Реактивность эритроцитов разного диаметра у человека в условиях нормобарической гипоксии

РЕАКТИВНОСТЬ ЭРИТРОЦИТОВ РАЗНОГО ДИАМЕТРА У ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ НОРМОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ

REACTIVITY OF RED BLOOD CELLS OF DIFFERENT DIAMETERS IN HUMAN IN THE CONDITIONS OF NORMOBARIC HYPOXIA

Л. Ю. Рубцова, Н. П. Монгалёв, Н. Н. Потолицына

L. Yu. Rubtsova, N. P. Mongalev, N. N .Potolitsyna

В статье приведены результаты исследования диаметра эритроцитов в венозной крови человека в условиях нормобарической гипоксии. На 5-й минуте вдыхания кислородно-азотной газовой смеси у испытуемых со средним диаметром эритроцитов 7.72±0.07, 7.68±0.17 и 7.41±0.07 мкм определили соответственное уменьшение размера клеток, отсутствие изменений и их увеличение. В восстановительный период различия в размере диаметра эритроцитов нивелировались. Реактивность эритроцитов у человека при гипоксическом воздействии, по-видимому, определяются особенностями их распределения по диаметру и обусловлено элиминацией макро- и микроцитов при сохранении их среднего диаметра в пределах 7.61±0.05мкм.

The results of the study of diameters red blood cells in the venous blood of human in the conditions of normobaric hypoxia are presented. on fifth minute of oxygen-nitrogen gas mixture inhalation to the partial pressure of oxygen in subjects with an average diameter of erythrocytes 7.72±0.07, 7.68±0.17 and 7.41±0.07micrometers respectively absence of the change a reduction in cell diameters, the lack of change and its increase. In human in the period after hypoxia the diametr of the red blood cells have disappeared. It is assumed that the different reactivity of erythrocytes on hypoxic exposure depends on the distribution of erythrocytes in diameter and is associated with a predominance of eliminating of macro-and microcytes while maintaining their average diameter 7.61 ± 0.05 mcm.

Ключевые слова: диаметр, эритроцит, человек, нормобарическая гипоксия.

Keywords: diameter, red blood cells, human, normobaric hypoxia.

Введение

Эритроидные элементы периферической крови характеризуются анаэробным метаболизмом и устойчивостью к повреждающему действию активных форм кислорода. Эти свойства эритроцитов обеспечивают их способность активно включаться в адаптивные реакции организма во время экстремальных воздействий, поскольку интенсификация легочного дыхания и кровообращения как форма адаптации не всегда является достаточно эффективной [12, 15].

роль эритроцитарного звена в адаптационном процессе в условиях гипоксии изучена недостаточно. известно, что размер эритроцитов взаимосвязан с оксигенацией [6]. Сравнительный морфометрический материал крови человека отчасти до-

полняет сведения, полученные ранее в процессе исследования метаболической перестройки внутреннего дыхания при гипоксии [1].

целью исследования было выявление особенностей распределения эритроцитов в зависимости от размера диаметра у человека в условиях действия экспериментальной нормобарической гипоксии.

Материал и методика

практически здоровые мужчины (возраст 19—23 года, n = 41) принимали участие в исследовании влияния нормобарической гипоксии (НГ) на диаметр эритроцитов в крови. протокол эксперимента был утвержден локальным комитетом по биоэтике при фГБуН «института физиологии коми Нц урО рАН», обследуемые дали информированное согласие на его проведение. Через 3-е суток у одних и тех же лиц (n = 10) из общей выборки проведен повторный эксперимент. испытуемые дышали кислородно-азотной газовой смесью соответствующей парциальному давлению кислорода на высоте от 4500 до 7000 м над уровнем моря [1, 2].

производили фоновый забор крови из локтевой вены у испытуемых через 15 мин, после начала эксперимента, на 2-й, 5-й, 10-й и 20-й мин, гипоксии, а также после перехода на дыхание атмосферным воздухом на 5-й и 15-й мин, периода восстановления (временной гипероксии). Суммарный объем крови в ходе тестирования в течение 50 мин, составил 15—18 мл.

