Влияние перфторана на пороговое напряжение электрического пробоя мембран эритроцитов


Козлова Е.К., Мороз В.В., Богушевич М.С., Алексеева П.Ю., Черныш А.М.
Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова, Москва
Научно-исследовательский институт общей реаниматологии РАМН, Москва
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва


В эксперименте показано, что перфторан изменял кинетику гемолиза эритроцитов при электрическом пробое мембран. При этом наблюдались эффекты как замедляющего, так и ускоряющего действия перфторана в зависимости от его концентрации в суспензии крови (Мороз В.В. и соавт., 2004). В данной работе исследовали влияние частиц перфторана на сдвиг порога электропорации мембран при действии разнонаправленным импульсным электрическим полем. На суспензию эритроцитов с перфтораном подавали импульсное электрическое поле длительностью 10 мс. Напряженность поля в растворе меняли от 1 000 до 3 000 В/см. Процесс электропорации регистрировали по скорости гемолиза эритроцитов, измеряя оптическую плотность раствора.

При трансмембранных потенциалах, превышающих некоторое пороговое значение пор, происходит электрический пробой мембран, то есть образование в них сквозных микропор. Наведенный потенциал на клетке определяется напряженностью создаваемого внешнего электрического поля в растворе и размером клетки . Для сферической клетки: =1,5ERcos , где – угол между вектором напряженности электрического поля и радиус-вектором точки рассмотрения на поверхности клетки. Количество образовавшихся пор N в мембране является некоторой функцией f соотношения:



В зависимости от условий опытов соотношение /пор могло меняться.

На рисунке показана зависимость количества пор от наведённого электрического напряжения на мембране, рассчитанная для разных значений порогового напряжения. Кривая b соответствует действию первого импульса на суспензию эритроцитов без перфторана при пробойном напряжении на мембране 0,5 В. Точка 2 – количество образовавшихся пор при подаче напряжения на мембрану 0,7 В. Кривая а соответствует пробойному напряжению 0,55 В (например, при добавлении перфторана в раствор). Точка 1 – количество пор при том же наведенном мембранном потенциале. Точка 3 графика d показывает количество пор при действии второго импульса на суспензию эритроцитов без перфторана, при этом наведенный потенциала составлял 0,6 В. Учтено, что для второго импульса изменяется пробойное напряжение на мембране (до 0,35 В) в связи с ее повреждением от первого. График с – действие второго электрического импульса на суспензию эритроцитов с перфтораном. Точка 4 показывает количество образовавшихся пор для наведенного потенциала 0,63 В и пробойного напряжения 0,45 В. Указанные выше уровни порогового напряжения и наведенного мембранного потенциала определялись концентрацией перфторана и состоянием мембраны перед воздействием импульса электрического поля.



Добавление в суспензию перфторана изменяло свойства плазматической мембраны, и, как следствие, изменялись величина пор и количество образовавшихся пор. Этот процесс чувствителен к концентрации перфторана в суспензии. При малых концентрациях (С = 10 мкл/мл) частицы перфторана могли встраиваться в липидный матрикс, «залечивая» образовавшиеся при электрической модификации поры. Это повышало эластичность мембраны и приводило к её «укреплению». При концентрациях 100 мкм/мл и более перфторан охватывал поверхность клетки в 3 – 5 раз большую, вызывая интенсивное взаимодействие с клеточными белками и липидным матриксом мембран.

В работе анализируется комбинированное действие электрического поля и перфторана при повторных воздействиях. Эффект изменения скорости гемолиза будет определяться нелинейностью соотношений:

Добавление перфторана в суспензию вносит дополнительные факторы асимметричности электрического воздействия.