Маргинация: Ошибка выполнения

Содержание

Механизмы маргинации и диапедеза. Взаимодействие лейкоцитов и эндотелия. Молекулы клеточной адгезии

Первые теории, предложенные для объяснения механизмов маргинации и эмиграции, были биофизическими.

Э. Геринг и сам Ю. Конгейм считали эти явления результатов выдавливания клеток повышенным кровяным давлением (186В). Но это не объясняло, почему в процессе участвуют только белые кровяные элементы. А. Шкляревский (1868) создал стройную теорию, связывающее поведение лейкоцитов при воспалении с их меньшей плотностью и упругостью, которые при замедлении струи крови приводят к избирательному переходу этих элементов из осевой в краевую зону потока. Ему удалось промоделировать пристеночное накопление лейкоцитов, пропуская взвесь форменных элементов через стеклянные трубки с замедляющими поток расширениями. А. Шкляревский и, позже, В. В. Воронин предположили, что часть продуктов альтерации и ацидоза при воспалении снижает поверхностное натяжение и постулировали, что эмиграция — чисто физико-химический процесс, развертывающийся из-за количественного неравновесия сил поверхностного натяжения на наружном и внутреннем сегменте тельца лейкоцита и втягивания относительно гипоосмолярного лейкоцита в зону гиперосмоса. Ими было показано, что неживые объекты могут претерпевать направленное движение по убывающему градиенту поверхностного натяжения. Например, капля ртути движется к кристаллику бихромата калия.

После открытия хемотаксиса одноклеточных ботаником Пфеффером и работ И. И. Мечникова сложилась биологическая теория эмиграции, объяснявшая ее хемотаксисом лейкоцитов и их «осязательной чувствительностью» к концентрации неких «аттракторов», например, продуктов распада тканей и жизнедеятельности бактерий. Но инерция мышления в то время связывала информационные процессы в организме исключительно с ЦНС. Поэтому, Шкляревский в яркой и образной форме критиковал какие-либо биологические объяснения поведения фагоцитов при воспалении, считая их мистическими. В этой связи вспоминается афоризм А. Г. Кнорре: «Некоторые впечатляющие явления из жизни клеток заставляют морфолога думать, что клетки могут хотеть». В такой постановке вопроса, на самом деле, нет ничего кощунственного для материализма. Основа мышления есть обработка сигналов. Интеллект разлит в живой системе, потому что все клетки обрабатывают информацию и используют программы. Так, Ф. Ю. Йейтс рассматривает работу эндокринной системы с позиций структуральной лингвистики — как языковое обращение к генетическим программам (1982).

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Мы вновь оцениваем Дени Дидро и его гилозаистское учение о распределенности сознания по всей материи. Ныне ответ на знаменитый вопрос, заданный В. И. Лениным Э. Маху «Мыслит ли человек при помощи мозга?» уже не так очевиден, как казалось в 1908 году автору «Материализма и эмпириокритицизма», вкладывавшему в свой вопрос явную иронию.

Поэтому, в современном понимании клеточный интеллект — это способность клетки перестраивать использование своих программ в ответ на химические сигналы, воспринимаемые рецепторами. И ничего удивительного, что Мечников верил в существование «примитивного сознания» и произвольного поведения у лейкоцитов, что в представлении его противников являлось тяжким идеалистическим грехом. Г. Альбрехт‑Бюлер (1985) справедливо замечает, что: «с момента появления на сцене современных компьютеров концепция «интеллекта», в значительной степени, демистифицировалась и превратилась в «способность обрабатывать информацию».

Физические теории маргинации и диапедеза усовершенствовались, вовлекали новые данные электрофизиологии. Было высказано предположение, что отрицательно заряженные [299] лейкоциты притягиваются к сосудистой стенке и к центру очага благодаря накоплению в очаге катионов водорода и положительному сдвигу мембранного потенциала поврежденного эндотелия (

катафорез). Было доказано, что в маргинации играет роль ион кальция, так как ЭДТА (хелатор кальция) ослабляет этот процесс. Но чисто биофизический подход не объяснял всех деталей явления. Если все основано на электрических силах, почему эритроциты, заряд которых идентичен лейкоцитарному, ведут себя совсем по-другому? Как согласовать биофизическую теорию маргинации и миграции с теми фактами, что:

• Лейкоциты прилипают не только к поврежденному участку эндотелия, но и к обширной площади видимо неповрежденных посткапиллярных венул и капилляров (Р. Котран)

• Введение в ткань растворов молочной кислоты, богатых катионами водорода, дает не положительный, а отрицательный хемотаксис лейкоцитов (Н. Н. Сиротинин)

• В кислой среде поверхностное натяжение лейкоцитов не понижается, а возрастает (Г. Швицер).

