Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку
Досліджено вплив глюкози на чутливість еритроцитів людини і кролика до дії постгіпертонічного шоку. Встановлено, що рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів людини і кролика залежить від середовища дегідратації і збільшується зі зростанням концентрації солі в ньому. Аналіз чутливості цих кліт...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2020 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2020
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/170415 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку / К.А. Сєміонова, О.Є. Ніпот, Н.А. Єршова, О.О. Шапкіна, Н.М. Шпакова // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 4. — С. 99-106. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-170415 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Сєміонова, К.А. Ніпот, О.Є. Єршова, Н.А. Шапкіна, О.О. Шпакова, Н.М. 2020-07-15T14:54:36Z 2020-07-15T14:54:36Z 2020 Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку / К.А. Сєміонова, О.Є. Ніпот, Н.А. Єршова, О.О. Шапкіна, Н.М. Шпакова // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 4. — С. 99-106. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2020.04.099 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/170415 547.455.623:612.111:577.352.4 Досліджено вплив глюкози на чутливість еритроцитів людини і кролика до дії постгіпертонічного шоку. Встановлено, що рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів людини і кролика залежить від середовища дегідратації і збільшується зі зростанням концентрації солі в ньому. Аналіз чутливості цих клітин до дії постгіпертонічного шоку показав, що еритроцити кролика є більш стійкими: при 37 °С рівень пошкодження еритроцитів кролика принаймні вдвічі нижчий, ніж клітин людини; при 0 °С вказаний ефект менш виражений. Рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів, попередньо оброблених глюкозою, визначається ендогенними (видова належність еритроцитів) і екзогенними факторами (концентрація модифікатора та умови постгіпертонічного шоку). Щодо еритроцитів людини глюкоза здатна знижувати рівень постгіпертонічного гемолізу, що перевищує 50 %. Якщо за умов постгіпертонічного шоку глюкоза у високій концентрації (5 %) ефективна при 37 і 0 °С, то в низькій (0,6 %) — тільки при 0 °С. Щодо еритроцитів кролика глюкоза здатна знижувати рівень постгіпертонічного гемолізу тільки у разі застосування у високій концентрації (5 %) за умов постгіпертонічного шоку при 37 °С. Припускається, що глюкоза утворює водневі зв'язки з цитоплазматичними білками, що перешкод жає зв'язуванню з ними іонів натрію. Це запобігає надмірному надходженню іонів у клітину на етапі дегідратації і, відповідно, розвитку пошкодження еритроцитів на стадії регідратації. Передбачається, що дотримання близьконульових температур під час розморожування еритроцитів людини і видалення кріопротекторів дасть змогу використовувати менші концентрації глюкози для досягнення захисного ефекту і запобігання її токсичній дії на клітини. The effect of glucose on the sensitivity of human and rabbit erythrocytes to post-hypertonic shock has been investigated. The level of post-hypertonic hemolysis of human and rabbit erythrocytes was found to depend on the dehydration medium and to increase with a rise in the salt concentration in it. An analysis of the sensitivity of these cells to the effects of post-hypertonic shock showed that rabbit erythrocytes were more resistant, i.e. at 37 °C, the injury rate of rabbit erythrocytes was at least a half lower of that for human cells; at 0 °C, the effect was less pronounced. The level of post-hypertonic hemolysis of the erythrocytes pretreated with glucose was determined by endogenous (species belonging to erythrocytes) and exogenous factors (modifier concentration and post-hypertonic shock conditions). In case of human erythrocytes, glucose was capable of reducing the post-hypertonic hemolysis, which exceeded 50 %. If, under conditions of post-hypertonic shock, glucose in a high concentration (5 %) was effective at 37 and 0 °C, then, in low (0.6 %) one, it was effective only at 0 °C. In rabbit erythrocytes, glucose was capable of reducing a post-hypertonic hemolysis only when used at a high concentration (5 %) in post-hypertonic shock at 37 °C. Glucose is thought to form hydrogen bonds with cytoplasmic proteins, which impedes the binding of sodium ions to them. This prevents the excess flow of ions into a cell during the dehydration step and, accordingly, the development of erythrocyte injury during rehydration. It is envisaged that the adherence to near-zero temperatures when thawing human erythrocytes and removing cryoprotectants will allow the use of lower concentrations of glucose to achieve a protective effect and prevent its toxic effect on cells. Исследовано влияние глюкозы на чувствительность эритроцитов человека и кролика к действию постгипертонического шока. Установлено, что уровень постгипертонического гемолиза эритроцитов человека и кролика зависит от среды дегидратации и увеличивается с ростом концентрации соли в ней. Анализ чувствительности этих клеток к действию постгипертонического шока показал, что эритроциты кролика являются более устойчивыми: при 37 °C уровень повреждения эритроцитов кролика по крайней мере вдвое ниже, чем клеток человека; при 0 °C указанный эффект менее выражен. Уровень постгипертонического гемолиза эритроцитов, предварительно обработанных глюкозой, определяется эндогенными (видовая принадлежность эритроцитов) и экзогенными факторами (концентрация модификатора и условия проведения постгипертонического шока). В случае эритроцитов человека глюкоза способна снижать уровень постгипертонического гемолиза, который превышает 50 %. Если в условиях постгипертонического шока глюкоза в высокой концентрации (5 %) эффективна при 37 и 0 °C, то в низкой (0,6 %) — только при 0 °C. В случае эритроцитов кролика глюкоза способна снижать уровень постгипертонического гемолиза только при использовании в высокой концентрации (5 %) в условиях постгипертонического шока при 37 °C. Предполагается, что глюкоза образует водородные связи с цитоплазматическими белками, что препятствует связыванию с ними ионов натрия. Это предотвращает чрезмерное поступление ионов в клетку на этапе дегидратации и, соответственно, развитие повреждения эритроцитов при регидратации. Ожидается, что соблюдение околонулевых температур при размораживании эритроцитов человека и удалении криопротекторов позволит использовать меньшие концентрации глюкозы для достижения защитного эффекта и предотвращения ее токсического действия на клетки. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біологія Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку Temperature, osmolality, and glucose determine the erythrocyte resistance to post-hypertonic stress Температура, осмоляльность и глюкоза определяют устойчивость эритроцитов к постгипертоническому шоку Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку |
