НАНОСТРУКТУРА МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ ПРИ ИНТОКСИКАЦИИ КРОВИ. ИССЛЕДОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ АТОМНОЙ СИЛОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Background: The effects of toxins on nanostructure of blood cells are one of the key problems of biophysics and medicine. Erythrocyte morphology and membrane structure are recognized as the main parameters of blood quality. Therefore, analysis of membrane defects under toxin effects seems an urgent issue. Aim: To identify characteristic features and patterns of changes in membrane nanostructure under hemin intoxication and during extended storage of erythrocyte suspension. Materials and methods: The study was done in vitro in human whole blood with addition of hemin, аnd in erythrocyte suspension with a CPD blood preservative stored at 4 °С for 30 days. The nanostructure of erythrocyte membrane was assessed by atomic force microscopy. Results: Characteristic size of space periods between “granules” was from 120 to 200 nm. “Granule” numbers within a topological defect varied from 4 to 5 and to several dozens. Such domains arose virtually on all cells in erythrocyte suspension, as well as after hemin addition to the blood. An increase in hemin intoxication and an increase in a storage time were associated by increases in echinocyte numbers that subsequently transformed into spherical echinocytes. Both under hemin and during the storage of erythrocyte suspension for 9 to 12 days, a specific abnormality in nanostructure of erythrocyte membrane was observed: structural clusters, i.e., domains with granular structure, were formed. Conclusion: The experiments showed that both hemin and oxidative processes in the blood can specifically affect the nanostructure of erythrocyte membranes with formation of domains on their surface. The specific size of granular structures in the domains is from 100 to 200 nm that coincides with a specific size of spectrin matrix. These results can be used in basic and applied medicine, in blood transfusion, for the analysis of a toxin effects in the human body. The biophysical mechanisms of domain formation can become a basis for the study on a toxin – membrane cross-talk.Актуальность. Действие токсинов на нано- структуру мембран клеток крови – одна из ключевых проблем биофизики и медицины. Главными показателями качества крови признаны морфология и структура мембран эритроцитов. В этой связи актуальной задачей представляется анализ дефектов мембран при действии токсинов. Цель – выявить характерные особенности наноструктуры мембран и установить закономерности ее изменения, возникающие при интоксикации гемином и при длительном хранении эритроцитарной взвеси. Материал и методы. Исследования проводили in vitro на цельной крови человека, в которую добавляли гемин, и на эритроцитарной взвеси с гемокон- сервантом CPD, которую хранили при 4 °С в течение 30 суток. Наноструктуру мембран эритроцитов изучали с помощью атомной силовой микроскопии. Результаты. Характерные размеры пространственных периодов между «зернами» составили 120–200 нм. Количество «зерен» в области топологического дефекта варьировало от 4–5 до нескольких десятков. Такие домены возникали практически на всех клетках эритроцитарной взвеси, а также при воздействии гемина на кровь. При повышении интоксикации гемином и при увеличении срока хранения возрастало количество эхиноцитов, которые впоследствии трансформировались в сфероэхиноциты. При воздействии гемином и при хранении эритроцитарной взвеси на 9–12-е сутки наблюдалось специфическое изменение наноструктуры мембран красных клеток крови. Образовывались структурные кластеры – домены, в которых проявлялась зернистая структура. Заключение. Экспериментально установлено, что гемин и окислительные процессы в крови оказывают специфическое воздействие на наноструктуру мембран эритроцитов, образуя домены на поверхности. Характерный размер зернистых структур в доменах составляет 100–200 нм, что совпадает с характерным размером спектринового матрикса. Данные результаты можно применять в фундаментальной и практической медицине, при проведении гемотрансфузии, при анализе действия токсина на организм человека. Биофизические механизмы образования доменов могут лечь в основу изучения взаимодействия токсинов с мембранами.