• Электрические силы сцепления значительно слабее ковалентных химических взаимодействий и вряд ли могут удержать лейкоцит у эндотелия при достаточно быстром кровотоке, наблюдаемом в период смешанной гиперемии (Р. Уильяме).

• Лимфоциты, плотность которых намного выше, чем у других лейкоцитов, а также белые форменные элементы, плотность которых искусственно повышена после фагоцитоза взвесей частиц краски, несмотря на это, активно участвуют в маргинации (Н. Н. Аничков).

Наконец, сильнейшим, по признанию Аничкова, аргументом сторонников биологической теории, служил разный клеточный состав различных экссудатов, селективность и очередность миграции лейкоцитов.

Таким образом, в течение длительного времени патология останавливалась перед информационной стороной процесса маргинации и эмиграции лейкоцитов, но факты доказывали недостаточность истолкования поведения лейкоцитов, как физико-химических объектов.

Прорыв произошел, когда иммуноморфологические методы исследования позволили обнаружить молекулы клеточной адгезии и оценить их роль — во второй половине 80-х годов текущего столетия.

По современным представлениям, ocновной механизм эмиграции лейкоцитов состоит в комплементарных лиганд-рецепторных взаимодействиях между лейкоцитом и сосудистой стенкой, причем появление рецепторов индуцируется медиаторами воспаления. Биофизические эффекты, упомянутые выше, играют вспомогательную роль, например, уменьшая и преодолевая силу естественного электростатического отталкивания.

Молекулы клеточной адгезии были впервые описаны при изучении механизмов адресного перемещения лимфоцитов в иммуногенезе, однако, затем оказалось, что одни и те же или сходные рецепторы и лиганды обеспечивают при воспалении и выселение лейкоцитов всех других видов. Более того, имеются все основания полагать, что эти же молекулы играют центральную роль при взаимной активации клеток крови и сосудистой стенки в ходе развития атеросклероза.

Эта группа комплементарных регуляторов минимально представлена в покоящихся лейкоцитах и эндотелиоцитах или, вообще, не экспрессирована на них (как ELAM-1). Кроме того, до активации молекулы адгезии секвестрированы во внутриклеточных гранулах и не функционируют. Часть из них распознает свои лиганды только после того как первичная альтерация и/или медиаторы воспаления вызовут в последних конформационные изменения. При воспалении ряд медиаторов (фрагменты комплемента С

5а и Вb; лейкотриен В4; фактор активации тромбоцитов; трансферрин; цитокины: ИЛ-1, ИЛ-8, γ-интерферон ФНОα и ΦΗΟβ, пептидные хемотактические факторы мастоцитарные факторы хемотаксиса нейтрофилов, эозинофилов и базофилов, а также сами липополисахариды бактерий) вызывают освобождение молекул адгезии и их лигандов из гранул, конформационные изменения, благоприятствующие их комплементарным [300] взаимодействиям и, позже, синтез молекул адгезии de novo. При этом часть медиаторов индуцирует повышение клейкости только у лейкоцитов ( лейкотриен В
4
— на нейтрофилах, факторы комплемента — на полиморфонуклеарах и моноцитах), часть действует только на эндотелий (ИЛ-1, эндотоксины бактерий), а большинство стимулирует и адгезивность лейкоцитов, и клейкость эндотелия (ФНО) (Р. Котран, 1987, 1989; Б. Ф. Хайнс, А. С. Фоси, 1994). Большинство медиаторов-усилителей адгезивных свойств синтезируется лимфоцитами и макрофагами, но и сам эндотелий, под влиянием липополисахаридов бактерий, тромбина и ФНО, способен вырабатывать, например, ИЛ-1.

Молекулы клеточной адгезии подразделяются на несколько семейств:

Селектины — лектиновые молекулы клеточной адгезии (LECCAMs). Это трансмембранные белки, похожие по структуре на рецепторы комплемента и факторов роста, концевой домен этих белков способен связывать олигосахариды, то есть является белком-лектином. Лиганды селектинов — это олигосахаридсодержатцие молекулы. Селектины, уже упоминавшиеся на стр. 253, опосредуют самую раннюю стадию маргинации лейкоцитов — обратимую адгезию. Благодаря взаимодействиям с их участием лейкоциты покидают осевой кровоток, претерпевают краевое движение и краевое стояние. Таблица 12 содержит общую характеристику селектинов.

Взаимодействие селектинов с участием олигосахаридных остатков позволяет лейкоцитам задержаться у эндотелиальных клеток. Селектины экспрессируются рано: пик экспрессии Р-селектина, например, приходится на 7-8 мин после стимуляции эндотелия пупочной вены кахексином.

Первым экспрессируется Е-селектин для нейтрофилов (поэтому, именно эти лейкоциты во многих случаях эмигрируют раньше других). Наиболее массированная экспрессия этого селектина наступает уже через 20 мин после стимуляции эндотелия пупочной вены кахексином (М. П. Бевилакуа и соавт. 1987).

