Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса
Исследовано влияние амфифильных соединений (С10, ДМ, ТФП) и тепловой предобработки эритроцитов лошади (49°C) на чувствительность клеток к гипертоническому шоку (4,0 М NaCl). Показано, что все амфифильные соединения снижают уровень гипертонического гемолиза эритроцитов лошади. Инкубация эритроцитов п...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5391 |
| 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 инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса / Н.М. Шпакова, Н.А. Писаренко, Н.В. Орлова // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 1. — С. 49-55. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859597531423440896 |
|---|---|
| author | Шпакова, Н.М. Писаренко, Н.А. Орлова, Н.В. |
| author_facet | Шпакова, Н.М. Писаренко, Н.А. Орлова, Н.В. |
| citation_txt | Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса / Н.М. Шпакова, Н.А. Писаренко, Н.В. Орлова // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 1. — С. 49-55. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Исследовано влияние амфифильных соединений (С10, ДМ, ТФП) и тепловой предобработки эритроцитов лошади (49°C) на чувствительность клеток к гипертоническому шоку (4,0 М NaCl). Показано, что все амфифильные соединения снижают уровень гипертонического гемолиза эритроцитов лошади. Инкубация эритроцитов при 49°С, приводящая к денатурации спектрина, уменьшает уровень гипертонического повреждения эритроцитов при 37 и повышает при 0°С. В указанных условиях наблюдается снижение эффективности всех исследуемых амфифильных соединений.
Досліджено вплив амфіфільних сполук (С10, ДМ, ТФП) та теплової обробки еритроцитів коня (49°C) на чутливість клітин до гіпертонічного шоку (4,0 М NaCl). Показано, що всі амфіфільні сполуки зменшують рівень гіпертонічного гемолізу еритроцитів коня. Інкубація еритроцитів при 49°С, що призводить до денатурації спектрину, зменшує рівень гіпертонічного пошкодження еритроцитів при 37 та підвищує при 0°С. В зазначених умовах спостерігається зниження ефективності усіх досліджуваних амфіфільних сполук.
The effect of amphiphilic compounds (C10, DM, TFP) and heat preliminary treatment of equine erythrocytes (49°C) on cell sensitivity to hypertonic stress (4.0 M NaCl) has been investigated. All amphiphilic compounds were shown as reducing the level of hypertonic hemolysis in equine erythrocytes. Erythrocyte incubation at 49°C, resulting in spectrin denaturation, reduces the level of erythrocyte hypertonic damage at 37°C and increases it at 0°C. A decrease in the efficiency of all studied amphiphilic compounds is observed under the mentioned conditions.
|
| first_indexed | 2025-11-27T22:11:35Z |
| format | Article |
| fulltext |
49 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, ¹1
ÏÐÎÁËÅÌÛ
ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ
Ò. 19, 2009, ¹1
УДК 57.043:591.111.1
Í.Ì. ØÏÀÊÎÂÀ*, Í.À. ÏÈÑÀÐÅÍÊÎ, Í.Â. ÎÐËÎÂÀ
Âëèÿíèå èíêóáàöèè ýðèòðîöèòîâ ëîøàäè ïðè 49°Ñ
íà ýôôåêòèâíîñòü àìôèôèëüíûõ âåùåñòâ â óñëîâèÿõ
ãèïåðòîíè÷åñêîãî ñòðåññà
UDC 57.043:591.111.1
N.M. SHPAKOVA*, N.A. PISARENKO, N.V. ORLOVA
Effect of Equine Erythrocyte Incubation at 49°C on Amphiphilic
Substance Efficiency Under Hypertonic Stress Conditions
Исследовано влияние амфифильных соединений (С10, ДМ, ТФП) и тепловой предобработки эритроцитов лошади (49°C)
на чувствительность клеток к гипертоническому шоку (4,0 М NaCl). Показано, что все амфифильные соединения снижают
уровень гипертонического гемолиза эритроцитов лошади. Инкубация эритроцитов при 49°С, приводящая к денатурации
спектрина, уменьшает уровень гипертонического повреждения эритроцитов при 37 и повышает при 0°С. В указанных условиях
наблюдается снижение эффективности всех исследуемых амфифильных соединений.
Ключевые слова: эритроциты лошади, гипертонический гемолиз, спектрин, амфифильные соединения.
Досліджено вплив амфіфільних сполук (С10, ДМ, ТФП) та теплової обробки еритроцитів коня (49°C) на чутливість клітин
до гіпертонічного шоку (4,0 М NaCl). Показано, що всі амфіфільні сполуки зменшують рівень гіпертонічного гемолізу
еритроцитів коня. Інкубація еритроцитів при 49°С, що призводить до денатурації спектрину, зменшує рівень гіпертонічного
пошкодження еритроцитів при 37 та підвищує при 0°С. В зазначених умовах спостерігається зниження ефективності усіх
досліджуваних амфіфільних сполук.
Ключові слова: еритроцити коня, гіпертонічний гемоліз, спектрин, амфіфільні сполуки.
