Регуляция электрокинетических свойств эритроцитарных популяций при различном функциональном состоянии организма

Актуальность проблемы. В процессе производственной, учебной и спортивной деятельности человек подвергается периодическим, а нередко систематическим и интенсивным психоэмоциональным нагрузкам, сопровождающимся напряжением соматических и психических функций организма. В чрезвычайных ситуациях в организме развертываются адаптационные процессы, направленные на мобилизацию резервных возможностей человека и перестройку гомеостатических механизмов. Ключевая роль в их энергетическом и метаболическом обеспечении принадлежит крови и прежде всего эритроцитам, доставляющим тканям кислород. Полноценное выполнение эритроцитами кислородтранспортной функции возможно лишь в условиях их быстрого и беспрепятственного движения по кровеносному руслу благодаря электростатическому отталкиванию клеток друг от друга и от стенок сосудов [229,339]. Первостепенное значение для сохранения суспензионной устойчивости и реологии крови имеет поверхностный заряд эритроцитов.

О явлениях, протекающих на поверхности эритроцитов, и величине клеточного заряда принято судить по их электрокинетическим свойствам и экспериментально измеряемой скорости передвижения клеток в электрическом поле — электрофоретической подвижности (ЭФП). ЭФП эритроцитов, как интегральный показатель их мембранных функций, с одной стороны, и физико-химических свойств плазмы — с другой, служит индикатором состояния системы крови и организма в целом [70,141,204,219]. Уменьшение ЭФПЭ сопровождается усилением агрегации эритроцитов, их прокоагулянтной активности, ухудшением микроциркуляции и в конечном счете развитием тканевой гипоксии [31,36,165,311]. В связи с этим сохранение оптимального уровня заряда чрезвычайно важно, особенно в состояниях, характеризующихся напряжением регуляторных механизмов гомеостаза, в частности в стрессовых ситуациях. Сведения о путях контроля электрокинетических свойств эритроцитов крови представляют как чисто теоретический, так и практический интерес, открывающий путь к управляемой коррекции возникающих в организме нарушений.

Однако общие закономерности и механизмы поддержания стабильности заряда эритроцитов в норме и их регуляции при изменении функционального состояния организма остаются нераскрытыми до настоящего времени. Решению этих проблем может способствовать, с нашей точки зрения, переход к популяционному изучению свойств циркулирующих в сосудистом русле эритроцитов. С этих позиций эритроциты периферической крови рассматриваются не как гомогенная масса однородных клеток, а как клеточная популяция, состав которой отражает метаболизм и функциональное состояние отдельных клеток, свойства окружающей их плазмы, деятельность органов продукции и деструкции эритроцитов. Между тем традиционный анализ, ограничивающийся учетом лишь средних величин признака, не только не дает исчерпывающей информации о структуре клеточной популяций, но и нередко маскирует реальную картину происходящих в ней изменений. Это требует разработки новых подходов и адекватных методов исследований клеточных сообществ, а также поиска дополнительных чувствительных критериев для оценки их состояния и анализа закономерностей протекающих в эритроцитарных популяциях процессов. Мы полагаем, что изучение поведения ЭФП на популяционном уровне, опирающееся на строго количественную характеристику распределения клеток в популяции, позволит получить объективное представление о ее структуре и динамике и приблизиться к пониманию механизмов регуляции электрокинетических свойств эритроцитов.

Цель работы состояла в изучении механизмов поддержания устойчивости электрокинетических свойств эритроцитов крови человека и животных в норме и их регуляции при физических нагрузках, эмоциональном стрессе и в других экстремальных состояниях организма.

Задачи исследования:

1. Изучить возрастные и половые особенности структуры эритроцитарных популяций по ЭФП, их динамику при эмоциональном напряжении, психофизических нагрузках у человека, при воздействии различных экстремальных факторов и в условиях адаптации к ним — у животных.

2. Изучить статистические закономерности, объясняющие функционирование механизма перераспределения субпопуляций эритроцитов в общей совокупности, в норме, при физических нагрузках и при эмоциональном стрессе.

3. Изучить сопряженность варьирования ЭФП с уровнем процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ) в мембранах эритроцитов, активностью антиокислительных систем и антиоксидантной защиты, оценить вклад ПОЛ в регуляцию баланса субпопуляций. Проанализировать устойчивость электрокинетических свойств эритроцитов к прооксидантному действию перекиси водорода при различной выраженности психоэмоционального напряжения.

4. Исследовать влияние на электрокинетические свойства клеток в эритроцитарных популяциях человека и крыс физико-химических свойств и особенностей компонентного состава плазмы крови.

5. Оценить участие механизмов разного уровня (от мембранного до системного) в регуляции поведения субпопуляций эритроцитов по ЭФП при эмоциональном и физическом напряжении организма. Проанализировать вклад адреналина в формирование ответной реакции ЭФП на стресс и влияние на динамику эритроцитарной популяции по электрокинетическим свойствам активности эритропоэза, кислотной резистентности эритроцитов и их объема.

6. Изучить характер взаимосвязей электрокинетических свойств эритроцитов с другими параметрами красной крови: проследить зависимость состояния популяции эритроцитов по ЭФП от их концентрации в сосудистом русле, от объема, скорости оседания, от содержания гемоглобина (НЬ) в норме и при изменении функционального состояния организма.