При болезни Кавасаки (см. с. 246) наблюдается системный панваскулит, сопровождаемый комплементзависимым лизисом эндотелиальных клеток и лихорадкой. Д. И. Люн и соавторы обнаружили, что у детей, больных этим заболеванием, имеются аутоантитела (иммуноглобулины класса М), вызывающие лизис эндотелиальных клеток, стимулированных ФНО, ИЛ-1 и γ-интерфероном, но не действующие на покоящийся эндотелий. Установлено, что это два разных вида аутоантител против эндотелиальных селектинов, вероятно, включая Е-селектин (1986).

Маргинация дает возможность подействовать на лейкоциты и на эндотелиоциты цитокинам и другим медиаторам воспаления, обоюдно выделяемым этими клетками. После активации цитокинами лейкоциты прячут L-селектин и экспрессируют интегрины.

• Интегрины — димерные трансмембранные белки, экспрессируемые лейкоцитами и другими клетками гемопоэтического ряда, фибробластами и клетками ряда внутренних органов. Эндотелий экспрессирует лишь некоторые интегрины. Интегриновая α-цепь имеет единую структуру, а β-цепи варьируют (β1— β2— и β3-подвиды интегринов). Интегрины участвуют в самосборке тканей, поскольку опосредуют прикрепление клеток к межклеточному веществу и хоуминг лимфоцитов (β1-группа, синоним -VLAs — очень поздние антигены активированных лимфоцитов). Они ответственны за поздние стадии адгезии активированных лейкоцитов и тромбоцитов к эндотелию и, частично, диапедез белых клеток крови через стенку сосуда (β2-группа), контактные взаимодействия тромбоцитов и нейтрофилов в очаге воспаления (β3-группа имеющая собственное название цитоадгезины). Интегрины распознают трипептид арг-гли-асп (RGD) и, возможно, другие, конформационно близкие детерминанты (Таблица 13).

При маргинации и диапедезе основными участниками являются β2-интегрины LFA-1, р 150 и CR3 (МАС-1) миелоидных и лимфоидных клеток (Дж. М. Харлан и соавт., 1985). Они взаимодействуют с появляющимися под [301] воздействием цитокинов на эндотелиоцитах молекулами ICAM из числа членов суперсемейства иммуноглобулинов. В то же время, β1-интегрин VLA-4 взаимодействует с экспрессируемым под влиянием цитокинов на эндотелиальных и некоторых антигенпредставляющих клетках белком VCAM из того же суперсемейства. При наследственном дефиците β2-интегринов развивается синдром дефектной адгезии лейкоцитов, приводящий к нарушению аккумуляции фагоцитов в очагах воспаления и затяжным инфекциям.

• Белки суперсемейства иммуноглобулинов участвующие в адгезии и экспресируемые, преимущественно, эндотелием, именуются ICAM. Это трансмембранные протеины с пятью внеклеточными доменами, их экспрессия усиливается ИЛ-1, ФНО и γ-интерфероном. Часть из них появляется на эндотелиоцитах только после активации цитокинами. Но молекула ICAM-2 экспрессируется нормальным неактивированным эндотелием в стабильных для каждой ткани количествах. Степень экспрессии ICAM-2 определяет интенсивность физиологической миграции лейкоцитов в различных органах (высокая — в тимусе, низкая — в головном мозге). Молекула ICAM-3 присутствует на лейкоцитах до активации и позволяет им взаимодействовать. ICAM — необходимые для надклеточных координированных защитных реакций молекулы, тем не менее, именно они используются риновирусами и Plasmodium falciparum для инвазии.

Близкая к ICAM молекула VCAM имеет на один внеклеточный домен больше и не индуцируется γ-интерфероном. Все белки рассматриваемой группы комплементарны различным интегринам. Они обеспечивают отсроченную фазу адгезии и прохождение лейкоцитов через сосудистую стенку, так как их экспрессия нарастает в течение первого часа после стимуляции эндотелия цитокинами и остается максимальной в течение 1,5-3,5 часов. В группу адгезивных молекул, подобных иммуноглобулинам, входят также, прежде известные, как лимфоцитарные рецепторы, CD2 и CD58 (LFA-3). Эти молекулы взаимно узнают друг друга, экспрессируются на Т-лимфоцитах и антигенпредставляющих клетках под влиянием интерлейкинов и участвуют в межклеточной адгезии при презентации антигенов и контакте цитотоксических лимфоцитов с клетками-мишенями (Таблица 14).

