Глава 14. Ревматоидный артрит и реологические свойства крови

Предыдыщая страница  |  Следующая страница

В состав биологических жидкостей человека входят многие низко- и высокомолекулярные поверхностно-активные вещества, которые способны адсорбироваться на жидких границах раздела фаз и изменять s, ускорять или замедлять процессы переноса вещества и энергии через биологические мембраны [адсорбция (от лат. «ad» – «на», «при» и «sorbeo» – «поглощаю») – поглощение какого-либо вещества поверхностным слоем другого вещества]. На самом высоком уровне биологической организации поверхностно-активные или сурфактантные свойства обеспечиваются мембранными межмолекулярными взаимосвязями, обусловленными гидрофобными силами (сурфактант – поверхностно-активный агент). Сурфактанты находят поверхность раздела между жидкостью и газом или двумя жидкостями благодаря двойственной природе молекул: содержанию гидрофильных групп, которые «тянут» молекулы в воду, и гидрофобных. Эта двойственность и объясняет особенности поведения молекул поверхностно-активных веществ – наиболее комфортно они чувствуют себя именно на границе раздела фаз, где гидрофильные группы погружены в биологическую жидкость, а гидрофобные обращены в сторону неполярной фазы.

При наличии двух фаз силы полярного взаимодействия молекул воды выталкивают гидрофобную часть из водной фазы и в результате молекулы сурфактантов занимают энергетически наиболее выгодное положение на границе раздела. Вследствие выталкивания гидрофобной и притягивания гидрофильной частей молекул поверхностно-активных веществ образуются межфазные адсорбционные слои, снижается s биологической жидкости. Это считается одним из основных механизмов действия сурфактантов, обеспечивающий жизнеспособность биологических систем.

s на границе двух конденсированных фаз называется межфазным натяжением. Работа образования новой поверхности затрачивается на преодоление сил межмолекулярного сцепления (когезии) при переходе молекул вещества из объема тела в поверхностный слой. Разницей в s чистой жидкости и жидкости, покрытой адсорбционным монослоем, определяется поверхностное давление. Определенный интерес представляют сведения по влиянию на адсорбционные свойства раствора бычьего сывороточного альбумина изменений температуры среды. s сыворотки крови здоровых людей и различных модельных растворов имеет обратную линейную регрессионную связь с температурой объекта исследования.

s синовиоцитов и суставных хондроцитов — один из факторов, определяющих форму целой клетки и ее частей. Для клеток, обладающих жесткой или полужесткой поверхностью, значение sН невелико. У клеток, лишенных прочной надмембранной структуры, s в основном определяет конфигурацию (клетки, находящиеся в синовие приобретают форму, близкую к сферической). Форма клетки, прикрепленной к какому-либо субстрату или к другим клеткам, зависит преимущественно от цитоскелета, образуемого микротрубочками, контактных структур. Определение s клетки остается сложной задачей, хотя разработан метод поверхностной тканевой тензиометрии для оценки межфазной активности культур эмбриональных и других клеток.

Зависимость s от времени существования поверхности обусловлена неравновесным характером процессов адсорбции-десорбции сурфактантов на жидкой границе раздела фаз. В начальный момент времени (t=0) поверхностный слой не содержит избытка поверхностно-активных компонентов, т.е. адсорбция равна нулю, а межфазное натяжение раствора и растворителя s0 однозначны. Для большинства биологических жидкостей (в том числе кровь и синовий) величина s0 близка к s воды (70-74 мН/м).

Особое внимание привлекают вопросы теории дилатационных характеристик поверхностных слоев. Ежегодно увеличивается число работ по исследованию адсорбционно-реологических свойств различных растворов и суспензий in vitro. Разрабатываются теоретические модели и методы одновременной оценки равновесного s и вязкоэластичных реологических свойств жидкостей, пригодных для медицинских исследований. Выполнена сравнительная оценка применения разных вариантов компьютерной тензиометрии для изучения теории поверхностных вязких и упругих характеристик растворов. Изучаются абсорбционные слои с образованием микроагрегатов на поверхности различных жидкостей и растворов под влиянием синтетических полиэлектролитов и противоположно заряженных сурфактантов.

