rmtОбщая реаниматологияGeneral Reanimatology1813-97792411-7110FSBI "SRIGR" RAMS10.15360/1813-9779-2019-5-4-10rmt-1811Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРАКТИКАCLINICAL STUDIES AND PRACTICEОднородная деформация нативных эритроцитов при их длительном храненииHomogeneous Deformation of Native Erythrocytes During Long-Term StorageМанченкоЕ. А.ManchenkoE. A.

Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д. 25, стр. 2

Россия, 119991, г. Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2

25 Petrovka Str., Bldg. 2, 107031 Moscow, Russia

8 Trubetskaya Str., Bldg. 2, 119991 Moscow, Russia

КозловаЕ. К.KozlovaE. K.

Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д. 25, стр. 2

Россия, 119991, г. Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2

25 Petrovka Str., Bldg. 2, 107031 Moscow, Russia

8 Trubetskaya Str., Bldg. 2, 119991 Moscow, Russia

СергуноваВ. А.SergunovaV. A.

Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д. 25, стр. 2

 

25 Petrovka Str., Bldg. 2, 107031 Moscow, Russia

ЧернышА. М.ChernyshA. M.

Россия, 107031, г. Москва, ул. Петровка, д. 25, стр. 2

Россия, 119991, г. Москва, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2

25 Petrovka Str., Bldg. 2, 107031 Moscow, Russia

8 Trubetskaya Str., Bldg. 2, 119991 Moscow, Russia

orbf@mail.ruНИИ общей реаниматологии им. В. А. Неговского ФНКЦ РР, Первый Московский государственный медицинский университет им. И. М. Сеченова Минздрава РоссииРоссияV. A. Negovsky Research Institute of General Reanimatology, Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and Rehabilitology, I. M. Sechenov First Moscow State Medical University, Ministry of Health of RussiaRussian FederationНИИ общей реаниматологии им. В. А. Неговского ФНКЦ РРРоссияV. A. Negovsky Research Institute of General Reanimatology, Federal Research and Clinical Center of Intensive Care Medicine and RehabilitologyRussian Federation201907112019155410Copyright © Манченко Е.А., Козлова Е.К., Сергунова В.А., Черныш А.М., 20192019Манченко Е.А., Козлова Е.К., Сергунова В.А., Черныш А.М.Manchenko E.A., Kozlova E.K., Sergunova V.A., Chernysh A.M.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.reanimatology.com/rmt/article/view/1811

Цель исследования — выявление биомеханических закономерностей глубокой деформации мембран нативных эритроцитов при длительном (до 32 суток) хранении эритроцитарной взвеси.Материалы и методы. Методом решения указанной проблемы является атомно-силовая спектроскопия. Измеряли hHz — глубину, до которой процесс погружения зонда описывается взаимодействием с однородной средой. Получали эмпирические и теоретические зависимости силы взаимодействия F (нН) от глубины погружения зонда h (нм) — F (h). Строили гистограммы плотности относительных частот модуля Юнга E.Результаты. Модуль E менялся от 9,3±3,2 кПа — для 3 суток хранения, до 22,7±8,7 кПа — для 32 суток. Коэффициент асимметрии для 3 суток составил 0,52±0,04, а для 32 суток — 0,82±0,09. Величина hHz при этом оставалась постоянной.Заключение. По мере хранения эритроцитарной взвеси мембраны эритроцитов до глубин 700 нм прогибались однородно, несмотря на то, что модуль Юнга возрастал в 2.4 раза.

Purpose of the study — to evaluate biomechanical regularities of deep deformation of native erythrocytes’ membranes during long-term (up to 32 days) storage of erythrocyte suspension.Materials and methods. The method for addressing the said problem was atomic-force spectroscopy. The measured value was hHz comprizing the depth to which the probe immersion process was described by interaction with a homogeneous medium. Empirical and theoretical dependence of the interaction force F (nN) on the probe immersion depth h (nm) — F (h) were obtained. Bar charts of relative frequency density of Young’s modulus E were built.Results. Modulus E changed from 9.3±3.2 kPa — for 3 days of storage, to 22.7±8.7 kPa — for 32 days. Coefficients of skewness were 0.52±0.04 (for day 3) and 0.82±0.09 (for day 32 d), hHz value remaining constant.Conclusion. Progressively as erythrocyte suspension was stored, erythrocyte membranes to the depth of 700 nm deflected homogeneously in spite of 2.4-fold increase of Young’s modulus.

