Morphological Changes of Erythrocytes in Neonates with Perinatal Hypoxia

O. D. Denisenko; Денисенко О. Д.; S. A. Perepelitsa; Перепелица С. А.; V. A. Sergunova; Сергунова В. А.; S. S. Lyapunova; Ляпунова С. С.; L. S. Litvinova; Литвинова Л. С.

doi:10.31857/S0041377123040053

Morphological Changes of Erythrocytes in Neonates with Perinatal Hypoxia

Authors: Denisenko O.D.¹, Perepelitsa S.A.¹^,2, Sergunova V.A.², Lyapunova S.S.², Litvinova L.S.¹
Affiliations:
1. Immanuel Kant Baltic Federal University
2. Negovsky Research Institute of General Resuscitation Federal Scientific, Clinical Center for Resuscitation and Rehabilitology
Issue: Vol 65, No 4 (2023)
Pages: 384-394
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0041-3771/article/view/140079
DOI: https://doi.org/10.31857/S0041377123040053
EDN: https://elibrary.ru/ZFPEUY
ID: 140079

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Despite active research on the functional properties of erythrocytes under pathological conditions, this problem is of great importance. One of the causes of fetal and neonatal distress is hypoxia. The consequences of the negative effects of oxygen deficiency on the embryo and fetus can manifest both in utero and after birth, leading to various diseases. The aim of this work is to investigate the effects of acidosis as a marker of perinatal hypoxia on the erythrocyte membrane of newborns in the early neonatal period. The use of an atomic force microscope made it possible to obtain images and cell profiles to assess the morphological and structural characteristics of erythrocytes during hypoxia in children in the early neonatal period. Perinatal hypoxia has been shown to alter erythrocyte morphology and damage membrane structure. The early neonatal period is characterized by changes in the morphological forms and instability of erythrocyte membranes.