• Адресины — белки клеток внутренней выстилки высокоэндотелиальных венул. Эти сосуды лимфоидных органов — место физиологической адресной миграции лимфоцитов и других лейкоцитов, которая и опосредуется рецепцией адресинов. При хроническом воспалении происходит интенсивный ангиогенез, с образованием в его очагах аналогичных венул. Они служат окнами усиленной миграции лимфоцитов при аутоиммунных процессах, например, в суставы — при ревматоидном артрите. Известны адресин венул лимфоузлов (лиганд L-селектина) и сосудистый адресин (лиганд VLА-4), имеющий универсальное распространение. При остром воспалении адресины менее значимы.

• Хрящевые соединительные белки имеют значение для диапедеза лейкоцитов, прошедших эндотелий и для их перемещения после выхода из сосуда. Белок CD44 известный ранее, как Hermes, экспрессируется всеми лейкоцитами и макрофагами и распознает гиалуроновую кислоту. Это обеспечивает не [302] только адгезию, но и диапедез лейкоцитов а также, отчасти, их перемещение в основном веществе соединительной ткани. Большое значение для этих перемещений имеют и рецепторы коллагена и ассоциированных с ним белков — β1-интегрины, а также связывание между ICAM-1 и LFA-1.

В очаге острого воспаления эмиграция лейкоцитов характеризуется очередностью. Хотя для форсирования стенки сосуда отдельному нейтрофилу достаточно 3-12 мин., максимальная скорость выхода нейтрофилов приходится на первые 2 часа, а максимальное накопление этих клеток в очаге наступает к 4-6 часам.

Моноциты начинают эмиграцию вместе с нейтрофилами, но наращивают ее до 16-24 ч и после этого срока преобладают в инфильтрате. Считается, что лимфоциты начинают эмигрировать позже других лейкоцитов. Асинхронность эмиграции связана с неодновременным появлением молекул клеточной адгезии и хемотактических факторов, специфичных для разных лейкоцитов.

Выходя из сосудов, лейкоциты проявляют положительный хемотаксис и приближаются к носителям хемоаттрактивных детерминант, что составляет уже первую стадию фагоцитоза.

Маргинация , адгезия и диапедез лейкоцитов. — Мегаобучалка

Движение нейтрофильных лейкоцитов к очагу воспаления начинается внутри кровеносных сосудов. Приближаясь к участку сосуда, расположенному в непосредственной близости от центра воспалительного очага, лейкоциты замедляют свое движение относительно скорости кровотока и начинают процесс проникновения (диапедеза) через сосудистую стенку. И движение лейкоцитов, и их адгезия к сосудистой стенке, и последующее проникновение через стенку сосуда – это сложный, многоэтапный процесс (Рис.3).

 

   

                      Рис. 3. Маргинация, адгезия и миграция (диапедез) лейкоцитов

                                               (по W.Bocher, H.Denk, Ph.Heitz)

       1 – Р-селектин; 2 – Фактор активации тромбоцитов; 3 – Е-селектин;

     4 – иммуноглобулиновый комплекс; 5 – хемотаксические цитокины

 

Появление на поверхности лейкоцитов и эндотелиоцитов молекул адгезии начинается только после контакта этих клеток с рядом медиаторов воспаления и цитокинов. До этого контакта молекулы адгезии (L-селектины и бета-2-интегрины в лейкоцитах; Р-селектины и Е-селектины в эндотелиоцитах) содержатся во внутриклеточных гранулах и не функционируют. На первых этапах и движение, и адгезия лейкоцитов и эндотелиоцитов обеспечивается в основном за счет селектинов и, частично, интегринов которые соединяются с соответствующими рецепторами на поверхности лейкоцитов и клеток эпителия сосуда. В последующем происходит «слущивание» (шеддинг) селектинов с поверхности лейкоцитов и их место занимают бета-2-интегрины, резко увеличивающие адгезию лейкоцитов к сосудистой стенке. Молекулы адгезии оказывают содействие лейкоцитам и при их прохождении через сосудистую стенку. В дальнейшем, при движении лейкоцитов к центру очага воспаления, их «привлечение» обеспечивают молекулы (цитокины) хемотаксиса.



Электротаксис – движение отрицательно заряженных лейкоцитов по направлению к эпицентру очага воспаления (где накапливаются положительно заряженные частицы – ионы из разрушенных клеток, мицеллы белка, погибшие или поврежденные клетки и др).

Важнейшей составной частью воспалительного процесса является фагоцитоз, в котором принимают участие как фагоциты крови (лейкоциты), так и фагоциты, находящиеся вне сосудистого русла (например, тканевые макрофаги).

Фагоцитоз — это процесс поглощения и переваривания клеткой различных корпускулярных агентов (частиц) которые являются или становятся инородными для всего организма или для отдельных его частей.

