Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С

Исследовали влияние тепловой предобработки эритроцитов человека и быка на их чувствительность к гипертоническому
 стрессу (4,0 моль/л NaCl) при температуре 37 и 0°С. Показано, что инкубация клеток при 49°С, вызывающая денатурацию
 спектрина, снижает уровень гипертонического поврежден...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Проблемы криобиологии
Дата:2010
Автори: Писаренко, Н.А., Шпакова, Н.М.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України 2010
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44520
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз
 эритроцитов, модифицированных температурой 49°С / Н.А. Писаренко, Н.М. Шпакова // Пробл. криобиологии. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 388-395. — Бібліогр.: 17 назв. — рос., англ.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860034533854806016
author Писаренко, Н.А.
Шпакова, Н.М.
author_facet Писаренко, Н.А.
Шпакова, Н.М.
citation_txt Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз
 эритроцитов, модифицированных температурой 49°С / Н.А. Писаренко, Н.М. Шпакова // Пробл. криобиологии. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 388-395. — Бібліогр.: 17 назв. — рос., англ.
collection DSpace DC
container_title Проблемы криобиологии
description Исследовали влияние тепловой предобработки эритроцитов человека и быка на их чувствительность к гипертоническому
 стрессу (4,0 моль/л NaCl) при температуре 37 и 0°С. Показано, что инкубация клеток при 49°С, вызывающая денатурацию
 спектрина, снижает уровень гипертонического повреждения эритроцитов человека и не влияет на сохранность эритроцитов
 быка при 37°С. При 0°С гипертонический гемолиз модифицированных эритроцитов млекопитающих не изменяется. Денатурация
 спектрина цитоскелета эритроцитов человека и быка приводит к снижению антигемолитического действия амфифильных
 веществ (децилсульфата натрия, додецил-β,D-мальтозида, трифторперазина) при температуре 37 и 0°С. Досліджували вплив теплової передобробки еритроцитів людини і бика на їх чутливість до гіпертонічного стресу (4,0 моль/л
 NaCl) при температурі 37 і 0°С. Показано, що інкубування клітин при 49°С, яка викликає денатурацію спектрину, знижує
 рівень гіпертонічного пошкодження еритроцитів людини і не впливає на стійкість еритроцитів бика при 37°С. При 0°С
 гіпертонічний гемоліз модифікованих еритроцитів ссавців не змінюється. Денатурація спектрину цитоскелета еритроцитів
 людини і бика знижує антигемолітичну дію амфіфільних сполук (децилсульфату натрію, додецил-β,D-мальтозиду,
 трифторперазину) при температурі 37 і 0°С. The effect of thermal pre-treatment of human and bovine erythrocytes on their sensitivity to hypertonic stress (4.0 mol/l NaCl)
 at 37 and 0°C was studied. It has been shown that cell incubation at 49°C, causing spectrin denaturation, decreases the level of human
 erythrocyte hypertonic damage and does not affect the integrity of bovine erythrocytes at 37°C. Hypertonic hemolysis of modified
 mammalian erythrocytes does not change at 0°C. Cytoskeletal spectrin denaturation of bovine and human erythrocytes results in
 reduction of antihemolytic activity of amphiphilic substances (sodium decyl sulfate, dodecyl-β,D-maltoside, trifluoroperazine) at 37
 and 0°C.
first_indexed 2025-12-07T16:53:25Z
format Article
fulltext 388 * 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 57.043:612.111:352.462 Н.А. ПИСАРЕНКО, Н.М. ШПАКОВА* Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С UDC 57.043:612.111:352.462 N.A. PISARENKO, N.M. SHPAKOVA* Effect of Amphiphiles on Hypertonic Hemolysis of Erythrocytes, Modified with Temperature of 49°C Исследовали влияние тепловой предобработки эритроцитов человека и быка на их чувствительность к гипертоническому стрессу (4,0 моль/л NaCl) при температуре 37 и 0°С. Показано, что инкубация клеток при 49°С, вызывающая денатурацию спектрина, снижает уровень гипертонического повреждения эритроцитов человека и не влияет на сохранность эритроцитов быка при 37°С. При 0°С гипертонический гемолиз модифицированных эритроцитов млекопитающих не изменяется. Денатурация спектрина цитоскелета эритроцитов человека и быка приводит к снижению антигемолитического действия амфифильных веществ (децилсульфата натрия, додецил-β,D-мальтозида, трифторперазина) при температуре 37 и 0°С. Ключевые слова: гипертонический стресс, эритроциты, спектрин, амфифильные соединения. Досліджували вплив теплової передобробки еритроцитів людини і бика на їх чутливість до гіпертонічного стресу (4,0 моль/л NaCl) при температурі 37 і 0°С. Показано, що інкубування клітин при 49°С, яка викликає денатурацію спектрину, знижує рівень гіпертонічного пошкодження еритроцитів людини і не впливає на стійкість еритроцитів бика при 37°С. При 0°С гіпертонічний гемоліз модифікованих еритроцитів ссавців не змінюється. Денатурація спектрину цитоскелета еритроцитів людини і бика знижує антигемолітичну дію амфіфільних сполук (децилсульфату натрію, додецил-β,D-мальтозиду, трифторперазину) при температурі 37 і 0°С. Ключові слова: гіпертонічний стрес, еритроцити, спектрин, амфіфільні сполуки. The effect of thermal pre-treatment of human and bovine erythrocytes on their sensitivity to hypertonic stress (4.0 mol/l NaCl) at 37 and 0°C was studied. It has been shown that cell incubation at 49°C, causing spectrin denaturation, decreases the level of human erythrocyte hypertonic damage and does not affect the integrity of bovine erythrocytes at 37°C. Hypertonic hemolysis of modified mammalian erythrocytes does not change at 0°C. Cytoskeletal spectrin denaturation of bovine and human erythrocytes