Научная новизна исследования. Впервые на объективной методической основе проведен комплексный анализ структуры эритроцитарных популяций по ЭФП. Изучены половые особенности и возрастная динамика популяций у человека. Раскрыты основные тенденции, определяющие поведение популяции клеток красной крови при психоэмоциональном и физическом напряжении, действии на организм человека и животных экстремальных фактороввыяснены наиболее общие закономерности адаптационных изменений электрокинетических свойств эритроцитов. Продемонстрированы преимущества дифференциального изучения эритроцитарной популяции по ЭФП, опирающегося на ее количественное описаниепредложены новые методические подходы, повышающие разрешающую способность и информативность исследования. На базе статистического анализа системы взаимосвязей между характеристиками распределения ЭФП представлена схема ауторегуляции заряда эритроцитов в клеточной популяции. Показано, что при резких сдвигах во внутренней среде организма заметно возрастает значимость в контроле ЭФП «внешних» по отношению к эритроцитам факторов, усиливается вклад в эти процессы ПОЛ, а также особенностей компонентного состава и физико-химических свойств плазмы крови, системных влияний. Уточнены представления о действии адреналина на электрокинетические свойства эритроцитов. Установлено, что при эмоциональных и физических нагрузках модифицируются местные эффекты адреналина и возрастает роль в регуляции баланса субпопуляций эритроцитов их концентрации в сосудистом русле и объема клеток. Показано, что стимуляция эритропоэза при функциональном напряжении организма может оказывать разнонаправленное влияние на биоэлектрические параметры эритроцитов в зависимости от типа, выраженности и длительности действия стрессирующего фактора. Впервые продемонстрированы сложные и неоднозначные взаимоотношения между ЭФП эритроцитов и другими параметрами красной крови при различном физиологическом статусе организма. Усиление взаимодействия между ними предложено считать адаптивной реакцией, обеспечивающей нормальные реологические свойства крови при сохранении ее общей дыхательной поверхности.

Теоретическая значимость работы. Полученные в работе материалы раскрывают закономерности распределения эритроцитов по электрокинетическим свойствам в клеточных популяциях человека и животных, их поведения при функциональном напряжении организмаобъясняют механизмы поддержания стабильности электрокинетических свойств эритроцитов в различных условиях жизнедеятельности организмарасширяют и углубляют представления о регуляции заряда эритроцитов при адаптации организма к психофизическим нагрузкам и действию экстремальных факторовуточняют роль и вклад местных и системных реакций в регуляцию электрокинетических свойств эритроцитов, а также их взаимоотношений в адаптационном процессе.

Практическая значимость работы связана с разработкой прецизионного дифференциального подхода к анализу эритроцитарных популяций по ЭФП и к количественному описанию ее структуры, которое может использоваться в качестве вспомогательного критерия при оценке функционального состояния организма, а также для тестирования адекватности текущей рабочей нагрузкидля прогнозирования течения патологического процесса и оценки эффективности воздействия на него. Предложенный в работе метод можно рекомендовать для характеристики популяций других типов клеток крови с гетероморфным составом. Данные о влиянии на электрокинетические свойства эритроцитов различных параметров крови могут использоваться при разработке приемов коррекции патологических отклонений ЭФП эритроцитов крови.

Положения, выносимые на защиту:

1. Популяции эритроцитов по их электрокинетическим свойствам у человека имеют возрастные особенности и половую специфику. При эмоциональном и физическом напряжении организма на фоне незначительных колебаний среднего уровня ЭФП клеток происходит качественная перестройка структуры популяций, выраженность, характер и динамика которой зависят от типа предъявляемой организму нагрузки, ее интенсивности и эмоционального состояния человека.

2. Биоэлектрический гомеостаз поддерживается механизмами перераспределения в общем пуле долей клеток с различной ЭФП и изменениями диапазона динамического варьирования признака, направленными на сохранение оптимальной величины заряда эритроцитов как в состоянии покоя, так и при функциональных нагрузках. Механизмы, контролирующие относительную устойчивость электрокинетических свойств эритроцитов, статистически описываются определенными факторными структурами и корреляционными связями. Нарушение баланса субпопуляций эритроцитов в общей совокупности и снижение среднего уровня ЭФП свидетельствует о напряжении механизмов регуляции заряда эритроцитов.

3. Процессы, ответственные за стабилизацию среднего уровня ЭФПЭ, взаимодействуют на мембранно-клеточном и системном уровнях. Относительный вклад этих механизмов электрокинетического контроля в общий эффект определяется конкретным состоянием организма: в норме и при функциональных нагрузках они обеспечиваются преимущественно адаптивными внутрипопуляционными перестройками свойств циркулирующих клеток, дополняясь при чрезмерном эмоциональном напряжении и некоторых патологических процессах новыми звеньями. К числу факторов, влияние которых на поведение эритроцитарных популяций в этих ситуациях усиливается, относятся перекисные процессы в мембранах, физико-химические свойства окружающей плазмы и связи с другими параметрами красной крови.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Выводы.

1. Эритроцитарные популяции крови человека по их электрокинетическим свойствам характеризуются возрастной и половой спецификой. Онтогенетическая динамика отчетливей проявляется у лиц мужского пола, выражаясь в постепенном уменьшении асимметричности распределений. С возрастом в целом нивелируются половые различия состава популяции и уменьшается свойственная детям высокая однородность клеток по их заряду.

2. При эмоциональном и физическом напряжении организма в общем пуле клеток происходит перераспределение субпопуляций с разной ЭФПЭ, направленное на поддержание оптимальной величины среднего уровня показателя. Типичным признаком адаптивных изменений в эритроцитарной популяции является возрастание качественной гетерогенности клеток. Статистически механизмы регуляции электрокинетических свойств эритроцитов в норме и в стрессовых ситуациях описываются определенными факторными структурами и корреляционными связями.

3. Выраженность и характер влияния физического и эмоционального напряжения организма на состояние эритроцитаных популяций по ЭФП зависят от типа предъявляемой организму функциональной нагрузки и ее интенсивностиотражаются в динамике и структуре факторов, контролирующих регуляцию заряда эритроцитов. При этом резкие сдвиги средних величин ЭФПЭ отмечаются лишь при чрезмерно выраженных эмоциональных нагрузках, как связанных со спортивными соревнованиями, так и сдачей экзаменов.

4. Характер влияния процессов перекисного окисления липидов в мембранах эритроцитов на ЭФПЭ неоднозначен и определяется текущим уровнем активности этих процессов, чувствительностью отдельных субпопуляций эритроцитов к факторам прои антиоксидантного действия, а также активностью собственных антиокислительных систем. Зависимость ЭФПЭ от скорости ПОЛ наиболее выражена при его интенсификации за пределы значений физиологической нормы. При чрезмерно высоком уровне активность ПОЛ выступает в качестве компонента механизма регуляции состояния эритроцитарной популяции.

