Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54507 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Mechanisms of the regulation of Ca2+-dependent potassium permeability of the erythrocyte membrane in metabolic syndrome Механизмы регуляции Са2+-зависимой калиевой проницаемости мембраны эритроцитов при метаболическом синдроме Петрова И В Petrova I V ivpetrova57@yandex.ru Бирулина Ю Г Birulina J G Буйко Е Е Buyko E E Алибаева Л Ф Alibaeva L F Смаглий Л В Smagliy L V Гусакова С В Gusakova S V Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет; Томский политехнический университет ru Siberian State Medical University; Tomsk Polytechnic University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru Сибирский государственный медицинский университет ru Siberian State Medical University ru 25 03 2020 25 03 2020 5 1 182 186 20 03 2020 20 03 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54507/view

Метаболический синдром (МС) представляет собой сложный комплекс метаболических, гормональных и гемодинамических нарушений, способствующий изменению структурно-функционального статуса эритроцитов и дисрегуляции их катион-транспортной функции, в которой важная роль отводится Gardos-каналам - Ca2+-зависимым калиевым каналам (КСа-каналам). Моделирование МС выполнено на 23 крысах-самцах Wistar, которые были распределены на контрольную и опытную группу. Крысы контрольной группы находились на стандартной диете. Крысы опытной группы в течение 12 недель получали высокожировую и высокоуглеводную диету. Потенциометрическим методом установлено, что амплитуда гиперполяризационного ответа (ГО) эритроцитов крыс с МС менялась разнонаправленно в зависимости от воздействующего агента: при стимуляции Са2+-ионофором А23187 - снижалась, при действии электронно-донорной системы аскорбат-ФМС - повышалась по сравнению с амплитудой ГО крыс контрольной группы. Спектрофотометрически показано, что в изоосмотической среде инкубации происходило снижение показателя оптической плотности суспензии эритроцитов, полученных от животных, содержавшихся на высокожировой и высокоуглеводной диете, но наблюдалось увеличение оптической плотности при помещении суспензии эритроцитов крыс с МС в гиперосмотическую среду. Полученные данные свидетельствуют о том, что выявленные изменения Са2+-зависимой калиевой проницаемости мембраны красных клеток крови и объема эритроцитов у животных, содержавшихся на высокожировой и высокоуглеводной диете связаны со структурными и физико-химическими перестройками мембраны эритроцитов при МС.

Metabolic syndrome (MS) is a complex of metabolic, hormonal and hemodynamic disorders. MS contributes to the change in the structural and functional status of red blood cells and the dysregulation of their cation-transport function, in which Gardos channels - Ca2+-dependent potassium channels (KСа channels) play an important role. The MS was performed on Wistar male rats (23 animals), which were separated into the control and experimental groups. Rats from the control group were on a standard rat chow. The rats from the experimental group had for 12 weeks a high-fat, high-carbohydrate diet. The amplitude of the hyperpolarization response (HR) of erythrocytes was evaluated by the potentiometric method. It was shown that the amplitude of the HR of rat erythrocytes with MS changed depending on the acting agent: after stimulated with calcium ionophore A23187 - decreased, after the electron donor system was applied - increased compared to the amplitude of HR rats of the control group. It was found that in the isoosmotic incubation medium there was a decrease in the optical density of the erythrocyte suspension obtained from animals fed a high-fat, high-carbohydrate diet, but an increase in the optical density was observed when the rat erythrocyte suspension with MS was placed in a hyperosmotic medium. These data indicate that changes in the Ca2+ - dependent potassium permeability of the red blood cell membrane and erythrocyte volume in animals fed a high-fat, high-carbohydrate diet are associated with structural and physicochemical changes of the erythrocyte membrane.

 эритроциты КСа-каналы метаболический синдром erythrocytes КСа channels metabolic syndrome Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Томской области в рамках научного проекта №19-415-703015, Совета по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук (МК-143.2020.4).