results in reduction of antihemolytic activity of amphiphilic substances (sodium decyl sulfate, dodecyl-β,D-maltoside, trifluoroperazine) at 37 and 0°C. Key words: hypertonic stress, erythrocytes, spectrin, amphiphilic compounds. problems of cryobiology Vol. 20, 2010, №4 проблемы криобиологии Т. 20, 2010, №4 One of the main reasons of cell damage during freezing is believed to be concentrating of extracellular solution, associated with water freezing [2, 15]. A hypertonic stress is the experimental model for studying this cryodamage factor. Aggregative and structural state of cytoskeletal proteins affects the degree of their association with anchor proteins of membrane, maintaining viscous- elastic properties of membrane and cell resistance to stress effect [2]. Therefore modification of cytoskeletal proteins is important for understanding the mechanisms of erythrocyte resistance under hypertonic stress. Whereas amphiphilic compounds, which effect is realized on membrane, significantly decrease the level of cell damage under hypertonic conditions [5] there was of interest to investigate their antihemolytic activity for erythrocytes with cytoskeleton-membrane complex, modified with the temperature of 49°C. Предполагают, что одна из основных причин повреждения клеток при замораживании – концент- рирование внеклеточного раствора, связанное с вымерзанием воды [2, 15]. Экспериментальной мо- делью для изучения данного фактора криоповреж- дения является гипертонический стресс. Агрегатное и структурное состояние белков ци- тоскелета влияет на степень их ассоциации с якор- ными белками мембраны, поддерживает вязко- эластические свойства мембраны и устойчивость клетки к действию стресса [2]. Поэтому модифи- кация цитоскелетных белков имеет важное значе- ние для понимания механизмов устойчивости эрит- роцитов в условиях гипертонического стресса. Ис- ходя из того, что амфифильные соединения, дейст- вие которых реализуется на мембране, значительно снижают уровень повреждения клеток в гиперто- нических условиях [5], представлял интерес ис- 389 problems of cryobiology Vol. 20, 2010, №4 проблемы криобиологии Т. 20, 2010, №4 The research aim was to study the effect of preli- minary incubation of bovine and human erythrocytes at 49°C on their sensitivity to hypertonic stress (4.0 mol/l NaCl) and efficiency of amphiphilic compounds under these stress conditions. Materials and methods Erythrocytes, derived from human and bovine blood, prepared with “Glugicir” preservative were used for the research. Erythrocytes were derived according to the standard method [5]. Sodium decyl sulfate (Sintez PAV, Russia), dodecyl- β,D-maltoside (Calbiochem, USA), trifluoroperazine (Sigma, USA) and nationally produced reagents with “chemically pure” and “pure for analysis” grades were used in the research. Hypertonic stress of erythrocytes was performed by transfer of erythrocyte suspension aliquot into 1 ml of solution, containing 4.0 mol/l NaCl for 5 min at 37 or 0°C. Final hematocrit was 0.4%. Amphiphilic com- pounds were added into the hypertonic medium prior to transfer of the cells [5]. Mammalian erythrocytes (25% hematocrit) were incubated at 49°C (thermostat U4, Germany) for 10 min. Hemoglobin content in supernatant was spectropho- tometrically examined at 543 nm. The absorption of the sample with Triton X-100 (0.1%) added was assu- med as 100%. The value of maximum antihemolytic activity (AHmax) of amphiphilic compound was calculated by the formula: АHmax = k – a ×100%, k where k is erythrocyte hemolysis value at the absence of amphiphile; a is minimum value of erythrocyte he- molysis at amphiphile presence. The results were statistically processed with ANOVA tests and Mann-Whitney criterion (StatgraphWin). The differences among the groups were significant at PU < 0.05. Results and discussion According to the findings (Fig. 1) under hypertonic conditions the initial level of erythrocyte damage of the studied mammals depends on cell origin and expe- rimental temperature. Thus, human erythrocyte lysis level in 4.0 mol/l NaCl at 37°C makes 90%, but at temperature reduction down to 0°C does 55%. Bovine erythrocyte hemolysis level at 37°C makes 90%, whe- reas at 0°C does only 10%. Thus, during the medium temperature reduction the resistance of bovine erythro- cytes increases more than 9 times, which is obviously caused by the peculiarities of erythrocyte membrane phospholipid composition in this species: high content следовать их антигемолитическую активность для эритроцитов с цитоскелет-мембранным комплек- сом, модифицированным температурой (49°С). Цель работы – исследовать влияние предва- рительной инкубации эритроцитов человека и быка при 49°С на их чувствительность к гипертоничес- кому стрессу (4,0 моль/л NaCl) и эффективность амфифильных соединений в данных стрессовых условиях. Материалы и методы Для исследования использовали эритроциты, полученные из крови человека и быка, заготовлен- ной на консерванте “Глюгицир”. Эритроциты выде- ляли по стандартной методике [5]. В работе были использованы децилсульфат натрия (“СинтезПАВ”, Россия), додецил-β,D-маль- тозид (“Calbiochem”, США), трифторперазин (“Sigma”, США) и реактивы отечественного про- изводства квалификации “х. ч.” и “ч. д. а.”