Аннотация:
<strong>Актуальность</strong>. Одно из патологических действий моноксида углерода (СО) на кровь – образование карбоксигемоглобина. Поскольку карбоксигемоглобин полностью блокирует перенос кислорода, происходит суммарное снижение транспорта кислорода эритроцитами. В результате может возникнуть гипоксия в тканях. Воздействие СО на кровь может также вызвать повреждение клеточной мембраны. Метод атомной силовой микроскопии (АСМ) признан результативным для изучения механизмов структурных повреждений в мембранах эритроцитов.
<strong>Цель</strong> – с помощью АСМ выявить особенности изменения морфологии и агрегации эритроцитов в результате действия СО in vitro.
<strong>Материал и методы</strong>. Все эксперименты были проведены in vitro. Исследовали морфологию эритроцитов, их агрегаты с помощью АСМ. Забор крови (150 мкл) проводился в микроветы с ЭДТА (Sarstedt AG Co., Германия) во время профилактического обследования 5 добровольцев. Для получения CO в пробирке смешивали в пропорции 1:1 муравьиную и серную кислоты. Для измерения концентрации карбоксигемоглобина в крови использовали спектрофотометрический метод, для вычисления концентраций производных гемоглобина в крови – метод “nonlinear fitting” экспериментальных спектров. Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Origin (OriginLab Corporation, США).
<strong>Результаты</strong>. После воздействия СО происходило смещение пиков. При времени воздействия t₂=320 c процентное содержание карбоксигемоглобина составило CHbCO =88±2[%]. При t₁=160 c 10[%] клеток имели форму, отличную от дискоцитов, при t₂=320 c – 38[%] клеток. При увеличении времени воздействия СО происходила агрегация эритроцитов и образование их больших конгломератов размером до 30 мкм. В контрольном мазке доля дискоцитов составляла 96±2[%], а остальные 4±1[%] имели форму эхиноцитов. Диаметр клеток был в диапазоне Dконтр=7,5±0,8 мкм. После воздействия СО t₁=160 c на кровь в монослое наблюдалось 28±5[%] клеток с диаметром (D)5,7 мкм. После воздействия СО t₂=320 c процент клеток с размером D5,7 мкм увеличился до 72±11[%].
<strong>Заключение</strong>. Экспериментально показано, что воздействие СО на кровь вызывало изменение морфологии эритроцитов. Наблюдалось формирование связанных между собой эритроцитарных структур. При увеличении времени воздействия возникала агрегация эритроцитов и образование конгломератов.
<p><strong>Background</strong>: One of the pathological effects of carbon monoxide (CO) on blood is the formation of carboxyhemoglobin. Carboxyhemoglobin completely blocks oxygen transfer; therefore, there is a net decrease in oxygen transport by red blood cells potentially resulting in tissue hypoxia. The effects of CO on blood can also damage cell membranes. Atomic force microscopy (AFM) has been recognized as effective for investigation into the mechanisms of structural damage in erythrocyte membranes. <strong>Aim</strong>: By means of AFM, to identify characteristics of changes in morphology and aggregation of erythrocytes exposed to CO in vitro.</p><p><strong>Materials and methods</strong>: All experiments were performed in vitro. We studied the morphology of erythrocytes and their aggregates with AFM. Blood sampling (150 μl) in microvettes with EDTA (Sarstedt AG Co., Germany) was carried out during a prophylactic work-up of 5 volunteers. To obtain CO in a test tube, formic acid was mixed with sulfuric acid 1:1. Blood levels of carboxyhemoglobin were measured by spectrophotometry. A nonlinear fitting method of the experimental spectra was used to calculate the concentrations of hemoglobin derivatives in blood. Statistical analysis was done with the Origin software (OriginLab Corporation, Northampton, MA, USA).