Основным поверхностно-активным компонентом крови является альбумин. Динамической межфазной тензиометрии растворов альбумина сыворотки человека, а также близкого по свойствам бычьего сывороточного альбумина , а также других протеинов (b-лактoглобулин, b-казеин и пр.) посвящено немалое число работ. Сейчас установлено, что липиды (ФЛ, ХС, ТГ, липопротеиды разной плотности и различные аполипопротеиды) in vitro способны изменять поверхностные эластичные свойства растворов, значительно ослаблять процессы межфазной активности и параметров динамического s. В этой связи отметим, что дислипидемией с изменениями концентраций в сыворотке крови общего ХС, аполипопротеидов, адипонектина, лептина, ЛПВП и ЛПНП характеризуется РА, что является предиктором раннего атеросклеротического процесса. У таких больных часто присутствуют в крови IgG-антитела к антиатерогенному апо-А1. Нужно обратить внимание на известные мощные сурфактантные свойства проатерогенного апо-В, что имеет немаловажное значение при атеросклерозе сосудов. Вместе с тем, была сопоставлена степень влияния на межфазную активность растворов in vitro апо-В19 и апо-В20.1, а также фракций апо-В21 и апо-В41 Оказалось, что в первом случае различия в увеличении s составляют всего лишь 2 мН/м, а во втором – 4 мН/м.

Апо-rs805297-G/T в крови является фактором риска развития РА, а показатели прямо коррелируют с содержанием РФ, АЦЦП и СРП. Содержание последнего в крови прямо коррелирует с концентрацией атерогенных липидов и ФГ, а высокий уровень СРП в организме больных РА способен изменять РСК. В смесях растворов СРП обладает инсурфактантным действием, поскольку препятствует угнетению s белково-липидными поверхностно-активными веществами. Усиленный синтез в организме СРП является одним из ярких признаков РА, при котором высокое содержание этого белка в сыворотке крови регистрируется у ¾ от числа больных, прямо коррелирует с уровнями IgG-РФ, АЦЦП, провоспалительных цитокинов и активностью ММП. Уровень СРП в сыворотке крови стал одним из диагностических критериев при РА, отражающим степень активности патологического процесса в суставах. С активностью РА коррелирует содержание в крови цитруллиновых и других пептидов.

На крысах линии Wistar показано, что ухудшение АРСК прямо коррелирует с повышением концентраций в крови атерогенных липидов (ХС, ТГ, ЛПНП, апо-В) и ФГ. При разных условиях экспериментов по изучению физико-химических свойств биоматериалов адсорбция на них ФГ демонстрирует у данного белка как гидрофобные, так и гидрофильные свойства. Гипервязкость крови (а значит и ее общие реологические свойства) прямо коррелируют с содержанием в сыворотке ФГ. Гипервязкий синдром при РА вызывают раннее развитие атеросклеротической сердечно-сосудистой патологии и склонность таких больных к тромботическим осложнениям, на что влияет содержание в крови липидов, конечных стойких продуктов метаболизма NO, цитокинов и прочих низко-, средне и высокомолекулярных веществ. Необходимо отметить, что у больных с РА отмечаются изменения реологического состояния циркулирующей крови в субхондральной зоне, связанные с поверхностными свойства прилегающего хряща и со степенью минерализации кости.

