Květoslava Burda

1. Erytrocyty – co o nas wiedzą?
Květoslava Burda
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej

2. Dlaczego badamy erytrocyty?
1. Własności regulacyjne erytrocytów.
2. Budowa i funkcje erytrocytów.
Przykład zastosowania badań
3. Problem nadciśnienia tętniczego.
4. Topografia zdrowych i chorobowo
zmienionych erytrocytów.
5. Własności transportowe
zmienionych chorobowo komórek.
6. Podsumowanie

3. Transport krwi, a w niej:
- niezbędnych dla organizmu składników odżywczych
(glukoza, aminokwasy i tłuszcze) oraz tlenu (procesy
oddechowe),
-hormonów uwalnianych do niej przez układ dokrewny,
- komórki układu immunologicznego i przeciwciała.
Układ krążenia

8. Własności lepkościowo-elastyczne krwi zależą od::
-- lepkości plazmy
-- zdolności
deformacyjnej
erytrocytów
-- agregacji
-- hematokrytu

9. Budowa i rola erytrocytów
MIEJSCE POWSTANIA
- SZPIK KOSTNY
MIEJSCE ROZPADU
- ŚLEDZIONA
CZAS ŻYCIA
- 60-120 DNI

10. Kompleks białek wiążących
pasma 3
Kompleks ankirynowy

12. Postulowali istnienie w błonach specjalnych struktur przepuszczających
cząsteczki
Brücke, 1843; Ostwald, 1890; Pfeffer, 1877
Lata 50-te XX wieku – zauważono szczególną zdolność błon erytrocytów
do bardzo szybkiego (109 H2O / s) selektywnego
przepuszczania wody (nieprzepuszczalnymi dla innych
cząsteczek)
Sidel and Solomon, 1957
Istnienie kanałow wodnych kontrowersyjne przez następne 30 lat,
brak ich identyfikacji
Finkelstein, 1987
1988 P. Agre badając grupy antygenowe krwi Rh, wyizolował białko błonowe
28 kDa o nieznanej funckji, CHIP28

13. Xenopus oocytes microinjected with AQP1 mRNA swell rapidly when placed
in a hypo-osmotic medium, in contrast to noninjected oocytes.
Takie samo zjawisko obserwowano, gdy wyizolowane białko CHIP28 wbudowano
w liposomy. Puchnięcie struktur hamowane było przez jony Hg2+.
CHIP28 = aquaporin 1 lub AQP1

14. nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/chemanim2.mpg
Peter Agre
Roderick
MacKinnon
Nagroda Nobla z chemii, 2003
Za odkrycie kanałów wodnych i badania nad kanałami jonowymi.
H3O+struktury przenoszące -

15. Kanały jonowe:
- wspomagają (umożliwiają) generowanie i przesyłanie
- sygnałów elektrycznych; stanowią podstawowe bloki
-tworzące układ nerwowy
- są zamykane bądź otwierane pod wpływem różnych
czynników (wiązania ligandów, potencjału błonowego,
- emperatury, stresu mechanicznego)
- są wysoce selektywne dla poszczególnych jonów
(Na+, K+, Ca2+, Cl-)
- osiągają wysoką zdolność przenoszenia, ok. 108 jonów / s
- zaburzenie ich pracy może doprowadzić do chorób
- gł. mózgu, serca, mięśni.
Hodgkin and Huxley
w latach 50-tych - transport jonów
w poprzek błony aksonu
Nagroda Nobla z medycyny 1963

16. Uwadnianie dwutlenku węgla:
CO2 + H2O⇔ H2CO3
anhydraza węglanowa
(105 cząsteczek CO2 /s)
Ciiśnienie parcjalne tlenu
WysycenieHbO2

17. Grupa hemowa
protoporfiryna IX + jon Fe
bliższa His
dalsza His
O2

18. Ciiśnienie parcjalne tlenu
WysycenieHbO2

19. Klasyfikacja nadciśnienia tętniczego zgodnie z zaleceniami
Europejskiego Towarzystwa Nadciśnienia (ESH)
i Europejskiego Towarzystwa Kardiologicznego (ESC)
Kategoria Systoliczne (skurczowe)
Ciśnienie krwi (mm Hg)
Diastoliczne
(rozkurczowe)
Ciśnienie krwi (mm Hg)
optymanlne < 120 < 80
normalne 120-129 80-84
pre-nadciśnienie 130-139 85-89
I stopień nadciśnienia 140-159 90-99
II stopień nadciśnienia 160-170 100-109
III stopień nadciśnienia !!! ≥ 180 ≥ 110
Izolowane nadciśnienie
systoliczne
≥ 140 < 90

20. Nadciśnienie
Pierwotne
95 %
pacjentów
Przyczyna wzrostu
ciśnienia nieznana
Wzrasta ryzyko
uszkodzenia mózgu,
serca i nerek
Wtórne
Znane czynniki ryzyka
- genetyczne
- cukrzycy typu 1 i 2
- choroby nerek
- nadwaga
- wrazliwość na sól
- niedobór witaminy D
- palenie paierosów
- …
Niekontrolowanie nadciśnienia jest często przyczyną:
wylewów, niewydolności serca, niewydolności nerek i demencji.