эритроцитыжесткость мембраныдеформацияхранение кровиатомно-силовая спектроскопияerythrocytesmembrane stiffnessdeformationblood storageatomic-force spectroscopyИсследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации и «Russian Academic Excellence Project 5-100».ReferencesD’Almeida M. S., Jagger J., Duggan M., White M., Ellis C., Chin‐Yee I. H. A comparison of biochemical and functional alterations of rat and human erythrocytes stored in CPDA‐1 for 29 days: implications for animal models of transfusion. Transfus. Med. 2000; 10(4): 291–303. DOI: 10.1046/j.1365-3148.2000.00267.x. PMID: 11123813D’Almeida M. S., Jagger J., Duggan M., White M., Ellis C., Chin‐Yee I. H. A comparison of biochemical and functional alterations of rat and human erythrocytes stored in CPDA‐1 for 29 days: implications for animal models of transfusion. Transfus. Med. 2000; 10 (4): 291–303. DOI: 10.1046/j.1365-3148.2000.00267.x. PMID: 11123813Wang C.H., Popel A.S. Effect of red blood cell shape on oxygen transport in capillaries. Math. Biosci. 1993; 116 (1): 89–110. PMID: 8343620Wang C.H., Popel A.S. Effect of red blood cell shape on oxygen transport in capillaries. Math. Biosci. 1993; 116 (1): 89-110. PMID: 8343620Tomaiuolo G. Biomechanical properties of red blood cells in health and disease towards microfluidics. Biomicrofluidics. 2014; 8 (5): 051501. DOI: 10.1063/1.4895755. eCollection 2014 Sep. PMID: 25332724Tomaiuolo G. Biomechanical properties of red blood cells in health and disease towards microfluidics. Biomicrofluidics. 2014; 8 (5): 051501. DOI: 10.1063/1.4895755. eCollection 2014 Sep. PMID: 25332724Chien S. Red cell deformability and its relevance to blood flow. Annu. Rev. Physiol. 1987; 49: 177–192. DOI: 10.1146/annurev.ph.49.030187.001141. PMID: 3551796Chien S. Red cell deformability and its relevance to blood flow. Annu. Rev. Physiol. 1987; 49: 177–192. DOI: 10.1146/annurev.ph.49. 030187.001141. PMID: 3551796Frank S. M., Abazyan B., Ono M., Hogue C. W., Cohen D. B., Berkowitz D. E., Barodka V.M. Decreased erythrocyte deformability after transfusion and the effects of erythrocyte storage duration. Anesth. Analg. 2013; 116 (5): 975–981. DOI: 10.1213/ANE.0b013e31828843e6. PMID: 23449853Frank S. M., Abazyan B., Ono M., Hogue C. W., Cohen D. B., Berkowitz D. E., Barodka V.M. Decreased erythrocyte deformability after transfusion and the effects of erythrocyte storage duration. Anesth. Analg. 2013; 116 (5): 975–981. DOI: 10.1213/ANE.0b013e31828843e6. PMID: 23449853Kozlova E., Chernysh A., Moroz V., Sergunova V., Gudkova O., Manchenko E. Morphology, membrane nanostructure and stiffness for quality assessment of packed red blood cells. Sci. Rep. 2017; 7 (7): 1–11. DOI: 10.1038/s41598-017-08255-9. PMID: 28798476Kozlova E., Chernysh A., Moroz V., Sergunova V., Gudkova O., Manchenko E. Morphology, membrane nanostructure and stiffness for quality assessment of packed red blood cells. Sci. Rep. 2017; 7 (7): 1–11. DOI: 10.1038/s41598-017-08255-9. PMID: 28798476Kozlova E., Chernysh A., Manchenko E., Sergunova V., Moroz V. Nonlinear biomechanical characteristics of deep deformation of native RBC membranes in normal state and under modifier action. Scanning. 