Keywords

neonates, perinatal hypoxia, erythrocyte membrane, erythrocyte morphology

References

Белевич Е.И., Костин Д.Г., Слобожанина Е.И. 2015. Активность каспазы-3 в эритроцитах человека при окислительном стрессе. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия биол. наук. № 2. С. 34. (Bialevich E.I., Kostin D.G., Slobozhanina E.I. 2015. Caspase-3 activity in human erythrocytes under oxidative stress. Izvestiya Natsional’noy Akademii Nauk Belarusi. Seriya boil. Nauk. № 2. P. 34.)
Ващенко В.И., Вильянинов В.Н. 2019. Эриптоз (квазиапоптоз) эритроцитов человека и его роль в лекарственной терапии. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. Т. 17. № 3. С. 5. (Vaschenko V.I., Vil’yaninov V.N. 2019. Eryptosis (quasi-apoptosis) of the human red blood cells. Its role in medicinal therapy. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy. V. 17. P. 5.) https://doi.org/10.17816/RCF1735-38
Володин Н.Н. 2019. Неонатология. Национальное руководство. М.: ГЭОТАР-Медиа. (Volodin N.N. 2019. Neonatology: National guidelines. Short edition. M.: GEOTAR-Media.)
Кононенко В.Л. 2009. Фликкер эритроцитов. 1. Теоретические модели и методы регистрации. Биологические мембраны. Т. 26. № 5. С. 352. (Kononenko V.L. 2009. Red blood cell flicker. 1. Theoretical models and methods of registration. Biol. membranes. V. 26. № 5. P. 352)
Льюис С.М., Бэйн Б., Бэйтс И. 2009. Практическая и лабораторная гематология. М.: ГЭОТАР-МЕД. (L’juis S.M., Bjejn B., Bjejts I. 2006. Practical gematology. Churchill Livingstone.)
Мельченко Е.А. 2015. Применение атомно-силовой микроскопии при исследовании биофизических свойств мембран эритроцитов. Наука. Инновации. Технологии. № 3. С. 131. (Melchenko E.A. 2015. Application of atomic-power microscopy at research of biophysical properties of red blood cells membranes. Science. Innovations. Technologies. № 3. P. 131)
Мороз В.В., Голубев А.М., Афанасьев А.В., Кузовлев А.Н., Сергунова В.А., Гудкова О.Е., Черныш А.М. 2012. Строение и функция эритроцита в норме и при критических состояниях. Общая реаниматология. Т. 8. № 1. С. 52. (Moroz V.V., Golubev A.M., Afanasyev A.V., Kuzovlev A.N., Sergunova V.A., Gudkova O.E., Chernysh A.M. 2012. Stroenie i funktsiya eritrotsita v norme i pri kriticheskikh sostoyaniyalh. Obshchaya Reanimatologiya. V. 8. P. 52.)
Мушкамбаров Н.Н., Кузнецов С.Л. 2007. Молекулярная биология. Учебное пособие для студентов мед. вузов. М.: ООО Медицинское информационное агентство.
(Mushkambarov N.N., Kuznetsov S.L. 2007. Molecular biology. Study guide for medical students. Moscow: Med. Inform. Agency.)
Новицкий В.В., Рязанцева Н.В., Степовая Е.А., Быстрицкий Л.Д., Ткаченко С.Б. 2003. Клинический патоморфоз эритроцита: Атлас. Томск. (Novitsky V.V., Ryazantseva N.V., Stepovaya E.A., Bystrisky L.D., Tkachenko S.B. 2003. Clinical erythrocyte pathomorphosis. Atlas. Tomck.)
Перепелица С.А., Сергунова В.А., Гудкова О.Е. 2014а. Состояние мембраны эритроцитов недоношенных новорожденных в раннем неонатальном периоде. Общая реаниматология. Т. 10. № 6. С. 46. (Perepelitsa C.A., Sergunova V.A., Gudkova O.E. 2014a. The red blood cell membrane of preterm infants in the early neonatal period. Obshchaya Reanimatologiya. V. 10. P. 46.)
Перепелица С.А., Сергунова В.А., Гудкова О.Е. 2017. Влияние перинатальной гипоксии на морфологию эритроцитов у новорожденных. Общая реаниматология. Т. 13. № 2. С.14. (Perepelitsa C.A., Sergunova V.A., Gudkova O.E. 2017. The effect of perinatal hypoxia on red blood cell morphology in newborns. Obshchaya Reanimatologiya. V. 13. P. 14.)
Перепелица С.А., Сергунова В.А., Гудкова О.Е., Алексеева С.В. 2014б. Особенности мембран эритроцитов недоношенных новорожденных при многоплодной беременности. Общая реаниматология. Т. 10. № 1. С. 12. (Perepelitsa S.A., Sergunova V.A., Gudkova O.E., Alekseyeva S.V. 2014b. Osobennosti membran eritrotsitov nedonoshennykh novorozhdennykh pri mnogoplodnoi beremennosti. Obshchaya Reanimatologiya. V. 10. P. 12.)
Рязанцева Н.В., Новицкий В.В. 2004. Типовые нарушения молекулярной организации мембраны эритроцита при соматической и психической патологии. Успехи физиол. наук. Т. 35. № 1. С. 53. (Ryazantseva N.V., Novitskii V.V. 2004. Typical disorders in molecular organization of erythrocyte membrane in patient with somatic and mental patholory. Uspekhi Physiol. Nauk. V. 35. № 1. P. 53.)
