритроцита по градиенту концентрации, так как мембрана эритроцита не содержит катионные каналы, т.е. она не имеет специальных систем, предназначенных для пассивного транспорта катионов [27,43]. В то же время, мембрана эритроцита содержит систему белков, выполняющих функцию катионных насосов, т.е. переносящих катионы (Ыа+, К4, Н+, Са2+) против градиента концентрации [27]. В частности, №+, К-АТФ-аза, используя энергию АТФ, переносит Ка* и К* против градиента концентрации: ионы Ка* из эритроцита, а ионы К+- в эритроцит. Отсутствие К+-каналов (выход К+из клетки по градиенту концентрации) способствует сохранению отрицательного заряда на внешней поверхности мембраны, что принципиально отличает эритроциты от клеток возбудимых тканей - нейронов, миокардиоцигов, миоцитов и мышечных волокон [27].
Особенности обмена ионов
кальция в эритроците
Вопрос о механизмах транспорта ионов Са2+ в эритроцитах заслуживает особого внимания, так как от их концентрации в эригроците зависит структура (морфология) и функциональные свойства эритроцитов [10,39,43]. Концентрация ионов Са2+в плазме крови равна 1-1,5 ммоль/л, а в цитоплазме эритроцитов она намного ниже - 0,016 ммоль/л или 16 мкм/л; при этом значительная часть ионов Са2+связана с мембранной или внутриклеточными компонентами и только 1 мкмоль/л находиться в ионизированной форме [43]. Поддержание трансмембранного градиента концентрации ионов Са2+ в эритроцитах обеспечивается очень низкой кальциевой проницаемостью эритроцитарных мембран и наличием в эритроцитах Са2+-насоса, способного активно выкачивать эти ионы против большого градиента их концентрации [22,43,79].
До настоящего времени Са2+-каналы в эритроцитах человека не выявлены [27,30]. Возможно, что поток Са2+ в эритроцит обеспечивают Са2+, 2С1-котранспорт и смешанный Са2+/(К+,Ка+) проти-вотранспорт [30,31]. Выход Са2+ из клетки осуществляется Са2+-насосом, роль которого выполняет Са2+ М§-АТФ-аза, имеющая молекулярную массу, равную 140 кД [22,43,66]. Установлено, что в
мембране одного эритроцита содержится около 700 молекул Са2+М§-АТФ-азы, а частота конформацион-ных перестроек фермента, лежащих в основе функционирования Са2+-насоса, достигает 3000 минуту1 [43]. Известно, что активность Са-насоса эритроцитов изменяется с возрастом и при ряде заболеваний [72].
Активность Са-насоса зависит от уровня его фосфорилирования [22,43,71] и определяется активностью кальмодулинов [22,43,65,72,79], кислых фосфолипидов, ненасыщенных жирных кислот, лизофосфолипидов, цАМФ-зависимой протеинки-назы, протеинкиназа С, ограниченного протеолиза, процесса олигомеризации [5,48,50,72,73,81]. Са2+, М£-АТФаза является зависимым от липидов ферментом [10,77], однако избирательность ее к липидам очень низка. Фермент активируется фосфотидилхолином, фосфатидилэтаноамином, фосфатидилсерином [43].
Увеличение концентрации свободного Са2+ в клетке активирует Са2+-АТФазу эритроцитов двумя путями: за счет взаимодействия Са2+с участком каталитического центра, вовлеченного в перенос этого катиона, и при связывании комплекса кальмодулин -Са2+ с регуляторным белком. В результате последнего взаимодействия увеличивается как максимальная скорость кальциевого транспорта (в 3 раза), так и сродство фермента к переносимому катиону (в 20 раз) [22]. Альтернативный способ защиты эритроцита от кальциевой перегрузки связан с активацией Са2+-АТФазы внутриклеточной Са2+-зависимой протеинкиназой - калыгаином. Данный механизм реализуется в крайних ситуациях, когда концентрация Са2+ в эритроците превышает 10'6 [22].
