В последнее время благодаря интенсивному развитию протеомики описано много новых белков в эритроцитах, изучаются их белок-белковые взаимодействия и функции [1]. Это дает возможность установить новые аспекты в регуляции процессов метаболизма красных клеток.
Получены данные, демонстрирующие взаимозависимость между доменами белка 3 полосы, конформацией гемоглобина и метаболическими путями утилизации глюкозы в эритроцитах (гликолиз, пентозофосфатный путь). В условиях высокой оксигенации связывание гликолитических ферментов с белком 3 полосы ингибирует гликолиз при усилении пентозофосфатного пути. В условиях низкой оксигенации взаимодействие дезоксигемоглобина с белком 3 полосы приводит к усилению гликолиза и снижению пентозофосфатного пути [13; 14].
Высказано предположение о существовании систем транспорта электронов в мембранах эритроцитов; перенос восстановительных эквивалентов в обе стороны через мембрану эритроцитов дает возможность регулировать баланс окислительно- восстановительных реакций внутри красных клеток и в окружающей среде [20].
Метаболизм и физико-химические свойства эритроцитов исследуют при различных патологических состояниях и болезнях, в частности, при гипоксии.
Развитие гипоксии оказывает выраженное влияние на метаболический статус эритроцитов. Прежде всего, это проявляется развитием окислительного стресса, активацией гликолиза и накоплением 2,3 дифосфоглицерата. В условиях гипоксии происходит высвобождение железа из внутриклеточных белковых комплексов, что рассматривается как один из факторов активации окислительного стресса. Предположено, что в условиях гипоксии меняется фосфорилирование тирозиновых остатков белков эритроцитов, что оказывает влияние на внутриклеточную сигнализацию, метаболизм, а также на мембранный транспорт, объем клеток и их форму [18].
В условиях гипоксии окислительный стресс в эритроцитах существенно влияет на активность глицероальдегид -3-фосфатдегидрогеназы и активность белка 3 полосы [16].
Высказано предположение, что повышение дезоксигемоглобина может ограничивать устойчивость эритроцитов к окислительному стрессу. Эритроциты человека способны регулировать образование супероксиданионов в зависимости от напряжения кислорода и конформации гемоглобина. Конформация гемоглобина определяет переключение основных путей метаболизма глюкозы в эритроцитах, что вносит вклад в устойчивость эритроцитов к окислительному стрессу. Также высказано мнение, что конформация гемоглобина контролирует метаболизм не только глюкозы, но и тиолов в эритроцитах. В условиях гипоксии эритроциты демонстрировали снижение восстановительного потенциала системы глутатиона [19].
Другим приоритетным направлением медико-биологических исследований является изучение метаболизма и физико-химических свойств красных клеток при заболеваниях, сопровождающихся развитием гипоксии. Одним из таких заболеваний является хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ).
В эритроцитах крови больных ХОБЛ зафиксировано существенное снижение активности глутатионпероксидазы при незначительном уменьшении активности супероксиддисмутазы и каталазы [24]. В цельной крови больных ХОБЛ обнаружено снижение уровня восстановленого глутатиона [25]. В то же время другие авторы указывали на снижение активности всех ключевых ферментов антиоксидантной защиты в эритроцитах крови больных ХОБЛ [21].
Подробное исследование состояния параметров окислительного стресса проведено в работах Мишиной Н.А. Она включила в обследование 3 группы больных со среднетяжелым течением ХОБЛ с нормоцитозом, с выраженным эритроцитозом и пациентов тяжелой стадии ХОБЛ без эритроцитоза. Установлены разнонаправленные изменения изучаемых показателей в эритроцитах крови больных ХОБЛ. Так, у больных со среднетяжелым течением ХОБЛ наблюдалось увеличение активности супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы, метгемоглобинредуктазы, уровня восстановленного глутатиона. В то же время у больных тяжелой стадии ХОБЛ в эритроцитах наблюдалось снижение активности ферментов АОЗ, метгемоглобинредуктазы, уровня восстановленного глутатиона, при увеличении концентрации метгемоглобина и мембраносвязанного гемоглобина. Кроме того, в эритроцитах крови больных тяжелой стадии ХОБЛ снижался уровень витамина Е при увеличении содержания малонового диальдегида. Эти изменения развивались при нарастающем лактоацитозе. В эритроцитах больных с тяжелым течением ХОБЛ нарастала кластеризация белков при снижении концентрация SH-групп. У больных этой же группы снижался потенциал электродиффузионного пробоя эритроцитов, уменьшался индекс фильтруемости, но возрастала способность к агрегации. По мнению автора, окислительный стресс вызывает зависимое от тяжести ХОБЛ нарушение реологических свойств эритроцитов и формирование перекисно-модифицированной мембраны эритроцитов, что приводит к снижению активности мембраносвязанных ферментов и нарушению барьерной функции мембраны [3, 4, 5, 6, 10].
Изменение активности ферментов обмена глутатиона было зафиксировано и в исследовании V.R. Biljak et al. [17], которые показали, что в эритроцитах крови больных ХОБЛ средней и тяжелой степени активность глутатионредуктазы возрастала, а активность глутатионпероксидазы, наоборот, снижалась. В то же время не обнаружено разницы направленности и степени изменения активности этих ферментов у больных в зависимости от степени тяжести ХОБЛ [17].