Сергунова В.А., Козлова Е.К., Мягкова Е.А., Черныш А.М. 2015. Измерение упругоэластичных свойств мембраны нативных эритроцитов in vitro. Общая реаниматология. Т. 11. № 3. С. 39. (Sergunova V.A., Kozlova E.K., Myagkova E.A., Chernysh A.M. 2015. In Vitro measurement of the elastic properties of the native red blood cell membrane. Obshchaya Reanimatologiya V. 11. P. 39.)
Стародубцева М.Н., Воропаев Е.В., Петренёв Д.Р., Мицура В.М., Егоренков Н.И. 2015. АСМ-диагностика патологии эритроцитов на основе физико-механического образа клеточной поверхности. Проблемы здоровья и экологии. Т. 44. № 2. С. 99. (Starodubtseva M.N., Voropayev E.V., Petrenyov D.R., Mitsura V.M., Yegorenkov N.I. 2015. AFM diagnostics of red blood cell pathology based on the physical and mechanical image of the cell membrane. Problemy zdorovʹâ i èkologii V. 44. № 2. P. 99.)
Трошкина H.А., Циркин В.И., Дворянский С.А. 2007 Эритроцит: строение и функции его мембраны. Вятский медицинский вестник. Т. 3. № 2. С. 32. (Troshkina N.A., Tsirkin V.I., Dvoryanskiy S.A. 2007. Erythrocyte: membrane structure and function. Vyatka Medical Bulletin. V. 3. № 2. P. 32.)
Хадарцев А.А., Наумова Э.М., Валентинов Б.Г., Рогачев Р.В. 2022. Эритроциты и окислительный стресс. Вестник новых медицинских технологий. Т. 29. № 1. С. 93. (Khadartsev A.A., Naumova E.M., Valentinov B.G., Grachev R.V. 2022. Erythrocytes and oxidative stress (literature review). J. New Medical Technol. V. 29. P. 93.)
Шерстюкова Е.А., Иноземцев В.А., Козлов А.П., Гудкова О.Е., Сергунова В.А. 2021. Атомно-силовая микроскопия в оценке механических свойств мембран эритроцитов при воздействии различных физико-химических агентов. Альманах клинической медицины. Т. 49. № 6. С. 427. (Sherstyukova E.A., Inozemtsev V.A., Kozlov A.P., Gudkova O.E., Sergunova V.A. 2021. Atomic force microscopy in the assessment of erythrocyte membrane mechanical properties with exposure to various physicochemical agents. Almanac Clinical Med. V. 49. P. 427.)
Чайка Н.А., Данилова Л.А., Литвиненко Л.А. 2019. Преэклампсия и здоровье новорожденных. Медицина: теория и практика. № 4. С. 593. (Chajka N.A., Danilova L.A., Litvinenko L.A. 2019. Prejeklampsija i zdorov’e novoro-zhdennyh. Medicina: teorija i praktika. 2019. № 4. P. 593.)
Чумакова С.П., Уразова О.И., Зима А.П., Новицкий В.В. 2018. Особенности физиологии эритроцитов. Гемолиз и эриптоз. Гематология и трансфузиология. Т. 63. № 4. С. 343. (Chumakova S.P., Urazova O.I., Zima A.P., Novitskiy V.V. 2018. Features of the physiology of erythrocytes. Hemolysis and eryptosis. Hematology and Transfusiology. V. 63. P. 343.)
Binnig G., Quate C.F., Gerber C. 1986. Atomic force microscope. Phys. Rev. Lett. V. 56. P. 93.
Demchenkov E.L., Nagdalian A.A., Budkevich R.O., Oboturova N.P., Okolelova A.I. 2020. Usage of atomic force microscopy for detection of the damaging effect of CdCl2 on red blood cells membrane. Ecotoxicol Environ. Saf. 208. P. 111 683. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2020.111683
Dodd J.M., Grivell R.M., OBrien C.M., Dowswell T., Deussen A.R. 2017. Prenatal administration of progestogens for preventing spontaneous preterm birth in women with a multiple pregnancy. Cochrane Database Syst Rev. V. 2017. № 10. P. D012024. https://doi.org/10.1002/14651858.CD012024.pub2
Geekiyanage N.M., Balanant M.A., Sauret E., Saha S., Flower R., Lim C.T., Gu Y.T. 2019. A coarse-grained red blood cell membrane model to study stomatocyte-discocyte-echinocyte morphologies. PLoS One. V. 14. P. e0215447. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0215447
Jaferzadeh K., Sim M., Kim N., Moon I. 2019. Quantitative analysis of three-dimensional morphology and membrane dynamics of red blood cells during temperature elevation. Scientific Reports. V. 9. P. 1.
Kamruzzahan A.S.M., Kienberger F., Stroh C.M., Berg J., Huss R., Ebner A., Zhu R., Rankl C., Gruber H.J., Hinterdorfer P. 2004. Imaging morphological details and pathological differences of red blood cells using tapping-mode AFM. Biol. Chem. V. 385. P. 955.
