Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры
Исследовали влияние ПЭО-1500 на устойчивость эритроцитов человека, быка и лошади к гипертоническому шоку (4,0 М NaCl) при 37 и 0°С. Показали, что снижение объема эритроцитов млекопитающих при увеличении концентрации растворов ПЭО-1500 сопровождается повышением устойчивости клеток к действию гиперто...
Saved in:
| Published in: | Проблемы криобиологии |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30694 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры / Д.И. Александрова, Н.В. Орлова, Н.М. Шпакова // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 4. — С. 406-412. — Бібліогр.: 18 назв. — рос., англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859868282113228800 |
|---|---|
| author | Александрова, Д.И. Орлова, Н.В. Шпакова, Н.М. |
| author_facet | Александрова, Д.И. Орлова, Н.В. Шпакова, Н.М. |
| citation_txt | Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры / Д.И. Александрова, Н.В. Орлова, Н.М. Шпакова // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 4. — С. 406-412. — Бібліогр.: 18 назв. — рос., англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы криобиологии |
| description | Исследовали влияние ПЭО-1500 на устойчивость эритроцитов человека, быка и лошади к гипертоническому шоку (4,0 М NaCl) при 37 и 0°С. Показали, что снижение объема эритроцитов млекопитающих при увеличении концентрации растворов
ПЭО-1500 сопровождается повышением устойчивости клеток к действию гипертонического шока при 37 и 0°С.
Досліджували вплив ПЕО-1500 на стійкість еритроцитів людини, бика і коня до гіпертонічного шоку (4,0 М NaСl) при 37 і 0°С. Показали, що зниження об’єму еритроцитів ссавців при збільшенні концентрації розчинів ПЕО-1500 супроводжується підвищенням стійкості клітин до дії гіпертонічного шоку при 37 і 0°С.
The effect of PEO-1500 on resistance of human, bovine and equine erythrocytes to hypertonic shock (4.0 M NaCl) under 37 and
0°C was studied. It has been shown that decrease of mammalian erythrocyte volume with PEO-1500 concentration increase is
accompanied by rise in cell resistance to the activity of hypertonic shock under 37 and 0°C.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:49:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
406 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
* Автор, которому необходимо направлять корреспонденцию:
ул. Переяславская, 23, г. Харьков, Украина 61015; тел.: (+38
057) 373-41-35, факс: (+38 057) 373-30-84, электронная почта:
cryo@online.kharkov.ua
* To whom correspondence should be addressed: 23,
Pereyaslavskaya str., Kharkov, Ukraine 61015; tel.:+380 57 373
4135, fax: +380 57 373 3084, e-mail: cryo@online.kharkov.ua
Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the Na-
tional Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine
Институт проблем криобиологии и криомедицины
НАН Украины, г. Харьков
УДК 57.043:547.422:612.111:577.352.462
Д.И. АЛЕКСАНДРОВА, Н.В. ОРЛОВА, Н.М. ШПАКОВА*
Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий
их чувствительность к гипертоническому стрессу.
Роль ПЭО-1500 и температуры
UDC 57.043:547.422:612.111:577.352.462
D.I. ALEKSANDROVA, N.V. ORLOVA, N.M. SHPAKOVA*
Initial State of Erythrocytes as Factor, Determining
Their Sensibility to Hypertonic Stress.
Role of PEO-1500 and Temperature
Исследовали влияние ПЭО-1500 на устойчивость эритроцитов человека, быка и лошади к гипертоническому шоку (4,0 М
NaCl) при 37 и 0°С. Показали, что снижение объема эритроцитов млекопитающих при увеличении концентрации растворов
ПЭО-1500 сопровождается повышением устойчивости клеток к действию гипертонического шока при 37 и 0°С.
Ключевые слова: эритроциты млекопитающих, ПЭО-1500, гипертонический шок, гематокрит, осмолярность среды.
Досліджували вплив ПЕО-1500 на стійкість еритроцитів людини, бика і коня до гіпертонічного шоку (4,0 М NaСl) при 37
і 0°С. Показали, що зниження об’єму еритроцитів ссавців при збільшенні концентрації розчинів ПЕО-1500 супроводжується
підвищенням стійкості клітин до дії гіпертонічного шоку при 37 і 0°С.
Ключові слова: еритроцити ссавців, ПЕО-1500, гіпертонічний шок, гематокрит, осмолярність середовища.
The effect of PEO-1500 on resistance of human, bovine and equine erythrocytes to hypertonic shock (4.0 M NaCl) under 37 and
0°C was studied. It has been shown that decrease of mammalian erythrocyte volume with PEO-1500 concentration increase is
accompanied by rise in cell resistance to the activity of hypertonic shock under 37 and 0°C.
Key words: mammalian erythrocytes, PEO-1500, hypertonic shock, hematocrit, medium osmolarity.
Для криоконсервирования клеток, тканей и
органов используют непроникающие криопротек-
торы: полиэтиленоксиды (ПЭО), фиколл, сахарозу,
трегалозу, декстраны, оксиэтилированный крахмал
[13, 15]. Применение непроникающих криопро-
текторов связано с трудностями выбора условий
эквилибрации (температуры, скорости введения
криопротектора, его концентрации) [11, 14, 16].