2018; Article ID 1810585. DOI: 10.1155/2018/1810585Kozlova E., Chernysh A., Manchenko E., Sergunova V., Moroz V. Nonlinear biomechanical characteristics of deep deformation of native RBC membranes in normal state and under modifier action. Scanning. 2018; Article ID 1810585. DOI: 10.1155/2018/1810585Lekka M., Fornal M., Pyka-Fościak G., Lebed K., Wizner B., Grodzicki T., Styczeń J. Erythrocyte stiffness probed using atomic force microscope. Biorheology. 2005; 42 (4): 307–317. PMID: 16227658Lekka M., Fornal M., Pyka-Fościak G., Lebed K., Wizner B., Grodzicki T., Styczeń J. Erythrocyte stiffness probed using atomic force microscope. Biorheology. 2005; 42 (4): 307–317. PMID: 16227658Kuznetsova T.G., Starodubtseva M.N., Yegorenkov N.I., Chizhik S.A., Zhdanov R.I. Atomic force microscopy probing of cell elasticity. Micron. 2007; 38 (8): 824–833. DOI: 10.1016/j.micron.2007.06.011.PMID: 17709250Kuznetsova T.G., Starodubtseva M.N., Yegorenkov N.I., Chizhik S.A., Zhdanov R.I. Atomic force microscopy probing of cell elasticity. Micron. 2007; 38 (8): 824–833. DOI: 10.1016/j.micron.2007.06.011.PMID: 17709250Сергунова В.А., Козлова Е.К., Мягкова Е.А., Черныш А.М. Измерение упруго-эластичных свойств мембраны нативных эритроцитов in vitro. Общая реаниматология. 2015; 11 (3): 39–44. DOI:10.15360/1813-9779-2015-3-39-44Sergunova V.A., Kozlova E.K., Myagkova E.A., Chernysh A.M. In vitro measurement of the elastic properties of the native red blood cell membrane. Obschaya reanimatologiya=General Reanimatology. 2015; 11 (3): 39–44. [In Russ.] DOI: 10.15360/1813-9779-2015-3-39-44Сергунова В.А., Гудкова О.Е., Козлов А.П., Черныш А.М. Измерение локальной жесткости мембран эритроцитов с помощью атомно-силовой спектроскопии. Общая реаниматология. 2013; 9 (1): 14. DOI: 10.15360/1813-9779-2013-1-14Sergunova V.A., Gudkova O.E., Kozlov A.P., Chernysh A.M. Measurement of the local tension of red blood cell membranes by atomic force spectroscopy. Obschaya reanimatologiya=General Reanimatology. 2013; 9 (1): 14. [In Russ.] DOI: 10.15360/1813-9779-2013-1-14Xu Z., Zheng Y., Wang X., Shehata N., Wang C., Sun Y. Stiffness increase of red blood cells during storage. Microsyst. Nanoeng. 2018; 4: 17103. DOI:10.1038/micronano.2017.103Xu Z., Zheng Y., Wang X., Shehata N., Wang C., Sun Y. Stiffness increase of red blood cells during storage. Microsyst. Nanoeng. 2018; 4: 17103. DOI: 10.1038/micronano.2017.103Park H., Lee S., Ji M., Kim K., Son Y., Jang S., Park Y. Measuring cell surface area and deformability of individual human red blood cells over blood storage using quantitative phase imaging. Sci. Rep. 2016; 6: 34257. DOI: 10.1038/srep34257. PMID: 27698484Park H., Lee S., Ji M., Kim K., Son Y., Jang S., Park Y. Measuring cell surface area and deformability of individual human red blood cells over blood storage using quantitative phase imaging. Sci. Rep. 2016; 6: 34257. DOI: 10.1038/srep34257. PMID: 27698484Girasole M., Cricenti A., Generosi R., Congiu-Castellano A., Boumis G., Amiconi G. Artificially induced unusual shape of erythrocytes: an atomic force microscopy study. J Microsc. 