5. Уровень НЬ и ЭФП эритроцитов крови в норме строго скоординированы. В значительном интервале концентраций НЬ снижение его содержания сопровождается повышением ЭФПЭ, что указывает на тесную связь состояния кислородтранспортной функции крови с электрокинетическими свойствами эритроцитов. Эмоциональный стресс приводит к снижению средней концентрации НЬ в эритроците при одновременном увеличении объема клеток, сочетающемся с их перераспределением по устойчивости к кислотному и перекисному гемолизу.

6. Незначительные колебания рН крови in vivo, в отличие от эффектов in vitro, вызывают снижение ЭФПЭ, выраженность которого зависит от функционального статуса организма. При физических нагрузках сдвиги кислотно-основного состояния крови приводят к накоплению в общем пуле субпопуляций с пониженным ЭКП без изменения его среднего уровня. Химические компоненты плазмы оказывают влияние на состояние популяции лишь при значительных отклонениях их концентраций от физиологических величин.

7. Особенности влияния на ЭФПЭ адреналина in vitro определяются исходным состоянием популяции эритроцитов. У здоровых людей в состоянии покоя этот гормон в действующих концентрациях повышает средний уровень ЭФПЭ и (или) изменяет соотношение клеток с различными электрокинетическими свойствами. Такая реакция эритроцитов на адреналин модифицируется при эмоциональном стрессе и физических нагрузках, т. е. электрогенное" действие гормона в существенной мере зависит от текущего уровня биоэнергетических процессов в эритроцитах.

8. Связи электрокинетических свойств эритроцитов с другими параметрами красной крови усиливаются или (и) модифицируются при функциональных нагрузках. Взаимоотношения между ними характеризуются видовыми особенностями и носят фазный характер. Свойственные норме отношения между ЭФПЭ, объемом, скоростью оседания эритроцитов и уровнем в них НЬ. за пределами их физиологических значений, как правило, утрачиваются.

9. Поведение эритроцитарных популяций по ЭФП отражает степень напряженности эритропоэза. Однако стимуляция эритропоэза, оцениваемая по концентрации в сосудистом русле ретикулоцитов, влияет на состояние эритроцитарной популяции неоднозначно. При ее умеренных темпах в крови увеличивается доля крупных эритроцитов с повышенным потенциалом поверхности. При чрезмерной интенсификации эритропоэза в циркуляции накапливаются эритроциты с низкой ЭФП.

10. Действие механизмов поддержания устойчивости электрокинетических свойств эритроцитов в популяции реализуется на местном и системном уровнях ее контроля. Эти звенья регуляции взаимодействуют между собой и дополняют друг друга, но их относительный вклад в динамику электрокинетических свойств эритроцитов варьирует в зависимости от конкретного состояния организма. При стрессе соотношение мембранно-клеточных и системных механизмов регуляции зависят от уровня психофизического напряжения организма, типа нагрузки и длительности действия стрессирующего фактора.

Заключение

.

Сохранение электрокинетических свойств эритроцитов на оптимальном уровне крайне важно для поддержания суспензионной устойчивости и необходимых реологических характеристик движущейся крови. Снижение поверхностного потенциала эритроцитов, уменьшая силы электростатического отталкивания клеток [339], определяет повышение их агрегации, изменяет вязкость крови, ее структуру, увеличивает прокоагулянтную активность эритроцитов [311], инициирует процесс тромбообразования [99]. Именно поэтому ЭФПЭ как жизненно важный показатель относится к числу наиболее жестких констант внутренней среды организма. Естественно, что информация о механизмах поддержания такой стабильности интересна как в теоретическом, так и в чисто прикладном аспекте. Однако, несмотря на обилие в 70−80 годах работ, затрагивающих в той или иной степени электрокинетические свойства эритроцитов, исследованию механизмов их регуляции не уделялось должного внимания. Серьезных позитивных сдвигов в этой области не намечалось и в последующее время. В своих исследованиях мы попытались найти подходы и методы, позволяющие приблизиться к решению этой проблемы.

В итоге на модели стресса, как и ранее на примерах некоторых патологических состояний [114−122, 232], нами было продемонстрировано, что поддержание ЭФПЭ на приемлемом для гомеостаза уровне обеспечивается перераспределением в общем пуле долей клеток с разной подвижностью в пропорциях, обеспечивающих устойчивость суммарного уровня показателя.

Чтобы подтвердить справедливость подобного заключения и получить представление об общих закономерностях варьирования ЭФПЭ, следующий логически оправданный шаг к описанию схемы регуляции ЭФПЭ состоял в выяснении механизмов такого перераспределения. Однако достаточно очевидно, что вопрос о том, каким образом обеспечивается изменение баланса субпопуляций эритроцитов с разным электрокинетическим потенциалом сложен и не имеет однозначного решения. К контролю ЭФПЭ уже в норме могут быть причастны процессы, реализующиеся на разных уровнях эритрона, начиная с молекулярного и заканчивая системным. К ним добавляются химические и физико-химические воздействия со стороны окружающей эритроциты плазмы, а также наслаиваются половые и возрастные особенности системы клеток красной крови. При эмоциональных и физических нагрузках спектр этих влияний может значительно модифицироваться и усложняться.

Решению поставленных задач в значительной мере способствовал выбор адекватных методов исследования. В частности, акцент был сделан на изучение динамики связей ЭФПЭ с другими характеристиками крови. Подобный анализ, впервые примененный к электрокинетическим параметрам клеток крови в работе [49], был нами значительно усовершенствован и получил дальнейшее развитие с выходом на использование регрессионной модели имеющихся корреляций. К тому же принципиально важно, что эритроциты периферической крови рассматривались нами не как гомогенная масса функционально тождественных клеток, а как популяция клеток, свойства которых неодинаковы. Мы исходили также из того, что сам характер этой неоднородности может служить оценкой состояния системы красной крови. В этой связи помимо обычно учитываемых средних величин ЭФПЭ в расчет принимались параметры, описывающие форму распределения эритроцитов по ЭФП — коэффициенты асимметрии и эксцесса, что позволило дать строго количественную характеристику качественных особенностей структуры сопоставляемых популяций и с достоверностью судить о происходящих изменениях. Критический уровень Аб, наряду с его средним значением, использовался в качестве критерия, объективно отражающего соотношение различных типов распределений в рассматриваемых совокупностях, а Ех и дисперсия ЭФПЭ — для оценки степени гетерогенности и анизоцитоза эритроцитов в кровеносном русле.