Изучение процессов, происходящих при введении
и удалении криопротектора, имеет важное значение
для криоконсервирования клеток, органов и тканей.
Несмотря на многочисленные работы по криокон-
сервированию различных объектов [3, 5, 8], ус-
ловия для введения криопротекторов часто под-
бирают интуитивно. В [2, 4, 11] отмечены целе-
сообразность применения ПЭО-1500 в качестве
криоконсерванта для эритроцитов млекопитающих
и видовые различия их сохранности при замора-
живании в зависимости от условий предвари-
тельной эквилибрации клеток с криопротектором.
Цель работы – исследовать влияние непрони-
кающего криопротектора ПЭО-1500 на чувстви-
тельность эритроцитов разных видов млекопи-
For cryopreservation of cells, tissues and organs
the non-penetrating cryoprotectants such as: polyethy-
lene oxides (PEO), ficoll, sucrose, trehalose, dextrans
and hydroxyethyl starch [13, 15] have been used. Appli-
cation of non-penetrating cryoprotectant is associated
with the difficulties of equilibration conditions selection
as: temperature, cryoprotectant introduction rate and
its concentration [11, 14, 16]. Study of processes, taking
place during introduction and removal of cryoprotectant
has an important role for cell, organ and tissue cryopre-
servation. In spite of multiple works for cryopreser-
vation of different objects [3, 5, 8] the conditions for
cryoprotectant introduction are often tentatively selec-
ted. In the works [2, 4, 11] the applicability of PEO-
1500 as cryopreservative for mammalian erythrocytes
and species differences of their integrity during freezing
depending on the conditions of preliminary cell equilib-
ration with cryoprotectant were noted.
The research aim was to study the effect of PEO-
1500 non-penetrating cryoprotectant on erythrocyte
sensibility of different mammalian species (human,
bovine and equine) to the activity of 4.0 M NaCl under
37 and 0°C.
407 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
тающих (человека, быка и лошади) к действию
4,0 М NaCl при 37 и 0°С.
Материалы и методы
Эритроциты получали из донорской крови чело-
века, быка и лошади, заготовленной на глюгици-
ровом консерванте. После удаления плазмы эрит-
ромассу дважды отмывали центрифугированием
при 1500 g в течение 3 мин в 10-кратном объеме
физиологического раствора (0,15 М NaCl, 0,01 М
фосфатный буфер, pH 7,4) и хранили в виде плот-
ного осадка не более 2 ч при температуре 0°С. Все
используемые в работе среды готовили на 0,01 М
фосфатном буфере, pH 7,4. Концентрацию раст-
воров контролировали измерением осмолярности
на осмометре ОМКА 1Ц–01 (Украина).
Эритроциты млекопитающих инкубировали в 5–
20%-х растворах ПЭО-1500, приготовленных на
физиологическом растворе при 37 или 0°С (2 мин),
затем переносили на 5 мин в 4,0 М NaCl при соот-
ветствующих температурах (гематокрит 0,4 %).
Количество гемоглобина в супернатанте определя-
ли спектрофотометрически (λ = 543 нм) и выража-
ли в процентах по отношению к 100%-му гемолизу
эритроцитов в присутствии тритона Х-100 (0,1%).
Изменение объема эритроцитов в растворах
ПЭО-1500 определяли микрогематокритным мето-
дом. В работе использовали реактивы отечест-
венного производства квалификации “х. ч.” и
“ч. д. а”. Исследовали кровь 6 доноров в 2-х парал-
лельных пробах. Результаты анализировали с
помощью тестов Mann-Whitney и ANOVA.
Результаты и обсуждение
На рисунке (кривая 2) представлены результаты
исследования влияния разных концентраций ПЭО-
1500 на уровень гемолиза эритроцитов различных
видов млекопитающих в гипертоническом раство-
ре NaCl (4,0 М).
Следует отметить, что уровень гипертоничес-
кого повреждения в 4,0 М NaCl эритроцитов че-
ловека, лошади и быка при 37°С составляет 84, 48
и 75% соответственно. При низкой температуре
показатели гипертонического повреждения клеток
снижаются, что особенно выражено для эритро-
цитов лошади и быка, уровни гипертонического
гемолиза которых составляют около 20%.
Для эритроцитов человека (рисунок а, кривая 2)
при 37°С наблюдается ярко выраженная зави-
симость гипертонического гемолиза от концент-
рации ПЭО-1500. Минимальный уровень гемолиза
эритроцитов человека в среде, содержащей 4,0 М
NaCl, отмечается после обработки клеток 20%-м
ПЭО-1500. При 0°С характер концентрационной
зависимости гипертонического гемолиза эритро-
Materials and methods
Erythrocytes were derived from human, bovine and
equine donor blood, procured with glygicir preservative.