| spellingShingle |
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку Сєміонова, К.А. Ніпот, О.Є. Єршова, Н.А. Шапкіна, О.О. Шпакова, Н.М. Біологія |
| title_short |
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку |
| title_full |
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку |
| title_fullStr |
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку |
| title_full_unstemmed |
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку |
| title_sort |
температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку |
| author |
Сєміонова, К.А. Ніпот, О.Є. Єршова, Н.А. Шапкіна, О.О. Шпакова, Н.М. |
| author_facet |
Сєміонова, К.А. Ніпот, О.Є. Єршова, Н.А. Шапкіна, О.О. Шпакова, Н.М. |
| topic |
Біологія |
| topic_facet |
Біологія |
| publishDate |
2020 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Доповіді НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Temperature, osmolality, and glucose determine the erythrocyte resistance to post-hypertonic stress Температура, осмоляльность и глюкоза определяют устойчивость эритроцитов к постгипертоническому шоку |
| description |
Досліджено вплив глюкози на чутливість еритроцитів людини і кролика до дії постгіпертонічного шоку.
Встановлено, що рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів людини і кролика залежить від середовища дегідратації і збільшується зі зростанням концентрації солі в ньому. Аналіз чутливості цих клітин
до дії постгіпертонічного шоку показав, що еритроцити кролика є більш стійкими: при 37 °С рівень пошкодження еритроцитів кролика принаймні вдвічі нижчий, ніж клітин людини; при 0 °С вказаний ефект менш виражений.
Рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів, попередньо оброблених глюкозою, визначається ендогенними (видова належність еритроцитів) і екзогенними факторами (концентрація модифікатора та
умови постгіпертонічного шоку). Щодо еритроцитів людини глюкоза здатна знижувати рівень постгіпертонічного гемолізу, що перевищує 50 %. Якщо за умов постгіпертонічного шоку глюкоза у високій концентрації (5 %) ефективна при 37 і 0 °С, то в низькій (0,6 %) — тільки при 0 °С. Щодо еритроцитів кролика
глюкоза здатна знижувати рівень постгіпертонічного гемолізу тільки у разі застосування у високій концентрації (5 %) за умов постгіпертонічного шоку при 37 °С.
Припускається, що глюкоза утворює водневі зв'язки з цитоплазматичними білками, що перешкод жає
зв'язуванню з ними іонів натрію. Це запобігає надмірному надходженню іонів у клітину на етапі дегідратації і, відповідно, розвитку пошкодження еритроцитів на стадії регідратації. Передбачається, що дотримання близьконульових температур під час розморожування еритроцитів людини і видалення кріопротекторів дасть змогу використовувати менші концентрації глюкози для досягнення захисного ефекту
і запобігання її токсичній дії на клітини.
The effect of glucose on the sensitivity of human and rabbit erythrocytes to post-hypertonic shock has been
investigated. The level of post-hypertonic hemolysis of human and rabbit erythrocytes was found to depend on
the dehydration medium and to increase with a rise in the salt concentration in it. An analysis of the sensitivity
of these cells to the effects of post-hypertonic shock showed that rabbit erythrocytes were more resistant, i.e.
at 37 °C, the injury rate of rabbit erythrocytes was at least a half lower of that for human cells; at 0 °C, the effect
was less pronounced.
The level of post-hypertonic hemolysis of the erythrocytes pretreated with glucose was determined by
endogenous (species belonging to erythrocytes) and exogenous factors (modifier concentration and post-hypertonic
shock conditions). In case of human erythrocytes, glucose was capable of reducing the post-hypertonic
hemolysis, which exceeded 50 %. If, under conditions of post-hypertonic shock, glucose in a high concentration
(5 %) was effective at 37 and 0 °C, then, in low (0.6 %) one, it was effective only at 0 °C. In rabbit erythrocytes,
glucose was capable of reducing a post-hypertonic hemolysis only when used at a high concentration (5 %)
in post-hypertonic shock at 37 °C.
Glucose is thought to form hydrogen bonds with cytoplasmic proteins, which impedes the binding of sodium
ions to them. This prevents the excess flow of ions into a cell during the dehydration step and, accordingly,
the development of erythrocyte injury during rehydration. It is envisaged that the adherence to near-zero temperatures
when thawing human erythrocytes and removing cryoprotectants will allow the use of lower concentrations
of glucose to achieve a protective effect and prevent its toxic effect on cells.
Исследовано влияние глюкозы на чувствительность эритроцитов человека и кролика к действию постгипертонического шока. Установлено, что уровень постгипертонического гемолиза эритроцитов человека
и кролика зависит от среды дегидратации и увеличивается с ростом концентрации соли в ней. Анализ
чувствительности этих клеток к действию постгипертонического шока показал, что эритроциты кролика
являются более устойчивыми: при 37 °C уровень повреждения эритроцитов кролика по крайней мере
вдвое ниже, чем клеток человека; при 0 °C указанный эффект менее выражен.