При таком подходе, характеризующемся в целом значительно более высокой разрешающей способностью, удалось, в частности, обнаружить не выявлявшуюся ранее у здоровых людей возрастную и половую специфику состава эритроцитарных популяций по ЭФП. Оказалось, что при отсутствии достоверных онтогенетических различий средней величины популяционные особенности ЭФПЭ проявляются довольно отчетливо. Наиболее заметно эта динамика выражена у представителей мужского пола. Судя по соотношению распределений разного типа, с возрастом у них прогрессивно уменьшается доля клеток с высокой ЭФП и резко увеличивается гетерогенность популяции. У женщин возрастные изменения структуры популяций эритроцитов выражены не столь очевидно. С возрастом нивелируются половые различия соотношения субпопуляций с различными электрокинетическими свойствами и уменьшается свойственная детям однородность популяции.

Очевидно, возрастные особенности ЭФПЭ отражают динамику становления системы красной крови в целом и, главным образом, деятельность органов продукции и деструкции эритроцитов, выражающуюся в поэтапном обновлении состава популяций эритроцитов по форме, размерам, возрасту клеток [108]. Обнаруженное нами увеличение гетерогенности эритроцитарных популяций у взрослых людей и стирание резких половых различий в ее составе можно рассматривать, с одной стороны, как свидетельство усиления вклада в регуляцию электрокинетических свойств местных механизмов, в том числе и плазменных факторов, с другой, — как результат стабилизации функционирования системы красной крови.

Кроме того, выяснилось, что отсутствие реакции со стороны средней ЭФПЭ на изменение функционального состояния организма и некоторые патологические процессы в действительности маскирует серьезные перестройки в эритроцитарных популяциях. Другими словами, в популяциях эритроцитов, обладающих значительными внутренними резервами, электрокинетические эффекты могут выражаться в изменении соотношения отдельных клеточных субпопуляций, сохраняющем в конечном счете стабильным оптимальный суммарный (средний) показатель. Отличительной чертой таких преобразований обычно являлось усиление разнокачественности клеток по их подвижности, обеспечивающей, по-видимому, более широкие возможности для адаптации эритроцитов к условиям, дестабилизирующим их состояние.

Оказалось, что процессы, ответственные за поддержание стабильности электрокинетического потенциала эритроцитов при различном функциональном состоянии организма, статистически можно описать с помощью определенных факторных структур. Нами выделены гипотетические факторы, участвующие в контроле ЭФПЭ, которые мы интерпретировали как «внутренние» механизмы саморегуляции заряда эритроцитов. Их действие проявляется во взаимосвязанном варьировании параметров ЭФПЭ, в первую очередь характеристик формы гистограмм распределения, сохраняющих устойчивость ЭФПЭ, с одной стороны, ограничением накопления клеток с чрезмерно отклоняющимися ЭФП, а с другой — увеличением разнообразия состава эритроцитов.

Эффективное действие этого гипотетического механизма позволяет удерживать оптимальный средний уровень ЭФПЭ не только в норме, но и при стрессе, и даже при некоторых патологических процессах. Напряжение систем саморегуляции поверхностного заряда эритроцитов проявляется в модификации наблюдаемых факторных структур и в реально отмечаемых сдвигах ЭФПЭ. При высокой степени эмоционального напряжения, как и при ряде заболеваний [117,118,122,232], блок взаимосвязей претерпевает существенные изменения, сочетаясь с устойчивым и достаточно выраженным снижением средней по популяции ЭФПЭ.

Учитывая, что в динамике эритроцитарных популяций отражаются с одной стороны явления, протекающие на мембранно-клеточном уровне, с другой — деятельность органов продукции и деструкции эритроцитов, мы остановились на анализе вклада каждого из этих факторов в регуляцию заряда. Важная роль в формировании электрокинетического потенциала на поверхности клеток принадлежит мембраннотранспортным процессам и, в первую очередь, ионным насосам. Эксперименты с использованием in vitro ингибитора Na-Hacoca строфантина показали, что популяции эритроцитов периферической крови и человека, и крыс неоднородны по активности Na+, К±АТФазы. Ингибирующий эффект распространяется лишь на субпопуляции «отрицательного» типа, отличающиеся более высоким, чем в среднем по популяции, ЭФПЭ. При эмоциональном стрессе у студентов или при холодовой адаптации у крыс доля таких субпопуляций в общем пуле возрастает, свидетельствуя об усилении функций Na-Hacoca в эритроцитарных мембранах, а, следовательно, и о возрастании в них интенсивности энергообмена.

Вместе с тем с учетом того, что к контролю ЭФПЭ априори причастны физико-химическое состояние и свойства эритроцитарных мембран, нас не мог не заинтересовать анализ характера электрогенных влияний факторов, корректирующих эти параметры. К таким факторам, в частности, относятся свободнорадикальные процессы, играющие заметную роль в нормальной работе транспортных систем и липидзависимых мембранных ферментов. Интенсификация ПОЛ, имеющая место при ряде патологических состояний и в стрессовых ситуациях, может превратить этот процесс из важного звена адаптации в комплекс патогенетических факторов [136] и, в конечном счете, ухудшить биоэлектрические характеристики эритроцитов. Однако наши наблюдения в ряде экспериментов, моделирующих накопление у животных высокоактивных свободных радикалов, убедили, что реальная картина вопреки ожиданиям не столь однозначна и казалось бы безусловная связь между возрастанием уровня ПОЛ и снижением ЭФПЭ в ряде случаев отсутствует.