Ингибирование работы Са-насоса происходит при гидролизе монослоя липидов фосфолипазой С. При этом активность Са2+, М^-АТФ-азы уменьшается пропорционально суммарному количеству гидролизированных фосфолипидов [43]; при фосфорилировании белков цитоскелета цАМФ-зависимой протеинкиназой [39] и удалении спектрина из эритроцитарной мембраны [45]. Путь регуляции, опосредованный протеинкиназой С, активируемой диацилглицеролом и фосфатидилсерином, также связан с фосфорилированием ряда ферментных структурных белков [10,81]. Выраженное игибирование Са- насоса вызывают ионы лантана, вещества, содержащие сульфгидрильные группы [43], ванадат [22,74], снижение содержания ионов М^2* в цитоплазме эритроцитов [43], а также при увеличении pH [58].
Установлено, что скорость активного транспорта ионов Са2+ в эритроците не зависит от концентрации ионов Са2+ в плазме; на нее не влияют одновалентные ионы [43].
Гардош-эффект
Показано, что повышение концентрации ионов Са2+внутри эритроцита приводит к открытию Са-активируемых калиевых каналов (Гардош-каналов) и
выходу ионов К’ из эритроцита, что получило название Гардош-эффекта [39,43,59,61]. Скорость выхода К+при 37° С составляет 1,19 ±0.40 ммоль/л/ мин [61 ]. В одном эритроците содержится 100-200 кальций-зависимых калиевых каналов [59]. Установлено, что эти каналы при физиологических концентрациях внутриклеточного Са2+(-20-50 нМ) инактивированы [75]. В интактных эритроцитах человека уровень Са2+, при котором эти каналы активируются, составляет-150 нМ [75]. Такие высокие концентрации Са2+ возникают при ряд экспериментальных условиях - в частности, при повышении pH среды [58]. Известно так же, что адреналин (через альфа 1- и бета2-АР) стимулирует Са2+-АТФазу [72], а пропранолол индуцирует Гардош-эффект [79].
По данным 01азег Т. е1.а!. (1994) и Сторожок С. А. и соавт. (1997) увеличение внутриклеточного содержат« кальция приводит к каскаду ферментативных нарушений, активируемых кальцием, включая Са2'-зависимые протеазы и фосфолипазы, активизация которых ведет к агрегации белков мембраны (сиектрина, анкирина, белка полосы 3) [19,64] гидролизом части фосфолипидов, увеличением проницаемости мембраны, что и является причиной изменения морфологии и функционального состояния эритроцитов [5,35,36,39,79]. В частности установлено, что при повышении внутриклеточного Са2+ и концентрации Са2+ в среде увеличивается агрегация эритроцитов [66]. Рядомученых обнаружено, что при избытке Са2+ эритроциты приобретают форму эхиноцитов [39,79,80], при блокаде входа Са2+ в клетку К+ индуцируют стоматоцитоз [80]. Известно также, что значительное возрастание внутриклеточной концентрации кальция сопровождается образованием инвагинированных форм клеток с последующим эндоцитозом мембраны эритроцитов. Однако следует иметь ввиду, что процесс трансформации эритроцитов определяется не только ионами Са2+, но и внутриклеточным содержанием других двухвалентных и одновалентных катионов [5,39,35].
Морфо-функциональные закономерности
старения эритроцитов.
