Влияние наночастиц магнетита на гемореологические показатели

УДК 612.1

А.Г. Гущин, С.В. Полулях, Н.А. Мурашова, С.З. Калаева, А.Н. Ершова

Влияние наночастиц магнетита на гемореологические показатели

Проведено исследование влияния наночастиц магнетита на показатели реологии крови. Установлено снижение агрегации эритроцитов, вязкости плазмы и повышение деформируемости эритроцитов. Позитивный гемореологический эффект проявлялся при соотношении магнитной жидкости и крови 1:8. Гипоагрегационное действие наночастиц магнетита оказалось более значительным по сравнению с реополиглюкином.

Ключевые слова: наночастицы магнетита, магнитная жидкость, агрегация эритроцитов, вязкость плазмы, деформируемость эритроцитов, реополиглюкин.

A.G. Gushchin, S.V. Polulyakh, N.A. Murashova, S.Z. Kalaeva, A.N. Ershova

Influence of Magnetite Nanoparticles on Hemorheological Parameters

The investigation of influence of magnetite nanoparticles on parameters of blood rheology has been conducted. The decrease of erythrocyte aggregation, plasma viscosity and the increase of erythrocyte deformability is established. The positive hemorheological effect is determined when magnetic liquid/blood ratio is equal 1:8. The action of magnetite nanoparticles has appeared to be more considerable in comparison with rheopolyglucinum.

Key words: magnetite nanoparticles, magnetic liquid, aggregation of erythrocytes, plasma viscosity, deformability of erythro-cytes, rheopolyglucinum.

В основе течения и прогрессирования целого ряда заболеваний и травм лежат нарушения мик-рогемоциркуляции, которые затрудняют доставку в ткани кислорода. Эффективность кислородного транспорта в микрососудах в значительной степени зависит от состояния таких реологических факторов, как агрегация и деформируемость эритроцитов, адгезия лейкоцитов и др. [2, 7]. Например, повышенная агрегация эритроцитов способствует развитию тромбообразования и может увеличить риск внезапной смерти. При сниженной деформируемости эритроцитов ухудшается их продвижение на микроциркуля-торном уровне. К сожалению, используемые в медицинской практике лекарственные препараты (так называемые реокорректоры), действие которых направлено на снижение гиперагрегации эритроцитов и повышение их деформируемости, зачастую не дают желаемого результата. В связи с этим актуальной проблемой является разработка новых реокорректоров, использование которых позволит обеспечить эффективную нормализацию нарушенных характеристик крови. В последние годы проводятся исследования, посвященные оценке эффективности применения магнитных наночастиц с лечебной целью [1, 5].

Однако при этом исследователи не уделяют должного внимания изучению возможных гемо-реологических эффектов этих новых лечебных средств. В связи с этим целью данной работы явилось исследование влияния наночастиц магнетита на показатели реологии крови.

Материал и методы исследования

В работе использовалась магнитная жидкость, содержащая наночастицы магнетита, и в качестве поверхностно-активного вещества декстран (реополиглюкин). Магнетит был получен электрохимическим способом путем растворения электродов из Ст 3 в электропроводящем растворе реополиглюкина. Для подтверждения нано-размерности магнитных частиц в диапазоне до 100 нм, необходимых для синтеза магнитной жидкости, был получен их рентгеновский спектр (рис. 1). Спектр обрабатывался посредством специализированной компьютерной программы GlrDif. В соответствии с выходными данными, полученными с помощью программы 8У8ТЛТ РеакБй 4.11, определен размер частиц, который составил 9-12 нм. На основании этих данных можно сказать, что магнитные частицы, полученные электрохимическим способом, относятся к наноразмерным.