Детально исследовано поведение в растворах адсорбции a- и b-лактоглобулина. Если поместить в раствор бычьего сывороточного альбумина a-лактальбумин и b-лактоглобулин динамическое s увеличивается, поскольку адсорбционная активность добавляемых протеинов ниже, чем альбумина. Гипотетически, внесение в среду не только a-лактальбумина и b-лактоглобулина, но и многих других белков (даже при условии значительного увеличения суммарной концентрации протеинов), может привести к росту s данного раствора. Нужно отметить, что в опытах in vitro и in vivo показано влияние и других органических веществ на параметры равновесного (статического) s жидкостей (в том числе сыворотки крови). Лактоглобулины в зависимости от концентрации в растворе имеют только один максимум упругости, поэтому при малых концентрациях эти параметры увеличиваются, а при больших – уменьшаются.

b-Лактоглобулин, наряду с b2МГ, считается белковым биомаркером степени активности и темпов прогрессирования РА. На модели экспериментального артрита у крыс показано, что в отличие от таких «молочных» протеинов, как лактоферрин и a-лактоальбумин, введение животным b-лактоглобулина не оказывает никакого ни отрицательного, ни положительного действия. В патогенетических построениях РА участвуют антитела класса IgG, направленные на a-лактоальбумин, b-лактоглобулин и b-казеин.

РА сопровождается изменениями в сыворотке крови концентрации амфифильного протеина b-казеина, уровень которого изменяется под воздействием НПВП. b-Казеин в случаях РА, наряду с коллагеном, эластином и желатином, является составляющей провоспалительных артикулярных ММП. В экспериментах на крысах с адъювантным артритом показано, что b-казеин угнетает интраартикулярную продукцию NO и PgE2. Уже испытаны реологические вязкоэластичные свойства растворов b-казеина тензиометрией, получены общие закономерности. Одновременно для этих целей используются методы поверхностной дилациональной реологии, эллипсометрии и анализа формы висячей капли. b-Казеин с ростом концентрации в растворе показывают наличие нескольких максимумов упругости. В этом случае параметры r и m при увеличении содержания b-казеина могут как увеличиваться, так и уменьшаться.

Постоянно накапливаются данные по оценке влияния различных сурфактантов на адсорбционную межфазную активность модельных растворов с учетом их гидрофобных свойств. Интенсивно изучаются процессы кинетики адсорбции–десорбции растворов протеиновых сурфактантов. Начаты исследования по изучению теории кинетики процессов адсорбции с перспективой прикладной значимости для медицинской практики, а также вязкоэластичные реологические свойства модельных растворов под действием различных сурфактантов, имеющих непосредственное отношение к медицине. Выполнены исследования адсорбционных свойств лизосомотропных алкилированных субстанций (N,N-диметилаланин и N,N-диметилглицин метобромидов). Высказана гипотела, согласно которой открываются определенные диагностические возможности подобных физико-химических исследований в клинической практике.

Различные добавки к растворам протеинов неорганических электролитов, мочевины, простых углеводов, ионных или неионных низкомолекулярных сурфактантов, а также вариации рН изучаемой среды существенно изменяют динамическое межфазное натяжение. Указанные дополнительные компоненты влияют на свойства самого раствора (в том числе и сурфактантные), но главным образом на структуру белка, связывая или ионизируя аминокислотные группы, взаимодействуя с полипептидной цепью, нарушая конформацию молекулы в объеме и поверхностном слое.

Сложные процессы определяют динамическое s смесей протеинов. Не всегда при внесении в белковый раствор еще одного белка межфазная активность понижается. Это касается ФГ. У больных РА концентрация ФГ в сыворотке крови отражает степень активности патологического процесса и уровень АЦЦП. В настоящее время при РА, помимо ФГ, широко обсуждается клинико-патогенетическая значимость такого белка, как ФН, который при РА является наиболее значимым цитрулиновым аутоантигеном. При суставном воспалении концентрации сывороточных ФГ и ФН возрастают в большей степени, чем других протеинов. ФН способствует стимуляции активности ММП (особенно типа 13) артикулярными хондроцитами и деградации суставного хряща. Существуют четкие взаимосвязи между отдельными генотипами ФГ (А, В и пр.) и СРП.