Жизненный цикл эритроцита в кровотоке в среднем составляет 100-120 дней [6,8,9,19,32,]. Старение эритроцитов связано со снижением активности ферментных систем - начиная с 60-го дня после выхода эритроцита в периферическую кровь в нем прогрессивно снижается активность глюкозо-6-фосфаткиназы, ацетилхолинэстеразы, аденилатцик-лазы, щелочной фосфатазы, М^'-АТФ-азы и других ферментов, что приводит к уменьшению энергетического потенциала клетки, нарушению способности эритроцитов поддерживать градиент натрия и калия, к росту концентрация ионов Са2+ внутри эритроцита, к повышению содержания метгемогло-бина и окисленного глутатиона. Кроме того, при старении уменьшается содержание фосфолипидов и холестерина, меняется их соотношение при
неизменном сохранении содержания мембранных белков [8,9,21,43,54]. По мере старения эритроциты принимают сферическую форму, что препятствует их прохождению через внутриэндотелиальные синусы селезенки; это способствует их осмотическому лизису и фагоцитированию. Ежедневно в норме разрушается около 200,0x107л (0,8% или 1 столовая ложка) и столько же выходит в периферическую кровь [8,32].
Заключение
Представленные в обзоре современные представления о морфологии и физиологии эритроцитов является базисом для понимания реологических свойств эритроцитов, во многом определяющих процессы микро- и макроциркуляции. В частности, эти знания позволяют более глубже понять механизм агрегации эритроцитов и влияние на него различных факторов, включая адренергические средства, широко применяемые в клинической практике.
Список литературы:
1. Ашкинази И.Я. Эритроцит и внутреннее тромбопластинообразование. Л.: Наука, 1977.-155 с.
2. Баев В.М.Влияние пола на реологические свойства крови у взрослых людей // Клиническая лабораторная диагностика. -2001. - № 12. - С. 33-35
3. Балуда В.П., Балуда М.В., Деянов Н.И. с соавт. Физиология системы гемостаза М.: Медицина, 1995.-243 с.
4. Блохина Т.А., Назаров С.Б. Воздействие некоторых плазменных факторов на реологические характеристики эритроцитов человека // Мат. междунар. конф. «Гемореалогия в микро- и макроциркуляции». -Ярославль, 2005. - С. 197.
5.Болдырев А.Л. Введение в биомембрано-логию. М. : Изд-во МГУ, 1990. - 208 с.
6. Быкова И.А. Морфологические особенности эритроцитов периферической крови в норме и патологии (световая микроскопия) // Вопросы охраны материнства и детства. -1991. - Т 36, № 6. —С. 28-30.
7. Василенко И.Л., Боровягин ВЛ. Полиморфизм липидов модельных и биологических мембран // Биологические мембраны. - 1990. -№7. -С. 677-702.
8. Воробьев А.И. Руководство по гематологии. В 3 -х томах. Т. 3. М. : Ньюдиамед. - 2005. - 416 с.
9. Гаврилов O.K., Козинец Г.И., Черняк Н.Б. Клетки костного мозга и периферической крови. -М.: Медицина, 1985.-286 с.
10. Геннис Р. Биомембраны: Молекулярная структура и функция. М: Мир, 1997. — 624 с.
11. Гнеушев Е.Т., Мамедов Т.Ш., Гнеушева И.А. с соавт. Связь пропранолола с белками плазмы и эритроцитами // Фармакология и токсикология. - 1991. -Т.51,№1.-С. 55-57.
12. Горев P.A., Смагулова З.Ш., Макарушко С.Г. и др. Адсорбция белка, глюкозы и холестерина на эритроцитах при действии адаптивных гормонов // Научные труды I съезда физиологов СНГ. - Москва. -
2005.-С.15.
13. Григорьев Г.И. Свертывающая активность и кислотная резистентность поврежденных и неповрежденных эритроцитов при различных видах внутрисосудистого свертывания крови//Вопросы охраны материнстваи детства. -1991.-Т.36,№4.-С. 13-15.
14. Журавлева Т.Д., Долгов В.В., Суплотов С.Н., КиянюкН.С. Особенности липидного состава мембран эритроцитов у здоровых людей разного возраста // Клиническая лабораторная диагностика. - 2003. -№5. -С. 50-52
15. Зинчук В.В., Максимович H.A., Борисюк М.В. Функциональная система транспорта кислорода: фундаментальные и клинические аспекты. Гродно: ГГМУ, 2003.-236 с.