Kim Y., Park J., Kim M. 2017. Diagnostic approaches for inherited hemolytic anemia in the genetic era. Blood Res. V. 52. P. 84.
Kodippili G.C., Spector J., Sullivan C. 2009. Imaging of the diffusion of single band 3 molecules on normal and mutant erythrocytes. Blood. V. 113. P. 6237.
Kozlova E.K., Chernysh A.M, Moroz V.V., Kuzovlev A.N. 2013. Analysis of nanostructure of red blood cells membranes by space Fourier transform of AFM images. Micron. V. 44. P. 218. https://doi.org/10.1016/j.micron.2012.06.012
Kozlova E., Chernysh A., Sergunova V., Gudkova O., Manchenko E., Kozlov A. 2018.Atomic force microscopy study of red blood cell membrane nanostructure during oxidation-reduction processes. Journal of Molecular Recognition. V. 31. № 10. P. 2724. https://doi.org/10.1002/jmr.2724
Kozlova E., Chernysh A., Sergunova V., Manchenko E., Moroz V., Kozlov A. 2019. Conformational distortions of the red blood cell spectrin matrix nanostructure in response to temperature changes in vitro. Scanning. V. 2019. P. 8218912. https://doi.org/10.1155/2019/8218912
Lim H.W.G., Wortis M., Mukhopadhyay R. 2009. Red blood cell shapes and shape transformations. Newtonian mechanics of a composite membrane. Sections 2.5–2.8. In: Soft Matter. Hoboken: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. P. 83.
https://doi.org/10.1002/9783527623372.ch2a
Niece K.L., Boyd N.K., Akers K.S. 2015. In vitro study of the variable effects of proton pump inhibitors on voriconazole. Antimicrob. Agents Chemother. V. 59. P. 5548. https://doi.org/10.1128/AAC.00884-15
Perrone S., Tataranno M.L., Stazzoni G., Del Vecchio A., Buonocore G. 2012. Oxidative injury in neonatal erythrocytes. J. Matern. Fetal. Neonatal. Med. V. 25 P. 104.
O’Sullivan M.P., Looney A.M., Moloney G.M., Finder M., Hallberg B., Clarke G., Boylan G.B., Murray D.M. 2019. Validation of altered umbilical cord blood microRNA Expression in neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy. JAMA Neurol. V. 76. P. 333. https://doi.org/10.1001/jamaneurol.2018.4182
Revin V.V., Gromova N.V., Revina E.S., Prosnikova K.V., Revina N.V., Bochkareva S.S., Stepushkina O.G., Grunyushkin I.P., Tairova M.R., Incina V. 2019. I. Effects of polyphenol compounds and nitrogen oxide donors on lipid oxidation, membrane-skeletal proteins, and erythrocyte structure under hypoxia. BioMed. Res. Int. 2019. Article ID 6758017. https://doi.org/10.1155/2019/6758017
Rudenko S.V. 2010. Erythrocyte morphological states, phases, transitions and trajectories. Biochim. Biophys. Acta–Biomembranes. V. 1798. P. 1767.
Sergunova V., Leesment S., Kozlov A., Inozemtsev V., Platitsina P., Lyapunova S., Onufrievich A., Polyakov V., Sherstyukova E. 2022. Investigation of red blood cells by atomic force microscopy. Sensors (Basel). V. 22. P. 2055. https://doi.org/10.3390/s22052055
Shankaran S. 2015. Therapeutic hypothermia for neonatal encephalopathy. Curr. Opin. Pediatr. V. 2. P. 152.
Starodubtseva M.N., Karachrysafi S., Shkliarava N.M., Chelnokova I.A., Kavvadas D., Papadopoulou K., Samara P., Papaliagkas, Sioga A., Komnenou A., Karampatakis V., Papamitsou T. 2022. The Effects of intravitreal administration of antifungal drugs on the structure and mechanical properties peripheral blood erythrocyte surface in rabbits. Int. J. Mol. Sci. V. 23. P. 10464. https://doi.org/10.3390/ijms231810464
Steiner L.A., Gallagher P.G. 2007. Erythrocyte disorders in the perinatal period. Semin. Perinatol. V. 31 P. 254.
Tachev K.D., Danov K.D., Kralchevsky P.A. 2004. On the mechanism of stomatocyte-echinocyte transformations of red blood cells: experiment and theoretical model. Colloids Surfaces B: Biointerfaces. V. 34. P. 123. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2003.12.011
Zhang Y., Zhang W., Wang S., Wang C., Xie J., Chen X., Xu Y., Mao P. 2012. Detection of erythrocytes in patients with multiple myeloma using atomic force microscopy. Scanning. V. 34. P. 295.
Zhong Q., Inniss D., Kjoller K., Elings V. 1993. Fractured polymer/silica fiber surface studied by tapping mode atomic force microscopy. Surface Science Letters. V. 290. P. 688.