Дефекты мембран эритроцитов у пациентов с нарушениями функции головного мозга (пилотное исследование)

Цель работы. Выявление перспективных диагностических и прогностических биомаркеров развития патологических процессов на основе особенностей морфологии и наноструктуры мембран эритроцитов у пациентов с нарушениями функции головного мозга, находящихся в отделении анестезиологии и реанимации.

Материалы и методы. В исследование включили 24 пациента отделения анестезиологии и реанимации ФНКЦ РР. Кровь забирали у данных пациентов для стандартных анализов, и все дальнейшие исследования проводили in vitro. Изображения эритроцитов получали с помощью атомного силового микроскопа «NTEGRA Рrima» (NT-MDT, Россия) в полуконтактном режиме.

Результаты. У пациентов отделения анестезиологии и реанимации с черепно-мозговой травмой, ишемическим и геморрагическим инсультом, отеком головного мозга, постгипоксической энцефалопатией имели место различные формы клеток крови, на поверхности мембраны эритроцитов возникали локальные дефекты различной топологии: дефекты пэллора, тора, наноструктуры.

Заключение. В данном пилотном исследовании мы показали, что ряд дефектов являются стартовым механизмов развития тотальных повреждений мембран. Локальные топографические дефекты наноструктур, а также нарушения морфологии эритроцитов необратимы. Количество и качество этих нарушений в перспективе могут быть использованы как диагностический и прогностический биомаркер патологических процессов.

1. Costa K.D. Imaging and probing cell mechanical properties with the atomic force microscope. Meth. Mol. Biol. 2006; 319: 331–361. DOI: 10.1007/978-1-59259-993-6_17. PMID: 16719364

2. Martínez-Vieyra V., Rodríguez-Varela M., García-Rubio D., De la Mora-Mojica B, Méndez-Méndez J, Durán-Álvarez C, Cerecedo D. Alterations to plasma membrane lipid contents affect the biophysical properties of erythrocytes from individuals with hypertension. Biochim Biophys Acta Biomembr. 2019; 1861 (10) 182996 DOI: 10.1016/j.bbamem.2019.05.018.

3. Berezina T.L., Zaets S.B., Morgan C. Influence of storage on red blood cell rheological properties. J. Surg. Res. 2002; 102 (1): 6–12. DOI: 10.1006/jsre.2001.6306. PMID: 11792145

4. Yusipovich A.I., Bryzgalova N.Y., Parshina E.Y., Lomakin A.G., Rodnenkov O.V., Levin G.G., Maksimov G.V., Rubin A.B. Evaluation of erythrocyte shape and status by laser interference microscopy. Bull. Exp. Biol. Med. 2008; 145 (3): 382–385. DOI: 10.1007/s10517-008-0097-3. PMID: 19039950

5. Betz T., Bakowsky U., Müller M., Lehr C-M., Bernhardt I. Conformational change of membrane proteins leads to shape changes of red blood cells. Bioelectrochemistry. 2007; 70: 122–126. DOI: 10.1016/j.bioelechem.2006.03.019. PMID: 16713378

6. Cabrales P. Effects of erythrocyte flexibility on microvascular perfusion and oxygenation during acute anemia. Am. J. Physiolol. Heart Cire. Physiol. 2007; 293 (2): 1206–1215. DOI: 10.1152/ajpheart.00109.2007. PMID: 17449555

7. Манченко Е. А., Козлова Е. К., Сергунова В. А., Черныш А. М. Однородная деформация нативных эритроцитов при их длительном хранении. Общая реаниматология. 2019; 15 (5): 2–10. DOI: 10.15360/1813-9779-2019-5-4-10

8. Skoumalová A., Herget J., Wilhelm J. Hypercapnia protects erythrocytes against free radical damage induced by hypoxia in exposed rats. Cell Biochem. Funct. 2008; 26 (7): 801–807. DOI: 10.1002/cbf.1509. PMID: 18683905

9. Girotti A.W., Thomas J.P. Damaging effects of oxygen radicals on resealed erythrocyte ghosts. J. Biol. Chem. 1984; 259 (3): 1744–1752. PMID: 6546380

10. Vignini A., Alia S., Pugnaloni S., Giulietti A., Bacchetti T., Mazzanti L., Luzzi S., Fiorini R. Erythrocyte membrane fluidity in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease patients. Exp. Gerontol. 2019 ; 128: 110754. DOI: 10.1016/j.exger.2019.110754.

11. Катюхин Л.Н. Реологические свойства эритроцитов. Современные методы исследования. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1995; 81 (6): 122–129.

12. Котовская Ю.В. Метаболический синдром: прогностическое значение и современные подходы к комплексной терапии. Сердце. 2005; 4 (5): 236–241.

13. Ройтберг Г.Е. Метаболический синдром. Москва: МЕДпресс–информ; 2007: 224. ISBN 5-98322-253-8

14. Spyratou E., Dilvoi M., Patatoukas G., Platoni K., Makropoulou M., Efstathopoulos E.P. Probing the Effects of Ionizing Radiation on Young's Modulus of Human Erythrocytes Cytoskeleton using Atomic Force Microscopy. J.Med. Phys. 2019; 44 (2): 113–117. DOI: 10.4103/jmp.JMP_95_18.