16. Катюхин JI.H. Реологические свойства эритроцитов. Современные методы исследования // Российиский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. -1995. - Т. 81, №6. - С 122-129.
17. Каральник Б.В. Эритроциты, их рецепторы и иммунитет // Успехи современной биологии. — 1992. -Т. 112,№1.-С. 52-61.
18. Киричук В.Ф., Россошанская С.И., Ребров А.П. Лектин-индуцированная агрегация эритроцитов у больных с хронической сердечной недостаточностью I функционального класса // Мат. междунар. конф. «Гемореалогия в микро- и макроциркуляции». -Ярославль.-2005.-С. 216.
19. Козинец Г.И. Клетки крови и костного мозга. М.: МИА, 2004.-203 с.
20. Конев С.В. Структурная лабильность биологических мембран и регуляторные процессы. Минск: Наука и техника, 1987.-240 с.
21. Левгов В.А., Регирер С.А., Шадрина Н.Х. Реология крови. М.: Медицина, 1982.-270 с.
22. Левицкий Д.О. Биохимия мембран. Кальций и биологические мембраны: Учеб. Пособие .М.: Высшая школа, 1990. -124 с.
23. Максина А.Г., Тихомиров А.Н., Дайняк Б.А. Изменение структурного состояния мембран эритроцитов при деградации // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 1996. -Т. 122, №10.-С. 402-404.
24. Матюшечев В.Б., ШамратоваВ.Г., Музафарова Д.А., Гуцаева Д.Р. Качественное различие эритроцитов крови мужчин и женщин // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины,-1999,-Т 128,№ Î0.-C. 372-374.
25. Мищенко В.П., Гришко Ю.М., Коковская О.В. и др. Асимметрия крови // Науч. тр. I съезда физиологов СНГ.-2005.-С. 98.
26. Молчанова Т.П. Основы молекулярной организации белков мембраны эритроцитов и их дефекты, приводящие к гемолитическим анемиям // Гематология и трансфузиология,-1989. -№7.-С. 32-41.
27. Мушкамбаров H.H., Кузнецов С.Л.
Молекулярная биология. М.: Медицинское
информационное агентство, 2003.-544 с.
28. Мчедлешвили Г.И. Гемореология в системе микроциркуляции: ее специфика и практическое 38
значение // Тромбоз, гемостаз и реология. -2002. — №
4.-С. 18-24.
29. Оловникова Н.И., Николаева Т.Л. Антигены эритроцитов человека//Гематология и трансфузио-логия.-2001 .-№ 5.-С. 37-45
30. Орлов С.Н., Баранова И.А., Покудин Н.И. и др. Транспорт одновалентных ионов и кальция в эритроцитах больных бронхиальной астмой / /Вестник АМН СССР. -1991. - №3. - С. 43-49.
31. Орлов С.Н., Постнов И.Ю., Покудин Н.И., Кухаренко В.Ю. Транспорт катионов и индуцированных кальцием гемолиз в эритроцитах больных гипертонической болезнью и крыс со спонтанной гипертензией // Кардиология. -1989. - №7. - С.89-95.
32. Погорелов В.М., Козинец Г.И., Ковалева Л.Г. Лабораторно-клиническая диагностика анемий. М.: МИА, 2004.-173 с.
33. Ройтман Е.В. Биореалогия. Клиническая гемореалогия. Основные понятия, показатели, оборудование (лекция) // Клиническая лабораторная диагностика. - 2001. - № 5. - С. 25-32.
34. Ройтман Е.В., Дементьева И.И., Азизова О.А. и др. Изменение реологических свойств крови и осмотической резистентности эритроцитов при активации свободнорадикальных процессов// Клиническая лабораторная диагностика. - 2001. - №3. -С. 42-43.