The effect of amphiphilic compounds (C10, DM, TFP) and heat preliminary treatment of equine erythrocytes (49°C) on cell
sensitivity to hypertonic stress (4.0 M NaCl) has been investigated. All amphiphilic compounds were shown as reducing the level of
hypertonic hemolysis in equine erythrocytes. Erythrocyte incubation at 49°C, resulting in spectrin denaturation, reduces the level of
erythrocyte hypertonic damage at 37°C and increases it at 0°C. A decrease in the efficiency of all studied amphiphilic compounds is
observed under the mentioned conditions.
Keywords: equine erythrocytes, hypertonic hemolysis, spectrin, amphiphilic compounds.
Потребности ветеринарной практики в криокон-
сервированной крови обусловливают необхо-
димость изучения чувствительности эритроцитов
разных видов животных к изменению осмоти-
ческих и температурных факторов среды, которые
рассматриваются как основные причины повреж-
дения эритроцитов при замораживании [2].
Полагают, что чувствительность эритроцитов
к повреждающему действию стрессовых факторов
определяется состоянием их цитоскелет-мембран-
ного комплекса [1]. Инкубация эритроцитов чело-
века и быка при 49°С приводит к денатурации
цитоскелетных белков, в частности спектрина [14],
который является основным белковым компо-
нентом эритроцитарного цитоскелета, формиру-
ющим филаментную сеть на цитоплазматической
поверхности мембраны [11]. Поэтому модифи-
кация его состояния в значительной степени будет
определять чувствительность клеток к действию
различных стрессовых факторов.
Needs of veterinary practice in cryopreserved blood
stipulate the studying of erythrocyte sensitivity of dif-
ferent animal species to a change in osmotic and tem-
perature medium factors, which are considered as the
main causes of erythrocyte damage under freezing [2].
Erythrocyte sensitivity to a damaging effect of
stress factors is believed to be determined by the state
of their cytoskeleton-membrane complex [1]. Human
and bovine erythrocyte incubation at 49°C results in
denaturation of cytoskeletal proteins, in particular,
spectrin [14], which is the main protein component of
erythrocyte cytoskeleton, forming a filament network
on membrane cytoplasmic surface [11]. Therefore the
modification of its state will significantly determine the
cell sensitivity to the effect of various stress factors.
In contrast to many mammalian erythrocytes the
equine ones are free of band 4.2 protein, being one of
cytoskeletal complex components [10]. This protein is
bound with band 3 protein cytoplasmic domain and
interacts with ankyrin in human erythrocytes [17].
* Àâòîð, êîòîðîìó íåîáõîäèìî íàïðàâëÿòü êîððåñïîíäåíöèþ:
óë. Ïåðåÿñëàâñêàÿ, 23, ã. Õàðüêîâ, Óêðàèíà 61015; òåë.:+38
(057) 373-41-35, ôàêñ: +38 (057) 373-30-84, ýëåêòðîííàÿ ïî÷òà:
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
Èíñòèòóò ïðîáëåì êðèîáèîëîãèè è êðèîìåäèöèíû
ÍÀÍ Óêðàèíû, ã. Õàðüêîâ
50 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, ¹1
ÏÐÎÁËÅÌÛ
ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ
Ò. 19, 2009, ¹1
В отличие от многих эритроцитов млекопита-
ющих эритроциты лошади лишены одного из ком-
понентов цитоскелетного комплекса – белка полосы
4.2 [10]. Этот белок связывается с цитоплазмати-
ческим доменом белка полосы 3 и взаимодейст-
вует с анкирином в эритроцитах человека [17].
Представители различных классов амфифиль-
ных соединений при использовании их в микро-
молярных концентрациях способны снижать уро-
вень гипертонического гемолиза эритроцитов раз-
ных видов млекопитающих [3, 15]. Представляло
интерес исследовать активность веществ для
эритроцитов лошади, которые лишены белка поло-
сы 4.2 и содержат спектрин в денатурированной
форме (после инкубации при 49° С).
Цель работы – исследовать влияние предвари-
тельной инкубации эритроцитов лошади при 49° С
на их чувствительность к гипертоническому шоку
(4,0 М NaCl) и на эффективность амфифильных
соединений в указанных стрессовых условиях.
Ìàòåðèàëû è ìåòîäû
Объектами исследования были эритроциты ло-
шади, полученные из цельной крови, заготовлен-
ной на глюгицировом консерванте. После удаления
плазмы эритромассу дважды отмывали центри-
фугированием (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).
Все среды готовили на 0,01 М фосфатном буфе-
ре, рН 7,4.
В работе были использованы децилсульфат
натрия, додецил-β,D-мальтозид, трифторперазин
(Calbiochem, США) и реактивы отечественного
производства квалификации “х.ч.” и “ч.д.а.”.
Для гипертонического шока эритроцитов клетки
переносили в раствор, содержащий 4,0 М NaCl, на
5 мин при температуре 37 или 0°С (конечный
гематокрит 0,4%). Амфифильные соединения до-
бавляли в гипертоническую среду перед внесе-
нием в нее клеток [9].
Эритроциты лошади (гематокрит 25%) инкуби-
ровали при температуре 49°С в течение 10 мин.
Количество вышедшего в супернатант гемогло-
бина определяли спектрофотометрически при дли-
не волны 543 нм. За 100% принимали поглощение
пробы, в которую добавляли детергент тритон
Х-100 в концентрации 0,1%.
