Nonlinear Local Deformations of Erythrocyte Membranes: Normal Erythrocytes (Part 1)

A M Chernysh,V V Moroz,V A Sergunova,A P Kozlov,O E Gudkova,E K Kozlova,E A Manchenko

doi:10.15360/1813-9779-2017-5-58-68

Abstract

Investigation of mechanical properties of erythrocyte membranes is a pressing issue in practical reanimatology and rehabilitation, because erythrocyte's ability to deform determines the possibility of their passage through capillary network and blood rheology in general. The purpose of the work: to study the process of nonlinear deformation of membranes of normal erythrocytes by the method of atomic force spectroscopy. Materials and Methods . The local stiffness of erythrocyte membranes was studied: that of diskocytes — on the torus and on the depression, that of planocytes — on the cell surface. Аtomic force spectroscopy was used for cell membrane study. Results . The nonlinear deformation process was described by functions h(z), h/z (h), and μ(h). This set of functions describes in full the process of probe incorporation (submergence) into membranes. It has been shown that stepwise dependencies of the stiffness coefficient of membrane segments differ significantly and depend on its condition. Conclusion . The suggested approach may be used in fundamental and clinical studies of blood cells' properties in the norm and different diseases. The method of recording nonlinear deformations may be especially efficient in the reanimatology and rehabilitation practice.

Highlights

Изучение механических свойств мембран эритроцитов — одна из ключевых проблем нормальной и патологической физиологии крови
The method of recording nonlinear deformations may be especially efficient in the reanimatology and rehabilitation practice
Piezoscanner's straight path is illustrated on figure 1a; the process of indenter submersion into the membrane and its deformation inside erythrocyte is shown in fig. 1, b

Summary

Introduction

Изучение механических свойств мембран эритроцитов — одна из ключевых проблем нормальной и патологической физиологии крови. Способность эритроцитов деформироваться определяет возможность их прохождения через капиллярную сеть и реологию крови в целом [1]. Особенно остро стоит эта проблема в практической реаниматологии и реабилитологии. Что при критических состояниях, при кровопотерях, при сочетанных травмах собственные параметры мембран эритроцитов меняются в широких пределах [2, 3]. Атомно-силовая спектроскопия (АСС) — уникальный метод исследования механических свойств биологических мембран. Он позволяет получать изображения наноповерхности мембран и, практически одновременно, исследовать ее способность деформироваться (прогибаться) под действием индентора [4, 5]. Так измеряют жесткость стенок сосудов, фрагментов мышечных структур, фибробластов [6], клеток эпителия и эндотелия [7, 8], хромосом, липосом, дрожжей [9] бактериальных клеток [10,11,12], кардиомиоцитов [13], тканей мозга [14] и ряд других

Methods

Results

Conclusion