. Гипертонический стресс эритроцитов осущест- вляли путем переноса аликвоты суспензии эрит- роцитов в 1 мл раствора, содержащего 4,0 моль/л NaCl, на 5 мин при температуре 37 или 0°С. Конеч- ный гематокрит составлял 0,4%. Амфифильные соединения добавляли в гипертоническую среду перед внесением в нее клеток [5]. Эритроциты млекопитающих (гематокрит 25%) инкубировали при температуре 49°С (термостат U4, Германия) в течение 10 мин. Содержание гемоглобина в супернатанте опре- деляли спектрофотометрическим методом при длине волны 543 нм. За 100% принимали поглоще- ние пробы, в которую добавляли тритон Х-100 (0,1%). Значение максимальной антигемолитической активности (АГмакс) амфифильного соединения рас- считывали по формуле АГмакс = k – a ×100%, k где k – величина гемолиза эритроцитов при отсут- ствии амфифильного вещества; а – минимальная величина гемолиза эритроцитов при наличии амфи- фильного вещества. Статистическую обработку результатов прово- дили с помощью тестов ANOVA и критерия Манна- Уитни (StatgraphWin). Расхождения между груп- пами считали достоверными при РU < 0,05. Результаты и обсуждение Согласно полученным результатам (рис. 1) в гипертонических условиях исходный уровень по- вреждения эритроцитов исследуемых млекопита- ющих зависит от видовой принадлежности клеток a a б b 390 problems of cryobiology Vol. 20, 2010, №4 проблемы криобиологии Т. 20, 2010, №4 и температуры проведения эксперимента. Так, уро- вень лизиса эритроцитов человека в 4,0 моль/л NaCl при 37°С составляет 90%, а при снижении темпе- ратуры до 0°С – 55%. Уровень гемолиза эритроци- тов быка при 37°С составляет 90%, тогда как при 0°С – лишь 10%. Таким образом, при снижении температуры среды устойчивость эритроцитов бы- ка возрастает более чем в 9 раз, что, очевидно, обус- ловлено особенностями фосфолипидного состава мембран эритроцитов данного вида – высоким со- держанием сфингомиелина (СМ) и отсутствием фосфатидилхолина (ФХ) [6, 7]. В основе повреждающего действия гипертони- ческого стресса лежат процессы, обуславливаю- щие формирование трансмембранных пор, соизме- римых по размерам с молекулами гемоглобина. Показано [3], что при низкой температуре (ниже 15°С) инициация трансмембранных дефектов под влиянием гипертонии и их количество резко сни- жаются, что объясняется ограничениями, связан- ными с влиянием температуры на диффузию ком- понентов мембраны, и повышением плотности упа- ковки мембранных липидов [2, 12, 14]. Следова- тельно, можно предположить, что в условиях ги- пертонического стресса при 0°С в мембране, ха- рактеризующейся более плотной упаковкой липи- дов в латеральной плоскости, процессы инициации дефектов и последующего их развития затруднены. Предварительная модификация цитоскелета эритроцитов человека при 49°С значительно сни- жает их чувствительность к гипертоническому воз- действию при 37°С, а чувствительность эритро- цитов быка не изменяется (рис. 1). В условиях ги- of sphingomyelin (SM) and the absence of phosphati- dylcholine (PC) [6, 7]. The processes stipulating the formation of trans- membrane pores, comparable on dimensions with he- moglobin molecules are the bases of damaging effect of hypertonic stress. It has been shown [3] that under low temperatures (below 15°C) the initiation of trans- membrane defects under hypertonia and their number sharply decrease, because of the limitations, associa- ted with temperature effect on diffusion of membrane components, and of increase of membrane lipids’ pack- ing density [2, 12, 14]. Therefore, it may be suggested that under hypertonic stress at 0°C the processes of defects’ initiation and their further developing are complicated in membrane, characterizing more com- pact packing of the lipids in lateral plane. The preliminary cytoskeletal modification of human erythrocytes at 49°C significantly decreases their sen- sitivity to hypertonic effect at 37°C, while sensitivity of bovine erythrocytes does not change (Fig. 1). Modi- fication of cell cytoskeleton does not affect the sensi- tivity of the studied mammalian erythrocytes under hypertonic stress at 0°C. It has been known that incubation of mammalian erythrocytes at 49°C results in denaturation of cyto- skeletal proteins, particularly spectrin [8, 13], being the main protein component of erythrocyte cytoskeleton, forming filament network on cytoplasmatic membrane surface [17]. It is supposed [3, 13] that spectrin dena- turation, changing conformation of protein molecules, reduces their ability to interact with membrane com- ponents. As a result the stabilizing effect of cytoskeleton on cell membrane may be decreased, making difficult Рис. 1. Уровень гемолиза эритроцитов человека и быка в условиях гипертонического стресса (4,0 моль/л NaCl) при температуре 37 (а) и 0°С (б): – нативные клетки (контроль); – клетки, инкубированные при 49°С. Fig. 1. Hemolysis level of human and bovine erythrocytes under hypertonic stress (4.0 mol/l NaCl) at 37 (a) and 0°C (b): – native cells (the control); – the cells, incubated at 49°C. 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Человек Human Бык Bovine Человек Human Бык Bovine Ге м ол из , % H em ol ys is , % Ге м ол из , % H em ol ys is , % 391 problems of cryobiology Vol. 20, 2010, №4 проблемы криобиологии Т. 20, 2010, №4 пертонического стресса при 0°С модификация ци- тоскелета клеток не влияет на чувствительность эритроцитов исследуемых млекопитающих. Известно, что инкубация эритроцитов млеко- питающих при 49°С приводит к денатурации цито- скелетных белков, в частности спектрина [8, 13], который является основным белковым компонен- том эритроцитарного цитоскелета, формирующим филаментную сеть на цитоплазматической поверх- ности мембраны [17]. Полагают [3, 13], что дена- турация спектрина, изменяющая конформацию белковых молекул, снижает их способность к взаи- модействию с компонентами мембраны. В резуль- тате этого может уменьшиться стабилизирующее влияние цитоскелета на мембрану клетки, что за- труднит формирование трансмембранных пор, и приведет к снижению чувствительности эритро- цитов