Уровень постгипертонического гемолиза эритроцитов, предварительно обработанных глюкозой,
определяется эндогенными (видовая принадлежность эритроцитов) и экзогенными факторами (концентрация модификатора и условия проведения постгипертонического шока). В случае эритроцитов человека глюкоза способна снижать уровень постгипертонического гемолиза, который превышает 50 %.
Если в условиях постгипертонического шока глюкоза в высокой концентрации (5 %) эффективна при
37 и 0 °C, то в низкой (0,6 %) — только при 0 °C. В случае эритроцитов кролика глюкоза способна снижать
уровень постгипертонического гемолиза только при использовании в высокой концентрации (5 %) в условиях постгипертонического шока при 37 °C.
Предполагается, что глюкоза образует водородные связи с цитоплазматическими белками, что препятствует связыванию с ними ионов натрия. Это предотвращает чрезмерное поступление ионов в клетку на
этапе дегидратации и, соответственно, развитие повреждения эритроцитов при регидратации. Ожидается,
что соблюдение околонулевых температур при размораживании эритроцитов человека и удалении криопротекторов позволит использовать меньшие концентрации глюкозы для достижения защитного эффекта и предотвращения ее токсического действия на клетки.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/170415 |
| citation_txt |
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку / К.А. Сєміонова, О.Є. Ніпот, Н.А. Єршова, О.О. Шапкіна, Н.М. Шпакова // Доповіді Національної академії наук України. — 2020. — № 4. — С. 99-106. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT sêmíonovaka temperaturaosmolâlʹnístʹíglûkozaâkfaktoriŝoviznačaûtʹstíikístʹeritrocitívdopostgípertoníčnogošoku AT nípotoê temperaturaosmolâlʹnístʹíglûkozaâkfaktoriŝoviznačaûtʹstíikístʹeritrocitívdopostgípertoníčnogošoku AT êršovana temperaturaosmolâlʹnístʹíglûkozaâkfaktoriŝoviznačaûtʹstíikístʹeritrocitívdopostgípertoníčnogošoku AT šapkínaoo temperaturaosmolâlʹnístʹíglûkozaâkfaktoriŝoviznačaûtʹstíikístʹeritrocitívdopostgípertoníčnogošoku AT špakovanm temperaturaosmolâlʹnístʹíglûkozaâkfaktoriŝoviznačaûtʹstíikístʹeritrocitívdopostgípertoníčnogošoku AT sêmíonovaka temperatureosmolalityandglucosedeterminetheerythrocyteresistancetoposthypertonicstress AT nípotoê temperatureosmolalityandglucosedeterminetheerythrocyteresistancetoposthypertonicstress AT êršovana temperatureosmolalityandglucosedeterminetheerythrocyteresistancetoposthypertonicstress AT šapkínaoo temperatureosmolalityandglucosedeterminetheerythrocyteresistancetoposthypertonicstress AT špakovanm temperatureosmolalityandglucosedeterminetheerythrocyteresistancetoposthypertonicstress AT sêmíonovaka temperaturaosmolâlʹnostʹiglûkozaopredelâûtustoičivostʹéritrocitovkpostgipertoničeskomušoku AT nípotoê temperaturaosmolâlʹnostʹiglûkozaopredelâûtustoičivostʹéritrocitovkpostgipertoničeskomušoku AT êršovana temperaturaosmolâlʹnostʹiglûkozaopredelâûtustoičivostʹéritrocitovkpostgipertoničeskomušoku AT šapkínaoo temperaturaosmolâlʹnostʹiglûkozaopredelâûtustoičivostʹéritrocitovkpostgipertoničeskomušoku AT špakovanm temperaturaosmolâlʹnostʹiglûkozaopredelâûtustoičivostʹéritrocitovkpostgipertoničeskomušoku |
| first_indexed |
2025-11-25T23:29:47Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:29:47Z |
| _version_ |
1850581773243645952 |
| fulltext |
99ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 4: 99—106
Ц и т у в а н н я: Сєміонова К.А., Ніпот О.Є., Єршова Н.А., Шапкіна О.О., Шпакова Н.М. Температура, ос-
моляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів до постгіпертонічного шоку.
Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 4. С. 99—106. https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.04.099
Протягом багатьох років глюкоза залишається компонентом гемоконсервувальних середо-
вищ, які використовуються для забору і низькотемпературного зберігання еритромаси і
цільної крові (“Глюгіцир”, SAGM, AS). Вона забезпечує клітинам достатній рівень метабо-
лізму, стабілізує мембрану шляхом утворення водневих зв’язків, поліпшує ступінь вітрифі-
https://doi.org/10.15407/dopovidi2020.04.099
УДК 547.455.623:612.111:577.352.4
К.А. Сєміонова, О.Є. Ніпот, Н.А. Єршова,
О.О. Шапкіна, Н.М. Шпакова
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, Харків
E-mail: nipotel71@gmail.com
Температура, осмоляльність і глюкоза
як фактори, що визначають стійкість
еритроцитів до постгіпертонічного шоку
Представлено академіком НАН України А.М. Гольцевим
Досліджено вплив глюкози на чутливість еритроцитів людини і кролика до дії постгіпертонічного шоку.
Встановлено, що рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів людини і кролика залежить від середо-
вища дегідратації і збільшується зі зростанням концентрації солі в ньому. Аналіз чутливості цих клітин
до дії постгіпертонічного шоку показав, що еритроцити кролика є більш стійкими: при 37 С рівень пош-
кодження еритроцитів кролика принаймні вдвічі нижчий, ніж клітин людини; при 0 С вказаний ефект
менш виражений.
Рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів, попередньо оброблених глюкозою, визначається ен-
догенними (видова належність еритроцитів) і екзогенними факторами (концентрація модифікатора та
умови постгіпертонічного шоку). Щодо еритроцитів людини глюкоза здатна знижувати рівень пос т-
гіпертонічного гемолізу, що перевищує 50 %. Якщо за умов постгіпертонічного шоку глюкоза у висо кій кон-
центрації (5 %) ефективна при 37 і 0 С, то в низькій (0,6 %) — тільки при 0 С. Щодо еритроцитів кролика
глюкоза здатна знижувати рівень постгіпертонічного гемолізу тільки у разі застосування у високій кон-
центрації (5 %) за умов постгіпертонічного шоку при 37 С.
Припускається, що глюкоза утворює водневі зв’язки з цитоплазматичними білками, що перешкод жає
зв’язуванню з ними іонів натрію. Це запобігає надмірному надходженню іонів у клітину на етапі дегідра-
тації і, відповідно, розвитку пошкодження еритроцитів на стадії регідратації. Передбачається, що до-
тримання близьконульових температур під час розморожування еритроцитів людини і видалення кріо-
протекторів дасть змогу використовувати менші концентрації глюкози для досягнення захисного ефекту
і запобігання її токсичній дії на клітини.
Ключові слова: еритроцит, постгіпертонічний шок, дегідратація, регідратація, глюкоза, температура.
100 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 4
К.А. Сєміонова, О.Є. Ніпот, Н.А. Єршова, О.О. Шапкіна, Н.М. Шпакова
кації цитоплазми [1—3]. Це дає можливість підтримувати структурно-функціональні
властивості еритроцитів впродовж декількох тижнів. Однак висока концентрація глюкози
in vivo може викликати небажані зміни, такі як неферментативне глікозування білкових
компонентів цитоскелет-мембранного комплексу, гемоглобіну, ферментів та переносників;
пероксидне окиснення мембранних ліпідів; зміну морфології і деформаційних властивос-
тей еритроцитів [4, 5]. Виходячи з вищесказаного, становило інтерес дослідити вплив
глюкози на постгіпертонічний шок еритроцитів (ПГШ), що є моделлю поведінки кріо-
консервованих клітин під час їх відігріву і видалення проникного кріопротектора. Для
з’ясування механізму впливу глюкози на еритроцити за умов ПГШ дослідження проводили
на еритроцитах людини і кролика, які різняться низкою параметрів, такими як фосфоліпід-
ний склад мембрани, проникність для води, швидкість транспорту глюкози у клітини та
деякими іншими [5, 6].
За мету дослідження ставилося вивчення впливу різних концентрацій глюкози (0,6 і
5 %) на постгіпертонічний гемоліз еритроцитів людини та кролика при 37 і 0 С.
Матеріали і методи. Для досліджень використовували еритроцити з донорської крові
людини і кролика. Експерименти проведені відповідно до “Загальних принципів експери-
ментів на тваринах”, схвалених VІ Національним конгресом з біоетики (Київ, 2016) і узго-
джених з положеннями “Європейської конвенції про захист хребетних тварин, що вико-
ристовуються для експериментальних та інших наукових цілей” (Страсбург, 1986). Після
видалення плазми еритромасу тричі відмивали шляхом центрифугування при 3000 об/хв
протягом 3 хв (центрифуга “ОПн-3У4.2”, Киргизстан) у 10-кратному об’ємі фізіологіч-
ного розчину (0,15 моль/л NaCl, 0,01 моль/л фосфатний буфер, pH 7,4). Лейкоцитарну
плівку і супернатант видаляли аспірацією. Еритроцити зберігали у вигляді щільного осаду
не більше як 4 год при 0 С. Усі середовища готували на фосфатному буфері (0,01 моль/л,
pH 7,4). У дослідженнях використовували реактиви вітчизняного виробництва кваліфі-
кації “хч” і “чда”.
ПГШ здійснювали перенесенням еритроцитів з гіпертонічного розчину (середовище
дегідратації; 1,0—2,0 моль/л NaCl) в ізотонічний (середовище регідратації; 0,15 моль/л
NaCl) при 37 або 0 С. Еритроцити інкубували в середовищі дегідратації протягом 20 хв,
у середовищі регідратації — 5 хв. Кінцевий гематокрит становив 0,4 %. Обробку еритроцитів
глюкозою здійснювали шляхом інкубування клітин у фізіологічному розчині, що містить
0,6 або 5 % глюкози, при 37 С протягом 2 год. Залишки глюкози видаляли із середовища
шляхом центрифугування клітинної суспензії при 1500 об/хв протягом 7 хв. Контрольні
клітини були проінкубовані в аналогічних умовах у фізіологічному розчині без додавання
глюкози. Після цього еритроцити піддавали дії постгіпертонічного шоку. Рівень гемолізу
еритроцитів визначали спектрофотометрично при довжині хвилі 543 нм і виражали у відсо-
тках щодо 100 %-го гемолізу. За 100 % приймали рівень поглинання проби, в яку додавали
тритон Х-100 (“Merck”, Німеччина) у концентрації 0,1 %.
Статистичну обробку отриманих експериментальних результатів проводили за до-
помогою програми “Statistica 6.0” (“StatSoft Inc.”, США), використовуючи критерій
Манна — Уітні. Відмінності вважали значущими при р < 0,05.
Результати та їх обговорення. Для моделювання впливу на клітини факторів кріо-
пошкоджень, що діють на етапі відігрівання клітинної суспензії, використовують ПГШ.
101ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 4
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів...
В основі ПГШ еритроцитів лежать два процеси: дегідратація за умов інкубації в гіперто-
нічному середовищі і подальша регідратація, яка розвивається після перенесення клітин в
ізотонічний розчин (0,15 моль/л NaCl).