2001; 204: 46–52. DOI: 10.1046/j.1365-2818.2001.00937.x. PMID: 11580812Girasole M., Cricenti A., Generosi R., Congiu-Castellano A., Boumis G., Amiconi G. Artificially induced unusual shape of erythrocytes: an atomic force microscopy study. J Microsc. 2001; 204: 46–52. DOI: 10.1046/j.1365-2818.2001.00937.x. PMID: 11580812World Health Organization. Dept. of Blood Safety and Clinical Technology, Safe blood and blood product. Manual on the management, maintenance and use of blood cold chain equipment. Geneva: World Health Organization. 2005.World Health Organization. Dept. of Blood Safety and Clinical Technology, Safe blood and blood product. Manual on the management, maintenance and use of blood cold chain equipment. Geneva: World Health Organization. 2005.Zhang W., Liu F. Effect of polylysine on blood clotting, and red blood cell morphology, aggregation and hemolysis. J. Nanosci. Nanotechnol. 2014; 17 (1): 251–255. PMID: 29620337Zhang W., Liu F. Effect of polylysine on blood clotting, and red blood cell morphology, aggregation and hemolysis. J. Nanosci. Nanotechnol. 2014; 17 (1): 251–255. PMID: 29620337Fornal M., Lekka M., Pyka-Fościak G., Lebed K., Grodzicki T., Wizner B., Styczeń J. Erythrocyte stiffness in diabetes mellitus studied with atomic force microscope. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2015; 35 (1-2): 273–276. PMID: 16899942Fornal M., Lekka M., Pyka-Fościak G., Lebed K., Grodzicki T., Wizner B., Styczeń J. Erythrocyte stiffness in diabetes mellitus studied with atomic force microscope. Clin. Hemorheol. Microcirc. 2015; 35 (1–2): 273–276. PMID: 16899942Черныш А.М., Козлова Е.К., Мороз В.В., Сергунова В.А., Гудкова О.Е., Козлов А.П., Манченко Е.А. Нелинейные локальные деформации мембран эритроцитов: нормальные эритроциты (Часть 1). Общая реаниматология. 2017; 13(5): 58-68. DOI: 10.15360/1813-9779-2017-5-58-68Chernysh A.M., Kozlova E.K., Moroz V.V., Sergunova V.A., Gudkova O.E., Kozlov A.P., Manchenko E.A. Nonlinear local deformations of erythrocyte membranes: normal erythrocytes (part 1). Obschaya reanimatologiya=General Reanimatology.. 2017; 13 (5): 58–68. (In Russ.) DOI: 10.15360/1813-9779-2017-5-58-68Thomas G., Burnham N.A., Camesano T.A., Wen Q. Measuring the mechanical properties of living cells using atomic force microscopy. J. Vis. Exp. 2013; (76). DOI: 10.3791/50497. PMID: 23851674Thomas G., Burnham N.A., Camesano T.A., Wen Q. Measuring the mechanical properties of living cells using atomic force microscopy. J. Vis. Exp. 2013; (76). DOI: 10.3791/50497. PMID: 23851674Lien C. C., Wu M. C., Ay C. Study on the Young’s modulus of red blood cells using atomic force microscope. Applied Mechanics and Materials. 2014; 627: 197–201. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.627.197Lien C. C., Wu M. C., Ay C. Study on the Young’s modulus of red blood cells using atomic force microscope. Applied Mechanics and Materials. 2014; 627: 197–201. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMM.627.197Hertz H. Ueber den kontakt elastischer koerper. Journal für die Reine und Angewandte Mathematik. 1881; 92 (4): 245–260.Hertz H. Ueber den kontakt elastischer koerper. Journal für die Reine und Angewandte Mathematik. 1881; 92 (4): 245–260.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.