человека к гипертоническому стрессу при 37°С. Отсутствие изменений в чувствительности к гипертоническому стрессу в 4,0 моль/л NaCl тер- мически модифицированных эритроцитов быка, возможно, связано с особенностями фосфолипид- ного состава мембран эритроцитов данного вида (высокое содержание СМ наряду с отсутствием ФХ) [6, 7]. Высокое содержание СМ в эритроцитар- ной мембране уменьшает текучесть клеточной мембраны, увеличивая ее жесткость, а наличие ФХ оказывает противоположное действие [17]. Следо- вательно, дополнительное влияние термической модификации, оказывающей подобное влияние на состояние мембраны клетки, а именно уменьшение ее текучести [10, 11, 13], малоэффективно. Кроме того, реакция эритроцитов быка на нагревание зна- чительно отличается и на клеточном уровне. На- гревание эритроцитов быка приводит к изменению их формы от дискоцитов к стоматоцитам [13], а эри- троцитов человека от дискоцитов к эхиноцитам [16]. Для изучения влияния амфифильных веществ на уровень гипертонического стресса эритроцитов млекопитающих использовали амфифилы, относя- щиеся к различным классам поверхностно-актив- ных веществ: анионный децилсульфат натрия (С10), катионный трифторперазин (ТФП), неионный додецил-β,D-мальтозид (ДМ) [1]. Были получены зависимости уровня гипертонического гемолиза клеток в среде, содержащей 4,0 моль/л NaCl, от концентрации амфифилов при 37 и 0°С. Из получен- ных концентрационных зависимостей были рассчи- таны величины максимальной антигемолитической активности (АГмакс) и значения эффективных концентраций (САГ макс), которые характеризуют эффек- тивность исследуемых амфифильных соединений в условиях гипертонического стресса эритроцитов. Антигемолитическую активность амфифильно- го соединения выражали как процент снижения гемолиза клеток при наличии веществ по отноше- the formation of transmembrane pores and resulting in decrease of sensitivity of human erythrocytes to hy- pertonic stress at 37°C. The absence of changes in hypertonic stress sen- sitivity in 4.0 mol/l NaCl solution for thermally modified bovine erythrocytes, may be associated with the pecu- liarities of phospholipid composition of erythrocyte membranes in this species (high content of SM with the absence of PC) [6, 7]. High content of SM in eryth- rocyte membrane decreases fluidity of cell membrane, increasing its rigidity and the presence of PC has an opposite effect [17]. Therefore, additional effect of thermal modification, similarly affecting the cell mem- brane state, namely the reduction of its fluidity[10, 11, 13] is inefficient. In addition, the response of bovine erythrocytes to warming also significantly differs at cellular level. Heating the bovine erythrocytes results in the change of their shape from discocytes to stomatocytes [13], while human erythrocytes transform from discocytes to echinocytes [16]. For studying the effect of amphiphilic compounds on the level of hypertonic stress of mammalian eryth- rocytes the amphiphiles, referred to different classes of surface-active substances as: anionic sodium decyl sulfate (C10), cationic trifluoroperazine (TFP), non- ionic dodecyl-β,D-maltoside (DM) [1] were used. The amphiphile concentration-dependencies of hypertonic hemolysis level of cells in the medium, containing 4.0 mol/l NaCl, were obtained at 37 and 0°C. The va- lues of maximum antihemolytic activity (AHmax) and the values of effective concentrations (CAHmax), charac- terizing efficiency of the studied amphiphilic compounds under hypertonic stress of erythrocytes were calculated from the obtained concentration dependencies. Antihemolytic activity of an amphiphilic compound was expressed as the percentage of cell hemolysis reduction in the presence of substances in respect of hemolysis in the sample without amphiphiles. Amphi- philic compound concentration of substance, wherein minimum cell lysis was observed, was assumed as an effective concentration. Fig. 2 represents the values of maximum antihemo- lytic activity of amphiphilic compounds under hyper- tonic stress of native and modified human erythrocytes at 37(a) and 0°C (b). TFP and C10 have the most antihemolytic activity for native human erythrocytes at 37°C (85–90%). DM has a lower protective effect. Antihemolytic activity of amphiphiles at 0°C signifi- cantly decreases and is within the range of 40–50%. Effective concentrations, whereat minimum cell lysis is observed, shift towards the lower values (Table). All the studied substances under hypertonic hemolysis of erythrocytes, warmed up to 49°C, mani- fest antihemolytic activity, however it decreases both at 37 and 0°C. The similar results obtained for native and modified bovine erythrocytes are presented in Fig. 3. Evidently, еоньлифифмА еиненидеос hpmA i lihp ci dnuopmoc С скамГА л/ьломкм, C xamHA , µ l/lom акеволеч namuh акыб enivob 73 oС 0oС 73 oС 0oС 01С 4±54 1±01 7±56 - МД MD 1±8 1±2 3±41 - ФПТ PFT 6±55 6±52 3±05 - 392 problems of cryobiology Vol. 20, 2010, №4 проблемы криобиологии Т. 20, 2010, №4 нию к гемолизу в пробе, не содержащей амфифил. За эффективную концентрацию амфифильного со- единения принимали концентрацию вещества, при которой наблюдается минимальный лизис клеток. На рис. 2 приведены значения максимальной антигемолитической активности амфифильных соединений в условиях гипертонического стресса нативных и модифицированных эритроцитов чело- века при 37 и 0°С. Для нативных эритроцитов человека наибольшей антигемолитической актив- ностью при температуре 37°С обладают ТФП и С10 (85–90%). Несколько меньшее защитное дейст- вие оказывает ДМ. При температуре 0°С антиге- for bovine erythrocytes as well as for human ones C10 and