Бутрова С.А. Метаболический синдром: патогенез, клиника, диагностика, подходы к лечению. РМЖ, 2001, № 2, с. 56-60. @@[Butrova S.A. Metabolic syndrome: pathogenesis, clinical features, diagnosis, treatment approaches. RMJ, 2001, no. 2, pp. 56-60. (In Russ.)] Butrova S.A. Metabolicheskiy sindrom: patogenez, klinika, diagnostika, podhody k lecheniyu. RMZh, 2001, № 2, s. 56-60. @@[Butrova S.A. Metabolic syndrome: pathogenesis, clinical features, diagnosis, treatment approaches. RMJ, 2001, no. 2, pp. 56-60. (In Russ.)] Saklayen M.G. The Global Epidemic of the Metabolic Syndrome. Curr. Hypertens. Rep., 2018, vol. 20, no. 2, p. 12, DOI: 10.1007/s11906-018-0812-z. Saklayen M.G. The Global Epidemic of the Metabolic Syndrome. Curr. Hypertens. Rep., 2018, vol. 20, no. 2, p. 12, DOI: 10.1007/s11906-018-0812-z. Aydin S., Aksoy A., Aydin S., Kalayci M., Yilmaz M., Kuloglu T., Citil C., Catak Z. Today's and yesterday's of pathophysiology: biochemistry of metabolic syndrome and animal models. Nutrition, 2014, vol. 30, no. 1, pp. 1-9, DOI: 10.1016/j.nut.2013.05.013. Aydin S., Aksoy A., Aydin S., Kalayci M., Yilmaz M., Kuloglu T., Citil C., Catak Z. Today's and yesterday's of pathophysiology: biochemistry of metabolic syndrome and animal models. Nutrition, 2014, vol. 30, no. 1, pp. 1-9, DOI: 10.1016/j.nut.2013.05.013. Chawla A., Chawla R., Jaggi S. Microvasular and macrovascular complications in diabetes mellitus: Distinct or continuum? Indian J. Endocrinol. Metab., 2016, vol. 20, no. 4, pp. 546-551, DOI: 10.4103/2230-8210.183480. Chawla A., Chawla R., Jaggi S. Microvasular and macrovascular complications in diabetes mellitus: Distinct or continuum? Indian J. Endocrinol. Metab., 2016, vol. 20, no. 4, pp. 546-551, DOI: 10.4103/2230-8210.183480. Gyawali P., Richards R.S., Bwititi P.T., Nwose E.U. Association of abnormal erythrocyte morphology with oxidative stress and inflammation in metabolic syndrome. Blood Cells Mol. Dis., 2015, vol. 54, no. 4, pp. 360-363. DOI: 10.1016/j.bcmd.2015.01.005. Gyawali P., Richards R.S., Bwititi P.T., Nwose E.U. Association of abnormal erythrocyte morphology with oxidative stress and inflammation in metabolic syndrome. Blood Cells Mol. Dis., 2015, vol. 54, no. 4, pp. 360-363. DOI: 10.1016/j.bcmd.2015.01.005. Lang P.A., Kaiser S., Myssina S., Wieder T., Lang F., Huber S. M. Role of Ca2+-activated K+ channels in human erythrocyte apoptosis. Am. J. Physiol. Cell Physiol., 2003, vol. 285, no. 6, pp. C1553-С1560. DOI: 10.1152/ajpcell. 00186.2003. Lang P.A., Kaiser S., Myssina S., Wieder T., Lang F., Huber S. M. Role of Ca2+-activated K+ channels in human erythrocyte apoptosis. Am. J. Physiol. Cell Physiol., 2003, vol. 285, no. 6, pp. C1553-S1560. DOI: 10.1152/ajpcell. 00186.2003. Huisjes R., Bogdanova A., van Solinge W.W., Schiffelers R.M., Kaestner L., van Wijk R. Squeezing for Life - Properties of Red Blood Cell Deformability. Front Physiol., 2018, no. 9, p. 656. DOI: 3389/fphys.2018.00656. Huisjes R., Bogdanova A., van Solinge W.W., Schiffelers R.M., Kaestner L., van Wijk R. Squeezing for Life - Properties of Red Blood Cell Deformability. Front Physiol., 2018, no. 9, p. 656. DOI: 3389/fphys.2018.00656. Bogdanova A., Berenbrink M., Nikinmaa M. Oxygen-dependent ion transport in erythrocytes. Acta Physiol. (Oxf.), 2009, vol. 195, no. 3, pp. 305-319, DOI: 10.1111/j.1748-1716.2008.01934.x. Bogdanova A., Berenbrink M., Nikinmaa M. Oxygen-dependent ion transport in erythrocytes. Acta Physiol. (Oxf.), 2009, vol. 195, no. 3, pp. 305-319, DOI: 10.1111/j.1748-1716.2008.01934.x. Kennett E.C., Kuchel P.W. Redox Reactions and Electron Transfer Across the Red Cell Membrane. IUBMB Life, 2003, vol. 55, no. 7, рp. 375-385. DOI: 10.1080/15216540310001592843. Kennett E.C., Kuchel P.W. Redox Reactions and Electron Transfer Across the Red Cell Membrane. IUBMB Life, 2003, vol. 55, no. 7, rp. 375-385. DOI: 10.1080/15216540310001592843. Srinivas S.P., Bonanno J.A., Lariviere E., Jans D, Van Driessche W. Measurement of rapid changes in cell volume by forward light scattering. Pflugers Archive: European Journal of Physiology, 2003, vol. 447, no. 1, pp. 97-108. DOI: 10.1007/s00424-003-1145-5. Srinivas S.P., Bonanno J.A., Lariviere E., Jans D, Van Driessche W. Measurement of rapid changes in cell volume by forward light scattering. Pflugers Archive: European Journal of Physiology, 2003, vol. 447, no. 1, pp. 97-108. DOI: 10.1007/s00424-003-1145-5. Орлов С.