Максимальную антигемолитическую актив-
ность амфифильного соединения выражали как
процент снижения гемолиза клеток в присутствии
вещества по отношению к гемолизу в пробе, не
содержащей амфифил [6].
Экспериментальные результаты, полученные на
крови 6 животных, представлены как среднее
арифметическое ± стандартная ошибка среднего,
The representatives of different classes of amphi-
philic compounds when using them under micromolar
concentrations are capable to reduce the level of hyper-
tonic hemolysis in erythrocytes of different mammalian
species [3, 15]. Of interest was to study the activity of
substances for equine erythrocytes, free of band 4.2
protein and containing spectrin in a denatured form
(after incubation at 49°C).
The research was aimed to investigate the effect
of preliminary incubation of equine erythrocytes at 49°C
on their sensitivity to hypertonic stress (4.0 M NaCl)
and amphiphilic compound efficiency under the men-
tioned stress conditions.
Materials and methods
The equine erythrocytes, procured from a whole
blood, prepared with glygicir preservative, served as
the investigation object. After plasm removal the
erythromass was twice washed out with 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). All media were prepared with 0.01 M phosphate
buffer, pH 7.4.
Sodium decyl sulfate, dodecyl-β,D-maltoside,
trifluoroperazine (Calbiochem, USA) and home
produced reagents with “chemically pure” and “pure
for analysis” grades have been used in the research.
Cells were transferred into the 4.0 M NaCl-con-
taining solution for 5 min at 37 or 0°C (0.4% final he-
matocrit) for erythrocyte hypertonic stress. Amphiphilic
com-pounds were added into hypertonic medium prior
to cell introduction [9].
Equine erythrocytes (25% hematocrit) were incu-
bated at 49°C for 10 min.
The amount of hemoglobin, released into superna-
tant was spectrophotometrically determined at 543 nm
wavelength. Adsorption of the sample with added
0.1% X-100 triton detergent was assumed for 100%.
The maximum antihemolytic activity of amphiphilic
compound was expressed as the percentage of cell
hemolysis decrease at the substance presence in res-
pect of hemoglobin in the amphiphile-free sample [6].
The experimental results, obtained in blood of 6 ani-
mals are presented as an mean ± standard error, M±m.
Results were processed with the Mann-Whitney and
ANOVA tests. Difference between data of groups
was considered as statistically significant at P < 0.05.
Results and discussion
In order to investigate the equine erythrocyte
sensitivity to hypertonic stress, cells were transferred
into the 4.0 M NaCl-containing medium (Fig. 1). The
level of erythrocyte hypertonic lysis at 37 and 0°C was
62 and 15%, correspondingly.
Hypertonic hemolysis of erythrocytes, preliminary
subjected to incubation at 49°C significantly depends
51 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, ¹1
ÏÐÎÁËÅÌÛ
ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ
Ò. 19, 2009, ¹1
M±m. Анализ результатов проводили с помощью
Манна-Уитни и ANOVA тестов. Разброс между
группами считали статистически достоверным при
Р < 0,05.
Ðåçóëüòàòû è îáñóæäåíèå
Для изучения чувствительности эритроцитов
лошади к гипертоническому стрессу клетки пере-
носили в среду, содержащую 4,0 М NaCl (рис.1).
Видно, что при температуре 37°С уровень гипер-
тонического лизиса эритроцитов составляет 62%,
а при 0°С– 15%.
Гипертонический гемолиз эритроцитов, которые
предварительно подвергали инкубации при 49°С, в
значительной степени зависит от температуры
гипертонического раствора (рис. 1). При 37°С наб-
людается снижение уровня гемолиза эритроцитов,
модифицированных температурой (49°С), а при 0°С
отмечается рост повреждения клеток по сравне-
нию с контрольными значениями. Полученные ре-
зультаты согласуются с данными, представленны-
ми в работе [4].
Для изучения влияния амфифильных соедине-
ний на развитие гипертонического гемолиза эрит-
роцитов лошади были использованы представи-
тели анионных веществ децилсульфат натрия (С10),
неионных – додецил-β,D-мальтозид (ДМ) и катион-
ных – трифторперазин (ТФП). Для каждого сое-
динения были сняты концентрационные зави-
симости гипертонического гемолиза эритроцитов
лошади (4,0 М NaCl, температура 37 и 0°С). Из
них определяли эффективные концентрации, соот-
ветствующие величинам максимальной антигемо-
литической активности (АГмакс) этих соединений.
На рис. 2 представлены величины АГмакс амфи-
фильных соединений в условиях гипертонического
лизиса эритроцитов лошади при 37°С. Для натив-
ных клеток используемые вещества проявляют
высокую эффективность (70–85%). В результате
инкубации клеток при 49°С модификация белков
цитоскелета эритроцитов приводит к снижению в
различной степени антигемолитической актив-
ности всех амфифильных соединений в условиях
гипертонического стресса. По степени снижения
эффективности вещества можно расположить в
ряд: ТФП < С10 < ДМ. Таким образом, модифи-
кация цитоскелет-мембранного комплекса, обус-
ловленная денатурацией основного цитоскелетного
белка – спектрина, в меньшей степени отражается
на способности заряженных амфифильных соеди-
нений защищать клетки от гипертонического пов-
реждения при 37°С.