35. Рязанцева Н.В. Новицкий В.В. Типовые нарушения молекулярной организации мембраны эритроцита при соматической и психической патологии //Успехи физиологических наук. -2004. - Т. 35, № 1.- С. 53-65.
36. РязанцеваН.В.. НовицкийВ.В., Степовая Е.А. с соавт. Эритроцит при патологии: размышления у электронного микроскопа //Архив патологии. - 2004. -№3 -С. 53-61.
37. Сидельникова В.М., Шмаков Р.Г. Механизмы адаптации и дизадаптации гемостаза при беременности,- М.: Триада-Х, 2004. -192 с.
38. Смирнов И.Ю., Чирикова O.A. Роль структурных элементов мембран эритроцитов в процессах адсорбции белков плазмы // Мат. междунар. конф. «Гемореалогия в микро- и макроциркуляции». —Ярославль. -2005. - С. 202.
39. Сторожок С.А., Санников А.Г., Захаров Ю.М. Молекулярная структура мембран эритроцитов и их механические свойства. Тюмень: Изд. ТГУ, 1997. -140 с.
40. Теппермен Д, Теппермен X. Физиология обмена веществ и эндокринной системы. М., Мир, 1989. - 656 с.
41. Сынин В.В., Лычев В.Г., Аннлриенко A.B., Еауменко Е.Б. Различие кинетики кислотного и осмотического гемолиза эритроцитов при микро-реоскопии // Мат. междунар. конф. «Гемореалогия в микро- и макроциркуляции». - Ярославль, 2005. - С. 214.
42. Шандала А.М., Захаров С.Ф., Громов П.С. с соавт.. Белковый состав мембран эритроцитов человека, фракционированных в ступенчатом градиенте декстрана // Гематология и трансфузиология. - 1987.-Т. 32, №10. -С. 28-31.
43. Черницкий Е.А., Воробей А.В. Структура и функции эритроцитарных мембран. Минск: Наука и техника, 1981.-216с.
44. Anstee D., Hemming N., Tamer M. Functional factors in the red cell membrane: Interaction between the membrane and its underlying skeleton // Transfusion Immunol. Invest. -1995.-Vol.24,№ 1-2.-P. 187-198.
45. Baskin G.S. Langton R.G. A spectrin-dependent ATPase of the human erythrocute membrane // J. Biol. Chem.-1981. -Vol. 256, №11. -P. 5428-5435.
46. Berridge M. Inositol triphosphate and calcium signaling // Nature. - 1993. - Vol. 361. - P. 315-325
47. Bouvier М., Farley L., de Champlein J. Red blood cell catecholamine levels in normotensive and DOCA salt hypertensive rat//Amer. J. Physiol. - 1987. - Vol. 253, № 2. -P.270-275.
48. Carafoli E., Stauffer T. The plasma membrane cacium pump: functional domains, regulation of the activity, and tissue specificity of isoform expression // J. Neurobiol. -1994. - Vol. 25, № 3.-P. 312-324.
49. Ellswort М., Forrester Т., Ellis C., Dietrich H. The erythrocyte as regulator of vascular tone //Amer. J. Physiol. -1995. -Vol. 269, №6. -Pt. 2. - P. 2155-2161.
50. Filomatori C.V., Rega A.F. On the mechanism of activation of the plasma membrane Ca2+-ATPase by ATP and acidic phospholipids //J. Biol. Chem. - 2003. - Vol. 278, №25. - P. 22265-22271.
51. Fujii J. Role of membrane lipids and proteins in discocyte - echinocyte and -stomatocyte transformation of erythrocytes //Acta Biol. Med. Germ. -1981. - Vol. 40. -P. 361-367.
52. Geldwerrh D., Kuypers F., Butikofer P. et al. Transbilayer mobility and distribution of red cell phospholipids during storage // J. Gin. Invest. - 1993. -Vol. 92.-P. 308-314.