© Гущин А.Г., Полулях С.В., Мурашова Н.А., Калаева С.З., Ершова А.Н., 2011

Рис. 1. Рентгеновский спектр магнитных наночастиц, полученных электрохимическим способом

Магнитная жидкостЪ^обавлялась в образец крови больных травматологического профиля в соотношении 1:8. Для^равнения в указанный образец добавляли растЙор реополиглюкина в таком же соотношени^^осле инкубации в течение 30 минут жидкость^далялась из крови с помощью постоянного мвйвита. До и после воздействия магнитной жидкости и реополиглюкина на образцы крови определялись гемореологические параметры. С помощью^капиллярного вискозиметра измерялась вязкость плазмы. Посредством фотоэлектроколориметри определялись концентрации плазменных б4п1ив. При помощи метода оптической микроскопии оценивался индекс агрегации эритроцитов по ^тношению числа агрегатов к количеству неагрегированных клеток. Рассчитывался индекс ^Нормируемости эритроцитов по скорости фильтрации их суспензии в физиологическом растворе с гематокритным показателем, равным 2 %через фильтры с диаметром пор 2-4,5 мкм. Статистическая обработка

данных проводилась с помощью компьютерных программ.

Результаты исследования и их обсуждение

У обследованных больных травматологического профиля обнаружены гиперагрегация эритроцитов (индекс агрегации свыше 0,4 отн. ед.) и повышение вязкости плазмы (свыше 2,2 мПа. с). Деформируемость эритроцитов была незначительно снижена.

Воздействие магнитной жидкости после добавления ее в кровь в соотношении 1:8 и последующего извлечения из неё обусловило снижение вязкости плазмы на 37 %. Влияние же рео-полиглюкина, добавленного в кровь в таком же соотношении, оказалось менее выраженным. Вязкость плазмы при этом уменьшилась только на 25 %. Под воздействием магнитных наноча-стиц наблюдалось уменьшение и эритроцитар-ной агрегации. Значение этого показателя снизилось на 27 %. Под влиянием реополиглюкина

агрегация эритроцитов уменьшилась незначительно (на 5 %).

Было установлено также, что при более высокой концентрации магнитных наночастиц в крови (в частности, при соотношении компонентов 1:2) наступает гемолиз. Поэтому представленный вариант влияния магнитной жидкости, очевидно, можно считать оптимальным. Анализ литературных данных [4, 8] указывает на необходимость

оценки токсического эффекта наночастиц, который, вероятно, может проявляться в разрушении мембраны клеток крови и других негативных воздействиях.

О влиянии магнитной жидкости и реополиг-люкина на агрегацию эритроцитов и вязкость плазмы можно судить по данным, представленным на рис. 2.

0% -10% -20% -30% -40%

П Агрегация эритроцитов

Вязкость плазмы

Реополи- Магнитная

глюкин жидкость

Рис. 2. Изменения агрегации эритроцитов и вязкости плазмы под влиянием магнитной жидкости

и реополиглюкина

В данном случае гипоагрегационный эффект, вероятно, достигается следующим образом. На-ночастицы магнитной жидкости, имеющие отрицательный заряд, при взаимодействии с кровью притягивают белки с положительным зарядом. Извлечение магнитных наночастиц из крови сопровождается удалением вместе с ними белков, имеющих положительный заряд. Снижение в крови концентрации плазменных белков с положительным зарядом обусловливает уменьшение

сближения эритроцитов и образования агрегатов за счет мостикового механизма. Подтверждением реализации указанного эффекта является снижение концентрации белков плазмы, в частности глобулина, обнаруженное в данном исследовании под влиянием магнитной жидкости.

О преимуществах использования для гемо-реологической коррекции магнитных наночастиц по сравнению с реополиглюкином можно судить по данным, представленным в табл. 1.

Таблица1

Характерные особенности применения магнитных наночастиц и реополиглюкина для гемореологической

Характеристика Реокоррекция с помощью реополиглюкина Реокоррекция с помощью магнитных наночастиц

Расходование лекарственного препарата Есть Нет

Уменьшение агрегации эритроцитов Незначительное Значительное

Снижение вязкости плазмы Умеренное Выраженное

О повышении деформируемости эритроцитов под влиянием магнитной жидкости свидетельствует графическое изображение, представленное на рис. 3.