Снижение температуры эксперимента до 0°С
(рис. 3) приводит к уменьшению величин антигемо-
литической активности С10 и ДМ, но эффектив-
ность положительно заряженного ТФП практичес-
Рис. 1. Влияние предварительной инкубации эритро-
цитов лошади при 49°С на гипертонический гемолиз
(4,0 М NaCl) при температуре 37 и 0°С: – контроль; –
клетки, предварительно инкубированные при 49°С; * –
различия достоверны по сравнению с контролем, Р < 0,05.
Fig. 1. Effect of preliminary incubation of equine erythro-
cytes at 49°C on hypertonic hemolysis (4.0 M NaCl) at 37
and 0°C: – control; – cells, preliminary incubated at
49°C; * – statistically significant differences compared to
the control, P<0.05.
37 0
Температура, °С
Temperature, °С
Ге
м
ол
из
,
%
H
em
ol
ys
is
,
%
0
20
40
60
80
100
*
on hypertonic solution temperature (Fig. 1). A decrease
in hemolysis level of temperature-modified erythro-
cytes (49°C) is observed at 37°C but a growth in cell
damage compared to the control values is noted at
0°C. The results obtained are consistent to the data,
reported in the paper [4].
Such representatives of anion substances as: sodium
decyl sulfate (C10), non-ion one: dodecyl-β,D-maltoside
(DM) and cation: trifluoroperazine (TFP) were used
for studying the effect of amphiphilic compounds on
hypertonic hemolysis development in equine erythro-
cytes. For each compound we registered the concent-
ration dependencies of equine erythrocyte hypertonic
hemolysis (4.0 M NaCl, 37 and 0°C). Among them
the efficient concentrations, corresponding to the maxi-
mum antihemolytic activity values (AHmax) of these
compounds, were determined.
The Fig. 2 shows the AHmax values of amphiphilic
compounds under equine erythrocyte hypertonic lysis
at 37°C. The used substances manifest a high
efficiency (70–85%) for native cells. As a result of
cell incubation at 49°C the modification of erythrocyte
cytoskeletal proteins results in a decrease in different
extent of antihemolytic activity of all amphiphilic
compounds under hypertonic stress conditions. By the
extent of efficiency decrease the substances may be
placed in series as follows: TFP < C10 < DM. Thus,
the modification of cytoskeleton-membrane complex,
stipulated by a denaturation of the main cytoskeletal
52 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, ¹1
ÏÐÎÁËÅÌÛ
ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ
Ò. 19, 2009, ¹1
Рис. 3. Антигемолитическая активность амфифильных
веществ в условиях гипертонического гемолиза (4,0 М
NaCl) эритроцитов лошади при температуре 0°С: –
контроль; – клетки, предварительно инкубированные
при 49°С. На оси представлены эффективные концент-
рации используемых амфифильных соединений.
Fig. 3. Antihemolytic activity of amphiphilic substances
under hypertonic hemolysis (4.0 NaCl) of equine erythro-
cytes at 0°C: – control; – cells, preliminary incubated
at 49°C. The efficient concentrations of studied amphiphilic
compounds are shown in the axis.
protein: spectrin, affects in a less extent the ability of
charged amphiphil compounds to protect cells against
hypertonic damage at 37°C.
The experimental temperature decrease down to
0°C (Fig. 3) results in a reduction of C10 and DM
antihemolytic activity values but the efficiency of
positively charged TFP is not practically temperature-
dependent under hypertonic stress of unmodified equi-
ne erythrocytes.
When the erythrocytes, preliminary exposed at
49°C are subjected to hypertonic stress at 0°C, an
approximate two-fold decrease in C10, DM and TFP
antihemolytic activity is observed. Thus, spectrin dena-
turation results in an equal extent of antihemolytic acti-
vity decrease in studied substances with different
physical and chemical characteristics under erythrocyte
hypertonic stress conditions at low temperature.
The processes, stipulating the transmembrane pore
formation, comparable by size with hemoglobin mole-
cules, are in the base of hypertonic stress damaging
effect. The process of transmembrane defect forma-
tion proceeds much easily at 37 than at 0°C. Under
low temperature in the membrane, characterizing by a
denser package of its components (lipids) in a lateral
plane, the processes of defect origination and its follow-
ing development look like inhibited.
An increase in both ion strength and temperature
results in a decrease of protein cytoskeleton relative
ки не зависит от температуры при гипертоническом
стрессе немодифицированных эритроцитов лошади.
Когда гипертоническому стрессу при 0°С под-
вергаются эритроциты, которые предварительно
находились при 49°С, наблюдается снижение
антигемолитической активности С10, ДМ и ТФП
примерно в 2 раза. Таким образом, в условиях
гипертонического шока эритроцитов при низкой
температуре денатурация спектрина приводит к
одинаковой степени снижения антигемолитической
активности исследуемых веществ, имеющих
различные физико-химические характеристики.
В основе повреждающего действия гипертони-
ческого стресса лежат процессы, обусловливаю-
щие формирование трансмембранных пор, соизме-
римых по размерам с молекулами гемоглобина.
Процесс образования трансмембранных дефектов
при 37°С протекает гораздо легче, чем при 0°С.