Адекватное представление о характере этой зависимости нам удалось получить с переходом к анализу отношений учитываемых признаков в пределах довольно широкого спектра индивидуального варьирования сопоставляемых параметров. Эффективности исследования способствовало использование большого числа разнообразных факторов, воздействующих на ЭФПЭ, и формирование смешанных выборок. Такая схема исследований несла чисто вспомогательную нагрузку и была призвана обеспечить максимально большой набор пар значений сравниваемых показателей безотносительно к причинам и условиям их появления [61]. При всей своей внешней непривычности принятая разновидность условного эксперимента, абсолютно недопустимая при сопоставлении средних, вполне корректна для выявления общих тенденций совместного варьирования тех или иных признаков [212]. И даже положена в основу составления аллометрических уравнений.

Совокупность полученных данных показала, что умеренная активация ПОЛ либо практически не влияет на ЭФПЭ, либо способствует некоторому повышению электрокинетического потенциала эритроцитов. При интенсификации окислительных процессов, когда уровень продуктов пероксидации значительно превышает верхнюю границу физиологической нормы, ЭФПЭ заметно снижается. Выявленные закономерности можно рассматривать как проявление общебиологического закона, согласно которому слабые воздействия стимулируют жизнедеятельность, воздействия средней силы угнетают ее, а более сильные подавляют совсем [332]. При этом факт стимулирования продуктами ПОЛ электрокинетического статуса эритроцитов может говорить о возможности их участия в поддержании необходимого уровня биоэлектрических процессов в эритроцитах.

Негативное действие свободнорадикальных реакций на ЭФПЭ проявлялось только при чрезмерной (многократной) их активации, вызывающей, очевидно, значительные деструктивные изменения в состоянии мембран. Это лишний раз подтверждает справедливость представления о высокой стабильности электрокинетического потенциала эритроцитов. Вполне возможно, что сохранению приемлемого для микроциркуляции уровня ЭФПЭ способствует разрушение эндогенными продуктами ПОЛ наименее устойчивых эритроцитов с пониженной подвижностью и их последующее удаление из сосудистого русла. Противодействие резким сдвигам ЭФПЭ может оказать и активизация компонентов антиокислительной защиты крови. Электрокинетические эффекты введенных в организм животных антиоксидантов и собственных антиокислительных ферментов эритроцитов (в том числе каталазы), по-видимому, обусловлены прямым блокированием ими роста ПОЛ.

Однако реальная картина участия прои антиоксидантных факторов в регуляции ЭФПЭ в силу различной чувствительности к ним отдельных субпопуляций эритроцитов, вероятно, сложнее. На конечном результате сказывается, очевидно, как складывающийся в ходе адаптационных реакций баланс этих систем, так и характер перераспределения в кровотоке эритроцитов, отличающихся окислительной и антиокислительной активностью. Несмотря на наличие в организме мощных естественных механизмов противоокислительной защиты, в состояниях, отягощенных накоплением в мембранах продуктов пероксидации, имеет место ПОЛ-индуцированная модификация электрокинетических свойств эритроцитов. Более того, интенсивность ПОЛ, в соответствии с выявленной нами факторной структурой, становится элементом, контролирующим поведение эритроцитарной популяции.

Анализ процессов, протекающих на мембранно-клеточном уровне, позволил отчасти объяснить обнаруженные с помощью факторного анализа механизмы ауторегуляции поверхностного заряда эритроцитов. Поскольку действие как ингибитора Na-Hacoca, так и прооксидантных факторов в значительной степени зависит от состояния самой эритроцитарной популяции, можно предположить, что в организме на установленном in vitro принципе устранения крайних отклонений основан механизм ограничения накопления клеток с чрезмерно измененными ЭС.

Достаточно отчетливо проявляется связь электрокинетических свойств эритроцитов с содержанием в них гемоглобина. В определенной локальной зоне варьирования концентраций гемоглобина как у людей, так и у крыс снижение уровня гемоглобина коррелирует с повышением ЭФПЭ. По всей видимости, эта связь лежит в основе адаптивных реакций системы красной крови на ослабление ее кислородтранспортной функции. Подтверждает это предположение факт существования линейной зависимости ЭФПЭ-Hb во всем интервале колебаний гемоглобина у женщин, отличающихся, как известно, более низким уровнем дыхательного пигмента.

К числу внешних по отношению к эритроцитам факторов, вклад которых в динамику уровня ЭФПЭ может оказаться весьма существенным, относятся параметры окружающей эритроциты плазмы крови. Не удивительно, что электрокинетические явления, зависящие в определенной мере от степени диссоциации поверхностных ионогенных групп, чутко реагируют на колебания рН плазмы. Как мы установили, в организме человека, в отличие от условий in vitro, угнетение ЭФПЭ отмечается уже при весьма незначительных отклонениях величины рН от оптимального уровня. Причем чувствительность ЭФПЭ к одинаковым по силе сдвигам рН зависит не только от их направленности (в кислую или щелочную сторону), но и от исходного состояния клеток красной крови. В случае кратковременных изменений рН, например у здоровых людей при функциональных нагрузках, эффект оказывается слабее, чем у больных со стойкими нарушениями свойств эритроцитов, и достаточно быстро исчезает. А при некоторых патологических процессах, в частности при заболеваниях печени [232], нарушение кислотно-основного состояния крови может явиться важным фактором стойкой дестабилизации ЭФПЭ.

В противоположность рН среды, индивидуальные химические компоненты плазмы способны значимо изменить ЭФПЭ лишь при заметных отклонениях их содержания от уровня физиологических значений. В одних случаях механизмы их действия на электрокинетические свойства могут быть достаточно специфичными, как например экранирование заряда при сорбции поверхностью эритроцитов избыточных количеств плазменных белков. Однако нередко угнетение подвижности эритроцитов отражает общие закономерности повреждения мембранных структур, одновременно затрагивающего клетки разных типов [317]. Все это означает, что влияния плазменного окружения на электрокинетические свойства клеток красной крови не являются строго детерминированными и независимыми. Они не выступают в чистом виде, а носят смешанный характер, сочетаясь с корректирующими эффектами ряда других факторов, дополняющих и модифицирующих их «основное» действие на ЭФПЭ крови.

