Ātrgaitas videomateriāli atrisina vienu no lielākajiem cilvēka asinsrites noslēpumiem

Sarkanās asins šūnas ir elastīgi abpusēji ieliekti diski, kas savu dzīvi pavada, suspendēti asins plazmā. Tie ir līdz šim lielākā parasto asiņu sastāvdaļa, un līdz ar to tiem ir ļoti svarīga loma ceļā, kas plūst caur ķermeni.

Parastos apstākļos sarkanās asins šūnas sakrājas kopā, veidojot struktūras, ko sauc par ruleaux, piemēram, cilindriskus monētu iepakojumus. Tie pastāvīgi veidojas un sadalās, bet var arī sapīties. Kad tas notiek, asinis kļūst biezākas un galu galā sarecē.

Taču ir viegli iedomāties, ka šīs rūts struktūras var radīt problēmas, jo asinsvadi kļūst mazāki — mazākie asinsvadi ir nedaudz lielāki par pašiem sarkanajiem asinsķermenīšiem.

Bet hematologi jau sen zināja, ka tas nenotiek. Izrādās, ka asinīm ir unikāla īpašība, kas novērš šāda veida ņurdēšanu — tās kļūst plānākas un šķidrākas, ejot pa mazākiem kanāliem. Tas, kāpēc tas notiek, ir noslēpums.

Taču šodien Manouks Abkarians un Monpeljē universitāte Francijā un daži draugi saka, ka ir sapratuši, kas notiek. Šie puiši ir izmantojuši ātrgaitas videokameras, lai ierakstītu sarkano asins šūnu uzvedību tādos pašos apstākļos, kā šūnas piedzīvo cilvēka organismā. Un viņi saka, ka viņu rezultāti apgāž tradicionālo domāšanu par sarkano asins šūnu lomu asinīs.

Vispirms nedaudz fona. Īpašība, kas padara asinis plānākas, kad tās plūst cauri mazākiem asinsvadiem, ir pazīstama kā bīdes retināšana. Tas rodas, kad spēki vienā šķidruma daļā atšķiras no spēkiem citā, izraisot bīdes spriegumu. Fiziķi šķidrumus, kas uzvedas līdzīgi šim, sauc par neņūtona šķidrumiem.

Bīdes spriegumi dabiski rodas plūsmā caur jebkuru trauku. Tas ir tāpēc, ka šķidrums, kas atrodas vistuvāk trauka virsmai, pārvietojas lēnāk nekā šķidrums vidū, un tas rada bīdes spriegumu. Bet kā bīdes spriegums padara asinis plūstošākas?

Daļa no mīklas ir tāda, ka biologi jau sen ir zinājuši, ka asins plazma ir Ņūtona šķidrums — tās viskozitāti neietekmē bīdes spriegums. Tātad jebkura ne-Ņūtona uzvedība ir jāizraisa sarkanajām asins šūnām, kas ir suspendētas asins plazmā un veido līdz 45 procentiem asiņu.

Septiņdesmitajos gados hematologs sāka pētīt šo šūnu uzvedību, kas suspendētas dekstrāna polisaharīdu ūdens šķīdumos, kas, domājams, atdarina ķermeņa apstākļus. Viņi atklāja, ka sarkanās asins šūnas mētājas kā monētas, ja bīdes spriegums ir zems. Bet, palielinoties bīdes spriegumam, šūnas orientējas ar plūsmu un kļūst stabilas. Patiešām, šūnas izstiepjas plūsmas virzienā, veidojot izliektus elipsoīdus.

Tas noveda pie ietekmīgas asins plūsmas teorijas. Šī teorija liecināja, ka šajos apstākļos sarkanās asins šūnas uzvedas kā šķidruma pilieni. Citiem vārdiem sakot, asinis uzvedas kā emulsija.

Bet šūna var izturēties kā piliens tikai tad, ja arī tās membrāna darbojas kā šķidrums. Un tam ir dažas svarīgas sekas.

Kad šūnas veido izliektus elipsoīdus, bīdes spēki liek tām griezties. Citoplazma šūnas iekšpusē ir viskozāka nekā šķidrums ārpusē, tāpēc membrānai jāgriežas ātrāk nekā citoplazmai iekšpusē. No malas tas izskatītos pēc tanka kāpurķēdes kustības.