</p><p><strong>Results</strong>: After CO exposure, a shift in peaks was observed. At exposure time t₂=320 s, the percentage of carboxyhemoglobin (CHbCO) was 88±2[%]. As a result of blood exposure to CO, at t₁=160 s 10[%] of the cells differed in their shape from discocytes, whereas at t₂=320 s their proportion was 38[%]. With increasing duration of exposure to CO, erythrocyte aggregation occurred with formation of their large conglomerates up to 30 μm in size. In the control smear, the proportion of discocytes was 96±2[%], and the remaining 4±1[%] of the cells had the form of echinocytes. The cell diameter (Dcont) was in the range 7.5±0.8 μm. After blood exposure to CO at t₁=160 s in the monolayer, 28±5[%] of cells had a diameter less than5.7 μm. After CO exposure at t₂=320 s, the proportion of cells with a diameter of less than5.7 μm increased to 72±11[%].</p><p><strong>Conclusion</strong>: The experiments have shown that blood exposure to CO changed the morphology of erythrocytes. The formation of interconnected structures made of red blood cells was observed. With increased time of exposure, erythrocytes demonstrated aggregation with conglomerate formation.</p> Козлова Е.К. Первый МГМУ им. И.М. Сеченова МЗ РФ; НИИ общей реаниматологии имени В.А. Неговского ФНКЦ РР
Сергунова В.А. НИИ общей реаниматологии имени В.А. Неговского ФНКЦ РР
Козлов А.П. Первый МГМУ им. И.М. Сеченова МЗ РФ
Шерстюкова Е.А. Первый МГМУ им. И.М. Сеченова МЗ РФ; НИИ общей реаниматологии имени В.А. Неговского ФНКЦ РР
Гудкова О.Е. НИИ общей реаниматологии имени В.А. Неговского ФНКЦ РР
Первый МГМУ им. И.М. Сеченова МЗ РФ
I.M. Sechenov First Moscow State Medical University
НИИ общей реаниматологии имени В.А. Неговского ФНКЦ РР
V.A. Negovsky Research Institute of General Reanimatology
Kozlova E.K. I.M. Sechenov First Moscow State Medical University; V.A. Negovsky Research Institute of General Reanimatology
Sergunova V.A. V.A. Negovsky Research Institute of General Reanimatology
Kozlov A.P. I.M. Sechenov First Moscow State Medical University
Sherstyukova E.A. I.M. Sechenov First Moscow State Medical University; V.A. Negovsky Research Institute of General Reanimatology
Gudkova O.E. V.A. Negovsky Research Institute of General Reanimatology
Changes in the morphology of erythrocytes after in vitro exposure of blood to carbon monoxide eng
Изменение морфологии эритроцитов после действия моноксида углерода на кровь in vitro
Текст визуальный электронный
Альманах клинической медицины
Moscow Regional Research and Clinical Institute (MONIKI)
Т. 47, № 7 С. 669-678
2019
эритроциты
red blood cells
моноксид углерода
carbon monoxide
атомная силовая микроскопия
atomic force microscopy
агрегация
aggregation
Статья
<strong>Актуальность</strong>. Одно из патологических действий моноксида углерода (СО) на кровь – образование карбоксигемоглобина. Поскольку карбоксигемоглобин полностью блокирует перенос кислорода, происходит суммарное снижение транспорта кислорода эритроцитами. В результате может возникнуть гипоксия в тканях. Воздействие СО на кровь может также вызвать повреждение клеточной мембраны. Метод атомной силовой микроскопии (АСМ) признан результативным для изучения механизмов структурных повреждений в мембранах эритроцитов.
<strong>Цель</strong> – с помощью АСМ выявить особенности изменения морфологии и агрегации эритроцитов в результате действия СО in vitro.
<strong>Материал и методы</strong>. Все эксперименты были проведены in vitro. Исследовали морфологию эритроцитов, их агрегаты с помощью АСМ. Забор крови (150 мкл) проводился в микроветы с ЭДТА (Sarstedt AG Co., Германия) во время профилактического обследования 5 добровольцев. Для получения CO в пробирке смешивали в пропорции 1:1 муравьиную и серную кислоты. Для измерения концентрации карбоксигемоглобина в крови использовали спектрофотометрический метод, для вычисления концентраций производных гемоглобина в крови – метод “nonlinear fitting” экспериментальных спектров. Статистическую обработку данных проводили с помощью программы Origin (OriginLab Corporation, США).