Обнаружено увеличение активности глицеролальдегид-3-фосфатдегидрогеназы при снижении активности ферментов обмена глутатиона и глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы в эритроцитах крови больных ХОБЛ как средней, так и тяжелой степени. По мнению авторов, это свидетельствует о сохранении целостности эритроцитов (без гемолиза), но при этом влияло (ограничивало) на газотранспортные функции красных клеток [30].
Проведено сопоставление между степенью изменения показателей функции внешнего дыхания и окислительного стресса эритроцитов крови больных ХОБЛ. Показано, что снижение антиоксидантного потенциала эритроцитов не коррелировало с показателями функции внешнего дыхания [28].
Исследование белков мембран эритроцитов больных ХОБЛ показало снижение белка Chorein (VPS13A), что связывают с нарушением деформабильности эритроцитов. Также обнаружено снижение экспрессии метгемоглобинредуктазы, что повышает риск развития метгемоглобинемии у больных ХОБЛ [23].
Показано, что в эритроцитах крови больных ХОБЛ наряду с увеличением показателей окислительного стресса изменена активность 3-фосфотирозинфосфатазы и анионного обменника ФУ-1, что, по мнению авторов исследования, может влиять на ионный гомеостаз красных клеток [26].
В мембранах эритроцитов больных ХОБЛ зафиксирован рост карбониловых производных белков и изменение состава полиненасыщенных жирных кислот: снижение содержания арахидоновой кислоты при увеличении пальмитиновой кислоты. В то же время имеются данные об увеличении содержания арахидоновой кислоты при снижении уровня эйкозапентаеновой кислоты в мембранах эритроцитов больных ХОБЛ. На основании этих результатов авторами высказано предположение о нарушении соотношения про- и анти-воспалительных эйкозаноидов [22, 15].
Окислительный стресс в эритроцитах приводит к снижению их транспортной функции, способности гемоглобина связывать кислород вследствие образования метгемоглобина. Окислительное повреждение может затрагивать и мембранные белки, в том числе участвующие в транспорте ионов и в поддержании целостности мембраны [29].
Другим направлением является изучение физико-химических свойств эритроцитов крови больных ХОБЛ.
Корнауховой И.Ю. проведено детальное исследование красной крови у больных ХОБЛ. Ограничением данного исследования явился пол больных, так как обследование проводилось только у мужчин. Было установлено, что у подавляющего числа обследованных больных с ХОБЛ параметры гематокрита, гемоглобина, количества эритроцитов в периферической крови, объем эритроцитов и содержание гемоглобина в эритроците находились в пределах нормы. В то же время у 60 % больных ХОБЛ выявлялся метгемоглобин, у 80 % - сульфгемоглобин, увеличилось содержание гликозилированного гемоглобина и у 77 % обследуемых - фетального гемоглобина.
Большой интерес представляют результаты по изменению среднего объема эритроцитов: при утяжелении ХОБЛ средний объем эритроцитов составляет не более 81 фемтолитров. По мнению автора, снижение среднего объема эритроцитов является прогностическим критерием утяжеления ХОБЛ [2].
Е.В. Приваловой и соавт выявлена тенденция к снижению средней концентрации гемоглобина в эритроците у больных ХОБЛ [7,8].
Зафиксировано изменение формы эритроцитов крови больных ХОБЛ: снижение нормальных дискоцитов при увеличении эхиноцитов, сфероцитов, овалоцитов, а также появление каплевидных, мишеневидных и других дегенеративных форм [9, 11].
О снижении показателей электрофоретической подвижности эритроцитов крови больных ХОБЛ указано в работе Цыбжитовой Э.Б. и соавт. [12].
По мнению Santini M.T. et al. изменение формы эритроцитов и реологических свойств крови играет ключевую роль в течение ХОБЛ [27].
Нарушение структурно-функционального состояния эритроцитов может привести к снижению деформируемости, увеличению тенденции к агрегации, что усугубляет гемодинамические расстройства, провоцирует дальнейшие нарушения кислород-транспортной функции крови, способствуя нарастанию гипоксии [8]. Это позволило рассматривать изучение биофизических характеристик состояния эритроцитов у больных ХОБЛ различной степени тяжести как одно из перспективных направлений исследования.
Как следует из представленных данных, проводится достаточно большой объем исследований метаболического статуса и физико-химических свойств эритроцитов крови больных ХОБЛ. В то же время имеются определенные различия по направленности изменения ряда показателей. По всей вероятности, это связано с тем, что при выполнении исследований или при интерпретации результатов не учитывались клинические формы ХОБЛ, стадии и степень тяжести.
Это требует проведения дальнейших исследований физико-химических свойств и метаболического статуса эритроцитов для корректной оценки роли красных клеток в механизмах развития и прогрессирования ХОБЛ.
Рецензенты:
Койчубеков Б.К., д.б.н., профессор, зав. кафедрой медицинской биофизики и информатики Карагандинского государственного медицинского университета, г. Караганда;
Алиханова К.А., д.м.н., профессор, зав. кафедрой общей и врачебной практики факультета непрерывного профессионального развития Карагандинского государственного медицинского университета, г. Караганда.