На фиксированных в абсолютном спирте мазках крови, окрашенных по романовскому-Гимза, измеряли диаметр 100 эритроцитов и дифференцировали 300 лейкоцитов с помощью микроскопа мБ с масляной иммерсией, увеличение об. 100х ок. 12х с градуированной шкалой [14]. Состояние стресса определяли по методу л. х. Гаркави [4]. полученные результаты обрабатывали статистически с использованием пакета прикладных программ Windows (Basic). Достоверность различий оценивали по t-критерию Стьюдента при уровнях значимости от 0.05 до 0.001.

Результаты и обсуждение

На основании размеров диаметра эритроцитов в фоновом периоде и характера их изменения в условиях НГ испытуемые были разделены на три группы (табл.).

Диаметр эритроцитов

Показатели Фон Гипоксическое воздействие Восстановление

Время, мин. 15 2-5 10-20 15

Группа 1 7.72+0.07 (22) 7.49+0.08* 7.69+0.07 (18) 7.51+0.09

Группа 2 7.68+0.17 (4) 7.67+0.16 7.48+0.09 (7) 7.49+0.09

Группа 3 7.41+0.07 (15)++ 7.65+0.08* 7.39+0.10 (8)+ 7.54+0.11

По 3 группам: 7.61+0.05 (41) 7.59+0.06 7.65+0.06 (33) 7.53+0.05

Л/Н отношение 0.49+0.04 (41) 0.37+0.03* 0.46+0.04 0.47+0.04

Примечание. В скобках количество испытуемых достоверно по отношению к фону на 15мин* — р < 0.05 и относительно 1-й группы + — р < 0.05. ++ — р < 0.01.

В 1-й группе испытуемых, диаметр эритроцитов которых составил 7.72+0.07 мкм, на 5-й минуте НГ диаметр достоверно уменьшился до 7.49+0.08 (р < 0.05). У испытуемых 2-й группы отмечали относительное постоянство размера эритроцитов в течение 5-ти мин НГ. У лиц 3-й группы диаметр эритроцитов до НГ был достоверно меньше (7.41+0.07), чем в 1-й группе (р < 0.01) и на 2—5 мин НГ диаметр эритроцитов увеличился по сравнению с диаметром этих клеток в фоновый период с 7.41+0.07 до 7.65+0.08 мкм (р < 0.05) (табл.).

На 10—20-й мин НГ средний диаметр эритроцитов у испытуемых 1-й и 3-й групп приблизился к значениям, соответствующим фоновому периоду, при этом проявилась достоверная разница между этими группами по исследуемому показателю (р < 0.05). Различия в размере среднего диаметра эритроцитов нивелировались у испытуемых в период восстановления.

Следовательно, в течение эксперимента у испытуемых определились две волны изменения диаметра эритроцитов. Первая волна характеризовалась достоверными изменениями диаметра эритроцитов у лиц в период активных метаболических и функциональных сдвигов, свидетельствующих, вероятно, о стрессе [2, 7]. Подтверждением возможности состояния стресса у испытуемых на 2—5-й мин эксперимента является перераспределение в клеточном составе белой крови — достоверное уменьшение лимфоцито-нейтрофильного отношения (табл.). Во время 2-й волны наблюдали менее заметные изменения диаметра эритроцитов при переходе от НГ к восстановлению, что, возможно, связано с гипероксическим эффектом после действия гипоксии. За весь период мониторинга по 3-м группам отмечали тенденцию к уменьшению среднего диаметра эритроцитов на 6.2 %.

