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...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы криобиологии |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , |
| 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
 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
 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. 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 |