Итак, при воздействии факторов, сдвигающих равновесие внутренней среды организма, на влияние чисто клеточных, «внутренних» звеньев ауторегуляции электрокинетических свойств эритроцитов активно накладывается фон действия «внешних» по отношению к ним элементов контроля, что находит отражение в динамике соответствующих факторных структур. Это позволяет допустить наличие своеобразных зон ответственности различных механизмов контроля заряда эритроцитов, причем переход на внешний" механизм, по нашему мнению, может служить индикатором напряжения гомеостатических механизмов регуляции.

Известно, что эритроцитарные популяции, адекватно отражающие изменение функционального состояния организма, достаточно тонко реагируют на стрессовые ситуации. В дополнение к этому нам удалось показать, что на базе комплексной оценки электрокинетических эритрограмм можно не просто зафиксировать сдвиги ЭФПЭ при стрессе, но даже разграничить степень и тип предъявляемой организму эмоциональной или физической нагрузки. Так, на соревнованиях по пятиборью стратегия поведения эритроцитарных популяций зависит, с одной стороны, от характера выполняемых спортсменами заданий и выраженности психофизической нагрузки, с другой, — от значимости соревнований. При видах спортивной деятельности, требующих высокой выносливости и значительных энергетических затрат (плавание, бег на большие расстояния), перераспределение субпопуляций эритроцитов предшествует выполнению нагрузки и отражает, по-видимому, мобилизацию энергетических и метаболических ресурсов клеток. Если же определяющим является психоэмоциональное, а не физическое перенапряжение организма спортсмена, как например на соревнованиях по стрельбе, наибольший эффект достигается по завершении соревнований, а состояние эритроцитарной популяции является итогом возникающих при стрессе компенсаторных реакций. Причем предстартовое повышение ЭФПЭ на соревнованиях по фехтованию, плаванию и кроссу более отчетливо проявляется на установочных соревнованиях, где физическая форма пятиборцев еще недостаточна по сравнению с ответственными стартами в конце сезона, когда уровень функциональной готовности спортсменов гораздо выше. И, наоборот, средний уровень подвижности снижается сильнее и эффект отличается большей устойчивостью во время отборочных соревнований по стрельбе, на которых дополнительное волнение спортсменов связано с повышенной личной значимостью выступления.

Изучение поведения ЭФПЭ крови студентов в период сдачи экзаменов подтвердило, что закономерности, определяющие адаптивные перестройки в эритроцитарной популяции при изменении функционального состояния организма, в целом универсальны и достигаются путем принципиально однотипных изменений структуры совокупности. Судя по динамике взаимосвязей параметров ЭФПЭ, описывающих состояние популяций, складывающаяся в конкретных ситуациях картина определяется механизмом перераспределения в общем пуле соотношения клеток с различными электрокинетическими свойствами. Такая перестройка позволяет в новых условиях функционирования организма удерживать уровень ЭФПЭ в некоторых достаточно узких, очевидно оптимальных для микроциркуляции, рамках варьирования. Вместе с тем у студентов в стрессовой ситуации факториальный комплекс регуляции заряда эритроцитов дополнился фактором эмоциональной напряженности, структура которого и удельный вес зависят как от уровня напряжения студентов, так и от продолжительности действия стрессора. При этом у студентов, испытывающих сравнительно невысокие эмоциональные нагрузки, отчетливую положительную корреляцию с этим фактором уровня тревожности можно считать проявлением эустресса. Напротив, отрицательные корреляции с фактором эмоциональной напряженности уровня тревожности и средних величин ЭФПЭ, а также усиление его вклада в регуляцию заряда эритроцитов у студентов при затяжном эмоциональном стрессе подтверждает факт напряжения механизмов регуляции электрокинетического гомеостаза.

Происходящие при стрессорных воздействиях структурные перестройки в эритроцитарной популяции могут быть опосредованы различными процессами. Достаточно банален факт, что функциональный статус эритроцитов при стрессе формируется на фоне резкого повышения в крови концентрации адреналина. В этой связи интересны его электрокинетический эффекты. Оказалось, что in vitro гормон может стимулировать ЭФПЭ (очевидно, путем мобилизации собственных энергетических ресурсов эритроцитов). Однако реакция эритроцитарной популяции на экзогенный адреналин заметно модифицируется при снижении уровня биоэнергетических процессов в эритроцитах, что в целом хорошо объясняет неоднозначность сдвигов ЭФПЭ как в модельных, так и в реально существующих условиях in vivo. В конкретных стрессовых ситуациях местные эффекты адреналина предопределяются исходным соотношением в кровеносном русле субпопуляций, различающихся по уровню энергообеспеченности и сложившегося в эритроцитах ионного баланса, и определяют, помимо прочих факторов, динамику эритроцитарной популяции. Естественно, что на характере перераспределения клеток по ЭФПЭ будет сказываться реальная концентрация адреналина в крови и длительность его действия.

Угнетение адреналином подвижности эритроцитов, вопреки распространенному в литературе мнению [101,176] как выяснилось, далеко не всегда является доминирующей реакцией, а происходит, по всей видимости, лишь при чрезмерно высоких концентрациях гормона в крови. Последнее имеет место при достаточно сильном эмоциональном напряжении организма. В этих случаях клеточные эффекты адреналина могут развиваться на фоне энергетического истощения эритроцитов и нарушения ионного баланса в клетках красной крови стрессированных студентов. В свою очередь, к нарушению работы мембранных ионтранспортных систем, в первую очередь активного транспорта, могут быть причастны: инициированная адреналином стимуляция ПОЛсмещение прооксидантно-антиоксидантного равновесия в клеточных мембранах и плазмесдвиги кислотно-основного равновесия крови и т. д.

Не исключено, что ЭФПЭ находится под контролем и других гормонов, секретирующихся в кровь при стрессе, а также гуморальных факторов негормональной природы, например дигоксиноподобных ингибиторов Ыа+, К±АТФазы эритроцитов, концентрация которых в крови при стрессе значительно повышается [113], а также иммуномодуляторов [168].