За умов проведення ПГШ при 37 або 0 С рівень постгіпертонічного гемолізу еритро-
цитів людини зростає зі збільшенням концентрації солі (NaCl) у середовищі дегідратації
(рис. 1). Аналогічна залежність характерна і для клітин, попередньо модифікованих глюко-
зою, проте рівень пошкодження цих еритроцитів визначається концентрацією модифікато-
ра і температурою ПГШ.
Результати, отримані за умов ПГШ еритроцитів людини при 37 С, наведені на рис. 1, а.
Порівнюючи відповідні значення постгіпертонічного гемолізу контрольних еритроцитів і
клітин, модифікованих глюкозою (0,6 %), статистично значущих відмінностей ми не вия-
вили. У разі використання глюкози у високій концентрації (5 %) спостерігалося знижен-
ня рівня постгіпертонічного пошкодження модифікованих еритроцитів у 1,7—1,8 раза (ко-
ли концентрація NaCl у середовищі дегідратації становила понад 1,25 моль/л).
При температурі 0 С (рис. 1, б) обробка клітин глюкозою в обох концентраціях (0,6 і
5 %) спричиняла зниження рівня постгіпертонічного гемолізу еритроцитів в 1,5—2,0 раза
у варіантах, коли в середовищі дегідратації концентрація NaCl становила 1,5—2,0 моль/л.
Застосування більш низьких концентрацій солі у середовищі дегідратації (1,0 і 1,25 моль/л
NaCl) дало змогу виявити відмінності в дії глюкози в різних концентраціях. Глюкоза у ви-
сокій концентрації (на відміну від низької концентрації) підвищувала рівень постгіперто-
нічного гемолізу клітин (див. рис. 1, б).
Отже, щодо еритроцитів людини глюкоза здатна знижувати рівень постгіпертонічно-
го гемолізу, що перевищує 50 % (див. рис. 1). Якщо за умов ПГШ глюкоза у високій кон-
центрації (5 %) ефективна при 37 і 0 С, то в низькій (0,6 %) — тільки при 0 С.
Таким чином, рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів людини залежить як від
ендогенних (видових), так і екзогенних факторів (умови проведення ПГШ — температура і
зміна осмоляльності середовища).
Рис. 1. Вплив глюкози на рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів людини при варіюванні кон-
центрації NaCl у середовищі дегідратації: 1 — контрольні клітини; 2, 3 — клітини, що були попередньо
піддані дії 0,6 % та 5 % глюкози відповідно. Температура експерименту — 37 С (а) і 0 С (б). , * — статис-
тично значущі відмінності порівняно з контролем (р < 0,05). Кількість спостережень у кожній групі — 5
102 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 4
К.А. Сєміонова, О.Є. Ніпот, Н.А. Єршова, О.О. Шапкіна, Н.М. Шпакова
Раніше проведені дослідження чутливості еритроцитів різних видів ссавців до дії тем-
пературно-осмотичного стресу виявили, що найстійкішими є клітини кролика [7, 8]. Тому
ми дослідили особливості розвитку постгіпертонічного гемолізу саме еритроцитів кролика
за умов дії ПГШ.
Як видно з рис. 2, еритроцити кролика гемолізують за умов ПГШ при 37 і 0 С, причо-
му рівень постгіпертонічного гемолізу клітин залежить від концентрації солі у середови-
щі дегідратації. Еритроцити кролика стійкіші до дії ПГШ порівняно з клітинами людини
(див. рис. 1, 2). Слід зазначити, що при 37 С рівень пошкодження еритроцитів кролика при-
наймні вдвічі нижчий, ніж клітин людини. При 0 С зазначений ефект менш виражений.
Обробка еритроцитів кролика глюкозою в низькій концентрації (0,6 %) не впливала
на їх чутливість до дії ПГШ при 37 С. У разі застосування глюкози у високій концентрації
(5 %) рівень постгіпертонічного гемолізу модифікованих клітин знижувався (за умов ін-
кубації в середовищах дегідратації з концентрацією понад 1,5 моль/л NaCl) (див. рис. 2, а).
При температурі 0 С глюкоза в обох концентраціях не спричиняла зміни рівня постгіпер-
тонічного гемолізу еритроцитів кролика (див. рис. 2, б).
Отже, щодо еритроцитів кролика глюкоза здатна знижувати рівень постгіпертонічно-
го гемолізу у разі застосування у високій концентрації (5 %) за умов ПГШ при 37 С.
Таким чином, на підставі одержаних результатів можна зробити висновок, що як і у
випадку еритроцитів людини, рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів кролика та-
кож залежить від ендогенних (видових) і екзогенних факторів (умови проведення ПГШ —
температура і зміна осмоляльності середовища).
Вважається, що плазматична мембрана за фізіологічних умов непроникна для катіо-
нів і проникна для аніонів [9]. Якщо концентрація іонів всередині або зовні клітини кри-
тична, катіонні канали в плазматичній мембрані відкриваються, що забезпечує дифузію
цих іонів за градієнтом концентрації. Згідно з теорією постгіпертонічного пошкодження
клітин K. Muldrew [9], іони, що надходять до клітини з навколишнього гіперосмотичного
розчину, зв’язуються з цитоплазматичними білками. Це призводить до зниження кон цен-
Рис. 2. Вплив глюкози на рівень постгіпертонічного гемолізу еритроцитів кролика при варіюванні кон-
центрації NaCl у середовищі дегідратації: 1 — контрольні клітини; 2, 3 — клітини, що були попередньо
піддані дії 0,6 % та 5 % глюкози відповідно. Температура експерименту — 37 С (а) і 0 С (б). * — статис-
тично значущі відмінності порівняно з контролем (р < 0,05). Кількість спостережень у кожній групі — 5
103ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 4
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів...