Похоже, что при низкой температуре в мембране,
характеризующейся более плотной упаковкой
своих компонентов (липидов) в латеральной плос-
кости, процессы зарождения дефектов и последую-
щего их развития заторможены.
Повышение как ионной силы, так и темпе-
ратуры приводит к уменьшению относительных
размеров белкового цитокаркаса [16]. Следова-
тельно, в условиях гипертонического шока при
37°С уменьшение размеров цитоскелетной сети
С10, 15 мкМ
C10, 15 µM
ДМ, 3 мкМ
DM, 3 µM
ТФП, 20 мкМ
TFP, 20 µM
АГ
ма
кс
, %
AH
m
ax
, %
0
20
40
60
80
100
0
20
40
60
80
100
Рис. 2. Антигемолитическая активность амфифильных
веществ в условиях гипертонического гемолиза (4,0 М
NaCl) эритроцитов лошади при температуре 37°С: –
контроль; – клетки, предварительно инкубированные
при 49°С; * – различия достоверны по сравнению с
контролем, Р < 0,05. На оси представлены эффективные
концентрации используемых амфифильных соединений.
Fig. 2. Antihemolytic activity of amphiphilic substances
under hypertonic hemolysis (4.0 NaCl) of equine erythro-
cytes at 37°C: – control; – cells, preliminary incubated
at 49°C; * – statistically significant differences compared
to the control, P < 0.05. The efficient concentrations of stu-
died amphiphilic compounds are shown in the axis.
АГ
м
ак
с,
%
AH
m
ax
, %
С10, 40 мкМ
C10, 40 µM
ДМ, 3 мкМ
DM, 3 µM
ТФП, 20 мкМ
TFP, 20 µM
*
53
должно быть выражено в большей степени, чем
при 0°С. Можно полагать, что в гипертонических
условиях при 37°С белки цитоскелета, находя-
щиеся на внутренней поверхности мембраны,
оказывают более выраженный стабилизирующий
эффект на образовавшиеся мембранные поры, чем
при 0°С.
Инкубация эритроцитов человека при темпера-
туре выше 48°С приводит к денатурации спект-
рина, вследствие чего увеличивается модуль элас-
тического сдвига мембраны и уменьшается ее те-
кучесть [13]. Однако и после денатурации спектрин
сохраняет остаточную структурную целостность
[11]. Чувствительность эритроцитов, термически
модифицированных, к гипертоническому стрессу
в значительной степени определяется температур-
ными условиями эксперимента (см. рис. 1). По-
видимому, изменения структурно-динамических
характеристик цитоскелет-мембранного комплек-
са эритроцитов лошади в результате высокотемпе-
ратурной (49°С) инкубации по-разному прояв-
ляются в условиях их гипертонического поврежде-
ния при 37 и 0°С.
Представители разных классов амфифильных
соединений оказывают защитный эффект при
действии различных стрессовых факторов на эрит-
роциты млекопитающих [7, 9, 12]. Положительно
заряженные молекулы ТФП при встраивании в
эритроцитарную мембрану распределяются во
внутреннем монослое липидного бислоя эритроци-
тарной мембраны, что на макроскопическом уров-
не проявляется в изменении формы эритроцита по
типу дискоцит-стоматоцит [5]. В основе распреде-
ления ТФП лежит электростатическое взаимо-
действие между положительно заряженными мо-
лекулами амфифильного соединения и отрицатель-
но заряженным внутренним монослоем, содержа-
щим фосфатидилсерин. С10 и ДМ, относящиеся к
анионным и неионным амфифилам, соответственно
встраиваются и распределяются во внешнем мо-
нослое липидного бислоя мембраны, что сопровож-
дается трансформацией эритроцитов по типу дис-
коцит-эхиноцит [5].
Антигемолитический эффект амфифильных
соединений связывают со способностью их моле-
кул при встраивании в эритроцитарную мембрану
разупорядочивать ее структуру и препятствовать
развитию трансмембранных дефектов до размера
гемолитических пор [8, 12]. Встраивание и распре-
деление экзогенных амфифильных молекул в
значительной степени определяются как состо-
янием эритроцитарной мембраны, так и их физико-
химическими свойствами. Более жесткая струк-
тура плазматической мембраны при 0°С приводит
к снижению способности амфифилов разупоря-
дочивать мембрану, что проявляется в снижении
sizes [16]. Consequently, size decrease in cytoskeletal
network should be much more expressed under hy-
pertonic stress at 37 than at 0°C. The cytoskeletal pro-
teins, being on inner membrane surface, are believed
to cause more manifested stabilizing effect on the for-
med membrane pores under hypertonic conditions at
37 vs. 0°C.
Human erythrocyte incubation at temperatures
higher than 48°C results in spectrin denaturation, due
to that an elastic shift modulus of membrane increases
and its fluidity decreases [13]. However spectrin pre-
serves a residual structural integrity even after denatu-
ration [11]. The sensitivity of heat-modified erythrocy-
tes to hypertonic stress is mostly determined by experi-
mental temperature conditions (see Fig. 1). Apparently,
the changes in structural and dynamic characteristics
of cytoskeletal and membrane complex of equine eryth-
rocytes as a result of high-temperature incubation
(49°C) are differently manifested under conditions of
their hypertonic damage at 37 and 0°C.