TFP had the maximum protective effect under hypertonic stress (80–85%), efficiency of DM is lower. Effective concentrations of substances for bovine erythrocytes are higher, than for human cells, excluding TFP, which effective concentrations coincide for human and bovine cells (Table). Antihemolytic activity of the studied amphiphilic compounds for temperature-modified bovine erythro- cytes decreases if compared with the effect in native cells. Herewith reduction of C10 and DM efficiency makes about 20%, while protective effect of TFP decreases more than twice. For modified bovine eryth- Значения эффективных концентраций (САГмакс) амфифильных соединений при гипертоническом стрессе эритроцитов человека и быка в среде, содержащей 4,0 моль/л NaCl, при температуре 37 и 0°С. Values of effective concentrations (CAHmax) of amphiphilic compounds under hypertonic stress of human and bovine erythrocytes in the medium, containing 4.0 mol/l NaCl at 37 and 0°C б ba a Рис. 2. Максимальная антигемолитическая активность амфифильных соединений в условиях гипертонического стресса эритроцитов человека при температуре 37 (а) и 0°С (б): – нативные клетки (контроль); – клетки, инкубированные при 49°С; * – достоверно по сравнению с нативными клетками, РU < 0,05. Fig. 2. Maximum antihemolytic activity of amphiphilic compounds under hypertonic stress of human erythrocytes at 37 (a) and 0°C (b): – native cells (the control); – the cells, incubated at 49°C; * – significant if compared with native cells, РU < 0,05 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 С10 С10 ДМ DM ТФП TFP С10 С10 ДМ DM ТФП TFP АГ м ак с, % AH m ax ,% АГ м ак с, % AH m ax ,% * * молитическая активность амфифилов значительно снижается и находится в диапазоне 40–50%. Эффективные концентрации, при которых наблю- дается минимальный лизис клеток, сдвигаются в сторону меньших зна- чений (таблица). Все исследуемые вещества в ус- ловиях гипертонического гемолиза эритроцитов, прогретых до 49°С, про- являют антигемолитическую актив- ность, однако она снижается как при 37, так и 0°С. Аналогичные результаты, получен- ные для нативных и модифицирован- ных эритроцитов быка, представлены на рис. 3. Видно, что для эритроцитов быка, как и для эритроцитов челове- ка, максимальным защитным дейст- 393 problems of cryobiology Vol. 20, 2010, №4 проблемы криобиологии Т. 20, 2010, №4 вием в условиях гипертонического стресса обла- дают С10 и ТФП (80–85%), эффективность ДМ несколько ниже. Эффективные концентрации ве- ществ для эритроцитов быка выше, чем для клеток человека, за исключением ТФП, эффективные концентрации которого совпадают для клеток че- ловека и быка (таблица). Антигемолитическое действие исследуемых амфифильных соединений для эритроцитов быка, модифицированных температурой, снижается по сравнению с нативными клетками. Причем сниже- ние эффективности действия С10 и ДМ составляет около 20%, в то время как защитное действие ТФП уменьшается более чем в 2 раза. Для модифициро- ванных эритроцитов быка, в отличие от нативных клеток, наибольшую антигемолитическую актив- ность проявляют С10 и ДМ (50–60%). При 0°С изменение антигемолитической актив- ности веществ в условиях гипертонического стресса модифицированных эритроцитов быка не исследовали, так как исходно низкий уровень гемолиза этих клеток не позволяет выявить защит- ное действие амфифильных соединений. Встраивание экзогенных амфифильных моле- кул в плазматическую мембрану эритроцитов сопровождается изменением ее динамической структуры. Мы полагаем, что в условиях гипер- тонического стресса эритроцитов антигемолити- ческий эффект амфифильных соединений обуслов- лен способностью их молекул при встраивании в эритроцитарную мембрану разупорядочивать ее структуру и препятствовать развитию трансмемб- ранных дефектов до размера гемолитических пор [4, 5]. Встраивание и распределение экзогенных амфифильных молекул определяются их физико- химическими свойствами и состоянием эритроци- тарной мембраны. Жесткость мембраны зависит от состояния мембранных липидов и структурной организации белков цитоскелета [9]. Следователь- но, можно предположить, что снижение антигемо- литического действия амфифильных соединений в стрессовых условиях в результате инкубации кле- ток при температуре 49°С может быть обуслов- лено изменением состояния мембран модифициро- ванных клеток. Известно, что термическая моди- фикация увеличивает вязкость мембран эритроци- тов и уменьшает их текучесть [10, 11, 13], т. е. оказывает на клеточную мембрану влияние, про- тивоположное действию амфифилов, что и при- водит к снижению способности амфифилов раз- упорядочивать мембрану и уменьшает их антиге- молитическую активность. Это предположение подтверждается и снижением защитного действия амфифильных соединений в условиях гипертони- ческого стресса эритроцитов человека при 0°С. Более жесткая структура плазматической мембра- rocytes in respect of the native cells C10 and DM manifest the highest antihemolytic activity (50–60%). The antihemolytic activity change of the substances under hypertonic stress of modified bovine erythrocytes was not studied at 0°C, whereas initially low level of hemolysis of these cells do not allow to manifest the protective effect of amphiphilic compounds. Incorporation of exogenic amphiphilic molecules into erythrocyte plasmatic membrane is accompanied with its dynamical structure change. We suggest that under hypertonic stress of erythrocytes the antihemo- lytic effect of amphiphilic compounds is caused by ability of their molecules to disorder erythrocyte mem- brane structure after incorporation and prevent deve- lopment of transmembrane defects up to the dimen- sions