трації катіонів у внутрішньоклітинному розчині і їх подальшого припливу з позаклітин-
ного середовища. На етапі регідратації в клітини надходить вода, внаслідок чого внутріш-
ньоклітинна концентрація солі знижується, білки вивільняють пов’язані з ними іони, що
зумовлює збільшення кількості іонів всередині клітини, ніж було спочатку. Внаслідок цього
вода продовжує надходити в клітину навіть після того, як вона досягла свого ізотонічного
об’єму. Відбувається перевищення значення критичного гемолітичного об’єму клітини і її
руйнування. Таким чином, згідно з цією теорією, чим вища концентрація солі у середовищі
дегідратації, тим більша кількість катіонів надходить у клітину протягом однакового часу
інкубації і тим більша частка клітин руйнується за умов регідратації. Це підтверджується
даними, наведеними на рис. 1 і 2, і стосується як еритроцитів людини, так і кролика.
Відомо, що деякі цукри можуть ефективно стабілізувати клітини за умов заморожу вання
або висушування [10]. Вони мають здатність формувати зв’язки з білком під час дегідратації,
тим самим підтримуючи його в нативній конформації, зменшуючи як локальну, так і глобаль-
ну рухливість. Таким чином, ці сполуки можуть бути використані в складі ге моконсерву-
валь них середовищ для поліпшення якості зберігання еритроцитів людини. Найчастіше для
цього використовують непроникні різновиди цукрів. Але для отримання оптимального за-
хисного ефекту їх необхідно завантажувати в цитоплазму [11, 12]. Глюкоза порівняно легко
проникає в цитоплазму і також може стабілізувати мембрану заморожених або висушених ерит-
роцитів шляхом утворення водневих зв’язків з фосфоліпідами і біл ками [13]. Додатковим бо-
нусом є те, що еритроцити можуть утилізувати глюкозу в процесі гліколізу і, таким чином,
цей мо носахарид може забезпечувати метаболічну функцію під час зберігання еритроцитів.
У випадку ПГШ еритроцитів в основі виявленої захисної дії глюкози, імовірно, лежить
її здатність перешкоджати надмірному надходженню іонів натрію до клітини шляхом ут-
ворення водневих зв’язків з цитоплазматичними білками. Захисна дія глюкози особливо
виражена для еритроцитів людини (див. рис. 1). Еритроцити кролика мають менший рі-
вень захищеності за таких самих умов (див. рис. 2). Це може бути обумовлено меншою про-
никністю їх мембран для глюкози [6, 14], що не дає змоги цьому моносахариду проявити
свою захисну дію повною мірою.
Слід зазначити, що глюкоза може призвести до осмотичних і окиснювальних пошко-
джень в еритроцитах під час попередньої обробки і заморожування [4, 5]. Тому, щоб змен-
шити негативний вплив глюкози на осмотолерантність еритроцитів під час кріоконсерва-
ції, дуже важливо підібрати саме такі умови, за яких можливо застосовувати мінімально
ефективну концентрацію моносахариду.
Варіювання температурних умов ПГШ еритроцитів показало, що при 0 С для прояву
захисної дії глюкози щодо еритроцитів людини потрібна менша концентрація цієї сполуки
порівняно з ПГШ при 37 С. На підставі цього можна припустити, що дотримання близь-
конульових температур під час розморожування клітин і видалення проникних кріопро-
текторів уможливить використання менших концентрацій глюкози для досягнення захис-
ного ефекту, що дасть змогу уникнути її токсичного впливу на еритроцити.
Таким чином, можна зробити висновок, що додавання глюкози в розчини для кріокон-
сервації еритроцитів не тільки сприяє підтриманню метаболічного статусу клітини, але й
захищає еритроцити від впливу високих концентрацій солей на етапі розморожування і
переведення еритроцитів в ізотонічні умови.
104 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2020. № 4
К.А. Сєміонова, О.Є. Ніпот, Н.А. Єршова, О.О. Шапкіна, Н.М. Шпакова
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Cancelas J.A., Dumont L.J., Maes L.A., Rugg N., Herschel L., Whitley P.H., Szczepiokowski Z.M.,
Siegel A.H., Hess J.R., Zia M. Additive solution-7 reduces the red blood cell cold storage lesion. Transfu-
sion. 2015. 55, № 3. P. 491—498. https://doi.org/10.1111/trf.12867
2. Quan G.B., Han Y., Liu M.X., Fang L., Du W., Ren S.P., Wang J.X., Wang Y. Addition of oligosaccharide
decreases the freezing lesions on human red blood cell membrane in the presence of dextran and glucose.
Cryobiology. 2011. 62, № 2. P. 135—144. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2011.01.015
3. Elliott G.D., Wang S., Fuller B.J. Cryoprotectants: A review of the actions and applications of cryo-
protective solutes that modulate cell recovery from ultra-low temperatures. Cryobiology. 2017. 76. P. 74—91.
https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2017.04.004
4. Jain S.K. Hyperglycemia can cause membrane lipid peroxidation and osmotic fragility in human red
blood cells. J. Biol. Chem. 1989. 264. № 35. P. 21340—21345.
5. Resmi H., Pekcetin C., Guner G. Erythrocyte membrane and cytoskeletal protein glycation and oxidation in
short-term diabetic rabbits. Clin. Exp. Med. 2001. № 4. P. 187—193. https://doi.org/10.1007/s102380100002
6. Vrhovac I., Breljak D., Sabolic I. Glucose transporters in the mammalian blood cells. Period. Biol. 2014.
116, № 2. P. 131—138.