40% 20% 0% -20% -40% -60% -80% -100% -120%

Деформируемость эритроцитов

Концентрация адсорбированного на поверхности эритроцитов белка

Рис. 3. Изменения эритроцитарной деформируемости и концентрации адсорбированного на поверхности эритроцитов белка под влиянием магнитной жидкости

Из приведенных в табл. 1 данных следует, что применение магнитной жидкости обусловливает весьма значительное уменьшение агрегации эритроцитов и выраженное снижение вязкости плазмы. Кроме того, выполнение такой геморео-коррекции не предусматривает расходования фармакологических препаратов, например, реополиглюкина.

Позитивный эффект магнитных наночастиц в отношении эритроцитарной деформируемости (рис. 3), по-видимому, был обусловлен уменьшением концентрации адсорбированного на поверхности эритроцитов белка, что определяло снижение жесткости мембран этих клеток. На это указывают и другие авторы [3, 6].

Заключение

На основании результатов проведенного исследования можно сделать заключение о целесообразности использования наночастиц магнетита для нормализации нарушенных характеристик крови. Обнаруженные преимущества магнитной жидко

сти по сравнению с используемым в лечебной практике реополиглюкином позволяют рекомендовать ее к внедрению в клиническую медицину. Выявленный позитивный эффект магнитножидко-стной обработки крови может быть использован для создания устройства, обеспечивающего экстракорпоральную гемореологическую коррекцию. В отличие от известной медицинской процедуры плазмафереза использование магнитных наноча-стиц позволит сохранить в организме необходимые ему белки и другие компоненты плазмы крови. Кроме того, применение магнитной жидкости в качестве реокорректора даст возможность отказаться от дорогостоящих фармакологических препаратов, обладающих дезагрегационным действием. Указанные преимущества имеют несомненный экономический эффект. Процесс получения для данной цели магнитной жидкости не является дорогостоящим, и внедрение представленной разработки в клиническую медицину будет коммерчески выгодным и полезным.

Библиографический список

1. Богословская, О. А. Антимикробная активность наночастиц железа с различными физико-химическими свойствами [Текст] / О. А. Богословская, О.И. Лейпунский, М.Н. Овсянникова, Н.Н. Глущенко // 14-я Международная Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям : сборник научных трудов. - 2010. - С. 235-240.

2. Гущин, А.Г. Гемореологические методы исследования в диагностике состояния венозного кровооб

ращения [Текст] / А.Г. Гущин, С.В. Майнугин, И.Е. Виноградов // Физиология человека. - 2001.- Т. 27., № 6.- С. 77-80.

3. Добротина, Н.А. Характеристика функционального состояния мембран эритроцитов при эндогенной интоксикации у больных хроническими распространенными дерматозами [Текст] / Н.А. Добротина, Т.В. Копытова, Н.А. Щелчкова // Фундаментальные исследования. - 2010. - № 2. - С. 39-44.

4. Коваленко, Л.В., Фолманис, Г.Э. Биологически активные нанопорошки железа [Текст] / Л.В. Коваленко, Г.Э. Фолманис. - М. : Наука, 2006. - 124 с.

5. Першина, А.Г. Использование магнитных наночастиц в биомедицине [Текст] / А.Г. Першина, А.Э. Сазонов, И.В. Мильто // Бюллетень сибирской медицины. - 2008. - № 2. - С. 70-78.

6. Чирикова, О.А. Факторы, определяющие процесс адсорбции высокомолекулярных белков плазмы крови на мембранах эритроцитов при мышечных нагрузках [Текст] : автореф. дис. ... канд. биол. наук / О. А. Чирикова. - Ярославль, 2006.

7. Shin S. Erythrocytes deformability and its variations in diabetes mellitus [Text] / S. Shin, Y. Ku, N. Babu, M. Singh // Indian J. Exp. Biol. - 2007. - Vol. 45. - N 1. - P. 121-128.

8. Zhu M.-T., Feng W.Y., Wang B., Wang T-Ch., Gu Y.-Q., Wang M., Wang Y., Ouyang H., Zhao Y.-L., Chai Z.-F. Comparative study of pulmonary responses to nano-and submicron-sized ferric oxide in rats // Toxicology 2008. Vol. 247, Iss. 2-3. PP. 102-111.