На крысах линии Wistar было показано, что ухудшение АРСК прямо соотносится с повышением концентраций в крови атерогенных липидов и ФГ. При разных условиях экспериментов по изучению физико-химических свойств биоматериалов адсорбция на них ФГ демонстрирует у данного белка как гидрофобные, так и гидрофильные свойства. Гипервязкость крови (а значит и ее общие реологические свойства) прямо коррелируют с содержанием в сыворотке ФГ. ФН участвует в образовании межклеточных контактов и в процессах свертывания крови, стимулирует тромбоцитарное звено гемостаза, а в местах повреждения сосудистой стенки усиливает адгезию и пролиферацию клеток, способствует отложению фибрина в поврежденной интиме. Этот многофункциональный протеин изменяет РСК, действуя через окисление липопротеидов.

Цитруллинированные белки образуются в конечный период жизни некоторых клеток. Например, филаггрин подвергается цитруллиинации во время окончательной дифференциации эпидермальных клеток, виментин и гистоны цитруллинируются в процессе апопотоза макрофагов и HL-клеток. Выявляется цитруллинированный фибрин в суставных тканях при РА, где локально образуются АЦЦП в воспаленной синовии, обнаруживаются высокие их уровни в паннусе по сравнению с СЖ и плазмой крови, происходит спонтанная продукция В-лимфоцитами синовия АЦЦП, отмечается единство генотипа, индуцирующего развитие PA и образование этих антител. У больных РА при сравнении РФ и АЦЦП отмечается, что в случаях наличия последних заболевание протекает с большей степенью активности, у них чаще диагностируются системные висцеральные проявления и ревматоидные узлы.

Известно, что добавки к воде неорганических ионов (т.е. поверхностно-инактивных веществ) повышают ее s. Эффект биологических жидкостей вследствие увеличения концентрации неорганических солей может сказаться в зоне коротких времен, когда адсорбция протеинов и других сурфактантов относительно невелика. Напротив, в области средних и больших времен жизни поверхности в результате так называемого высаливающего действия в отношении неионных сурфактантов и известного повышения адсорбционной активности ионных поверхностно-активных веществ, межфазное натяжение может понизиться. Так, добавка 0,1 моль/л NaCl к раствору альбумина приводит к уменьшению s в области средних (s1) и больших времен (s100).

Глюкоза и другие углеводы способствуют образованию молекул воды, тогда как небелковые азотистые продукты (например, мочевина) разрушают ее структуру. Эти эффекты существенно сказываются на адсорбционной активности низкомолекулярных поверхностно-активных веществ. Добавки глюкозы понижают, а мочевины повышают динамическое s растворов как в области коротких, так и длинных времен существования поверхности. Влияние указанных веществ на динамическую межфазную тензиометрию растворов протеинов не ограничивается изменением структуры растворителя. Присутствие мочевины приводит к денатурации альбумина в объеме и поверхностном слое, вследствие чего s раствора существенно снижается.

На самом высоком уровне биологической организации поверхностно-активные (сурфактантные) свойства обеспечиваются мембранными межмолекулярными взаимосвязями, обусловленными гидрофобными силами. При наличии двух фаз (скажем, сыворотка крови – воздух) силы полярного взаимодействия молекул выталкивают гидрофобную часть из жидкой фазы и в результате молекулы поверхностно-активных веществ занимают энергетически наиболее выгодное положение на границе раздела. Вследствие выталкивания гидрофобной и притягивания гидрофильной частей молекул сурфактанта образуются поверхностные адсорбционные слои, снижается s биологических жидкостей.