При фагоцитозе происходит процесс поглощения и переваривания не только частиц, изначально являющихся чужеродными для организма, но и тех, которые могут стать таковыми при определенных условиях (Например, микроорганизмы, составляющие нормальную микрофлору кишечника, при их парентеральном проникновении в ткани становятся объектами фагоцитоза, или эритроциты в кровеносном русле для организма не чужеродны, но если они попадут в ткани при кровоизлиянии, то могут стать объектами фагоцитоза.).

Захват клетками капель жидкости и использование этих жидкостей в процессах внутриклеточного пищеварения носит название пиноцитоза. Кроме того, чужеродные частицы могут поглощаться фагоцитами и за счет эндоцитоза (так называемое – рецептор-опосредованное взаимодействие).

 Процесс фагоцитоза включает в себя несколько стадий.

Первая стадия – стадия маргинации, адгезии и диапедеза лейкоцитов нами уже была рассмотрена выше.

Вторая стадия — передвижение фагоцита к объекту фагоцитоза. Наиболее известные хематтрактанты для лейкоцитов -интерлейкин 8, моноцитарный хемотаксический фактор, лейкотриен В4.

Механизм таксиса:

— скопление хеморецетпоров (кэппинг) на стороне лейкоцита, обращенной в сторону наибольшей концентрации хемотаксинов. Этот полюс становится ведомым. 

— изменение коллоидного состояния цитозоля лейкоцита – переход из состояния золя в состояние геля.

— снижение поверхностного натяжения на обращенной в сторону очага воспаления области мигрирующего лейкоцита («головной полюс»), что стимулирует перемещение цитозоля лейкоцита именно в головной конец.

— сокращение актиновых филаментов хвостового полюса и перестройка структур цитоскелета лейкоцита.

— выталкивание цитозоля к головному концу и движение лейкоцита в очаг воспаления.

Третья стадия – опсонизация объектов фагоцитоза. Опсонизация – это процесс взаимодействия опсонинов (иммуноглобулинов IgG1, IgG3, IgM, белков системы комплемента С3b, C4, C5a, С-реактивного белка) с рецепторным аппаратом инфекционной частицей. На фагоцитах есть рецепторы к Fc-фрагментам иммуноглобулинов и к белкам системы комплемента. В результате инфекционные частицы плотно прикрепляются к оболочке фагоцитов, а иммуноглобулины, белки комплемента и С-реактивный белок служат как бы «мостиком», прочно соединяющим фагоцит и фагоцитируемый объект. 

Четвертая стадия — погружение объекта в фагоцит, которая может осуществляться двумя путями. Во-первых, фагоцит, подобно амебе, способен выпускать псевдоподии, которые смыкаются над объектом фагоцитоза, и он оказывается внутри фагоцита. Во-вторых, это погружение может происходить путем инвагинации клеточной оболочки фагоцита: в нем образуется все увеличивающаяся впадина, в которую и погружается объект; затем края впадины смыкаются над объектом, и он оказывается внутри фагоцитирующей клетки. В процессе погружения объекта в фагоцит важную роль играют электрические заряды объекта и фагоцита, интенсивность хемотаксиса и величина поверхностного натяжения в месте соприкосновения фагоцита и фагоцитируемого объекта.  

Пятая стадия – переваривание. Вначале живой объект, попавший в фагоцит и находящийся в его пищеварительной вакуоли, должен быть убит. Живые объекты фагоцит не переваривает. Основную роль в гибели живых объектов, попавших в фагоцит, играет резкий сдвиг рН протоплазмы фагоцита в кислую сторону. После того, как объект убит, пищеварительная вакуоль, в которой он находится, сливается с одной или несколькими лизосомами фагоцита, и лизосомные ферменты осуществляют процесс пищеварения в этой полости.

Живой объект может быть фагоцитирован и иным путем: в гранулах лейкоцита содержатся бактерицидные вещества (например, активные кислородные радикалы, появляющиеся в результате респираторного взрыва), которые выбрасываются в окружающую среду, и, таким образом, лейкоцит убивает микроорганизм (механизм «нейтрофильной ловушки»). Затем осуществляется процесс его погружения и переваривания.

Таковы процессы, лежащие в основе завершенного фагоцитоза.

Если микроорганизмы — объекты фагоцитоза либо обладают мощной полисахаридной капсулой (например, микобактерии туберкулеза), защищающей их от кислой реакции среды, либо выделяют вещества, которые препятствуют слиянию лизосом с пищеварительной вакуолью, в результате чего процесс внутриклеточного пищеварения не может быть осуществлен. В этом случае имеет место так называемый незавершенный фагоцитоз. Он заканчивается тем, что через некоторое время живые микроорганизмы либо выбрасываются из фагоцита, либо фагоцит гибнет.