53. George C., Thao Chan М., Weill D. et al. De la deformabilite erythrocytaire a l’oxygenation tissulaire // Med. Actuelle. -1983. - Vol. 10, №3. - P. 100-103.
54. Giuliani A., Marini S., Ferroni L. et al. A monoclonal antibody monitoring band 3 modifications in human red blood cells // Mol. Cell Biochem. - 1992. - Vol. 117,№1,-P. 43-51.
55. Glaser Т., Schwartz-Benmeir N., Bamoy S. et. al. Calpain (Ca 2+- dependent thiol protease) in erythrocyte of young and old individuals // Proc. Natl. Acad. Sci. -1994.-Vol. 91,№ 17.-P. 63-72.
56. Gloff D. Hot spots in the red cell membrane: Molecular aspects of some red cell antigens // Transfussion Immunol, and Med.: 12 th Int. Convocat. Immunol., Buffalo. N.Y. May 14-18, 1994.// Immunol. Invest.-1995.-Vol. 24, № 1-2.-P. 199-212.
57. Gudi S., Kumar A., Bhakuni V. et al. Membrane skeleton -bilayer interaction is not the major determinant of membrane phospholipid assyrnmetry in human erythrocytes//Вiochim. Biophys. Acta: Biomembranes. -1990.-Vol. 1023., № 1.-P. 63-72.
58. Hao L, Rigaud JL, Inesi G. Ca2+/H+ countertransport and electrogenicity in proteoliposomes
containing erythrocyte plasma membrane Ca-ATPase and exogenous lipids // J. Biol Chem. -1994. - Vol. 269, № 19. -P. 14268-1475.
59. Hoffman JF, Joiner W, Nehrke K, Potapova O, Foye K, Wickrema A. The hSK4 (KCNN4) isoform is the Ca2+-activated K+ channel (Gardos channel) in human red blood cells // Proc. Natl Acad Sci USA. - 2003 .-Vol. 100, №12.-P. 7366-7371.
60. Lecomte M., Galand C., Boivin P. Proteines hydrosolubles des membranes eruthrocytaires humaines. Differences de phosphorylation selon les conditions d' extraction //Nouv. Rev. franc. Hematol. -1982. - Vol. 24, №
6.-P. 349-358.
61. Maher A.D., Chapman B.E., Kuchel P.W.. K nuclear magnetic resonance and a mathematical model of K(+) transport in human erythrocytes // Eur. Biophys. J. -
2006. - Vol. 35, № 4. - P. 293-301.
62. Masuda M., Tsunoda M., Yusa Y. et.al. Assay of catechol-O-methyltransferase activity in human erythrocytes using norepinephrine as a natural substrate //Ann. Clin. Biochem. - 2002. - Vol. 39, Pt 6. - P. 589-594.
63. McGough A., Josephs R. On the structure of erythrocyte spectrin in partially expanded membrane skeletons // Proc. Nat. Acad. Sci. UsA. - 1990. - Vol. 87, №
13.-P. 5208-5212.
64. Molinari M., Anagli J., Carafoli E. Ca2+ -activated neutral protease in erythrocyte membrane in its nonautolised 80-kDa from// J. Biol. Chem. -1994.-Vol. 269, №45. - P. 27992-27995.
65. Osborn K.D., Zaidi A., Urbauer R. J. et al. Singlemolecule characterization of the dynamics of calmodulin bound to oxidatively modified plasma-membrane Ca2+-ATPase //Biochemistry. - 2005. - Vol. 4, № 33. - P. 11074-11081.
66. Othmane A., Bitbol M., Snabre P. et al. Influence of altered phospholipid composition of the membrane outer layer on red blood cell aggregation: relation to shape changes and glycocalyx structure // Eur. Biophys. J. -1990. -Vol. 18,№2.-P. 93-99.