After plasma removal the erythromass was twice
washed out by centrifugation at 1500 g for 3 min in a
10-fold volume of physiological solution (0.15 M NaCl,
0.01 M phosphate buffer, pH 7.4) and stored as a dense
sediment for less than 2 hrs under 0°C. All the media
used in the work were prepared with 0.01 M phosphate
buffer, pH 7.4. Solution concentration was controlled
by osmolarity measuring with OMKA 1C-01 (Ukraine).
Mammalian erythrocytes were incubated in 5–20%
PEO-1500 solutions, prepared with physiological solu-
tion under 37 or 0°C (2 min), later removed for 5 min
into 4.0 M NaCl under corresponding temperatures
(0.4% hematocrit). Hemoglobin number in supernatant
was spectrophotometrically determined (λ = 543 nm)
and expressed in percentage relative to 100% hemolysis
of erythrocytes in the presence of X-100 triton (0.1%).
Changes of erythrocyte volume in PEO-1500
solutions were determined by microhematocrit method.
Nationally produced reagents of “chemically pure” and
“pure for analysis” grades were used in the work. Blood
of 6 donors in 2 parallel samples has been studied.
The results were processed with Mann-Whitney and
ANOVA tests.
Results and discussion
In the Figure (curve 2) the research results of
different PEO-1500 concentrations effect on erythro-
cyte hemolysis level of various species of mammals in
NaCl hypertonic solution (4.0 M) were shown.
It should be noted that the level of hypertonic
damage in 4.0 M NaCl of human, equine and bovine
erythrocytes under 37°C makes 84, 48 and 75%, accor-
dingly. Under low temperature the indices of hypertonic
damage decreased, that was especially expressed for
equine and bovine erythrocytes, which hypertonic
hemolysis levels made about to 20%.
For human erythrocytes (Fig. a, curve 2) under
37°C the strongly expressed dependence of hypertonic
hemolysis from PEO-1500 concentration is observed.
Minimal level of human erythrocyte hemolysis in the
medium, containing 4.0 M NaCl is observed after cell
treatment with 20% PEO-1500. At 0°C the character
of concentration dependence of human erythrocyte
hypertonic hemolysis changes. When using 5% PEO-
1500 there is observed a sharp reduction of cell damage,
achieving the minimal value under 10% PEO-1500 and
then does not practically change.
For bovine erythrocytes (Fig. c, curve 2) the depen-
dence of hypertonic hemolysis under 37 and 0°C is
similar to the ones, obtained for human erythrocytes
under corresponding temperatures. However under
maximally used PEO-1500 concentration the hyper-
408 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
0
20
40
60
80
100
Влияние ПЭО-1500 на изменение гематокрита (1) и гемолитическое повреждение (2) эритроцитов человека (а),
лошади (б) и быка (в) при последующем перенесении их в 4,0 М NaCl при температуре 37 и 0°C: * – достоверно в
сравнении с контрольными эритроцитами, p < 0,05; # – достоверно в сравнении с контрольными эритроцитами,
p < 0,05.
Effect of PEO-1500 on hematocrit change (1) and hemolytic damage (2) of human (a), equine (b) and bovine (c) erythrocytes
during their following transfer into 4.0 M NaCl under 37 and 0°C: * – statistically significant if compared with the control
erythrocytes, p < 0.05; # – statistically significant if compared with the control erythrocytes, p < 0.05.
Ге
м
ол
из
,
%
H
em
ol
ys
is
,
%
Ге
м
ол
из
,
%
H
em
ol
ys
is
,
%
Ге
м
ат
ок
ри
т,
%
H
em
at
oc
rit
,
%
Ге
м
ат
ок
ри
т,
%
H
em
at
oc
rit
,
%
Ге
м
ол
из
,
%
H
em
ol
ys
is
,
%
Ге
м
ол
из
,
%
H
em
ol
ys
is
,
%
Ге
м
ат
ок
ри
т,
%
H
em
at
oc
rit
,
%
Ге
м
ат
ок
ри
т,
%
H
em
at
oc
rit
,
%
Ге
м
ат
ок
ри
т,
%
H
em
at
oc
rit
,
%
Ге
м
ол
из
,
%
H
em
ol
ys
is
,
%
Ге
м
ол
из
,
%
H
em
ol
ys
is
,
%
Ге
м
ат
ок
ри
т,
%
H
em
at
oc
rit
,
%
а a
б b ПЭО-1500, % PEO-1500, % ПЭО-1500, % PEO-1500, %
ПЭО-1500, % PEO-1500, % ПЭО-1500, % PEO-1500, %
в c ПЭО-1500, % PEO-1500, % ПЭО-1500, % PEO-1500, %
цитов человека изменяется. При использовании
ПЭО-1500 в концентрации 5% наблюдается резкое
снижение повреждения клеток, которое достигает
минимального значения при 10%-м ПЭО-1500 и
затем практически не изменяется.
tonic hemolysis level of bovine cells under 37°C is
lower, versus human erythrocytes. In spite of initially
low level of bovine erythrocyte hypertonic hemolysis
under 0°C (about to 20%), previous treatment of PEO-
1500 cells enables to reduce their damage.
