Кинетика смены устойчивых режимов метаболизма эритроцитов

УДК 615.9(06)+577.3(06) Биофизика
М.А. ВИНОГРАДОВА, А.Р. ЗАРИЦКИЙ, М.В. ФОК
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва
КИНЕТИКА СМЕНЫ УСТОЙЧИВЫХ РЕЖИМОВ
МЕТАБОЛИЗМА ЭРИТРОЦИТОВ
У соматических клеток имеется три режима метаболизма: покой, при
котором основные параметры клетки постоянны; активность, при котором
эти параметры непрерывно изменяются по определенному алгоритму;
деление (митоз), при котором также параметры непрерывно изменяются,
но по другому алгоритму. Последние два режима нестационарные [1, 2].
Известно, что эритроциты не делятся, поэтому можно говорить только о
двух первых режимах. По литературным данным, основной режим метаболизма эритроцитов in vivo является стационарным [3]. Полагают, что и
в эритроцитах консервированной крови также устанавливается стационарный режим, отличающийся от состояния in vivo более низким уровнем
энергетического метаболизма, поскольку при хранении используют ингибиторы гликолиза.
Задачей работы было выяснить особенности кинетики состояния эритроцитов при переливании крови. При этом изменяются основные параметры: pH и концентрация АТФ (nATP) внутри эритроцитов, и клетки
оказываются неспособными в полной мере осуществлять свою кислородно-транспортную функцию [4 – 6], обуславливая тем самым стресс.
На рисунке представлены кривые равенства скоростей роста и убыли
концентрации АТФ (кривая ABCD), количества липидов в мембране (кривые KL и K'L'), концентрации ионов водорода (кривые MN и M'N') в зависимости от pH и nATP внутри эритроцитов. Точка D соответствует состоянию in vivo, точка A – состоянию эритроцитов в консервированной крови. При консервировании крови происходит нестационарный переход
кривых KL в K'L', MN в M'N', а кривая ABCD остается постоянной, так
как количество ферментов, участвующих в синтезе и распаде молекул
АТФ, остается постоянным.
Известно, что pH плазмы консервированной крови составляет ~ 6,8, а
pH плазмы крови in vivo ~7,45 единиц. Известно также, что pH цитоплазмы эритроцитов не менее чем на 0,1 меньше, чем в плазме крови и in vivo
и in vitro. При переливании консервированной крови в организм человека
происходит выравнивание pH плазмы перелитой крови до уровня pH крови организма. Из-за соответствующего подщелачивания цитоплазмы введенных в кровяной русло эритроцитов (точка А на рис. переходит в точку
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3
133
УДК 615.9(06)+577.3(06) Биофизика
A0 ) за счет выхода из них ионов водорода трансмембранный потенциал
эритроцитов возрастает. Согласно [4 – 6] уменьшается проницаемость
мембраны эритроцитов для всех мелких молекул, способных неспецифично проходить сквозь мембрану, в том числе и для кислорода. На этом
этапе стресс для организма может быть вызван недостатком кислорода
для нормального функционирования клеток-потребителей. При этом ордината т. A0 не может быть выше величины, определяемой потенциалом
Доннана эритроцитов (8 – 10 мВ), то есть pH цитоплазмы таких эритроцитов не может быть выше уровня, указанного на рис. штриховой линией.
Таким образом, при переливании консервированной крови фазовая траектория состояния эритроцитов останавливается в т. A0 , не достигнув критической т. В, за которой был бы гарантированный переход на участок
СД, где эритроциты могли бы нормально функционировать. Это объясняется тем, что не хватает энергии. Следовательно, большая продолжительность стресса и его тяжесть обусловлены именно этим обстоятельством.
Список литературы
1. Зарицкий А.Р., Пронин В.С. Биофизика основных режимов клеточного метаболизма.
Функциональные режимы клетки: состояние покоя и активность // Краткие сообщения по
физике. М.: ФИАН, 2006. № 12. С. 8-18.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3
134
УДК 615.9(06)+577.3(06) Биофизика
2. Зарицкий А.Р., Пронин В.С. Биофизика основных режимов клеточного метаболизма.
Режим деления клетки (митоз) // Краткие сообщения по физике. М.: ФИАН, 2006. № 12.
С. 19-27.
3. Черницкий Е.А., Воробей А.В. Структура и функции эритроцитарных мембран.
Минск, 1981.
4. Фок М.В. Некоторые вопросы биохимической физики, важные для врачей. М.: Наука,
2003.
5. Фок М.В., Зарицкий А.Р. Авторегуляция, как основа гомеостаза клеток. М.: Космосинформ, 1997.
6. Авторегуляция неспецифической проницаемости мембраны эритроцита / М.В. Фок,
А.Р. Зарицкий, Г.А. Зарицкая, Е.В. Переведенцева. М.: Наука, 1999.
ISBN 978-5-7262-0883-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2008. Том 3
135