Tā sauktā tanku kāpšana ir kļuvusi par šķietami labi zināmu parādību sarkano asins šūnu kustībai mazos asinsvados.

Bet Abkarian un viņa kolēģi tagad saka, ka šī sarkano asins šūnu uzvedības teorija ir nepareiza. Sākumā viņi norāda, ka agrīnie dekstrāna polisaharīdu šķīdumi precīzi neatveidoja ķermeņa apstākļus. Viņi arī saka, ka sarkano asinsķermenīšu membrānas nevar darboties kā šķidrums, un tāpēc nav iespējams pārvietoties pa tvertni.

Tā vietā viņi izmanto ātrgaitas videokameras, lai reģistrētu sarkano asins šūnu uzvedību mikrokanālos ķermeņa temperatūrā dekstrāna šķīdumos, kas atdarināja asiņu viskozitāti, osmolaritāti un pH. Pēc tam viņi mainīja bīdes spriegumu, ko izjūt sarkanās asins šūnas, kontrolējot plūsmas ātrumu.

Rezultāti rada interesantu lasīšanu. Abkarian un co apgalvo, ka asins viskozitāte piedzīvo virkni ievērojamu transformāciju, palielinoties bīdes spriedzei, un ka tās ir sarežģītu sarkano asins šūnu uzvedības izmaiņu rezultāts.

Sākumā sarkanie asinsķermenīši krītas kā pārmestas monētas asinīs. Bet, palielinoties bīdes spriedzei, šī gājiena kustība mainās uz rites kustību. Šķiet, ka šūnas ripo uz sāniem, piemēram, aizskrējušas riepas. Un, palielinoties šūnu īpatsvaram, kas to dara, šķidruma viskozitāte samazinās.

Taču velmēšana ļoti atšķiras no tvertņu protektora, kas prasa, lai membrāna darbotos kā šķidrums. Patiešām, Abkarian un co saka, ka galvenā uzvedības iezīme ir tā, ka sarkano asins šūnu membrānas nedarbojas kā šķidrumi.

Bīdes spriegumiem vēl vairāk palielinoties, šūnas sāk saspiesties, kas rada mazāku virsmas laukumu plūsmai. Tas noved pie turpmākas bīdes retināšanas, saka Abkarian un co.

Un, tā kā bīdes spriegums vēl vairāk palielinās, sarkano asins šūnu forma kļūst izkropļota, veidojot trīs vai sešas daivas. Nav skaidrs, kā tieši tas notiek, bet tas veicina bīdes retināšanu, ļaujot šūnām salocīt un tādējādi vēl vairāk samazināt to virsmas laukumu.

Komanda dublē savus novērojumus, izveidojot šūnu datormodeli, kas atkārto šo uzvedību, kad tiek pielietoti tādi paši bīdes spriegumi.

Tas ir interesants rezultāts. Tas nozīmē, ka sarkano asins šūnu šķidruma pilienu teorija ir nepareiza un asinis neizturas kā emulsija. Patiešām, novērotā uzvedība ir iespējama tikai tad, ja sarkano asins šūnu membrāna nekļūst šķidra un tādējādi efektīvāk atdala plazmu no citoplazmas šūnā. Membrānas plūstamības trūkums augstas viskozitātes kontrastam starp iekšējiem un ārējiem šķidrumiem ir galvenā iezīme, kas kontrolē sarkano asins šūnu uzvedību, saka Abkarian un citi.

Jaunajai domāšanai ir dažas svarīgas sekas. Hematologi ir izmantojuši ideju par asinīm kā emulsiju, lai izskaidrotu dažādas fizioloģiskas parādības. Piemēram, tvertnes kāpšana ir galvenā teorijas daļa, kas izskaidro, kā sarkanās asins šūnas atbrīvo ATP. Mūsu pētījums apšauba pilienveida analoģijas nozīmi sarkano asins šūnu dinamikā, lai izskaidrotu šīs parādības, saka pētnieki.

Dzīvie šķidrumi, piemēram, asinis, ir ļoti svarīgi. Tāpēc labāka izpratne par viņu uzvedību neizbēgami palīdzēs pētniekiem ar to rīkoties efektīvāk. Būs interesanti redzēt, kā šīs tradicionālās domāšanas apgāšanās ietekmēs šo jomu.

Atsauce: arxiv.org/abs/1608.03730 : jauns skatījums uz asins atšķaidīšanu

paslēpties