Предполагается, что механизм поддержания популяции функционально активных эритроцитов в крови человека в условиях резкого изменения способа обеспечения организма кислородом может быть обусловлен избирательным гемолизом их неустойчивых форм (макро — и микроцитов), который реализуется на уровне стресс-реакции. Этот механизм может быть связан с кратковременным увеличением активных форм кислорода и перекисным окислением липидов в биослое мембран эритроцитов [3], активацией выхода К+ из клетки, гиперполяризацией мембран [16, 17], способствующей проницаемости ионов Na+ [5].

Поступление Na+ в клетку в связи с активизацией трансмембранного обмена №+/Н+ [18] сопровождается повышением осмотического давления в эритроцитах, что приводит к их набуханию и, возможно, разрушению клеточной мембраны. Можно предположить, что имеет место преобладание разрушения (гемолиз) эритроцитов наибольшего диаметра (макроцитов) у 55 % испытуемых в 1-й группе, у 9 % — (2-я группа) затрагивал равномерное разрушение клеток по всему спектру (диапазону), тогда как у 36 % — (3-я группа) в основном (микроцитов) наименьших по величине эритроцитов. Следовательно, стресс-реакция сопровождается «выравниванием» соотношения крупных и мелких эритроцитов в крови пациентов.

Обращает внимание тот факт, что средний диаметр эритроцитов у испытуемых в течение эксперимента не изменился. В то же время анализ кривой Прайс-Джонса показал, что уже на 10-й мин вдыхания азото-кислородной смеси содержащей 9 % кислорода кривая распределения эритроцитов по диаметру у большинства пациен-

тов становится двухвершинной по сравнению с фоновым и восстановительным периодами [12], что может свидетельствовать о действии азото-кислородной смеси на формирование разграниченных по величине популяций эритроцитов. известно, что двухвершинная форма распределения эритроцитов квазистационарная [11] и соответствует типичной гистограмме (светорассеяния) с биноминальным распределением эритроцитов [13].

изменчивость диаметра эритроцитов в крови испытуемых в период НГ, вероятно, является отражением состояния транспортной функции крови. Считается, что крупные клетки в крови способны быстрее оксигенироваться в легких и отдавать кислород в тканях, вследствие увеличения площади контакта между эритроцитом и стенкой капилляра, просвет которого подвержен резкому изменению в условиях стресс-реакции [6].

Средний диаметр эритроцита в венозной крови испытуемых после действия НГ сохраняется в одних и тех же пределах в течение определенного времени, что можно рассматривать в качестве проявления адаптации. Через 3-е суток у одних и тех же лиц в фоновый период диаметр эритроцитов сохранился уменьшенным на

0.25 мкм (р < 0.05) за счет снижения количества клеток диаметром 7.2—7.5 мкм. Аналогично у крыс после адаптации их к гипоксии на высоте 6000 м проявляется тенденция к увеличению количества эритроцитов меньшей величины [8]. известно, что одним из ключевых критериев адаптивных изменений в организме является способность к их закреплению в виде «структурно-функционального следа» [10]. Это закрепление позволяет при каждой новой встрече с этим фактором все более эффективно нейтрализовать (или использовать) его воздействие на организм [9].

таким образом, у человека при вдыхании кислородно-азотной газовой смеси, соответствующей парциальному давлению кислорода на высоте от 4500 до 7000 м над уровнем моря, формируется пул эритроцитов, которые гетерогенны по величине диаметра и, вероятно, способны увеличить содержание кислорода в крови. На 20-й мин эксперимента средний диаметр эритроцитов приближается к фоновому значению, и это, возможно, может свидетельствовать об адаптации организма к действию гипоксии. Суммарная величина диаметров эритроцитов у испытуемых после действия острой гипоксии восстанавливается медленно и может рассматриваться как эффект последействия.

Выводы

у молодых мужчин на 5-й минуте нормобарической гипоксии определено изменение диаметра эритроцитов, что, вероятно, обусловлено гемолизом преимущественно крайних форм клеток красной крови — микро — и макроцитов. при этом у 55 % испытуемых отмечали уменьшение диаметра эритроцитов, у 36 % — увеличение и отсутствие изменений у 9 %.