The representatives of different classes of amphi-
philic compounds cause a protective effect under
various stress factors on mammalian erythrocytes [7,
9, 12]. The positively charged TFP molecules when
building into erythrocyte membrane are spread in inner
monolayer of erythrocyte membrane lipid bilayer, that
is macroscopically manifested in a changed erythrocyte
shape by discocyte-stomatocyte type [5]. The TFP
distribution is based on electrostatic interaction between
positively charged molecules of amphiphilic compound
and negatively charged phosphatidyl serine-containing
inner monolayer. C10 and DM, referred to anion and
non-anion amphiphils, correspondingly, are built and
spread into external monolayer of membrane bilayer,
that is accompanied with erythrocyte transformation
by discocyte-echinocyte type [5].
Antihemolytic effect of amphiphilic compounds is
associated to the capability of their molecules to
disorder its structure and prevent transmembrane de-
fect development up to the hemolytic pore size when
these compounds incorporate into erythrocyte mem-
brane[8, 12]. Incorporation and distribution of exoge-
nous amphiphilic molecules are mostly determined by
both erythrocyte membrane state and their physical
and chemical properties. More rigid plasmatic membra-
ne structure at 0°C results in a decrease of amphiphile
ability for membrane disordering, manifesting in lowe-
ring the efficient concentration values and the ones
for antihemolytic activity of substances. Spectrin dena-
turation reduces the erythrocyte membrane fluidity
[13]. Antihemolytic activity decrease in all studied
amphiphil compounds under hypertonic stress condi-
tions of modified erythrocytes both at 37 and 0°C testi-
fies to the fact, that the changes in structural and dyna-
mic state of cytoskeleton as a result of spectrin denatu-
ration leads in erythrocyte membrane hardening.
PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, ¹1
ÏÐÎÁËÅÌÛ
ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ
Ò. 19, 2009, ¹1
54 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, ¹1
ÏÐÎÁËÅÌÛ
ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ
Ò. 19, 2009, ¹1
Conclusions
1. Equine erythrocyte sensitivity to hypertonic
stress at 37°C is higher than at 0°C. Cell incubation at
49°C, resulting in spectrin denaturation, reduces the
level of erythrocyte hypertonic damage at 37°C and
increases it at 0°C.
Meanwhile the TFP antihemolytic activity does not
depend on experimental temperature, the C10 and DM
efficiency under hypertonic stress condition of equine
erythrocytes is higher at 37 than at 0°C. Cell incubation
at 49°C results in a decrease in the maximum anti-
hemolytic activity of amphiphilic substances both at
37 and 0°C.
References
Belous A.M., Bondarenko V.A. Structural changes in biological
membranes under cooling.– Kiev: Naukova dumka, 1982.–
255 p.
Belous A.M., Grischenko V.I. Cryobiology.– Kiev: Naukova
dumka, 1994.– 432 p.
Ershov S.S., Orlova N.V., Shpakova N.M. Mammalian erythro-
cyte sensitivity to change in temperature and osmotic medium
conditions // Problems of Cryobiology.– 2004.– N3.– P. 51–
57.
Ershov S.S., Shpakova N.M. Effect of preliminary incubation
at 49°C and phenylhydrazine treatment on hypertonic stress
and hypertonic cryohemolysis levels in mammalian eryth-
rocytes // Abstract book of the 2nd Meeting of Ukrainian Society
of Cell Biology.– Kiev, 2007.– P. 62.
Kuleshova L.G., Orlova N.V., Shpakova N.M. Antihemolytic
and transforming activity of amphiphilic compounds // Prob-
lems of Cryobiology.– 2001.– N1.– P. 9–15.
Orlova N.V., Shpakova N.M. To the question about protective
action of amphiphil compounds under erythrocyte hypertonic
hemolysis // Fiziol. Zhurnal.– 2006.– N1.– P. 55–61.
Pisarenko N.A., Shpakova N.M., Orlova N.V. Effect of
amphiphil compounds on hypertonic stress of human and
bovine erythrocytes // Vestnik Kharkov. Univ. Series: Biolo-
gy.– 2007.– N768.– P. 145–149.
Tsymbal L.V., Orlova N.V., Shpakova N.M. Modification with
chlorpromazine of structural and functional state of erythrocyte
membranes // Biol. Membrany.– 2005.– Vol. 22, N2.– P. 105–
113.
Shpakova N.M., Pantaler E.R., Bondarenko V.A. Antihemolytic
effect of chlorpromazine under hypertonic and cold stress
of erythrocytes // Biokhimiya.– 1995.– Vol. 60, N10.– P. 1624–
1631.
Baskurt O.K., Farley R.A., Meiselman H.J. Erythrocyte
aggregation tendency and cellular properties in horse, human,
and rat: a comparative study // Am. J. Physiol.– 1997.–
Vol. 273, N6, Pt. 2.– P. H2604–H2612.
Chakrabarti A., Kelkar D.A., Chattopadhyay A. Spectrin
organization and dynamics: new insights // Biosci. Rep.–
2006.– Vol. 26, N6.– P. 369–386.
Hagerstrand H., Isomaa B. Amphiphile-induced antihaemolysis
is not causally related to shape changes and vesiculation //
Chem. Biol. Inter.– 1991.– Vol. 79, N3.– P. 335–347.
