Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ХАРАКТЕРИСТИКА ЭРИТРОЦИТОВ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ

Муравлёва Л.Е. 1 Молотов-Лучанский В.Б. 1 Бакирова Р.Е. 1 Клюев Д.А. 1 Муравлёв В.К. 2
1 Карагандинский государственный медицинский университет
2 Карагандинский государственный технический университет
Анализируются результаты исследования эритроцитов крови больных хронической обструктивной болезнью легких (ХОБЛ). Одно направление исследований связано с изучением окислительного стресса. Показано изменение активности ферментов антиоксидантной защиты, содержания разных форм гемоглобина, включая метгемоглобин, продуктов перекисного окисления липидов в эритроцитах больных ХОБЛ. Другое направление связано с изучением физико-химических показателей эритроцитов. Обсуждаются данные об изменении формы эритроцитов, их электрофоретической подвижности при ХОБЛ. В то же время имеются определенные различия по направленности изменения ряда биохимических показателей в эритроцитах. Вероятно, это связано с тем, что при выполнении исследований или при интерпретации результатов не учитывались клинические формы ХОБЛ, стадии и степень тяжести. Дальнейшее изучение метаболизма и физико-химических свойств эритроцитов является перспективным для понимания механизмов прогрессирования ХОБЛ.
эритроциты
хроническая обструктивная болезнь легких
метаболизм
физико-химические свойства
1. Белки эритроцитов. Миниобзор. / Л.Е. Муравлёва, В.Б. Молотов-Лучанский, Д.А. Клюев и соавт. // Успехи современного естествознании. - 2013. - № 4. - С. 28-31.
2. Корноухова И.В. Клинико-диагностическое значение исследований эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов у мужчин, больных хронической обструктивной болезнью легких: автореф. дисс. … канд. мед. наук. - Астрахань, 2003. - 23 с.
3.Мишина Н.А. Патогенетическая связь между тяжестью течения ХОБЛ, индексом курильщика и системными изменениями показателей красной крови // Аспирантские чтения-2009: тр. региональной конф. Молодые учёные - медицине. - Самара, 2009. - С. 132-135.
4. Мишина Н.А. Особенности формирования окислительного стресса в эритроцитах крови у больных хронической обструктивной болезнью лёгких // Аспирантский вестник Поволжья. - 2009. - № 7-8. - С. 42-47.
5. Мишина Н.А. Структурно-функциональное состояние мембран эритроцитов крови у больных ХОБЛ с выраженным эритроцитозом // Аспирантский вестник Поволжья. - 2010. - № 7-8. - С. 64-69.
6.Мишина, Н.А. Оксидантно-антиоксидантный статус эритроцитов при хронической обструктивной болезни лёгких / Н.А. Мишина, И.Л. Давыдкин, В.И. Купаев // Вестник Российского университета дружбы народов. - 2010. - № 4. - С. 354-357.
7. Привалова, Е.В. Морфологические характеристики эритроцитов у курильщиков с хронической обструктивной болезнью легких / Е.В. Привалова, Т.В. Вавилова, Н.А. Кузубова // Пульмонология. - 2008. - № 6. - С. 48-52.
8. Привалова, Е.В. Лабораторная оценка циркулирующего пула эритроцитов у больных хронической обструктивной болезнью легких и курильщиков / Е.В. Привалова, Т.В. Вавилова, Н.А. Кузубова // Болезни органов дыхания. - 2009. - № 1. - С. 46-53.
9. Реологические и морфологические показатели крови в оценке тяжести течения и эффективности лечения бронхолегочных и сердечно-сосудистых заболеваний /О.Н. Ветчинникова, Г.В. Плаксина, Р.В. Горенков, Н.Г. Морозова // Гематология и трансфузиология. - 2000. - № 5. - С. 29-33.
10. Структурно-функциональные свойства эритроцитов периферической крови /И.Л. Давыдкин, А.В. Селезнёв, Е.П. Ромашева, Н. А. Мишина // Основы клинической гемостазиологии: монография / И.Л. Давыдкин, В.А. Кондурцев, Т.Ю. Степанова, С.А. Бобылев. - Самара: ООО Офорт, 2009. - С. 77-96.
11. Цыбжитова Э.Б. Морфофункциональная характеристика периферического звена эритрона больных хроническими неспецифическими заболеваниями легких в динамике лечения: автореф. дисс. … канд. мед. наук. - М., 2010. - 25 с.