3. Стадия воспаления- пролиферация

Острое воспаление всегда завершается фазой пролиферации, хотя пролиферативные процессы в той или иной степени выражены с самого начала воспалительного процесса. Интенсивная пролиферация начинается только тогда, когда полностью завершается альтерация и экссудация, а патогенный агент уничтожен или выведен за пределы организма. В противном случае (если патогенный агент не уничтожен) острое воспаление может трансформироваться в хроническое.

Фазе пролиферации предшествует период накопления противовоспалительных медиаторов. Основное место среди них занимают:

— гепарин, который связывает биогенные амины, ингибирует комплемент, является мощным антикоагулянтом, инактивирует кининовые системы;

— ингибиторы протеаз – вещества, подавляющие активность лизосомальных гидролаз и, тем самым, резко снижающие повреждение клеток и тканей;

— антифосфолипазы, ингибирующие фосфолипазу А2 и за счет этого уменьшающие синтез арахидоновой кислоты и ее продуцентов – простагландинов и простациклинов. Следует указать, что выработка антифосфолипаз стимулируется глюкокортикоидными гормонами;

— антиоксиданты – металлосодержащие белки, инактивирующие кислородные радикалы и липоперекиси;

— инактиваторы воспалительных медиаторов, например, гистаминаза и кининаза, разрушающие гистамин и кинины;

— медиаторы клеточного происхождения: факторы роста эндотелия, тромбоцитов, эпидермальный фактор роста, трансформирующий ростовой факитор-в (TGF- в).

     Репаративные процессы могут идти по двум направлениям: по пути регенерации (замещение погибших клеток клетками точно такого же типа) и по пути фиброплазии (замещение клеточного дефекта соединительной тканью). И регенерация, и фиброплазия осуществляются как за счет усиления пролиферации, так и за счет снижения уровня апоптоза .

           В регуляции процессов репарации принимают участие и гормоны: тиреотропный, соматотропный, соматомедины, инсулин. Процессы регенерации костной ткани стимулируются половыми гормонами, а заживление ран – гормонами щитовидной железы.

 

Активация лейкоцитов, роль в повреждении эндотелия и развитии сердечно-сосудистой патологии Текст научной статьи по специальности «Клиническая медицина»

© КОЗЛОВСКИЙ В.И., АКУЛЁНОК А.В., 2005

АКТИВАЦИЯ ЛЕЙКОЦИТОВ, РОЛЬ В ПОВРЕЖДЕНИИ ЭНДОТЕЛИЯ И РАЗВИТИИ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТОЙ ПАТОЛОГИИ

КОЗЛОВСКИЙ В.И., АКУЛЁНОК А.В.

УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов медицинский университет»,

кафедра факультетской терапии

Резюме. Активация лейкоцитов способствует повреждению эндотелия, ухудшению реологических свойств крови, активации тромбоцитов и, в конечном итоге, нарушению микроциркуляции. Это содействует реализации патогенетических механизмов артериальной гипертензии (АГ) и поражению жизненно важных органов.

Проведенные эпидемиологические исследования показали, что при повышении числа лейкоцитов увеличивается риск развития ишемической болезни сердца. Нами установлено, что острые повышения артериального давления у больных АГ сопровождаются активацией лейкоцитов крови и достоверным повышением адгезивных и агрегационных свойств лейкоцитов (p<0,01). Повышение адгезии лейкоцитов коррелирует с увеличением числа циркулирующих в крови эндотелиоцитов — маркёра повреждения эндотелия (r=0,65; p<0,01). Обнаружена положительная корреляция между увеличением адгезивной активности лейкоцитов и повышением частоты развития событий, включающих инсульты, инфаркты миокарда и летальные исходы (r=0,51; p<0,01).

Однако адекватные подходы к коррекции функционального состояния лейкоцитов у больных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы до настоящего времени не разработаны.

Ключевые слова: артериальная гипертензия, активация, адгезия, агрегация лейкоцитов.

Abstract. Leukocyte activation facilitates endothelial damage, causes hemorheological abnormalities, enhances platelets activation and it results in microcirculation failure. Microcirculation failure is one of the pathogenic mechanisms of arterial hypertension leading to target organs damage.

Conducted epidemiological research revealed that the increasing number of leukocytes corresponded with the increased risk of ischemic heart disease development. We observed leukocyte activation and proved increase of adhesive and aggregative properties of leukocytes in patients with arterial hypertension having hypertensive crises (p<0,01). The positive correlation between increased adhesive activity of leukocytes and increased probability of myocardial infarction development, brain stroke development and death was revealed (r=0,42; p<0,01).

However, adequate approaches to functional leukocyte state correction in patients with cardiovascular diseases haven’t been developed yet.

Введение

В настоящее время показано, что расстройства микроциркуляции являются важным фактором, приводящим к формированию повреждений жизненно важных органов и, в частности, инфаркту миокарда и инсульту у больных АГ [2]. В патогенезе расстройств микроциркуляции значительную роль играют повышения агрегации тромбоцитов и эритроцитов, снижение деформируемости эритроцитов,

Адрес для корреспонденции: 212022, г.Витебск, ул. Правды, 58-3-16, тел. 28-19-55 — Козловский В.И.