of hemolytic pores [4, 5]. Incorporation and distri- bution of exogenic amphiphilic molecules are signifi- cantly determined by their physical and chemical pro- perties and erythrocyte membrane state. Membrane rigidity depends on the state of membrane lipids and structural organization of cytoskeletal proteins [9]. Therefore, it may be suggested that reduction of antihemolytic effect of amphiphilic compounds under stress conditions due to cell incubation at 49°C may be caused by the change of modified cell membrane state. It has been known that thermal modification increases viscosity of erythrocyte membranes and decreases their fluidity [10, 11, 13], i. e. has an effect on cell membrane opposite to amphiphiles, resulting in 0 20 40 60 80 100 С10 ДМ DM ТФП TFP АГ м ак с, % AH m ax ,% Рис. 3. Максимальная антигемолитическая активность амфифильных соединений в условиях гипертонического стресса эритроцитов быка при температуре 37°С: – на- тивные клетки (контроль); – инкубированные при 49°С; * – достоверно по сравнению с нативными клетками, РU < 0,05. Fig. 3. Maximum antihemolytic activity of amphiphilic com- pounds under hypertonic stress of bovine erythrocytes at 37°C: – native cells (the control); – the cells, incubated at 49°C; ∗ – significant if compared with the native cells, PU < 0.05. * 394 problems of cryobiology Vol. 20, 2010, №4 проблемы криобиологии Т. 20, 2010, №4 ны при 0°С, очевидно, приводит к уменьшению способности амфифилов разупорядочивать мем- брану (снижению их пертурбирующего действия), что и проявляется в снижении значений антигемо- литической активности веществ и их эффективных концентраций. Таким образом, состояние цитоскелет-мемб- ранного комплекса эритроцитов является важным фактором, определяющим не только чувствитель- ность эритроцитов млекопитающих к гипертони- ческому стрессу, но и проявление защитного дейст- вия амфифильных соединений в стрессовых усло- виях. Изменение структурно-динамического сос- тояния цитоскелета в результате денатурации спектрина, приводящее к повышению жесткости эритроцитарной мембраны, обуславливает сниже- ние антигемолитической активности исследуемых амфифильных соединений в условиях гипертони- ческого стресса эритроцитов млекопитающих. Выводы 1. Амфифильные соединения повышают устой- чивость эритроцитов человека и быка к гипертони- ческому стрессу в среде, содержащей 4,0 моль/л NaCl, при 37°С. При 0°С для эритроцитов человека наблюдаются снижение максимальной антигемо- литической активности и уменьшение эффективных концентраций амфифилов. 2. В условиях гипертонического стресса при 37°С уровень повреждения термически модифи- цированных (49°С) эритроцитов человека умень- шается, а быка – не изменяется. При 0°С уровень гипертонического гемолиза модифицированных эритроцитов человека и быка не изменяется. 3. Предварительная инкубация эритроцитов че- ловека и быка при 49°С приводит к снижению эф- фективности исследуемых амфифильных соедине- ний в условиях гипертонического стресса при 37°С и 0°С. reduction of amphiphile ability to disorder a membrane and manifest antihemolytic activity. This supposition is also confirmed by the reduction of protective effect of amphiphilic compounds under hypertonic stress of human erythrocytes at 0°C. Obviously, more rigid struc- ture of plasma membrane at 0°C results in decrease of amphiphilic compound ability to disorder a membrane (reduction of their perturbating effect), manifesting in the reduction of antihemolytic activity values of the substances and their effective concentrations. Thus, the state of erythrocyte cytoskeleton-memb- rane complex is an important factor, determining both sensitivity of mammalian erythrocytes to hypertonic stress and also manifestation of protective effect of amphiphilic compounds under stress conditions. The change of structure-dynamical state of cytoskeleton due to spectrin denaturation, providing an increase of erythrocyte membrane rigidity results in a decrease of antihemolytic activity of the studied amphiphilic compounds under mammalian erythrocyte hypertonic stress. Conclusions 1. Amphiphilic compounds increase the resistance of bovine and human erythrocytes to hypertonic stress in the medium, containing 4.0 mol/l NaCl at 37°C. The reduction of maximum antihemolytic activity and decrease of effective concentrations of amphiphiles were observed for human erythrocytes at 0°C. 2. The injury of thermally modified human erythro- cytes (49°C) decreases under hypertonic stress at 37°C, and for bovine cells do not change. Hypertonic hemolysis level of human and bovine modified erythro- cytes does not change at 0°C. 3. Preliminary incubation of human and bovine erythrocytes results in efficiency reduction of the stu- died amphiphilic compounds under hypertonic stress at 37 and 0°C. Литература Абрамзон А.А. Поверхностно-активные вещества. Свойст- ва и применение.– Л. :Химия, 1975.– 248 с. Белоус А.М., Грищенко В.И. Криобиология.– Киев.: Наук. думка, 1994.– 432 с. Гулевский А.К., Бондаренко В.А., Белоус А.М. Барьерные свойства биомембран при низких температурах.– Киев: Наук. думка, 1988.– 206 с. Цымбал Л. В., Орлова Н. В., Шпакова Н. М. Модификация хлорпромазином структурно-функционального состоя- ния мембран эритроцитов // Биол. мембраны.– 2005.– Т. 22, №4.– С. 327–335. Шпакова Н.М., Панталер Е.Р., Бондаренко В.А. Антигемо- литический эффект хлорпромазина при гипертоничес- ком и холодовом шоке эритроцитов // Биохимия.– 1995.– Т. 60, №10.– С. 1624–1631. References Abramzon A.A. Surface-active substances. Properties and application.– Leningrad: Khimiya, 1975.– 248 p. Belous A.M., Grischenko V.I. Cryobiology.– Kiev: Naukova Dumka, 1994.