11
1
1 1
2
2
2
2
2
2
* *
*
* *
*
* *
* *
* *
* *
#
# #
# # #
#
# #
# #
#
#
#
#
#
#
# # #
37°°°°°C
37°°°°°C
37°°°°°C
0°°°°°C
0°°°°°C
0°°°°°C
1
409 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
Для эритроцитов быка (рисунок в, кривая 2) за-
висимость гипертонического гемолиза при 37 и 0°С
аналогична зависимостям, полученным для эрит-
роцитов человека при соответствующих темпе-
ратурах. Однако при максимально используемой
концентрации ПЭО-1500 уровень гипертонического
гемолиза клеток быка при 37°С ниже, чем для
эритроцитов человека. Несмотря на изначально
низкий уровень гипертонического гемолиза эритро-
цитов быка при 0°С (около 20%), предобработка
клеток ПЭО-1500 позволяет снизить их поврежде-
ние.
Для эритроцитов лошади (рисунок б, кривая 2)
при 37°С характер концентрационной зависимости
сохраняется, как для эритроцитов человека и быка,
а при 0°С в отличие от клеток других млекопита-
ющих не наблюдается снижения гипертонического
гемолиза при использовании криопротектора в низ-
кой концентрации (5%), а максимальное снижение
уровня гемолиза отмечено при 15–20% ПЭО-1500.
Обработка эритроцитов разных видов млекопи-
тающих 20%-м ПЭО-1500 приводит к снижению
уровня повреждения клеток при перенесении в 4,0 М
NaCl как при 37, так и 0°С. Следует отметить, что
для эритроцитов человека при обоих температур-
ных режимах гипертонический гемолиз составляет
около 26%. Для клеток животных уровень повреж-
дения зависит от температуры и составляет при
37°С для клеток быка и лошади 44 и 13%, а при
0°С – 9 и 3% соответственно.
В экспериментальных работах по заморажи-
ванию эритроцитов млекопитающих использовали
15% ПЭО-1500 [2, 4]. Эритроциты человека и быка
экспонировали с ПЭО-1500 при разных темпера-
турах (0 и 22°С), а затем подвергали быстрому
замораживанию до –196°С. Было показано, что
для эритроцитов человека [2] и быка [4] более
высокая сохранность клеток наблюдается в случае
введения криопротектора при околонулевой темпе-
ратуре. Эритроциты лошади после разморажи-
вания характеризуются очень низким уровнем
повреждения (<1%), поэтому влияние температуры
не отмечено [4].
Анализ полученных данных по гипертони-
ческому гемолизу эритроцитов млекопитающих
при использовании криопротектора в концентрации
15% (рисунок) согласуется с тем, что повреждение
клеток ниже, если криопротектор вводили в среду
при более низкой температуре (0°С). Для эритро-
цитов человека, быка и лошади уровень гемолиза
в присутствии 15 % ПЭО-1500 при 37°С составляет
36, 50 и 23%, а при 0°С – 28, 9 и 3% соответственно.
Следует отметить, что при использовании ПЭО-1500
в диапазоне высоких концентраций (15–20%) раз-
For equine erythrocytes (Fig. b, curve 2) under 37°C
the type of concentration dependence is preserved both
for human and bovine erythrocytes, and under 0°C in
contrast to the cells of other mammals the reduction
of hypertonic hemolysis is not observed when using
cryoprotectant low concentration of 5%, but maximal
decrease of hemolysis level is noted under 15–20%
PEO-1500.
The erythrocyte treatment of different species of
mammals with 20% PEO-1500 results in reduction of
cell damage level during removal into 4.0 M NaCl not
only under 37, but also 0°C. It should be noted that for
human erythrocytes under both temperature regimens
the hypertonic hemolysis makes nearly 26%. For
animal cells the damage level depends on temperature
and makes 44 and 13% under 37C for bovine and
equine cells, but under 0°C does 9 and 3%, accordingly.
In the experimental works for mammalian erythro-
cyte freezing 15% PEO-1500 was used [2, 4]. Human
and bovine erythrocytes were exposed to PEO-1500
under different temperatures (0 and 22°C), and then
were rapidly frozen down to –196°C. It has been
shown that for human [2] and bovine [4] erythrocytes
higher cell survival is observed in case of cryoprotectant
introduction at temperatures about zero. Equine eryth-
rocytes after freezing are characterized by very low
damage level (<1%), therefore the temperature effect
is not noted [4].
The analysis of the obtained data for hypertonic
hemolysis of mammalian erythrocytes when using 15%
cryoprotectant (Figure) consistent with that cell damage
is lower, if cryoprotectant was introduced into the
medium under lower temperature (0°C). For human,
bovine and equine erythrocytes the hemolysis level in
the presence of 15% PEO-1500 under 37°C makes
36, 50 and 23%, but under 0°C is 28, 9 and 3%,
accordingly. It should be noted that when using PEO-
100 within the range of high concentrations (15-20%)
the dependencies at the level of erythrocyte hypertonic
hemolysis under 37 and 0°C are the lower, the higher
is cryoprotectant concentration.