нарушение вязкостных свойств плазмы. Именно они наиболее изучены у больных сердечно-сосудистыми заболеваниями.

В последние годы всё более широко исследуется роль лейкоцитов в нарушении микроциркуляции и реологических свойств крови. Большое количество разнообразных рецепторов на мембранах лейкоцитов позволяет им активно реагировать на различные изменения гомеостаза. При этом активированные лейкоциты синтезируют и затем секретируют различные биологически активные вещества (метаболиты арахидоновой кислоты, факторы

роста, протеазы, активные формы кислорода, цитокины и др.), оказывающие влияние на сосудистую проницаемость, тонус сосудов, хемотаксис, повреждение тканей, тромбоз, ангиогенез. Лейкоциты также могут вызывать обструкцию микроциркуляторного русла на участке ишемии (leukocyte plugging) и дальнейшее снижение тканевого кровотока [44] вследствие относительно больших размеров, способности к агрегации между собой и адгезии к сосудистому эндотелию. Столь многостороннее участие лейкоцитов в микроциркуляции показывает актуальность изучения роли лейкоцитов в патогенезе артериальной гипертензии и её осложнений.

Активация лейкоцитов

Механизмы и факторы, обусловливающие активацию лейкоцитов, детально не исследованы. Отмечено, что её вызывают продукты бактерий, компоненты системы комп-

лемента (С ), продукты липоксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты (ЬТ В4), цитокины (интерлейкин-8) и другие факторы.

Активация лейкоцитов проходит ряд этапов (рис. 1):

1 этап. Связывание фактора со специфическим рецептором на мембране лейкоцита.

2 этап. Активация фосфолипазы С через активированный О-протеин.

3 этап. Увеличение поступления ионов Са2+ в клетку [14].

4 этап. Активация протеинкиназы С, что приводит к активации фосфорилирования клеточных белков [8].

5 этап. В активированных лейкоцитах происходит увеличение синтеза арахидоновой кислоты и её метаболитов, секреция лизосо-мальных ферментов, «окислительный взрыв». Экспрессия отрицательно заряженных рецепторов для муциноподобного гликопротеина 0034 эндотелиоцитов [48], молекул адгезии в2-интегринов и Ь-селектинов на поверхнос-

Рис. 1. Схема активации лейкоцитов (цифрами обозначены этапы активации лейкоцитов — см. в тексте).

ти лейкоцитов приводит к сокращению элементов цитоскелета, изменению формы лейкоцитов, что реализуется в виде их адгезии и агрегации [54].

В норме 3-5% лейкоцитов периферической крови группируются в агрегаты, в то время как при ряде патологических состояний этот показатель увеличивается до 45% [12]. Для межклеточного взаимодействия необходимо соединение рецептора с комплементарным лигандом. Этот механизм осуществляется благодаря взаимодействию надмембранных участков адгезивных молекул с последующей передачей сигналов внутрь клетки, изменением её формы и функций [3, 6].

Клетки эндотелия экспрессируют специфические трансмембранные протеины, основные два семейства которых составляют селек-тины и эндотелиальные иммуноглобулиноподобные белки. Селектины эндотелиоцитов включают Р-селектин (имеется также на тромбоцитах) и Е-селектин. К суперсемейству иммуноглобулинов принадлежат 1САМ-1 (межклеточная молекула адгезии-1), 1САМ-2 (межклеточная молекула адгезии-2), УСАМ-1 (молекула адгезии сосудистых клеток-1). 1САМ-2, УСАМ-1 распределяются на одних эндотелиальных клетках, 1САМ-1 — на эндотелиальных, эпителиальных клетках, активированных моноцитах, Т-лимфоцитах, натуральных киллерах.

В начальной стадии процесса адгезии к эндотелию (рис. 2) лейкоциты покидают осевой кровоток (маргинация лейкоцитов), происходит их роллинг вдоль эндотелия при участии Ь и Е-селектинов [42]. Селектины избирательно связывают сиализированные олиго-сахаридные эпитопы на поверхности лейкоцитов. Это взаимодействие замедляет движение лейкоцитов, заставляя их «катиться» по эндотелиальной поверхности. Воздействие ци-токинов на эндотелий усиливает экспрессию Е-селектина, а также 1САМ-1 и УСАМ-1. Гистамин, тромбин, фактор активации тромбоцитов увеличивают экспрессию Р-селектина. Е-селектин и СБ 34 эндотелиоцитов связываются соответственно с сиалил-Льюис Х-моди-фицированным протеином и Ь-селектином лейкоцитов. Прикрепившиеся к эндотелию

лейкоциты могут контактировать со свободными лейкоцитами через Ь-селектин, что приводит к повышению их содержания в очаге воспаления [62].