7. Шпакова Н.М. Температурна та осмотична стійкість еритроцитів різних видів ссавців: Автореф. дис. ...
д-ра біол. наук / Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України. Харків, 2014. 44 с.
8. Семионова Е.А., Ершова Н.А., Ершов С.С., Орлова Н.В., Шпакова Н.М. Особенности проявления
постгипертонического лизиса эритроцитов некоторых млекопитающих. Проблемы криобиологии и
криомедицины. 2016. 26, № 1. С. 73—83. https://doi.org/10.15407/cryo26.01.073
9. Muldrew K. The salting-in hypothesis of post-hypertonic lysis. Cryobiology. 2008. 57, № 3. P. 251—256.
https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2008.09.007
10. Mensinka M.A., Frijlinka H.W., Maarschalk K.V., Hinrichsa W.L.J. How sugars protect proteins in the
solid state and during drying (review): Mechanisms of stabilization in relation to stress conditions. Eur. J.
Pharm. Biopharm. 2017. 114. P. 288—295. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2017.01.024
11. Eroglu A., Russo M.J., Bieganski R., Fowler A., Cheley S., Bayley H., Toner M. Intracellular trehalose
improves the survival of frozen mammalian cells. Nat. Biotechnol. 2000. 18, № 2. P. 163—167. https://doi.
org/10.1038/72608
12. Kanias T., Acker J.P. Trehalose loading into red blood cells is accompanied with hemoglobin oxidation and
membrane lipid peroxidation. Cryobiology. 2009. 58, № 2. P. 232—239. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.
2008.12.003
13. Quan G.B., Han Y., Liu M.X., Gao F. Effects of pre-freeze incubation of human red blood cells with various
sugars on postthaw recovery when using a dextran-rapid cooling protocol. Cryobiology. 2009. 59, № 3.
P. 258—267. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2009.08.001
14. Wagner R., Zimmer G., Lacko L. An interspecies approach to the investigation of the red cell membrane
glucose transporter. Biochim. Biophys. Acta. 1984. 771, № 1. P. 99—102. https://doi.org/10.1016/0005-
2736(84)90115-9
Надійшло до редакції 22.01.2020
REFERENCES
1. Cancelas, J. A., Dumont, L. J., Maes, L. A., Rugg, Herschel, N. L., Whitley, P. H., Szczepiokowski, Z. M.,
Siegel, A. H., Hess, J. R. & Zia, M. (2015). Additive solution-7 reduces the red blood cell cold storage lesion.
Transfusion, 55, No. 3, pp. 491-498. https://doi.org/10.1111/trf.12867
2. Quan, G. B., Han, Y., Liu, M. X., Fang, L., Du, W., Ren, S. P., Wang, J. X. & Wang, Y. (2011). Addition of
oligosaccharide decreases the freezing lesions on human red blood cell membrane in the presence of dex-
tran and glucose. Cryobiology, 62, No. 2, pp. 135-144. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2011.01.015
3. Elliott, G. D., Wang, S. & Fuller, B. J. (2017). Cryoprotectants: A review of the actions and applications of
cryoprotective solutes that modulate cell recovery from ultra-low temperatures. Cryobiology, 76, pp. 74-91.
https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2017.04.004
4. Jain, S. K. (1989). Hyperglycemia can cause membrane lipid peroxidation and osmotic fragility in human
red blood cells. J. Biol. Chem., 264, No. 35, pp. 21340-21345.
105ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2020. № 4
Температура, осмоляльність і глюкоза як фактори, що визначають стійкість еритроцитів...
5. Resmi, H., Pekcetin, C. & Guner, G. (2001). Erythrocyte membrane and cytoskeletal protein glycation
and oxidation in short-term diabetic rabbits. Clin. Exp. Med., No. 4, pp. 187-193. https://doi.org/10.1007/
s102380100002
6. Vrhovac I., Breljak, D. & Sabolic, I. (2014). Glucose transporters in the mammalian blood cells. Period.
Biol., 116, No. 2, pp. 131-138.
7. Shpakova, N. M. (2014). Temperature and osmotic resistance of erythrocytes of different mammalian
species. (Extended abstract of Doctor thesis). Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of
the NAS of Ukraine, Kharkiv, Ukraine (in Ukrainian).
8. Semionova, Ye. A., Yershova, N. A., Yershov, S. S., Orlova, N. V. & Shpakova, N. M. (2016). Peculiarities
of posthypertonic lysis in erythrocytes of several mammals. Probl. Cryobiol. Cryomed., 26, No. 1, pp. 73-83
(in Russian). https://doi.org/10.15407/cryo26.01.073
9. Muldrew, K. (2008). The salting-in hypothesis of post-hypertonic lysis. Cryobiology, 57, No. 3, pp. 251-256.
https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2008.09.007
10. Mensinka, M. A., Frijlinka, H. W., Maarschalk, K. V. & Hinrichsa, W. L. J. (2017). How sugars protect pro-
teins in the solid state and during drying (review): Mechanisms of stabilization in relation to stress condi-
tions. Eur. J. Pharm. Biopharm., 114, pp. 288-295. https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2017.01.024
11. Eroglu, A., Russo, M. J., Bieganski, R., Fowler, A., Cheley, S., Bayley, H. & Toner, M. (2000). Intracellular
trehalose improves the survival of frozen mammalian cells. Nat. Biotechnol., 18, No. 2, pp. 163-167. https://
doi.org/10.1038/72608
12. Kanias, T. & Acker, J. P. (2009). Trehalose loading into red blood cells is accompanied with hemoglobin
oxidation and membrane lipid peroxidation. Cryobiology, 58, No. 2, pp. 232-239. https://doi.org/10.1016/j.
