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

Transkrypt

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 Układ krążenia 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.

4

5

6

7

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

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

10 Kompleks białek wiążących pasma 3 Kompleks ankirynowy

11

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 (10 9 H 2 O / s) selektywnego przepuszczania wody (nieprzepuszczalnymi dla innych cząsteczek) Sidel and Solomon, 1957 Istnienie kanałow wodnych kontrowersyjne przez następne 30 lat, brak ich identyfikacji Finkelstein, 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 Hg 2+. CHIP28 = aquaporin 1 lub AQP1

14 Nagroda Nobla z chemii, 2003 struktury przenoszące - H 3 O + Peter Agre Za odkrycie kanałów wodnych i badania nad kanałami jonowymi. Roderick MacKinnon nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/chemanim2.mpg

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 +, Ca 2+, Cl - ) - osiągają wysoką zdolność przenoszenia, ok 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 Wysycenie HbO2 Ciiśnienie parcjalne tlenu Uwadnianie dwutlenku węgla: CO2 + H2O H2CO3 anhydraza węglanowa (10 5 cząsteczek CO2 /s)

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

18 Wysycenie HbO2 Ciiśnienie parcjalne tlenu

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 pre-nadciśnienie I stopień nadciśnienia II stopień nadciśnienia III stopień nadciśnienia!!! 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 BP Kliniczna charakterystyka pacjentów TCh [mmol/l] DI [%] Zdrowy 117.2±5.7 / 74.8± ± ±5.4 Nadciśnienie / Hipercholest 149±7.4 / 98± ± ±10.4 Hipercholest 124.2±11.1 / 80.8± ± ±5.9 * 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

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 Zdrowy AFM topografie Nadciśnienie pierwotne

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

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

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

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

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 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 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 , NCN ( ) No 2011/01/N/NZ5/00919 and DS No WfiIS AGH Krakow.

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