– 432 p. Gulevskiy A.K., Bondarenko V.A., Belous A.M. Barrier pro- perties of biomembranes at low temperatures.– Kiev: Naukova Dumka, 1988.– 206 p. Tsymbal L.V., Orlova N.V., Shpakova N.M. Modification with chlorpromazine of structural and functional state of erythro- cyte membranes // Biol. Membrany.– 2005.– Vol. 22, N4.– P. 327–335. Shpakova N.M., Pantaler E.R., Bondarenko V.A. Antihe- molytic effect of chlorpromazine under hypertonic and cold stress of erythrocytes// Biokhimiya.– 1995.– Vol. 60, N10.– P. 1624–1631. 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. 395 problems of cryobiology Vol. 20, 2010, №4 проблемы криобиологии Т. 20, 2010, №4 Garnier M., de Preville G., Pilardeau P., Boudia D. Relationship between the intra-erythrocyte sodium composition and the membrane lipoprotein composition among different mammal species // Comp. Biochem. Physiol.– 1984.– Vol. 77A, N2.– P. 315–317. Gimenez G., Florin-Christensen M., Belaunzaran M.L. et al. Evidence for a relationship between bovine erythrocyte lipid membrane peculiarities and immune pressure from ruminal ciliates // Vet. Immunol. Immunopathol.– 2007.– Vol. 119, N3– 4.– P. 171–179. Ivanov I. T. Changes in passive electric parameters of human erythrocyte membrane during hyperthermia: role of spectrin phosphorylation // Gen. Physiol. Biophys.– 1999.– Vol. 18, N2.– P. 165–180. Katyukhin L.N., Kazennov A.M., Maslova M. N. et al. Rheo- logic properties of mammalian erythrocytes: relationship to transport ATPases // Comp. Biochem. Physiol. Pt B.– 1998.– Vol. 120, N3.– P. 493–498. Kucera W., Meier W., Lerche D. Influence of heat-induced changes in the mechanical properties of the membrane on the filterabiliti of human erythrocytes // Biomed. Biochim. Acta.– 1986.– Vol. 45, N3.– P. 353–358. Lux S.E., John K.M., Ukena T.E. Diminished spectrin extraction from ATP-depleted human erythrocytes. Evidence relating spectrin to changes in erythrocyte shape and deformability // Clin. Invest.– 1978.– Vol. 61, N3.– P. 815–827. Minetti M., Ceccarini M., Di Stasi A.M.M. Role of membrane thermotropic properties on hypotonic hemolysis and hyper- tonic cryohemolysis ot human red blood cells // J. Cell. Bio- chem.– 1984.– Vol. 25, N2.– P. 61–72. Mosior M., Bobrowska M., Gomulkiewicz J. Effect of the level of ATP and of the state of spectrin on osmotic properties of bovine erithrocytes // Biochim. Biophys. Acta.– 1990.– Vol. 1022, N3.– P. 355–360. Otten D., Lцbbecke L., Beyer K. Stages of the bilayer-micelle transition in the system phosphatidylcholine-C12E8 as studied by deuterium- and phosphorous-NMR, light scattering, and calorimetry // Biophys. J.– 1995.– Vol. 68, N2.– P. 584–597. Pegg D.E., Diaper M.P. On the mechanism of injury to slowly frozen erythrocytes // Biophys. J.– 1998.– Vol. 54, N3.– P. 471–488. Repin N.V., Bobrova E.N., Repina S.V. Thermally induced transformation of mammalian red blood cell during hyper- thermia // Bioelectrochemistry.– 2008.– Vol. 73.– P. 101–105. Yawata Y. Cell Membrane: the red blood cell as a model. Weinheim: WILEY – VCH Verlag GmbH &Co, 2003.– 448 р. Поступила 06.07.2010 Рецензент А.М. Компаниец Garnier M., de Preville G., Pilardeau P., Boudia D. Relationship between the intra-erythrocyte sodium composition and the membrane lipoprotein composition among different mammal species // Comp. Biochem. Physiol.– 1984.– Vol. 77A, N2.– P. 315–317. Gimenez G., Florin-Christensen M., Belaunzaran M.L. et al. Evidence for a relationship between bovine erythrocyte lipid membrane peculiarities and immune pressure from ruminal ciliates // Vet. Immunol. Immunopathol.– 2007.– Vol. 119, N3– 4.– P. 171–179. Ivanov I. T. Changes in passive electric parameters of human erythrocyte membrane during hyperthermia: role of spectrin phosphorylation // Gen. Physiol. Biophys.– 1999.– Vol. 18, N2.– P. 165–180. Katyukhin L.N., Kazennov A.M., Maslova M. N. et al. Rheo- logic properties of mammalian erythrocytes: relationship to transport ATPases // Comp. Biochem. Physiol. Pt B.– 1998.– Vol. 120, N3.– P. 493–498. Kucera W., Meier W., Lerche D. Influence of heat-induced changes in the mechanical properties of the membrane on the filterabiliti of human erythrocytes // Biomed. Biochim. Acta.– 1986.– Vol. 45, N3.– P. 353–358. Lux S.E., John K.M., Ukena T.E. Diminished spectrin extraction from ATP-depleted human erythrocytes. Evidence relating spectrin to changes in erythrocyte shape and deformability // Clin. Invest.– 1978.– Vol. 61, N3.– P. 815–827. Minetti M., Ceccarini M., Di Stasi A.M.M. Role of membrane thermotropic properties on hypotonic hemolysis and hyper- tonic cryohemolysis ot human red blood cells // J. Cell. Bio- chem.– 1984.– Vol. 25, N2.– P. 61–72. Mosior M., Bobrowska M., Gomulkiewicz J. Effect of the level of ATP and of the state of spectrin on osmotic properties of bovine erithrocytes // Biochim. Biophys. Acta.– 1990.– Vol. 1022, N3.– P. 355–360. Otten D., Lцbbecke L., Beyer K. Stages of the bilayer-micelle transition in the system phosphatidylcholine-C12E8 as studied by deuterium- and phosphorous-NMR, light scattering, and calorimetry // Biophys. J.– 1995.– Vol. 68, N2.– P. 584–597. Pegg D.E., Diaper M.P. On the mechanism of injury to slowly frozen erythrocytes // Biophys. J.– 1998.– Vol. 54, N3.– P. 471–488. Repin N.V., Bobrova E.N., Repina S.V. Thermally induced transformation of mammalian red blood cell during hyper- thermia // Bioelectrochemistry.– 2008.– Vol. 73.– P. 101–105. Yawata Y. Cell Membrane: the red blood cell as a model. Weinheim: WILEY – VCH Verlag GmbH &Co, 2003.– 448 р. Accepted in 06.07.2010 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. .