PEO-1500 is a polymer compound, the molecules
of which are not able to get through erythrocyte memb-
ranes [7]. During cryopreservation of biological mate-
rial its protective effect is connected with ability to
remove water from cell, thereby preventing a process
of intracellular crystallization. The change of volume
characteristics of mammalian erythrocytes in the
presence of different concentrations of PEO-1500
cryoprotectant under 37 and 0°C was studied.
In the Figure (curve 1) the results of volume change
of human, equine and bovine erythrocytes in PEO-
1500 solutions under 37 and 0°C were shown. It is
seen that with increase of PEO-1500 concentration in
410 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
личия в уровне гипертонического гемолиза эритро-
цитов при 37 и 0°С тем меньше, чем выше концент-
рация криопротектора.
ПЭО-1500 является полимерным соединением,
молекулы которого не способны проходить через
эритроцитарные мембраны [7]. Его защитный
эффект при криоконсервировании биологического
материала связан со способностью удалять воду
из клетки, тем самым предотвращая процесс внут-
риклеточной кристаллизации. Исследовали из-
менение объемных характеристик эритроцитов
млекопитающих в присутствии разных концент-
раций криопротектора ПЭО-1500 при 37 и 0°С.
На рисунке (кривая 1) представлены результаты
по изменению объема эритроцитов человека, ло-
шади и быка в растворах ПЭО-1500 при 37 и 0°С.
Видно, что по мере увеличения концентрации
ПЭО-1500 в среде объем эритроцитов млекопита-
ющих снижается и достигает минимальных
значений при 20% ПЭО-1500.
Следует отметить, что уменьшение клеточного
объема эритроцитов млекопитающих в концентриро-
ванных растворах криопротектора (рисунок, кри-
вая 1) сопровождается снижением уровня гипертони-
ческого гемолиза клеток в 4,0 М NaCl (кривая 2).
Было показано [1], что при 37 и 0°С изменение
объема эритроцитов млекопитающих на этапе
предварительной инкубации в умеренно концент-
рированных солевых средах коррелирует со сни-
жением уровня гемолиза при последующем
перенесении этих клеток в среду, содержащую 4,0 М
NaCl. Для эритроцитов человека и лошади такой
средой предварительного обезвоживания является
раствор NaCl в концентрации 0,4 М, осмотическое
давление которого примерно соответствует
значению осмотического давления 20%-го раст-
вора ПЭО-1500, приготовленного на физиологи-
ческом растворе (850 мОсм/кг) [6, 17]. Таким
образом, независимо от качественного состава
среды, в которой происходит предварительное
обезвоживание клеток человека и лошади, наблю-
даются максимальное изменение клеточного
объема и минимальный уровень гипертонического
повреждения этих эритроцитов при перенесении в
4,0 М NaCl.
Максимально устойчивое состояние эритро-
цитов быка к действию 4,0 М NaCl наблюдается
после предварительного обезвоживания в среде,
содержащей NaCl в концентрации 1,0 М, что соот-
ветствует осмолярности примерно 2000 мОсм/кг
[1]. Подобную осмолярность растворы ПЭО-1500
имеют при использовании в такой концентрации,
которая не пригодна для работы с биологическими
объектами. Высокие концентрации ПЭО-1500
могут вызывать агрегацию эритроцитов, образова-
medium the mammalian erythrocyte volume reduces
and achieves minimal values under 20% PEO-1500.
It should be noted that reduction of cell volume of
mammalian erythrocytes in concentration solutions of
cryoprotectant (Figure, curve 1) is accompanied with
decreasing level of cell hypertonic hemolysis in 4.0 M
NaCl (curve 2).
It has been shown [1] that under 37 and 0°C the
change of mammalian erythrocyte volume at the stage
of preliminary incubation in moderate concentration
salt media correlates with decrease of hemolysis level
at following transfer of these cells into the medium,
containing 4.0 M NaCl. For human and equine
erythrocytes this medium of preliminary dehydration
is NaCl solution of 0.4 M concentration, which osmotic
pressure approximately corresponds to the value of
osmotic pressure of 20% PEO-1500 solution, prepared
with physiological solution (850 mOsm/kg) [6, 17].
Thus, independently on qualitative composition of the
medium, wherein preliminary dehydration of human
and equine cells occurs, there are observed maximal
change of cell volume and minimal level of hypertonic
damage of these erythrocytes being removed into 4.0 M
NaCl.
Maximally resistant state of bovine erythrocytes to
4.0 M NaCl effect is observed after preliminary dehyd-
ration in the medium, containing 1.0 M NaCl, that
corresponds to osmolarity approximately 2000 mOsm/kg
[1]. PEO-1500 solutions have equal osmolarity when
using this concentration, which is unsuitable for work
with biological objects. High concentrations of PEO-
1500 may trigger erythrocyte aggregation, formation
of pores in erythrocyte membranes, distribution of polar
and hydrophobic membrane components, stabilizing lipid
levels [16, 18].
It should be noted that when using non-penetrating
cryoprotectant PEO-1500 (20%) the decrease of cell
volume and level of bovine erythrocyte hypertonic
hemolysis in 4.0 M NaCl (Fig. c) is observed, however
those minimal values of cell volume and level of
hypertonic damage of the cells, derived when using as
1.0 M NaCl dehydration media, are not managed to
be achieved.