12. Цыбжитова, Э.Б. Электрофоретическая подвижность эритроцитов у больных с хроническими заболеваниями легких / Э.Б. Цыбжитова, Т.Г. Сарычева, О.В. Попова // Клиническая лабораторная диагностика. - 2008. - № 9. - С.74.
13. Barvitenko N.N., Adragna N.C., Weber R.E. Erythrocyte Signal Transduction Pathways, their Oxygenation Dependence and Functional Significance // Cell Physiol. Biochem. 2005. № 15. P. 1-18.
14. Campanella M.E., Chu H., Low P.S. Assembly and regulation of a glycolytic enzyme complex on the human erythrocyte membrane // PNAS. 2005. Vol. 102, № 7. P. 2402-2407.
15. Comparison of changes in erythrocyte and platelet phospholipid and fatty acid composition and protein oxidation in chronic obstructive pulmonary disease and asthma / De Castro J., Hern?ndez-Hern?ndez A., Rodr?guez M.C. et. al. // Platelets. 2007 (1). P.43-51.
16. Defective adaption of erythrocytes during acute hypoxia injury in an elderly population / D. de Gonzalo-Calvo., K. Neitzert, M. Fern?ndez, I. Vega-Naredo et al. // Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2011. 66 (4). P.376-384
17. Glutathione cycle in stable chronic obstructive pulmonary disease // V.R. Biljak, L. Rumora, I. Cepelak et al. // Cell Biochem Funct. 2010. (6). P.448-453.
18. Hypoxia-Induced Post-Translational Changes in Red Blood Cell Protein Map of Newborns /B. Marzocchi, L. Ciccoli, C. Tani et al. // Pediatric Research. 2005. 58. P. 660-665.
19. Hypoxia limits antioxidant capacity in red blood cells by altering glycolytic pathway dominance / S. C. Rogers, A. Said, D. Corcuera et. Al. // The FASEB Journal. 2009. Vol. 23. N. 9. P. 3159-3170.
20. Kennett E.C., Kuchel P.W. Redox reactions and electron transfer across the red cell membrane // IUBMB Life. 2003. 55 (7). P. 375-385.
21. Metabolic disorders in patients with chronic obstructive pulmonary disease / E.P. Kalinina, E.M. Ivanov, V.I. Ian'kova, T.I. Vitkina // Ter. Arkh. 2007. 79 (3). P.15-17.
22. Modification of the fatty acid composition of the erythrocyte membrane in patients with chronic respiratory diseases / T.P. Novgorodtseva, Y.K. Denisenko, N.V. Zhukova et al. // Lipids Health Dis. 2013; 12. P.117.
23. Profiling the erythrocyte membrane proteome isolated from patients diagnosed with chronic obstructive pulmonary disease /Alexandre BM, Charro N, Blonder J et al. //J Proteomics. - 2012.- 5; 76 Spec N. - P.259-69.
24.Oxidative stress in patients with COPD and pulmonary hypertension /J. P, Petr?sov?, D. Stanc?k, B. Dorkov?, Z. Tk?cov? // Wien Klin Wochenschr. 2007; 119 (13-14). P.428-434.
25. Oxidative stress and antioxidant status in chronic obstructive pulmonary disease patients / K. Nagaraj, H. Chandrakanth, A. Pyati, S. Murthy // IJPBS. 2011. Vol. 1. Issue 4. P. 447-456. 26. RBC membrane damage and decreased band 3 phospho-tyrosine phosphatase activity are markers of COPD progression / Y.D. Torres-Ramos, A.M. Guzman-Grenfell, А. Montoya-Estrada et al. // Front Biosci. 2010. 2. P.1385-93.
26. Structural Alterations in Erythrocytes from Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease / M.T. Santini, E. Straface, A. Cipri, M. et. al. // Haemostasis.-1997.27. P.201-210
27. The levels of oxidant and antioxidant in patients with COPD / E. Altunta?, Turgut, N. Ilhan et. Al. // Tuberk Toraks. 2003. 51(4). P. 373-379.
28.Torres-Ramos Y.D., Montoya-Estrada A., Hicks G.J.J. Erythrocyte dysfunction in tissue hypoxia in patients with COPD and its relationship with oxidative stress //Rev. Inst. Nal. Enf. Resp. Mex. 2009.22 (4). P. 356-365.
29. Urban PM2.5 activates GAPDH and induces RBC damage in COPD patients /A. Montoya-Estrada, Y.D. Torres-Ramos, A. Flores-Pliego et al. // Front Biosci (Schol Ed). 2013. 5. P.638-649.
В физиологических условиях эритроцит человека является эластичным двояковогнутым диском. Высокое и стабилизированное отношение площади поверхности к объему позволяет красным клеткам менять форму, проходя по узким капиллярам в процессе выполнения газотранспортной функции.