15. Moroz V.V., Chernysh A.M., Kozlova E.K., Borshegovskaya P.Y., Bliznjuk U.A., Rysaeva R.M., Gudkova O.Y. Comparison of red blood cell membrane microstructure after different physicochemical influences: Atomic force microscope research. J. Crit. Care. 2010; 25 (3): 539. 1–12. DOI: 10.1016/j.jcrc.2010.02.007. PMID: 20381299

16. Ji X.L., Ma Y.M., Yin T., Shen M.S., Xu X., Guan W. Application of atomic force microscopy in blood research. World J. Gastroenterol. 2005; 11 (11): 1709–1711. DOI: 10.3748/wjg.v11.i11.1709. PMID: 15786556

17. Girasole M., Cricenti A., Generosi R., Congiu-Castellano A., Boffi F., Arcovito A., Boumis G., and Amiconi G. Atomic force microscopy study of erythrocyte shape and membrane structure after treatment with a dihydropyridinic drug. Appl. Phys. Lett. 2000; 76: 3650–3652. DOI: 10.1063/1.126736

18. Betz T., Bakowsky U., Müller M.R., Lehr C.M., Bernhardt I. Conformational change of membrane proteins leads to shape changes of red blood cells. Bioelectrochemistry. 2007; 70: 122–126. DOI: 10.1016/j.bioelechem.2006.03.019. PMID: 16713378

19. Zhang Y., Zhang W., Wang S., Wang C., Xie J., Chen X., Xu Y., Mao P. Detection of erythrocytes in patients with multiple myeloma using atomic force microscopy. Scanning. 2012; DOI: 10.1002/sca.21008. PMID: 22311545

20. Мороз В.В., Черныш А.М., Козлова Е.К., Сергунова В.А., Гудкова О.Е., Федорова М.С., Кирсанова А.К., Новодержкина И.С. Нарушение наноструктуры мембран эритроцитов при острой кровопотере и их коррекция перфторуглеродной эмульсией. Общая реаниматология. 2011; 7 (2): 5–9. DOI: 10.15360/1813-9779-2011-2-5

21. Khromova V.S., Myshkin A.E. Coagulation of zinc-modified hemoglobin. Russian Journal of General Chemistry. 2002; 72 (10): 1645–1649. DOI: 10.1023/A: 1023356221708

22. Мороз В.В., Мягкова Е.А., Сергунова В.А., Гудкова О.Е., Остапченко Д.А., Черныш А.М., Решетняк В.И. Морфологические особенности эритроцитов у больных с тяжелой сочетанной травмой. Общая реаниматология. 2013; 9 (3): 14–23. DOI: 10.15360/1813-9779-2013-3-14

23. Льюис С.М. Практическая гематология. Москва: ГЭОТАР-медиа; 2009: 672. ISBN 978-5-9704-1192-6

24. Robier C., Klescher D., Reicht G., Amouzadeh-Ghadikolai O., Quehenberger F., Neubauer M. Dacryocytes are a common morphologic feature of autoimmune and microangiopathic haemolytic anaemia. Clin. Chem. Lab. Med. 2015; 53 (7): 1073–1076. DOI: 10.1515/cclm2014-0936. PMID: 25503671

25. Сергунова В.А., Манченко Е.А., Гудкова О.Е. Гемоглобин: модификации, кристаллизация, полимеризация (обзор). Общая реаниматология. 2016; 12 (6): 49–63. DOI: 10.15360/1813-9779-2016-6-49-63

26. Lim H. W. G., Wortis M., Mukhopadhyay R. Stomatocyte–discocyte–echinocyte sequence of the human red blood cell: Evidence for the bilayer couple hypothesis from membrane mechanics. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002; 99 (26): 16766–16769. DOI: 10.1073/pnas.202617299. PMID: 12471152

27. Kozlova 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 (1): 7846. DOI: 10.1038/s41598-017-08255-9. PMID: 28798476

28. Ишутина Н. А., Андриевская И. А. Изменение показателей свободно-радикального статуса, антиоксидантной защиты и морфологические изменения эритроцитов периферической крови беременных первого триместра с цитомегаловирусной инфекцией. Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2018; 68: 57–62. DOI: 10.12737/article_5b18ba014d2d06.81485843

29. Львов С.Е., Назаров С.Б., Молчанов О.С., Пахрова О.А. Особенности поверхностной архитектоники эритроцитов при заболеваниях тазобедренного сустава. Вестник Ивановской медицинской академии. 2008; 13 (1–2): 46-49.

30. Chignard M., Le Couedic J. P., Tence M., Vargaftig B. B., Benveniste J. The role of platelet-activating factor in platelet aggregation. Nature. 1979; 279: 799–800. DOI: 10.1038/279799a0