21. Ciśnienie krwi jest wynikiem
„wyrzutu” serca stymulowanego całkowitym oporem obwodowym
objętość skurcze serca
kurczliwość serca
i
przekrój poprzeczny naczyń
struktura naczyń
i
funkcjonalność naczyń
Wciąż nie udało się wskazać czynników genetycznych ani środowiskowych,
które mogłyby być odpowiedzialne za rowijanie się
pierwotnego nadciśnienia tętniczego.

22. * patient with the early stage of essential hypertension (not taken into a statistical analysis)
Patient’s category: 0 – healthy. 1 – hypertension. or hypertension and hypercholesterolemia. 2 - hypercholesterolemia
Kliniczna charakterystyka pacjentów
BP DI
[%]
TCh
[mmol/l]
117.2±5.7 / 74.8±4.8
149±7.4 / 98±4.5
124.2±11.1 / 80.8±8.0
Zdrowy
Nadciś-
nienie /
Hipercholest
Hipercholest
38.7±5.4
36.7±10.4
40.3±5.9
4.8±0.6
5.3±2.3
6.2±0.7

23. Zdrowe RBCs RBCs z nadciśnieniem
Ilościowa analiza rozkładu stosunku
poprzecznej średnicy krwinki do podłużnej
Efrkt agregacji erytrocytów
(90% zmienionych RBCs, elipsoida~0.64)

24. AFM topografie
Zdrowy
Nadciśnienie
pierwotne

25. Zdrowy erytrocyt Erutrocyt pochodzący od pacjenta z nadciśnieniem
Szkielet błonowy erytrocytów (AFM)

26. Pierwotne
nadciśnienie
Zdrowy
Duże struktury
Małe struktury
Średnice
Odległości między
małymi strukturami
Duże struktury
Małe struktury
Średnice
Odległości między
małymi strukturami

27. Zdrowy
after 9 h
after 2 h
po 9 h
po 2 h
po 9 h
po 2 h
Pierwotne nadciśnienie tętnicze

28. Pacjnet z ciśnieniem: 138/86
wczesne nadciśnienie pierwotne
Zdrowy Pierwotne nadciśnienie tętnicze

29. Podsumowanie
1. W przypadku erytrocytów osób z pierwotnym nadciśnieniem tętniczym ulegają
uszkodzeniu połączenia szkieletu spektyrnowego z białkami błonowymi
(kompleks ankirynowy i /lub kompleks sprzęgajacy białka pasma 3). Struktura
szkieletu błonowego ze struktury „plastra miodu” (zdrowy) zamienia się w
strukturę „kolby kukurydzy” (nadciśnienie).
2. Powyzszy efekt powoduje zmianę kształtu erytrocytów na owalny w przypadku
pacjentów z pierwotnym nadciśnieniem tętniczym.
3. Zmiany szkieletu błonowego skutkują także zmiana powinowactwa hemoglobiny
do tlenu. W przypadku nadcisnienia tętniczego uwalnianie tlenu przez erytrocyty
jest utrudnione.
Wykluczony został wpływ cholesterolu na ten efekt.
( = time in MS )

30. This study was approved by the Bioethics Committee of Jagiellonian University (KBET /11/B/
2009, KBET/11/2011). It was partially supported by the Grant of Polish Ministry of Science
and Education N-N-402-471337, NCN (2011-2013) No 2011/01/N/NZ5/00919 and DS No
11.11.220.01 WfiIS AGH Krakow.
Jeśli ten efekt występuje także w warunkach in vivo,
mógłby być odpowiedzialny za obserwowaną hypoksię,
która z kolei poprzez aktywowanie układu sympatycznego ,
mogłaby wywoływac wzrost cisnienia tętniczego.
Kaczmarska et al. Cell Biochemistry and Biophysics 2013

31. Magdalena Kaczmarska
Jozef Korecki
Kvetoslava Burda
Maria Fornal
Tomasz Grodzicki
Franz H. Messerli
AGH University of Science and Technology,
Faculty of Physics and Applied Computer Science,
Kraków, Poland
Collegium Medicum, Jagiellonian University,
Department of Internal Medicine and Gerontology,
Kraków, Poland
Columbia University College of Physicians
and Surgeons,
Division of Cardiology, St. Luke’s-Roosevelt
Hospital,
New York, USA
Dziękuję za uwagę