Если наблюдается критический уровень поверхностно-активных веществ в сыворотке крови, то происходит объединение их молекул в группы, получившие название мицелл. Главная роль в мицеллообразовании принадлежит гидрофобным взаимодействиям между их полярными частями, направленными внутрь агрегата. Изучена сравнительная оценка in vitro мицеллярного поведения катионактивного сурфактанта триметилцетил аммония бромида и неионогенного поверхностно-активного вещества полисорбата. Наибольшие изменения процессов мицеллообразования наблюдаются в смеси этих сурфактантов. Чрезвычайно важным свойством сурфактантов является их способность к мицеллярной солюбилизации (растворению) обычно нерастворимых в данной среде веществ. Выполняются исследования по воздействию на солюбилизацию и мицеллообразования некоторых медикаментозных средств, в частности, аминохинолиновых производных, широко используемых при РА.

Компоненты мицелл при РА могут вступать во взаимодействие через ковалентные и нековалентные связи с белками, образуя сложные комплексы. Для показателей динамического s и поверхностной эластичности растворов немаловажное значение придается существующим процессам солюбилизации, связанным с активностью K-Na-аденозинтрифосфатазы. Оценка мицелл в биологических системах имеет важное значение в медицинской практике, но, к сожалению, механизмы взаимодействия с биологическими мембранами мицеллярным субстанций у больных РА пока остаются неизученными.

Вязкоэластичность растворов зависит от соотношений анионных (например, аминокислоты) и катионных сурфактантов, определяющих характер и степень мицеллообразования. Благодаря тому, что каждая молекула поверхностно-активного вещества одновременно обладает гидрофильными и липофильными участками, растворы сурфактантов и сыворотка крови приобретают ряд уникальных свойств, изменяя распределение веществ между двумя жидкими фазами.

Различные добавки к растворам протеинов in vitro неорганических электролитов, небелковых азотистых продуктов, ионных и неионных сурфактантов существенно изменяют s жидкости. Указанные дополнительные компоненты влияют на свойства самого раствора (в том числе и сурфактантные), но главным образом на структуру белка, связывая или ионизируя аминокислотные группы, взаимодействуя с полипептидной цепью, нарушая конформацию молекулы в объеме и поверхностном слое. При очень малых концентрациях ионных поверхностно-активных веществ (в 100 раз меньше, чем протеина) наблюдается увеличение s смеси, тогда как относительно большие добавки тех же сурфактантов, как правило, снижают показатели межфазной тензиометрии. Малые концентрации поверхностно-активных веществ существенно влияют на дилатационные реологические характеристики человеческого сывороточного альбумина.

Исследование адсорбционно-реологических свойств биологических жидкостей основано на методах максимального давления в пузырьке, анализа формы осесимметричных капель и осциллирующей капли. В последние годы появилась возможность отдельно оценивать вязкость и упругость сыворотки крови. Изучение биологических объектов выполняется в различных межфазных условиях (жидкость/жидкость, жидкость/воздух, жидкость/масло, жидкость/тетрадекан и др.) с учетом рН, температуры и ионной силы растворов.

Реологическое состояние сложных растворов определяют взаимоотношения концентрации и заряда сурфактантов и электролитов, уровень в них взвешенных плотных стойких частиц. В процессе лечения многих заболеваний существенно уменьшается j и увеличивается e сыворотки крови, что связывают с изменениями количественного состава поверхностно-активных веществ. Если успешной терапии не происходит, то измененные показатели r и m положительной динамики не претерпевают. Изменения площади межфазной поверхности капли крови или раствора сурфактанта нарушают адсорбционное равновесие и инициируют процессы, которые ведут к восстановлению равновесного (статического) состояния системы. Такими восстановительными процессами являются диффузионный перенос вещества из объема к поверхности капли, процессы адсорбции/десорбции сурфактанта, конформационные изменения или агрегация адсорбированных молекул, химические реакции в поверхностном слое. Если изменение площади поверхности капли происходит по гармоническому закону (синусоидальные деформации) и относительно невелико (менее 10%), то связь между изменением площади поверхности и ответом системы на это воздействие (изменением s) может быть выражена через дилатационный модуль, учитывающий все релаксационные процессы, влияющие на межфазную активность. 

Предыдыщая страница  |  Следующая страница

Другие страницы

Страница 2 Литература