Mammalian erythrocytes used in the work are dif-
fered for dominant intracellular cation. Human and
equine erythrocytes have K+ cations, but bovine has
Na+ ones. In addition, these cells are differed by compo-
sition of intracellular water [9]. The feature of cyto-
skeletal-membrane complex of the studied erythrocytes
is an absence in equine erythrocytes of 4.2 M protein,
which are classified as anchorage proteins, binding
integral proteins with cytoskeletal complex [10]. Bovine
erythrocyte membranes in contrary to human and
equine ones are enriched with sphingomyelin and are
characterized by a high cholesterol content [12].
411 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
ние пор в эритроцитарных мембранах, перераспре-
деление полярных и гидрофобных компонентов
мембраны, стабилизирующих липидные слои [16,
18].
Следует отметить, что при использовании
непроникающего криопротектора ПЭО-1500 (20%)
наблюдается снижение клеточного объема и уров-
ня гипертонического гемолиза эритроцитов быка
в 4,0 М NaCl (рисунок в), однако тех минимальных
значений клеточного объема и уровня гипертони-
ческого повреждения клеток, полученных при
использовании в качестве среды обезвоживания
1,0 М NaCl [1], не удается достигнуть.
Используемые в работе эритроциты млекопи-
тающих различаются по доминирующему внутри-
клеточному катиону: эритроциты человека и ло-
шади содержат катионы К+, а быка – Na+ [9]. Кроме
того, эти клетки различаются по содержанию
внутриклеточной воды [9]. Особенностью цито-
скелет-мембранного комплекса исследуемых эрит-
роцитов является отсутствие в эритроцитах лоша-
ди белка полосы 4,2, который относится к якорным
белкам, связывающим интегральные белки с цито-
скелетным комплексом [10]. Эритроцитарные
мембраны быка, в отличие от эритроцитов чело-
века и лошади, обогащены сфингомиелином и
характеризуются высоким содержанием холес-
терина [12].
Выводы
Несмотря на особенности эритроцитов разных
видов млекопитающих (человека, лошади, быка)
и, как следствие, их различную чувствительность
к гипертоническому стрессу, уровень гипертони-
ческого гемолиза эритроцитов можно снизить их
предварительным обезвоживанием. Универсаль-
ным фактором, позволяющим снизить чувстви-
тельность эритроцитов млекопитающих к дейст-
вию 4,0 М NaCl, является осмолярность среды
предварительной инкубации клеток независимо от
ее качественного состава.
Литература
Александрова Д.И. Орлова Н.В., Шпакова Н.М. Срав-
нительное исследование чувствительности предвари-
тельно обезвоженных эритроцитов человека и быка к
гипертоническому стрессу // Пробл. криобиологии.–
2007.– Т.17, №4.– С. 327–334.
Бабийчук Л.А. Механизмы температурно-осмотической
стабилизации эритроцитов при охлаждении и заморажи-
вании в присутствии непроникающего криопротектора:
Дис. ... д-ра биол. наук.– Харьков, 2002.– 299 с.
Горбунов Л.В., Морозова І.А., Ващенко А.В. та інш. Тем-
пература внутрішньоклітинного кристалоутворення ікри
коропа // Ветеринарна біотехнологія. Аграрна наука.–
2004.– №5.– С. 19–23.
References
Aleksandrova D.I., Orlova N.V., Shpakova N.M. Comparative
study of preliminary dehydrated human and bovine erythro-
cyte sensitivity to hypertonic stress// Problems of Cryo-
biology.– 2007.– Vol. 17, N4.– P. 327–334.
Babijchuk L.A. Mechanisms of erythrocyte temperature-
osmotic stabilization during cooling and freezing at the
presence of non-penetrating cryoprotectant: Abstract of
Thesis of Doc. Biol. Sci.– Kharkov, 2002.– 299 p.
Gorbunov L.V., Morozova I.A., Vaschenko A.V. et al. Tem-
perature of intracellular crystal-formation of carp eggs//
Veterynarna biotekhnologiya. Agrarna nauka.– 2004.– N5.–
P. 19–23.
Denisova O.G. Cryosensibility of erythrocytes of different
species of mammals: Abstract of Thesis of Doc. Biol. Sci.–
Kharkov, 2006.– 169 p.
Zemlyanskikh N.G., Babijchuk L.A., Nikolchenko A.Yu. et al.
Kinetic characteristics of Ca2+-ATPase of erythrocytes in PEO-
1500 presence // Problems of Cryobiology.– 2003.– N4.–
P. 28–34.
Kuleshova L.G. Rozanov L.F. Study of interaction kinetics of
human erythrocytes with cryoprotectants and salts//
Kriobiologiya i Kriomeditsina.– 1980.– N7.– P. 40–44.
Armstrong J.K., Meiselman H.J., Fisher T.C. Covalent binding
of poly(ethylene glycol) (PEG) to the surface of red blood
cells inhibits aggregation and reduces low shear blood
viscosity // Am. J. Hematol.– 1997.– Vol. 56, N1.– P. 26–28.