<strong>Результаты</strong>. После воздействия СО происходило смещение пиков. При времени воздействия t₂=320 c процентное содержание карбоксигемоглобина составило CHbCO =88±2[%]. При t₁=160 c 10[%] клеток имели форму, отличную от дискоцитов, при t₂=320 c – 38[%] клеток. При увеличении времени воздействия СО происходила агрегация эритроцитов и образование их больших конгломератов размером до 30 мкм. В контрольном мазке доля дискоцитов составляла 96±2[%], а остальные 4±1[%] имели форму эхиноцитов. Диаметр клеток был в диапазоне Dконтр=7,5±0,8 мкм. После воздействия СО t₁=160 c на кровь в монослое наблюдалось 28±5[%] клеток с диаметром (D)5,7 мкм. После воздействия СО t₂=320 c процент клеток с размером D5,7 мкм увеличился до 72±11[%].
<strong>Заключение</strong>. Экспериментально показано, что воздействие СО на кровь вызывало изменение морфологии эритроцитов. Наблюдалось формирование связанных между собой эритроцитарных структур. При увеличении времени воздействия возникала агрегация эритроцитов и образование конгломератов.
<p><strong>Background</strong>: One of the pathological effects of carbon monoxide (CO) on blood is the formation of carboxyhemoglobin. Carboxyhemoglobin completely blocks oxygen transfer; therefore, there is a net decrease in oxygen transport by red blood cells potentially resulting in tissue hypoxia. The effects of CO on blood can also damage cell membranes. Atomic force microscopy (AFM) has been recognized as effective for investigation into the mechanisms of structural damage in erythrocyte membranes. <strong>Aim</strong>: By means of AFM, to identify characteristics of changes in morphology and aggregation of erythrocytes exposed to CO in vitro.</p><p><strong>Materials and methods</strong>: All experiments were performed in vitro. We studied the morphology of erythrocytes and their aggregates with AFM. Blood sampling (150 μl) in microvettes with EDTA (Sarstedt AG Co., Germany) was carried out during a prophylactic work-up of 5 volunteers. To obtain CO in a test tube, formic acid was mixed with sulfuric acid 1:1. Blood levels of carboxyhemoglobin were measured by spectrophotometry. A nonlinear fitting method of the experimental spectra was used to calculate the concentrations of hemoglobin derivatives in blood. Statistical analysis was done with the Origin software (OriginLab Corporation, Northampton, MA, USA).</p><p><strong>Results</strong>: After CO exposure, a shift in peaks was observed. At exposure time t₂=320 s, the percentage of carboxyhemoglobin (CHbCO) was 88±2[%]. As a result of blood exposure to CO, at t₁=160 s 10[%] of the cells differed in their shape from discocytes, whereas at t₂=320 s their proportion was 38[%]. With increasing duration of exposure to CO, erythrocyte aggregation occurred with formation of their large conglomerates up to 30 μm in size. In the control smear, the proportion of discocytes was 96±2[%], and the remaining 4±1[%] of the cells had the form of echinocytes. The cell diameter (Dcont) was in the range 7.5±0.8 μm. After blood exposure to CO at t₁=160 s in the monolayer, 28±5[%] of cells had a diameter less than5.7 μm. After CO exposure at t₂=320 s, the proportion of cells with a diameter of less than5.7 μm increased to 72±11[%].</p><p><strong>Conclusion</strong>: The experiments have shown that blood exposure to CO changed the morphology of erythrocytes. The formation of interconnected structures made of red blood cells was observed. With increased time of exposure, erythrocytes demonstrated aggregation with conglomerate formation.</p>