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-44520
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0233-7673
language Russian
last_indexed 2025-12-07T16:53:25Z
publishDate 2010
publisher Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
record_format dspace
spelling Писаренко, Н.А.
Шпакова, Н.М.
2013-06-02T11:57:49Z
2013-06-02T11:57:49Z
2010
Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз&#xd; эритроцитов, модифицированных температурой 49°С / Н.А. Писаренко, Н.М. Шпакова // Пробл. криобиологии. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 388-395. — Бібліогр.: 17 назв. — рос., англ.
0233-7673
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44520
57.043:612.111:352.462
Исследовали влияние тепловой предобработки эритроцитов человека и быка на их чувствительность к гипертоническому&#xd; стрессу (4,0 моль/л NaCl) при температуре 37 и 0°С. Показано, что инкубация клеток при 49°С, вызывающая денатурацию&#xd; спектрина, снижает уровень гипертонического повреждения эритроцитов человека и не влияет на сохранность эритроцитов&#xd; быка при 37°С. При 0°С гипертонический гемолиз модифицированных эритроцитов млекопитающих не изменяется. Денатурация&#xd; спектрина цитоскелета эритроцитов человека и быка приводит к снижению антигемолитического действия амфифильных&#xd; веществ (децилсульфата натрия, додецил-β,D-мальтозида, трифторперазина) при температуре 37 и 0°С.
Досліджували вплив теплової передобробки еритроцитів людини і бика на їх чутливість до гіпертонічного стресу (4,0 моль/л&#xd; NaCl) при температурі 37 і 0°С. Показано, що інкубування клітин при 49°С, яка викликає денатурацію спектрину, знижує&#xd; рівень гіпертонічного пошкодження еритроцитів людини і не впливає на стійкість еритроцитів бика при 37°С. При 0°С&#xd; гіпертонічний гемоліз модифікованих еритроцитів ссавців не змінюється. Денатурація спектрину цитоскелета еритроцитів&#xd; людини і бика знижує антигемолітичну дію амфіфільних сполук (децилсульфату натрію, додецил-β,D-мальтозиду,&#xd; трифторперазину) при температурі 37 і 0°С.
The effect of thermal pre-treatment of human and bovine erythrocytes on their sensitivity to hypertonic stress (4.0 mol/l NaCl)&#xd; at 37 and 0°C was studied. It has been shown that cell incubation at 49°C, causing spectrin denaturation, decreases the level of human&#xd; erythrocyte hypertonic damage and does not affect the integrity of bovine erythrocytes at 37°C. Hypertonic hemolysis of modified&#xd; mammalian erythrocytes does not change at 0°C. Cytoskeletal spectrin denaturation of bovine and human erythrocytes results in&#xd; reduction of antihemolytic activity of amphiphilic substances (sodium decyl sulfate, dodecyl-β,D-maltoside, trifluoroperazine) at 37&#xd; and 0°C.
ru
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
Проблемы криобиологии
Теоретическая и экспериментальная криобиология
Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С
Effect of Amphiphiles on Hypertonic Hemolysis of Erythrocytes, Modified with Temperature of 49°C
Article
published earlier
spellingShingle Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С
Писаренко, Н.А.
Шпакова, Н.М.
Теоретическая и экспериментальная криобиология
title Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С
title_alt Effect of Amphiphiles on Hypertonic Hemolysis of Erythrocytes, Modified with Temperature of 49°C
title_full Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С
title_fullStr Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С
title_full_unstemmed Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С
title_short Влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°С
title_sort влияние амфифильных веществ на гипертонический гемолиз эритроцитов, модифицированных температурой 49°с
topic Теоретическая и экспериментальная криобиология
topic_facet Теоретическая и экспериментальная криобиология
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44520
work_keys_str_mv AT pisarenkona vliânieamfifilʹnyhveŝestvnagipertoničeskiigemolizéritrocitovmodificirovannyhtemperaturoi49s
AT špakovanm vliânieamfifilʹnyhveŝestvnagipertoničeskiigemolizéritrocitovmodificirovannyhtemperaturoi49s
AT pisarenkona effectofamphiphilesonhypertonichemolysisoferythrocytesmodifiedwithtemperatureof49c
AT špakovanm effectofamphiphilesonhypertonichemolysisoferythrocytesmodifiedwithtemperatureof49c