Balint B., Paunovic D., Vucetic D. еt al. Controlled-rate versus
uncontrolled-rate freezing as predictors for platelet cryo-
preservation efficacy // Transfusion.– 2006.– Vol. 46, N2.–
P. 230–235.
Bogner P., Sipos K., Ludany A. еt al. A. Steady-state volumes
and metabolism-independent osmotic adaptation in mammalian
erythrocytes // Eur. Biophys. J.– 2002.– Vol. 31, N2.– P. 145–
152.
Cohen C., Dotimas E., Korsgren C. Human erythrocyte
membrane protein band 4.2 (pallidin) // Semin. Hematol.–
1993.– Vol. 30, N2.– P. 119–137.
Dutheil D., Underhaug G., Petit-Paris I. еt al. Polyethylene
glycols interact with membrane glycerophospholipids: is this
part of their mechanism for hypothermic graft protection // J.
Chem. Biol.– 2009.– Vol. 2, N1.–- Р. 39–49.
Florin-Christensen J., Suarez C.E., Florin-Christensen M.
еt al. A unique phospholipids organization in bovine erythro-
cyte membranes // Proc. Natl. Acad. Sci.– 2001.– Vol. 98,
N14.– P. 7736–7741.
Kanias T., Acker J.P. Trehalose loading into red blood cells is
accompanied with hemoglobin oxidation and membrane lipid
peroxidation // Cryobiology.– 2009.– Vol. 58, N2.– Р. 232–239.
Leach J.K., Hinman A., O’Rear E.A. Investigation of defor-
mability, viscosity, and aggregation of mPEG-modified erythro-
cytes // Biomed. Sci. Instrum.– 2002.– Vol. 38.– Р. 333–338.
1.
2.
3.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Conclusions
In spite of the peculiarities of erythrocytes of
different mammalian species (human, equine, bovine)
and as a consequence their various sensitivities to
hypertonic stress, the level of hypertonic hemolysis of
erythrocytes may be reduced by their preliminary
dehydration. The generalized factor enabling to reduce
the sensitivity of erythrocytes of different mammalian
species to the effect of 4.0 M NaCl, is osmolarity of
medium of preliminary cell incubation, not depending
on its qualitative composition.
412 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
Денисова О.Г. Криочувствительность эритроцитов раз-
ных видов млекопитающих: Дис. ... канд. биол. наук.– Харь-
ков, 2006.– 169 с.
Землянских Н.Г., Бабийчук Л.А., Никольченко А.Ю. и др.
Кинетические характеристики Сa2+-АТФазы эритроцитов
в присутствии ПЭО-1500 // Пробл. криобиологии.– 2003.–
№4.– С. 28–34.
Кулешова Л.Г., Розанов Л.Ф. Изучение кинетики взаимо-
действия эритроцитов человека с криопротекторами и
солями // Криобиология и криомедицина.– 1980.– №7.–
С. 40–44.
Armstrong J.K., Meiselman H.J., Fisher T.C. Covalent binding
of poly(ethylene glycol) (PEG) to the surface of red blood
cells inhibits aggregation and reduces low shear blood
viscosity // Am. J. Hematol.– 1997.– Vol. 56, N1.– P. 26–28.
Balint B., Paunovic D., Vucetic D. еt al. Controlled-rate versus
uncontrolled-rate freezing as predictors for platelet cryo-
preservation efficacy // Transfusion.– 2006.– Vol. 46, N2.–
P. 230–235.
Bogner P., Sipos K., Ludany A. еt al. A. Steady-state volumes
and metabolism-independent osmotic adaptation in mammalian
erythrocytes // Eur. Biophys. J.– 2002.– Vol. 31, N2.– P. 145–
152.
Cohen C., Dotimas E., Korsgren C. Human erythrocyte
membrane protein band 4.2 (pallidin) // Semin. Hematol.–
1993.– Vol. 30, N2.– P. 119–137.
Dutheil D., Underhaug G., Petit-Paris I. еt al. Polyethylene
glycols interact with membrane glycerophospholipids: is this
part of their mechanism for hypothermic graft protection // J.
Chem. Biol.– 2009.– Vol. 2, N1.–- Р. 39–49.
Florin-Christensen J., Suarez C.E., Florin-Christensen M.
еt al. A unique phospholipids organization in bovine erythro-
cyte membranes // Proc. Natl. Acad. Sci.– 2001.– Vol. 98,
N14.– P. 7736–7741.
Kanias T., Acker J.P. Trehalose loading into red blood cells is
accompanied with hemoglobin oxidation and membrane lipid
peroxidation // Cryobiology.– 2009.– Vol. 58, N2.– Р. 232–
239.
Leach J.K., Hinman A., O’Rear E.A. Investigation of defor-
mability, viscosity, and aggregation of mPEG-modified erythro-
cytes // Biomed. Sci. Instrum.– 2002.– Vol. 38.– Р. 333–338.
Litwa M., Maggs A.M., Jin C.Z. еt al. Membrane proteins at
the interface of erythrocytes fused by treatment with poly-
ethylene glycol // Mol. Membr. Biol.– 1997.– Vol. 14, N3.–
Р. 143–148.