в период гипоксического воздействия у человека в венозной крови определили тенденцию к уменьшению среднего диаметра эритроцитов и, соответственно, последующим пролонгированием их функционирования, что может рассматриваться как итог последействия и адаптации к гипоксии.

1. Бойко Е. Р., Бурых Э. А., Потолицина Н. Н. и др. Показатели гликемии при выраженной экзогенной острой нормобарической гипоксии у человека в покое // физиол. человека. 2010. т. 36. № 3. С. 110—116.

2. Бурых Э. а. компенсаторные и адаптивные перестройки в системе дыхания у человека при остром гипоксическом воздействии // физиол. человека. 2009. т. 35. № 3. С. 82—93.

3. владимиров Ю. А. Свободные радикалы и антиоксиданты // вестник рос. АмН. 1998. № 7. С. 43—51.

4. Гаркави л. х., квакина Е. Б., уколова м. А. Адаптационные реакции и резистентность организма. ростов н/Д.: изд-во ростовского университета, 1990. 224 с.

5. Губанов Н. и., утепбергенов А. А. медицинская биофизика. м.: медицина, 1978.335 c.

6. иванов к. п. Основы энергетики организма. т. 2. Биологическое окисление и его обеспечение кислородом. Спб.: Наука, 1993. 270 с.

7. иржак л. и., Бойко Е. р. Спектральные показатели вариабельности сердечного ритма у человека в условиях острой нормобарической гипоксии // российский физиол. журн. им и. м. Сеченова. 2015. т. 101. № 1. С. 108—113.

8. малах О. Н., крестьянинова т. Ю. влияние различных режимов адаптации к гипербарической гипоксии на показатели эритроцитарного ряда // Биологические науки, 2009. № 8. (http://www.rusnauka.com/7_NMIW_2009/Biologia/41985.doc.htm).

9. медведев в. и. Адаптация. Спб.: ин-т мозга человека рАН, 2003. 583 с.

10. меерсон ф. з. Адаптация, стресс, профилактика. м.: Наука, 1981. 278 с.

11. молчанов А. м. возможная роль колебательных процессов в эволюции // тр. всесоюз. симпозиума по колебательным процессам в биохимических и химических системах / отв. ред. Г. м. франк. м.: Наука, 1967. С. 274—288.

12. монгалёв Н. п., иржак л. и., потолицина Н. Н. исследование диаметра эритроцитов у человека в условиях острой нормобарической гипоксии // в мире научных открытий (естественные и технические науки). 2014. № 2 (50). С. 230—237.

13. Скверчинская Е. А., Никитина Е. п. Эритроциты мышей при алиментарном голодании и восстановительном питании (проточная цитометрия) // ххП съезд физиолог. об-ва им. и. п. павлова: тез. докл. волгоград: изд-во волгГму, 2013. С. 483.

14. тодоров й. клинические лабораторные исследования в педиатрии. София: медицина, 1968. 1065 с.

15. хайбуллина з. R, вахидова Н. т. Состояние периферической крови при острой гипоксии в эксперименте // медицина: вызов сегодняшнего дня: матер. междун. заоч. научн. конф. (г. Челябинск, июнь 2012 г.). Челябинск: Два комсомольца, 2012. С. 24—29.

16. Bickler p. Е., Buck L. Т. Hypoxia Tolerance in Reptiles, Amphibians, and Fishes: Life with variable Oxygen AvailabШty // Amu. rev. physiol. 2007. v. 69. № 2. R 145—170.

17. lassen u. v, pape L. vestergaard-Bogind B. effect of calcium on the membrane potential of amphiuma red cells // J. membr. Biol. 1976. v. 26. № 1. p. 51—70.

18. perry S. F., thomas S. the effects of endogenous of exogenous catecholamines on blood respiratory status during acute hypoxia in rainbow trout // J. Comp. physiol. 1991. v. 161. p. 489—497.