В последнее время благодаря интенсивному развитию протеомики описано много новых белков в эритроцитах, изучаются их белок-белковые взаимодействия и функции [1]. Это дает возможность установить новые аспекты в регуляции процессов метаболизма красных клеток.

Получены данные, демонстрирующие взаимозависимость между доменами белка 3 полосы, конформацией гемоглобина и метаболическими путями утилизации глюкозы в эритроцитах (гликолиз, пентозофосфатный путь). В условиях высокой оксигенации связывание гликолитических ферментов с белком 3 полосы ингибирует гликолиз при усилении пентозофосфатного пути. В условиях низкой оксигенации взаимодействие дезоксигемоглобина с белком 3 полосы приводит к усилению гликолиза и снижению пентозофосфатного пути [13; 14].

Высказано предположение о существовании систем транспорта электронов в мембранах эритроцитов; перенос восстановительных эквивалентов в обе стороны через мембрану эритроцитов дает возможность регулировать баланс окислительно- восстановительных реакций внутри красных клеток и в окружающей среде [20].

Метаболизм и физико-химические свойства эритроцитов исследуют при различных патологических состояниях и болезнях, в частности, при гипоксии.

Развитие гипоксии оказывает выраженное влияние на метаболический статус эритроцитов. Прежде всего, это проявляется развитием окислительного стресса, активацией гликолиза и накоплением 2,3 дифосфоглицерата. В условиях гипоксии происходит высвобождение железа из внутриклеточных белковых комплексов, что рассматривается как один из факторов активации окислительного стресса. Предположено, что в условиях гипоксии меняется фосфорилирование тирозиновых остатков белков эритроцитов, что оказывает влияние на внутриклеточную сигнализацию, метаболизм, а также на мембранный транспорт, объем клеток и их форму [18].

В условиях гипоксии окислительный стресс в эритроцитах существенно влияет на активность глицероальдегид -3-фосфатдегидрогеназы и активность белка 3 полосы [16].

Высказано предположение, что повышение дезоксигемоглобина может ограничивать устойчивость эритроцитов к окислительному стрессу. Эритроциты человека способны регулировать образование супероксиданионов в зависимости от напряжения кислорода и конформации гемоглобина. Конформация гемоглобина определяет переключение основных путей метаболизма глюкозы в эритроцитах, что вносит вклад в устойчивость эритроцитов к окислительному стрессу. Также высказано мнение, что конформация гемоглобина контролирует метаболизм не только глюкозы, но и тиолов в эритроцитах. В условиях гипоксии эритроциты демонстрировали снижение восстановительного потенциала системы глутатиона [19].

Другим приоритетным направлением медико-биологических исследований является изучение метаболизма и физико-химических свойств красных клеток при заболеваниях, сопровождающихся развитием гипоксии. Одним из таких заболеваний является хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).