Mazur P., Cole K.W. Roles of unfrozen fraction, salt concent-
ration, and changes in cell volume in the survival of frozen
human erythrocytes // Cryobiology.– 1989. – Vol. 26, N1.–
P. 1–29.
Money N. P. Osmotic pressure of aqueous polyethylene
glycols relationship between molecular weight and vapor
pressure deficit // Рlant Рhysiol.– 1989.– Vol. 91, N2.– Р. 766–
769.
Reid С., Rand R.P. Probing protein hydration and conforma-
tional states in solution // Biophys. J.– 1997.– Vol. 72, N3.–
Р. 1022–1030.
Поступила 20.10.2009
Рецензент Т.П. Линник
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Litwa M., Maggs A.M., Jin C.Z. еt al. Membrane proteins at
the interface of erythrocytes fused by treatment with poly-
ethylene glycol // Mol. Membr. Biol.– 1997.– Vol. 14, N3.–
Р. 143–148.
Mazur P., Cole K.W. Roles of unfrozen fraction, salt concent-
ration, and changes in cell volume in the survival of frozen
human erythrocytes // Cryobiology.– 1989. – Vol. 26, N1.–
P. 1–29.
Money N.P. Osmotic pressure of aqueous polyethylene glycols
relationship between molecular weight and vapor pressure
deficit // Рlant Рhysiol.– 1989.– Vol. 91, N2.– Р. 766–769.
Reid С., Rand R.P. Probing protein hydration and conforma-
tional states in solution // Biophys. J.– 1997.– Vol. 72, N3.–
Р. 1022–1030.
Accepted in 20.10.2009
15.
16.
17.
18.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-30694 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7673 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:49:05Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Александрова, Д.И. Орлова, Н.В. Шпакова, Н.М. 2012-02-12T07:52:04Z 2012-02-12T07:52:04Z 2009 Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры / Д.И. Александрова, Н.В. Орлова, Н.М. Шпакова // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 4. — С. 406-412. — Бібліогр.: 18 назв. — рос., англ. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30694 57.043:547.422:612.111:577.352.462 Исследовали влияние ПЭО-1500 на устойчивость эритроцитов человека, быка и лошади к гипертоническому шоку (4,0 М NaCl) при 37 и 0°С. Показали, что снижение объема эритроцитов млекопитающих при увеличении концентрации растворов ПЭО-1500 сопровождается повышением устойчивости клеток к действию гипертонического шока при 37 и 0°С. Досліджували вплив ПЕО-1500 на стійкість еритроцитів людини, бика і коня до гіпертонічного шоку (4,0 М NaСl) при 37 і 0°С. Показали, що зниження об’єму еритроцитів ссавців при збільшенні концентрації розчинів ПЕО-1500 супроводжується підвищенням стійкості клітин до дії гіпертонічного шоку при 37 і 0°С. The effect of PEO-1500 on resistance of human, bovine and equine erythrocytes to hypertonic shock (4.0 M NaCl) under 37 and 0°C was studied. It has been shown that decrease of mammalian erythrocyte volume with PEO-1500 concentration increase is accompanied by rise in cell resistance to the activity of hypertonic shock under 37 and 0°C. ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии Теоретическая и экспериментальная криобиология Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры Initial state of erythrocytes as factor, determining their sensibility to hypertonic stress. Role of peo-1500 and temperature Article published earlier |
| spellingShingle | Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры Александрова, Д.И. Орлова, Н.В. Шпакова, Н.М. Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| title | Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры |
| title_alt | Initial state of erythrocytes as factor, determining their sensibility to hypertonic stress. Role of peo-1500 and temperature |
| title_full | Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры |
| title_fullStr | Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры |
| title_full_unstemmed | Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры |
| title_short | Исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. Роль ПЭО-1500 и температуры |
| title_sort | исходное состояние эритроцитов – фактор, определяющий их чувствительность к гипертоническому стрессу. роль пэо-1500 и температуры |
| topic | Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| topic_facet | Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30694 |
| work_keys_str_mv | AT aleksandrovadi ishodnoesostoânieéritrocitovfaktoropredelâûŝiiihčuvstvitelʹnostʹkgipertoničeskomustressurolʹpéo1500itemperatury AT orlovanv ishodnoesostoânieéritrocitovfaktoropredelâûŝiiihčuvstvitelʹnostʹkgipertoničeskomustressurolʹpéo1500itemperatury AT špakovanm ishodnoesostoânieéritrocitovfaktoropredelâûŝiiihčuvstvitelʹnostʹkgipertoničeskomustressurolʹpéo1500itemperatury AT aleksandrovadi initialstateoferythrocytesasfactordeterminingtheirsensibilitytohypertonicstressroleofpeo1500andtemperature AT orlovanv initialstateoferythrocytesasfactordeterminingtheirsensibilitytohypertonicstressroleofpeo1500andtemperature AT špakovanm initialstateoferythrocytesasfactordeterminingtheirsensibilitytohypertonicstressroleofpeo1500andtemperature |