Metody badawcze stosowane w pomiarach geometrycznych i mechanicznych właściwości erytrocytów człowieka

Abstract

Zdolność odkształcania erytrocytów (czerwonych krwinek) jest ich fundamentalną cechą, ponieważ umożliwia przechodzenie komórki przez naczynia włosowate układu krążenia, których średnica jest mniejsza od wymiarów krwinki. Przyczyną spadku zdolności (stopnia) odkształcalności erytrocytów jest głównie ich wiek, uszkodzenia mechaniczne oraz czynniki chorobowe. Zakładamy, że fizjologiczny sto¬pień odkształcalności dojrzałych, zdrowych erytrocytów można zachować (np. do transfuzji) wykorzy¬stując terapeutyczne właściwości promieniowania elektromagnetycznego z zakresu NIR (Near Infrared Radiation). W tym celu ko¬nieczne jest skonstruowanie układu pomiarowego umożliwiającego analizę ilo-ściową odkształcalności czerwonych krwinek, poddanych różnym czynnikom modyfikującym. W referacie przedstawiono kilka metod badania elastycznych właściwości błon erytrocytów m.in.: metody mikro-pipetowego zasysania, metody mikrokanalikowych przepływów, metody filtracyjne oraz ich różne mody-fikacje. Istotnym jest, aby ostateczne rozwiązanie konstrukcyjne umożliwiało dynamiczne pomiary od-kształcalności pojedyn¬czych komórek w warunkach jak najbardziej zbliżonych do warunków in vivo (wymiary i kształt mikro¬kanalików, prędkości przepływu, zastosowane materiały).
Autor: Małgorzata Dzik

1. ODKSZTAŁCALNOŚĆ ERYTROCYTóW I JEJ ZNACZENIE

Erytrocyty (krwinki czerwone), największe i najliczniejsze elementy morfotyczne krwi (stanowiące 40÷50% całkowitej objętości krwi) odpowiedzialne są przede wszystkim za transport oraz wymianę tlenu i dwutlenku węgla. Spadek ich ilości oraz zmniejszenie zdolności sprawnego przemieszczania się po całym organizmie powoduje stany patologiczne. Erytrocyty przyjmują kształt dwuwklęsłych dysków (dyskocytów) o śr. 7÷8 μm i grubości 1÷2 μm (Rys.1). Kształt taki daje krwince większą wartość sto¬sunku powierzchni do objętości niż kształt kulisty, co stwarza znacznie lepsze warunki do wymiany gazowej oraz zwiększa ich odkształcalność. Zdolność odkształcania jest fundamentalną cechą, ponieważ umożliwia sprawne przeciskanie się komórki przez układ naczyń włosowatych o średnicy 1.0÷2.5 μm, znacznie mniejszej od wymiarów krwinki.

Elastyczność błony komórkowej minimalizuje wzajemne tarcie pomiędzy erytrocytem a pozostałymi składnikami krwi i ścianami kapilar, co znacznie poprawia współczynnik lepkości, a tym samym zwiększa efektywność przepływu. Wytrzymałość mechaniczną oraz elastyczność błony zapewnia wewnętrzny szkielet błonowy oddziałujący bez¬pośrednio lub pośrednio z dwuwarstwą lipidową krwinki. Szkielet błonowy jest wielo¬składnikowym kompleksem szeregu białek, które pokrywają około 60% wewnętrznej powierzchni błony erytrocytu, pełniąc rolę podpory strukturalnej i utrzymując dwuwklę¬sły kształt komórki w trakcie przechodzenia jej przez naczynia kapilarne (Rys.2). Przy¬puszcza się, że jedno z białek, aktyna, tworzy z miozyną kurczliwy aparat ruchowy umożliwiający komórce zmianę kształtu [6].

 

Krwinki czerwone żyją w krwioobiegu około 120 dni, po czym są usuwane przez ma¬krofagi w układzie siateczkowo-śródbłonkowym wątroby i śledziony. Wiadomo, że wiele właściwości reologicznych tych specyficznych komórek jest skorelowanych z ich wiekiem [11 za Waugh et al., Bartosz et al., Piomelli], głównie zaś ich odkształcalność. Z punktu widzenia opóźnienia procesu starzenia erytrocytów (szcze¬gólnie in vitro) odkształcalność jest parametrem o bardzo dużym znaczeniu. Niezależnie od wieku eliminowane są również te komórki, których błona uległa (np. mechanicznemu) uszkodzeniu. Badania przeprowadzone przez Minetti et al. [13] wykazały, że po retrans¬fuzji krwi blisko 30% przetoczonych erytrocytów jest usuwana z krwioobiegu biorcy. Najszybciej w przetoczonej populacji erytrocytów usuwane są krwinki najmłodsze i najstarsze (obie te subpopulacje charakteryzują się słabą odkształcalnością).

Konieczne jest więc intensywne poszukiwanie metod poprawiających wydajność transfuzji krwi, dzięki zachowaniu fizjologicznych jej parametrów. Studia literaturowe oraz wcześniejsze badania Zespołu Biospektroskopii [3,8,9,10] potwierdzają terapeutyczny wpływ promieniowania elektromagnetycznego z zakresu bliskiej podczerwieni (NIR - Near Infrared Radiation) o λ=700÷2000 nm na błony komórkowe erytrocytów. Przeprowadzone do tej pory eksperymenty wykazały, że pod wpływem ekspozycji masy erytrocytarnej na NIR podatność osmotyczna całej populacji zostaje ujednolicona co oznacza, że błona komórkowa najłatwiej i najtrudniej hemolizujących krwinek (najprawdopodobniej najmłodszych i najstarszych) zostaje ustabilizowana. Skoro właściwości modyfikujące NIR powodują zwiększenie wytrzymałości błony komórkowej oraz uodpornienie jej na stres oksydacyjny [3] to konieczne jest zbadanie wpływu tego promieniowania na odkształcalność czerwonych ciałek krwi oraz skonstruowanie układu pomiarowego umożliwiającego analizę ilościową szeroko rozumianej odkształcalności erytrocytów poddanych czynnikom modyfikującym.