67. Oviedo N.J., Benaim G., Cervino V. et al. The plasma membrane Ca2+-ATPase protein from red blood cells is not modified in preeclampsia// Biochim. Biophys. Acta. - 2006. - Vol. 1762, № 3. - P. 381-385.
68. Reinhart W. Hemorheology: blood flow hematology // Schweiz Med. Wochenschr. - 1995. - Vol. 125,№9.-P. 387-395/
69. Rock E., Gueux E., Mazur A. et at. Anemia in copper-deficient rats: role of alterations in erythrocyte membrane fluidity and oxidative damage//Amer. J. Physiol. -1995. - Vol. 269. - P. 1245-1249.
70. Smith J. Erythrocyte membrane: structure, function and pathophysiology//Vet. Pathol. - 1987. - Vol.
24, N6.-P. 471-476.
71. Suju M., Davila M., Poleo G. et al. Phosphatidylethanol stimulates the plasma-membrane calcium pump from human erytbrocytes // Biochem. J. -1996. - Vol. 317, № 3. - P. 933-938/
72. Sundqiust J., Bias D., Hogan J.E. et al. The ±-adrenergic receptor in human erythrocyte membranes
mediates interaction in vitro of epinephrine and thyroid hormone at the membrane Ca2+-ATPase // Cell. Signal. -1992. -Vol. 4, № 6. - P. 795-799.
73. Tang D., Dean W.L., Borchman D. et al. The influence ofmembrane lipid structure on plasma membrane Ca2+ -ATPase activity //Cell Calcium. - 2006. - Vol. 39, № 3. -P. 209-216.
74. Tiffert T,, Lew V.L. Kinetics of inhibition of the plasma membrane calcium pump by vanadate in intact human red cells // Cell Calcium. - 2001. - Vol. 30, № 5. - P. 337-342.
75. Tiffert T., Spivak J.L., Lew V.L.. Magnitude of calcium influx required to induce dehydration of normal human red cells // Biochim. Biophys. Acta. - 1988. - Vol. 943, №2.-P. 157-165.
76. van-Gelder J., Nair C., Dhall D. Erythrocyte aggregation and erythrocyte deformability modify the permeability of erythrocyte enriched fibrin network // Throm. Res. -1996. - Vol. 82, №1. - P. 33-42.
77. Villamil Giraldo A.M., Castello P.R., Gonzalez Flecha F.L. et.al. Phospholipid distribution around the plasma membrane calcium pump: a hydrophobic photolabeling study // Cell Biochem. Biophys. - 2006. -Vol. 44, №3,-P. 431-437.
78. Wustner D., Pomorski T., Herrmann A. et al. Release of phospholipids from erythrocyte membranes by taurocholate is determined by their transbilayer orientation and hydrophobic backlone // Biochemistry. -1998. -Vol. 37, №48. - P. 17093-17104.
79. Wiley J.S., McCulloch K. E. Calcium ions, drug action and the red cell membrane // Pharmacol. Ther. -1982. -Vol. 18,K2 2.-P. 271-292.
80. Wong P.A. Basis of echinocytosis and stomatocytosis in the dis-sphere transformations of the erythrocyte//! Theor. Biol.-1999.-Vol. 196,№1.-P343-361/
81. Wright LC, Chen S, Roufogalis BD. Regulation of the activity and phosphorylation of the plasma membrane Ca2+-ATPase by protein kinase C in intact human erythrocytes//Arch. Biochem. Biophys. -1993.-Vol. 306, №l.-P.277-284.
Summary
HUMAN RED BLOOD CELLS
ULTRASTRUCTURE, FUNCTIONS
AND MOLECULAR MEMBRANE ORGANISATION (REVIEW).
N.A. Troshkina, V.I.Tsirkin, C.A. Dvoryansky Kirov State Medical Academy
The article presents general information on human red blood cells ultrastructure, their functions, special features and molecular membrane organization based on literature analysis.