В эритроцитах крови больных ХОБЛ зафиксировано существенное снижение активности глутатионпероксидазы при незначительном уменьшении активности супероксиддисмутазы и каталазы [24]. В цельной крови больных ХОБЛ обнаружено снижение уровня восстановленого глутатиона [25]. В то же время другие авторы указывали на снижение активности всех ключевых ферментов антиоксидантной защиты в эритроцитах крови больных ХОБЛ [21].

Подробное исследование состояния параметров окислительного стресса проведено в работах Мишиной Н.А. Она включила в обследование 3 группы больных со среднетяжелым течением ХОБЛ с нормоцитозом, с выраженным эритроцитозом и пациентов тяжелой стадии ХОБЛ без эритроцитоза. Установлены разнонаправленные изменения изучаемых показателей в эритроцитах крови больных ХОБЛ. Так, у больных со среднетяжелым течением ХОБЛ наблюдалось увеличение активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, метгемоглобинредуктазы, уровня восстановленного глутатиона. В то же время у больных тяжелой стадии ХОБЛ в эритроцитах наблюдалось снижение активности ферментов АОЗ, метгемоглобинредуктазы, уровня восстановленного глутатиона, при увеличении концентрации метгемоглобина и мембраносвязанного гемоглобина. Кроме того, в эритроцитах крови больных тяжелой стадии ХОБЛ снижался уровень витамина Е при увеличении содержания малонового диальдегида. Эти изменения развивались при нарастающем лактоацитозе. В эритроцитах больных с тяжелым течением ХОБЛ нарастала кластеризация белков при снижении концентрация SH-групп. У больных этой же группы снижался потенциал электродиффузионного пробоя эритроцитов, уменьшался индекс фильтруемости, но возрастала способность к агрегации. По мнению автора, окислительный стресс вызывает зависимое от тяжести ХОБЛ нарушение реологических свойств эритроцитов и формирование перекисно-модифицированной мембраны эритроцитов, что приводит к снижению активности мембраносвязанных ферментов и нарушению барьерной функции мембраны [3, 4, 5, 6, 10].

Изменение активности ферментов обмена глутатиона было зафиксировано и в исследовании V.R. Biljak et al. [17], которые показали, что в эритроцитах крови больных ХОБЛ средней и тяжелой степени активность глутатионредуктазы возрастала, а активность глутатионпероксидазы, наоборот, снижалась. В то же время не обнаружено разницы направленности и степени изменения активности этих ферментов у больных в зависимости от степени тяжести ХОБЛ [17].

Обнаружено увеличение активности глицеролальдегид-3-фосфатдегидрогеназы при снижении активности ферментов обмена глутатиона и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в эритроцитах крови больных ХОБЛ как средней, так и тяжелой степени. По мнению авторов, это свидетельствует о сохранении целостности эритроцитов (без гемолиза), но при этом влияло (ограничивало) на газотранспортные функции красных клеток [30].

Проведено сопоставление между степенью изменения показателей функции внешнего дыхания и окислительного стресса эритроцитов крови больных ХОБЛ. Показано, что снижение антиоксидантного потенциала эритроцитов не коррелировало с показателями функции внешнего дыхания [28].

Исследование белков мембран эритроцитов больных ХОБЛ показало снижение белка Chorein (VPS13A), что связывают с нарушением деформабильности эритроцитов. Также обнаружено снижение экспрессии метгемоглобинредуктазы, что повышает риск развития метгемоглобинемии у больных ХОБЛ [23].

Показано, что в эритроцитах крови больных ХОБЛ наряду с увеличением показателей окислительного стресса изменена активность 3-фосфотирозинфосфатазы и анионного обменника ФУ-1, что, по мнению авторов исследования, может влиять на ионный гомеостаз красных клеток [26].

В мембранах эритроцитов больных ХОБЛ зафиксирован рост карбониловых производных белков и изменение состава полиненасыщенных жирных кислот: снижение содержания арахидоновой кислоты при увеличении пальмитиновой кислоты. В то же время имеются данные об увеличении содержания арахидоновой кислоты при снижении уровня эйкозапентаеновой кислоты в мембранах эритроцитов больных ХОБЛ. На основании этих результатов авторами высказано предположение о нарушении соотношения про- и анти-воспалительных эйкозаноидов [22, 15].