Н., Петрова И.В., Покудин Н.И., Баскаков М.Б., Медведев М.А. Ca2+-активируемые калиевые каналы эритроцитов, исследованные методом регистрации Са2+-индуцированных изменений мембранного потенциала. Биол. мембраны: Журн. мембр. и клет. биол., 1992, № 9 (9), с. 885-903 @@[Orlov S.N., Petrova I.V., Pokudin N.I., Baskakov M.B., Medvedev M.A. Ca2+-activated potassium channels of erythrocytes, studied by the method of recording the Ca2+-induced changes in the membrane potential. Biochemistry (Moscow) Supplement. Series A: Membrane and Cell Biology, 1992, vol. 9, no. 9, pp. 885-903. (In Russ.)] Orlov S.N., Petrova I.V., Pokudin N.I., Baskakov M.B., Medvedev M.A. Ca2+-aktiviruemye kalievye kanaly eritrocitov, issledovannye metodom registracii Sa2+-inducirovannyh izmeneniy membrannogo potenciala. Biol. membrany: Zhurn. membr. i klet. biol., 1992, № 9 (9), s. 885-903 @@[Orlov S.N., Petrova I.V., Pokudin N.I., Baskakov M.B., Medvedev M.A. Ca2+-activated potassium channels of erythrocytes, studied by the method of recording the Ca2+-induced changes in the membrane potential. Biochemistry (Moscow) Supplement. Series A: Membrane and Cell Biology, 1992, vol. 9, no. 9, pp. 885-903. (In Russ.)] Mahindrakar Y.S., Suryakar A.N., Ankush R.D., Katkam R.V., Kumbhar K.M. Comparison Between Erythrocyte Hemoglobin and Spectrin Glycosylation and Role of Oxidative Stress in type-2 Diabetes Mellitus. Indian J. Clin. Biochem., 2007, vol. 22, no. 1, pp. 91-94, DOI: 10.1007/BF02912888. Mahindrakar Y.S., Suryakar A.N., Ankush R.D., Katkam R.V., Kumbhar K.M. Comparison Between Erythrocyte Hemoglobin and Spectrin Glycosylation and Role of Oxidative Stress in type-2 Diabetes Mellitus. Indian J. Clin. Biochem., 2007, vol. 22, no. 1, pp. 91-94, DOI: 10.1007/BF02912888. Lu Y., Liu J. Erythrocyte membrane proteins and membrane skeleton. Front. Biol. China, 2007, no. 2, pp. 247-255, DOI: 10.1007/s11515-007-0035-1. Lu Y., Liu J. Erythrocyte membrane proteins and membrane skeleton. Front. Biol. China, 2007, no. 2, pp. 247-255, DOI: 10.1007/s11515-007-0035-1. Бирулина Ю.Г., Петрова И.В., Розенбаум Ю.А., Шефер Е.А., Смаглий Л.В., Носарев А.В., Гусакова С.В. Изменения объема эритроцитов, опосредованные сероводородом: роль Gardos-каналов, Na+, K+, 2CL--котранспорта и анионного обменника. Бюлл. эксп. биол. и мед., 2019, т. 167, № 4, с. 497-500. @@[Birulina Y.G., Petrova I.V., Rozenbaum Y.A., Shefer E.A., Smagliy L.V., Nosarev A.V., Gusakova S.V. H2S-Mediated Changes in Erythrocyte Volume: Role of Gardos Channels, Na+, K+,2Cl- Cotransport and Anion Exchanger. Bull. Exp. Biol. Med., 2019, no 7, pp. 508-511 (In Russ.)]. Birulina Yu.G., Petrova I.V., Rozenbaum Yu.A., Shefer E.A., Smagliy L.V., Nosarev A.V., Gusakova S.V. Izmeneniya ob'ema eritrocitov, oposredovannye serovodorodom: rol' Gardos-kanalov, Na+, K+, 2CL--kotransporta i anionnogo obmennika. Byull. eksp. biol. i med., 2019, t. 167, № 4, s. 497-500. @@[Birulina Y.G., Petrova I.V., Rozenbaum Y.A., Shefer E.A., Smagliy L.V., Nosarev A.V., Gusakova S.V. H2S-Mediated Changes in Erythrocyte Volume: Role of Gardos Channels, Na+, K+,2Cl- Cotransport and Anion Exchanger. Bull. Exp. Biol. Med., 2019, no 7, pp. 508-511 (In Russ.)]. Lang F. Mechanisms and significance of cell volume regulation. J. Am. Coll. Nutr., 2007, vol. 26 (5 Suppl.), pp. 613S-623S, DOI: 10.1080/07315724.2007.10719667. Lang F. Mechanisms and significance of cell volume regulation. J. Am. Coll. Nutr., 2007, vol. 26 (5 Suppl.), pp. 613S-623S, DOI: 10.1080/07315724.2007.10719667.