cryobiol.2008.12.003
13. Quan, G. B., Han, Y., Liu, M. X. & Gao, F. (2009). Effects of pre-freeze incubation of human red blood
cells with various sugars on postthaw recovery when using a dextran-rapid cooling protocol. Cryobiology, 59,
No. 3, pp. 258-267. https://doi.org/10.1016/j.cryobiol.2009.08.001
14. Wagner, R., Zimmer, G. & Lacko, L. (1984). An interspecies approach to the investigation of the red cell
membrane glucose transporter. Biochim. Biophys. Acta, 771, No. 1, pp. 99-102. https://doi.org/10.1016/0005-
2736(84)90115-9
Received 22.01.2020
Е.А. Семионова, Е.Е. Нипот, Н.А. Ершова,
О.А. Шапкина, Н.М. Шпакова
Институт проблем криобиологии и криомедицины НАН Украины, Харьков
E-mail: nipotel71@gmail.com
ТЕМПЕРАТУРА, ОСМОЛЯЛЬНОСТЬ И ГЛЮКОЗА
ОПРЕДЕЛЯЮТ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭРИТРОЦИТОВ
К ПОСТГИПЕРТОНИЧЕСКОМУ ШОКУ
Исследовано влияние глюкозы на чувствительность эритроцитов человека и кролика к действию пост-
гипертонического шока. Установлено, что уровень постгипертонического гемолиза эритроцитов человека
и кролика зависит от среды дегидратации и увеличивается с ростом концентрации соли в ней. Анализ
чувствительности этих клеток к действию постгипертонического шока показал, что эритроциты кролика
являются более устойчивыми: при 37 С уровень повреждения эритроцитов кролика по крайней мере
вдвое ниже, чем клеток человека; при 0 С указанный эффект менее выражен.
Уровень постгипертонического гемолиза эритроцитов, предварительно обработанных глюкозой,
определяется эндогенными (видовая принадлежность эритроцитов) и экзогенными факторами (кон-
центрация модификатора и условия проведения постгипертонического шока). В случае эритроцитов че-
ловека глюкоза способна снижать уровень постгипертонического гемолиза, который превышает 50 %.
Если в условиях постгипертонического шока глюкоза в высокой концентрации (5 %) эффективна при
37 и 0 С, то в низкой (0,6 %) — только при 0 С. В случае эритроцитов кролика глюкоза способна снижать
уровень постгипертонического гемолиза только при использовании в высокой концентрации (5 %) в усло-
виях постгипертонического шока при 37 С.
К.А. Сєміонова, О.Є. Ніпот, Н.А. Єршова, О.О. Шапкіна, Н.М. Шпакова
Предполагается, что глюкоза образует водородные связи с цитоплазматическими белками, что препят-
ствует связыванию с ними ионов натрия. Это предотвращает чрезмерное поступление ионов в клетку на
этапе дегидратации и, соответственно, развитие повреждения эритроцитов при регидратации. Ожидается,
что соблюдение околонулевых температур при размораживании эритроцитов человека и удалении крио-
протекторов позволит использовать меньшие концентрации глюкозы для достижения защитного эф-
фекта и предотвращения ее токсического действия на клетки.
Ключевые слова: эритроцит, постгипертонический шок, дегидратация, регидратация, глюкоза, темпера-
тура.
K.A. Semionova, O.E Nipot, N.A. Yershova,
O.О. Shapkina, N.M. Shpakova
Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the NAS of Ukraine, Kharkiv
E-mail: nipotel71@gmail.com
TEMPERATURE, OSMOLALITY, AND GLUCOSE
DETERMINE THE ERYTHROCYTE RESISTANCE
TO POST-HYPERTONIC STRESS
The effect of glucose on the sensitivity of human and rabbit erythrocytes to post-hypertonic shock has been
investigated. The level of post-hypertonic hemolysis of human and rabbit erythrocytes was found to depend on
the dehydration medium and to increase with a rise in the salt concentration in it. An analysis of the sensitivity
of these cells to the effects of post-hypertonic shock showed that rabbit erythrocytes were more resistant, i.e.
at 37 °C, the injury rate of rabbit erythrocytes was at least a half lower of that for human cells; at 0 C, the effect
was less pronounced.
The level of post-hypertonic hemolysis of the erythrocytes pretreated with glucose was determined by
endogenous (species belonging to erythrocytes) and exogenous factors (modifier concentration and post-hyper-
tonic shock conditions). In case of human erythrocytes, glucose was capable of reducing the post-hypertonic
hemolysis, which exceeded 50 %. If, under conditions of post-hypertonic shock, glucose in a high concentra-
tion (5 %) was effective at 37 and 0 C, then, in low (0.6 %) one, it was effective only at 0 C. In rabbit erythro-
cytes, glucose was capable of reducing a post-hypertonic hemolysis only when used at a high concentration (5 %)
in post-hypertonic shock at 37 C.
Glucose is thought to form hydrogen bonds with cytoplasmic proteins, which impedes the binding of so-
dium ions to them. This prevents the excess flow of ions into a cell during the dehydration step and, accordingly,
the development of erythrocyte injury during rehydration. It is envisaged that the adherence to near-zero tem-
peratures when thawing human erythrocytes and removing cryoprotectants will allow the use of lower con-
centrations of glucose to achieve a protective effect and prevent its toxic effect on cells.
Keywords: erythrocyte, post-hypertonic shock, dehydration, rehydration, glucose, temperature.
|