Kucera W., Meier W., Lerche D. Influence of heat-induced
changes in the mechanical properties of the membrane on
the filterability of human erythrocytes // Biomed. Biochim.
Acta.– 1986.– Vol. 45, N3.– P. 353–358.
Mosior M., Bobrowska M., Gomulkiewicz J. Effect of the
level of ATP and of the state of spectrin on osmotic properties
of bovine erythrocyte // Biochim. Biophys. Acta.– 1990.–
Vol. 1022, N3.– P. 355–360.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Литература
Белоус А.М., Бондаренко В.А. Структурные изменения
биологических мембран при охлаждении.– Киев: Наук.
думка, 1982.– 255 с.
Белоус А.М., Грищенко В.И. Криобиология.– Киев: Наук.
думка, 1994.– 432 с.
Ершов С.С., Орлова Н.В., Шпакова Н.М. Чувствительность
эритроцитов млекопитающих к изменению температур-
ных и осмотических условий среды // Пробл. крио-
биологии.– 2004.– Т.14, № 3.– С. 51–57.
Єршов С.С., Шпакова Н.М. Вплив попередньої інкубації
при температурі 49°С та обробки фенілгідразином на рі-
вень гіпертонічного шоку та гіпертонічного кріогемолізу ерит-
роцитів ссавців // Збірник тез 2-го з’їзду Укр. товариства
клітинної біології.– Київ, 2007.– С. 62.
Кулешова Л.Г., Орлова Н.В., Шпакова Н.М. Антигемоли-
тическая и трансформирующая активность амфифильных
соединений // Пробл. криобиологии.– 2001.– Т. 11, №1.–
С. 9–15.
Орлова Н.В., Шпакова Н.М. До питання про механізм
захисної дії амфіфільних сполук в умовах гіпертонічного
гемолізу еритроцитів // Фізіолог. журнал.– 2006.– №1.–
С. 55–61.
Писаренко Н.А., Шпакова Н.М.., Орлова Н.В. Влияние
амфифильных соединений на гипертонический стресс
эритроцитов человека и быка // Вестник Харьков. ун-та.
Серия: “Биология”.– 2007.– №768.– С. 145–149.
Цымбал Л.В., Орлова Н.В., Шпакова Н.М. Модификация
хлорпромазином структурно-функционального состо-
яния мембран эритроцитов // Биол. мембраны.– 2005.–
Т. 22, № 2.– С. 105–113.
Шпакова Н.М., Панталер Е.Р., Бондаренко В.А. Антигемо-
литический эффект хлорпромазина при гипертоническом
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
величин эффективных концентраций и значений
антигемолитической активности веществ. Дена-
турация спектрина уменьшает текучесть мембра-
ны эритроцитов [13]. Снижение антигемоли-
тической активности всех исследуемых амфифиль-
ных соединений в условиях гипертонического шока
модифицированных эритроцитов как при 37, так и
при 0°С свидетельствует, что изменения структурно-
динамического состояния цитоскелета в результате
денатурации спектрина приводит увеличению
жесткости эритроцитарной мембраны.
Âûâîäû
1. Чувствительность эритроцитов лошади к ги-
пертоническому стрессу при 37°С выше, чем при
0°С. Инкубация клеток при 49°С, приводящая к
денатурации спектрина, снижает уровень гипер-
тонического повреждения эритроцитов при 37 и
повышает при 0°С.
2. В то время как антигемолитическая актив-
ность ТФП не зависит от температуры экспери-
мента, эффективность С10 и ДМ в условиях гипер-
тонического стресса эритроцитов лошади выше при
37, чем при 0°С. Инкубация клеток при 49°С
приводит к снижению максимальной антиге-
молитической активности амфифильных веществ
как при 37, так и при 0°С.
55 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, ¹1
ÏÐÎÁËÅÌÛ
ÊÐÈÎÁÈÎËÎÃÈÈ
Ò. 19, 2009, ¹1
и холодовом шоке эритроцитов // Биохимия.– 1995.– Т. 60,
№ 10.– C. 1624–1631.
Baskurt O.K., Farley R.A., Meiselman H.J. Erythrocyte
aggregation tendency and cellular properties in horse, human,
and rat: a comparative study // Am. J. Physiol.– 1997.–
Vol. 273, N6, Pt. 2.– P. H2604–H2612.
Chakrabarti A., Kelkar D.A., Chattopadhyay A. Spectrin
organization and dynamics: new insights // Biosci. Rep.–
2006.– Vol. 26, N6.– P. 369–386.
Hagerstrand H., Isomaa B. Amphiphile-induced antihaemolysis
is not causally related to shape changes and vesiculation //
Chem. Biol. Inter.– 1991.– Vol. 79, N3.– P. 335–347.
Kucera W., Meier W., Lerche D. Influence of heat-induced
changes in the mechanical properties of the membrane on
the filterability of human erythrocytes // Biomed. Biochim.
Acta.– 1986.– Vol. 45, N3.– P. 353–358.
Mosior M., Bobrowska M., Gomulkiewicz J. Effect of the
level of ATP and of the state of spectrin on osmotic properties
of bovine erythrocyte // Biochim. Biophys. Acta.– 1990.–
Vol. 1022, N3.– P. 355–360.