Понятно, что непосредственным влиянием адреналина (и других гуморальных факторов) на циркулирующие в сосудистом русле эритроциты не исчерпывается все многообразие путей регуляции ЭФПЭ при стрессе. Проведенное на модели эмоционально-физического стресса у крыс исследование показало, что при изменении функционального состояния организма возрастает и усиливается со временем вклад системных механизмов в регуляцию электрокинетических свойств эритроцитов. В норме у крыс на структуре эритроцитарной популяции по ЭФП отражается лишь активность эритропоэза, о чем косвенно можно судить по корреляции содержания ретикулоцитов с Аз и Ех распределения эритроцитов. Под влиянием чрезмерной нагрузки первоначально более тесной становится связь ЭФПЭ с объемом и численностью эритроцитов — показателями, характеризующими качественный и количественный состав красной крови и влияющими, как и электрокинетический потенциал, на ее реологические свойства. По истечении более продолжительного промежутка времени усиливается зависимость параметров ЭФПЭ от концентрации в периферической крови ретикулоцитов и эритроцитов, а также их суммарного общего объема. Причем характер этих корреляций говорит о том, что в отличие от нормы и первой реакции на стресс, стимуляция эритропоэза, обогащающая периферическую кровь «омоложенными» и крупными клетками, приводит не к увеличению, а к уменьшению в общем пуле доли эритроцитов с низкой ЭФП.

Аналогичное явление мы наблюдали у крыс по отношению к действию холодового фактора. Так, у крыс, подвергнутых ступенчатой адаптации к холоду, умеренный ретикулоцитоз, имевший место практически в ходе всего процесса адаптации [16], сопровождался некоторым повышением ЭФПЭ. Следовательно, стимуляция эритропоэза, пополняя периферическую кровь эритроцитами, способствует не только оптимизации кислородтранспортной функции, но и улучшению ее электрокинетического статуса, поскольку молодые эритроциты обладают повышенным ЭКП [141].

В то же время неадаптированные животные реагируют на такую же по величине и длительности холодовую нагрузку значительным снижением подвижности эритроцитов, несмотря на выраженный ретикулоцитоз. В стрессовых ситуациях, к которым можно отнести и острое холодовое воздействие, снижение ЭФПЭ на фоне стимуляции эритропоэза вызвано, возможно, местным влиянием на клетки крови адреналина. Выброс в кровяное русло избытка гормона (мощного мобилизатора энергетических ресурсов клеток) приводит к их истощению, нарушающему работу мембраннотранспортных систем [2] и состояние ионного гомеостаза. Не исключено, однако, что, сочетающееся с напряжением эритропоэза снижение ЭФПЭ обусловлено качественной «неполноценностью» выходящих из красного костного мозга стресс-ретикулоцитов [239].

Следует заметить, что снижение заряда поверхности эритроцитов является одной из причин усиления при стрессе процесса эритродиереза. Об ускорении темпов диереза говорит, например, снижение общей концентрации эритроцитов в периферической крови животных после перенесенного эмоционально-физического напряжения.

Об участии системы красной крови в регуляции ЭФПЭ при стрессе у человека косвенно свидетельствует обнаруженное нами у студентов увеличение в крови доли эритроцитов с резко увеличенным объемом и динамика их кислотной резистентности. Перед экзаменами, когда имеет место некоторое возрастание подвижности эритроцитов студентов, в кровеносном русле циркулируют, наряду с клетками с обычной стабильностью, высокоустойчивые молодые формы эритроцитов и в несколько меньшей концентрации — низкоустойчивые клетки. Возрастная разнокачественность эритрона сохраняется и после сдачи экзаменов, но становится более заметным накопление в сосудистом русле доли функционально старых эритроцитов, сочетающееся с угнетением ЭКП клеток. Ранее [18] нами было показано, что снижение среднего уровня ЭФПЭ у абитуриентов, сдающих вступительный экзамен, коррелирует с увеличением в периферической крови содержания ретикулоцитов. Как видно, стимуляция эритропоэза, пополняющая циркуляцию молодыми формами эритроцитов, при эмоциональном напряжении человека также может иметь неоднозначные последствия.

На реальной картине поведения ЭФПЭ при изменении функционального статуса организма может сказаться и выброс в кровеносное русло депонированных эритроцитов, характеризующихся, по данным М. Н. Масловой [113], пониженной активностью натриевых насосов. Однако при эмоциональном стрессе, вызванном сдачей экзаменов, подключение резервных эритроцитов из депо, судя по картине крови, не является доминирующей реакцией. При физическом напряжении, напротив, вклад этого фактора в модификацию электрокинетических свойств эритроцитов может оказаться более существенным, чем активизация эритропоэза. Как показано нами, под влиянием дозированной интенсивной мышечной нагрузки на фоне повышения общего количества эритроцитов в периферической крови возрастная динамика популяции практически не изменяется. Вполне возможно, что «разбавление» популяции эритроцитов старыми, депонированными формами с низкой активностью транспортных АТФаз [113] является основным фактором, определяющим возрастание относительной доли клеток с пониженным электрокинетическим потенциалом у спортсменов на некоторых видах соревнований по пятиборью.

Итак, причастность системных механизмов к регуляции поведения ЭФПЭ при стрессе проявляется в усилении взаимосвязей ЭФПЭ с численностью, размерами и резистентностью эритроцитов. Интенсификация таких взаимодействий свидетельствуют, очевидно, о развитии адаптивных реакций, направленных на сохранение необходимой для нормального функционирования организма кислородной емкости крови при одновременном обеспечении приемлемого уровня ее суспензионной устойчивости. Однако вмешательство системных факторов в своем крайнем выражении (например, при чрезмерных или длительных эмоциональных нагрузках) может привести к сбою в работе присущего норме «внутреннего» механизма саморегуляции электрокинетических свойств эритроцитов и к негативным последствиям: к нарушению необходимого для поддержания стабильности ЭФПЭ баланса субпопуляций и в итоге — к снижению средней ЭФПЭ. Естественно, в экстремальных ситуациях конечный результат формируется при участии местного звена регуляции электрокинетических свойств эритроцитов, в частности адреналина и других гормонов, эндогенных дигоксиноподобных соединения, иммунномодуляторов и т. д.