Окислительный стресс в эритроцитах приводит к снижению их транспортной функции, способности гемоглобина связывать кислород вследствие образования метгемоглобина. Окислительное повреждение может затрагивать и мембранные белки, в том числе участвующие в транспорте ионов и в поддержании целостности мембраны [29].

Другим направлением является изучение физико-химических свойств эритроцитов крови больных ХОБЛ.

Корнауховой И.Ю. проведено детальное исследование красной крови у больных ХОБЛ. Ограничением данного исследования явился пол больных, так как обследование проводилось только у мужчин. Было установлено, что у подавляющего числа обследованных больных с ХОБЛ параметры гематокрита, гемоглобина, количества эритроцитов в периферической крови, объем эритроцитов и содержание гемоглобина в эритроците находились в пределах нормы. В то же время у 60 % больных ХОБЛ выявлялся метгемоглобин, у 80 % - сульфгемоглобин, увеличилось содержание гликозилированного гемоглобина и у 77 % обследуемых - фетального гемоглобина.

Большой интерес представляют результаты по изменению среднего объема эритроцитов: при утяжелении ХОБЛ средний объем эритроцитов составляет не более 81 фемтолитров. По мнению автора, снижение среднего объема эритроцитов является прогностическим критерием утяжеления ХОБЛ [2].

Е.В. Приваловой и соавт выявлена тенденция к снижению средней концентрации гемоглобина в эритроците у больных ХОБЛ [7,8].

Зафиксировано изменение формы эритроцитов крови больных ХОБЛ: снижение нормальных дискоцитов при увеличении эхиноцитов, сфероцитов, овалоцитов, а также появление каплевидных, мишеневидных и других дегенеративных форм [9, 11].

О снижении показателей электрофоретической подвижности эритроцитов крови больных ХОБЛ указано в работе Цыбжитовой Э.Б. и соавт. [12].

По мнению Santini M.T. et al. изменение формы эритроцитов и реологических свойств крови играет ключевую роль в течение ХОБЛ [27].

Нарушение структурно-функционального состояния эритроцитов может привести к снижению деформируемости, увеличению тенденции к агрегации, что усугубляет гемодинамические расстройства, провоцирует дальнейшие нарушения кислород-транспортной функции крови, способствуя нарастанию гипоксии [8]. Это позволило рассматривать изучение биофизических характеристик состояния эритроцитов у больных ХОБЛ различной степени тяжести как одно из перспективных направлений исследования.

Как следует из представленных данных, проводится достаточно большой объем исследований метаболического статуса и физико-химических свойств эритроцитов крови больных ХОБЛ. В то же время имеются определенные различия по направленности изменения ряда показателей. По всей вероятности, это связано с тем, что при выполнении исследований или при интерпретации результатов не учитывались клинические формы ХОБЛ, стадии и степень тяжести.

Это требует проведения дальнейших исследований физико-химических свойств и метаболического статуса эритроцитов для корректной оценки роли красных клеток в механизмах развития и прогрессирования ХОБЛ.

Рецензенты:

Койчубеков Б.К., д.б.н., профессор, зав. кафедрой медицинской биофизики и информатики Карагандинского государственного медицинского университета, г. Караганда;

Алиханова К.А., д.м.н., профессор, зав. кафедрой общей и врачебной практики факультета непрерывного профессионального развития Карагандинского государственного медицинского университета, г. Караганда.


Библиографическая ссылка

Муравлёва Л.Е., Молотов-Лучанский В.Б., Бакирова Р.Е., Клюев Д.А., Муравлёв В.К. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭРИТРОЦИТОВ ПРИ ХРОНИЧЕСКОЙ ОБСТРУКТИВНОЙ БОЛЕЗНИ ЛЕГКИХ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=14879 (дата обращения: 26.06.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252