Synchykova O.P., Shpakova N.M., Bondarenko V.A. Effect
of alkyl-β, D-glucopyranosides on hypertonic haemolysis of
erythrocytes // Bioelectrochemistry.– 2004.– Vol.62.– P. 163–
167.
Vertessy B.G., Steck T.L. Elasticity of the human red cell
membrane skeleton. Effects of temperature and denaturants //
Biophys. J.– 1989.– Vol. 55, N2.– P. 255–262.
Yawata Y. Cell Membrane: The red blood cell as a model.–
Weinheim: WILEY-VCH Verlag, 2003.– 439 p.
Поступила 04.12.2007
Рецензент Н.Г. Землянских
Synchykova O.P., Shpakova N.M., Bondarenko V.A. Effect
of alkyl-β, D-glucopyranosides on hypertonic haemolysis of
erythrocytes // Bioelectrochemistry.– 2004.– Vol.62.– P. 163–
167.
Vertessy B.G., Steck T.L. Elasticity of the human red cell
membrane skeleton. Effects of temperature and denaturants //
Biophys. J.– 1989.– Vol. 55, N2.– P. 255–262.
Yawata Y. Cell Membrane: The red blood cell as a model.–
Weinheim: WILEY-VCH Verlag, 2003.– 439 p.
Accepted in 04.12.2007
15.
16.
17.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-5391 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7673 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T22:11:35Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шпакова, Н.М. Писаренко, Н.А. Орлова, Н.В. 2010-01-18T14:40:19Z 2010-01-18T14:40:19Z 2009 Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса / Н.М. Шпакова, Н.А. Писаренко, Н.В. Орлова // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 1. — С. 49-55. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5391 57.043:591.111.1 Исследовано влияние амфифильных соединений (С10, ДМ, ТФП) и тепловой предобработки эритроцитов лошади (49°C) на чувствительность клеток к гипертоническому шоку (4,0 М NaCl). Показано, что все амфифильные соединения снижают уровень гипертонического гемолиза эритроцитов лошади. Инкубация эритроцитов при 49°С, приводящая к денатурации спектрина, уменьшает уровень гипертонического повреждения эритроцитов при 37 и повышает при 0°С. В указанных условиях наблюдается снижение эффективности всех исследуемых амфифильных соединений. Досліджено вплив амфіфільних сполук (С10, ДМ, ТФП) та теплової обробки еритроцитів коня (49°C) на чутливість клітин до гіпертонічного шоку (4,0 М NaCl). Показано, що всі амфіфільні сполуки зменшують рівень гіпертонічного гемолізу еритроцитів коня. Інкубація еритроцитів при 49°С, що призводить до денатурації спектрину, зменшує рівень гіпертонічного пошкодження еритроцитів при 37 та підвищує при 0°С. В зазначених умовах спостерігається зниження ефективності усіх досліджуваних амфіфільних сполук. The effect of amphiphilic compounds (C10, DM, TFP) and heat preliminary treatment of equine erythrocytes (49°C) on cell sensitivity to hypertonic stress (4.0 M NaCl) has been investigated. All amphiphilic compounds were shown as reducing the level of hypertonic hemolysis in equine erythrocytes. Erythrocyte incubation at 49°C, resulting in spectrin denaturation, reduces the level of erythrocyte hypertonic damage at 37°C and increases it at 0°C. A decrease in the efficiency of all studied amphiphilic compounds is observed under the mentioned conditions. ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Теоретическая и экспериментальная криобиология Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса Effect of Equine Erythrocyte Incubation at 49°C on Amphiphil Substance Efficiency Under Hypertonic Stress Conditions Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса Шпакова, Н.М. Писаренко, Н.А. Орлова, Н.В. Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| title | Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса |
| title_alt | Effect of Equine Erythrocyte Incubation at 49°C on Amphiphil Substance Efficiency Under Hypertonic Stress Conditions |
| title_full | Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса |
| title_fullStr | Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса |
| title_full_unstemmed | Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса |
| title_short | Влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°С на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса |
| title_sort | влияние инкубации эритроцитов лошади при 49°с на эффективность амфифильных веществ в условиях гипертонического стресса |
| topic | Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| topic_facet | Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5391 |
| work_keys_str_mv | AT špakovanm vliânieinkubaciiéritrocitovlošadipri49snaéffektivnostʹamfifilʹnyhveŝestvvusloviâhgipertoničeskogostressa AT pisarenkona vliânieinkubaciiéritrocitovlošadipri49snaéffektivnostʹamfifilʹnyhveŝestvvusloviâhgipertoničeskogostressa AT orlovanv vliânieinkubaciiéritrocitovlošadipri49snaéffektivnostʹamfifilʹnyhveŝestvvusloviâhgipertoničeskogostressa AT špakovanm effectofequineerythrocyteincubationat49conamphiphilsubstanceefficiencyunderhypertonicstressconditions AT pisarenkona effectofequineerythrocyteincubationat49conamphiphilsubstanceefficiencyunderhypertonicstressconditions AT orlovanv effectofequineerythrocyteincubationat49conamphiphilsubstanceefficiencyunderhypertonicstressconditions |