В целом же нам удалось с достаточной отчетливостью показать, что характер зависимости электрокинетических свойств эритроцитов от других параметров красной крови отражает функциональное состояние организма и модифицируется при стрессовых нагрузках, а также при патологии. В норме состояние таких важнейших и взаимосвязанных характеристик эритроцитов, как их заряд, объем и скорость оседания регулируется, повидимому, звеньями единого механизма, в значительной мере опосредующего свое действие через ионтранспортные системы эритроцитарной мембраны. Причем если прямопропорциональная зависимость между размерами и электрокинетическими свойствами эритроцитов отражает адаптационные процессы, направленные на поддержание реологических свойств и кислородтранспортной функции крови, то обратные отношения свидетельствуют, очевидно, о патологических изменениях в клетках красной крови. Так, корреляции между этими характеристиками эритроцитов становятся отрицательными при резком возрастании объема клеток, например при патологии и чрезмерном эмоционально-физическом напряжении. Снижение ЭФП эритроцитов на фоне увеличения их объема может быть, вероятно, последствием нарушений структурно-функциональных свойств эритроцитарной мембраны и внутриклеточного энергетического метаболизма.

Взаимоотношения численности эритроцитов с их качественными характеристиками — электрокинетическими свойствами и объемом определяются, видимо, многими факторами, в том числе и необходимостью поддерживать на определенном уровне реологические параметры крови. В силу этого у человека, обладающего относительно крупными эритроцитами с невысоким электрическим потенциалом поверхности, заметно выражена реципрокность отношения содержания и ЭФП эритроцитов уже при незначительном превышении среднестатистического уровня их концентрации. В противоположность этому, у крыс, характеризующихся малыми размерами и высоким ЭКП эритроцитов, в достаточно широком диапазоне варьирования наблюдается прямопорпорциональная зависимость между содержанием эритроцитов и их ЭФП. Лишь при чрезмерно высокой численности эритроцитов, как и у человека, в сосудистом русле крыс накапливаются клетки уменьшенных размеров и с низкой ЭФПЭ.

Такая реципрокность отношений может возникнуть либо в результате избыточного поступления в периферическую кровь депонированных форм эритроцитов с пониженной активностью мембранотранспортных систем [113], либо вследствие ускоренного старения клеток, мобилизованных из красного костного мозга. Действительно, динамика связей характера распределения эритроцитов по ЭФП с содержанием в крови ретикулоцитов, подтверждая положение о том, что клетки с повышенным электрокинетическим потенциалом представлены молодыми формами эритроцитов, поступающими в сосудистое русло при обычной активности эритропоэза, свидетельствует также и том, что при напряжении эритропоэза происходит увеличение объема субпопуляций клеток с низкой подвижностью. При отсутствии адекватной стимуляции эритродиереза снижение ЭФПЭ, коррелирующее с увеличением численности эритроцитов в крови, будет, очевидно, связано с накоплением в циркуляции функционально старых эритроцитов.

Вполне возможно, что механизм физиологической координации отношений ЭФП и объема эритроцитов с их количеством инициируется, наряду с системными механизмами, процессами, протекающими на местном уровне, и реализуется через функционирование ионтранспортных систем клеточных мембран. С ростом числа эритроцитов их способность корректировать объем физиологически оправдана необходимостью поддержания стабильности гематокрита, как основного макрореологического параметра крови. Учитывая, что факторы, контролирующие клеточный объем, затрагивают и ЭКП эритроцитов, снижение ЭФПЭ можно в этом случае рассматривать как последствие ауторегуляции гематокрита.

Оптимальный баланс различных свойств эритроцитов, очевидно, приобретает особое значение при формировании ответной реакции на воздействия, увеличивающие потребности организма в кислороде или (и) уменьшающие кислородную емкость крови. Необходимость поддержания общей дыхательной поверхности крови при сохранении ее реологической устойчивости, естественно, вносит соответствующие коррективы в характер зависимости ЭФПЭ от количественных и качественных показателей красной крови. Изменения этих взаимоотношений, по-видимому, обеспечивают относительную стабильность электрокинетических свойств эритроцитов в новых условиях функционирования.

В частности, при ослаблении кислородтранспортной функции крови, например вследствие уменьшения общего уровня в ней гемоглобина, реципрокные взаимоотношения численности и качественных параметров эритроцитов проявляются в диапазоне концентраций не выше, а ниже средних физиологических величин или же во всем интервале значений ЭФПЭ и объема эритроцитов. Увеличение объема и заряда эритроцитов при уменьшении их количества в сосудистом русле, является, очевидно, компенсаторной реакцией, направленной на оптимизацию кислородтранспортной функции крови не только при анемии, но и при адаптации организма к различным нагрузкам, сопровождающимся увеличением потребностей организма в кислороде.

Однако при длительной или чрезмерной стимуляции эритропоэза свойственные норме связи между содержанием, размерами и ЭФП эритроцитов утрачиваются, что, вероятно, свидетельствует о снижении адаптационных возможностей системы крови с перспективой микроциркуляторных расстройств и других гемореологических нарушений.

Таким образом, в проведенном исследовании установлено, что сохранение необходимого для нормальной циркуляции крови уровня ЭФПЭ достигается путем установления определенного равновесия свойств в эритроцитарной популяции. Как выяснилось в ходе наблюдений, к перераспределению баланса субпопуляций эритроцитов причастны механизмы ауторегуляции, реализующие свое действие главным образом на мембранно-клеточном уровне. К ним в различных ситуациях (при эмоциональных и физических нагрузках) активно подключаются дополнительные регуляторные элементы плазменного или системного характера, доля участия которых в контроле ЭФПЭ и спектр влияния на состояние эритроцитарной популяции в конкретных условиях может варьировать в достаточно широких границах. Физиологический смысл изменений режима такой регуляции заключается, очевидно, в обеспечении не только стабильного электрокинетического статуса эритроцитов, но и полноценного функционирования красной крови в целом.