Следующая фаза адгезии лейкоцитов включает взаимодействие интегринов (лимфо-цит-ассоциированный антиген ЬЕЛ-1, макро-фагальный антиген-1 МЛС-1, «очень поздний антиген-4» УЬЛ-4) на поверхности активированных лейкоцитов с молекулами адгезии ІСЛМ-1, ІСЛМ-2, УСЛМ-1 на эндотелии [38]. Интегрины представляют собой трансмембранные гетеродимерные гликопротеины, которые экспрессируются на мембране лейкоцитов, но не связываются с соответствующими молекулами адгезии, пока лейкоциты не активируются хемотаксическими агентами или другими стимулами (часто продуцируемыми самими эндотелиоцитами). Затем интегрины подвергаются конформационным изменениям, необходимым для высокоафинного связывания с адгезивными молекулами. в2-интегрин ЬБЛ-1 находится на всех лейкоцитах, МЛС-1 — на моноцитах/макрофагах, нейтрофилах и натуральных киллерах. в1-интегрин УЬЛ-4 имеется на моноцитах, лимфоцитах, эозино-филах [3, 4, 6].

Наиболее важные факторы, влияющие на адгезию лейкоцитов, включают:

1. Биологически активные вещества, выделяемые активированным эндотелием в ответ на воспалительные стимулы [36] — цитокины (интерлейкин-1, фактор некроза опухо-ли-а), которые стимулируют экспрессию эндотелием молекул адгезии УСАМ-1 [33], ответственных за адгезию лейкоцитов к эндотелию [21]. Отмечено, что введение ангиотензина ІІ (А ІІ) в концентрации, не вызывающей констрикции микрососудов, значительно повышает поток «катящихся» лейкоцитов, их адгезию и эмиграцию без изменения поверхностной экспрессии СБ11 или Ь-селектина. Влияние АІІ на взаимодействие лейкоцитов с эндотелием опосредуется рецепторами АІІ и зависит от Р-селектина [50]. Тромбин также вызывает повышение роллинга и адгезии лейкоцитов. Введение антиагрегантов подавляло вызываемый тромбином роллинг, но не адгезию лейкоцитов [61]. Хемотаксические фак-

Рис. 2. Этапы взаимодействия лейкоцитов и эндотелия: роллинг, адгезия и трансмиграция

(пояснения см. в тексте).

торы увеличивают агрегацию лейкоцитов и их адгезивные свойства [46].

Оксид азота N О уменьшает адгезию лейкоцитов к эндотелию [30], тормозит трансэндотелиальную миграцию моноцитов [59]. Бра-дикинин предотвращает постишемические миграцию и адгезию лейкоцитов [51].

2. Гемодинамические факторы. Эффективность адгезии лейкоцитов к эндотелию зависит от соотношения сил связывания клеток и напряжения сдвига. Наиболее легко процесс адгезии происходит в посткапиллярных вену-лах, где напряжение сдвига ниже. С помощью

проточной системы для оценки адгезии лейкоцитов на Р-селектине показано, что при увеличении скорости сдвига адгезия снижалась [7]. Напряжение сдвига также модулирует экспрессию молекул адгезии эндотелиоцитами [58].

3. Повышение уровня внутриклеточного кальция необходимо для транспорта рецепторов адгезии на поверхность мембраны. Уве -личение содержания кальция в цитозоле активированных лейкоцитов обнаружено у больных АГ [14].

4. Оксидативный стресс непосредственно запускает активацию лейкоцитов и после-

дующую агрегацию и адгезию [19]. Окисленные липопротеины низкой плотности (о-ЛПНП) увеличивают адгезию лейкоцитов, их миграцию. Предварительная обработка моноклональными антителами против CD11/CD18, молекул-1 межклеточной адгезии, P- и L-се-лектина уменьшает влияние о-ЛПНП на адгезию лейкоцитов [34]. Установлена значительная корреляция между адгезией и агрегацией лейкоцитов и концентрацией холестерина (Хс) и ЛПНП [20]. Повышение уровня липопроте-инов высокой плотности (ЛПВП) ингибирует экспрессию молекул адгезии клетками эндотелия in vivo.

5. Реологические свойства эритроцитов. Повышение адгезии лейкоцитов коррелирует с увеличением агрегации эритроцитов [7], возможно, за счёт увеличения краевого стояния (маргинации) лейкоцитов и/или стабилизации их прикрепления (аттачмента) к эндотелию [28]. Формирование агрегатов эритроцитов в осевом кровотоке венул увеличивает радиальную миграцию лейкоцитов [47]. Эритроциты способствуют начальному взаимодействию лейкоцитов с эндотелием сосудов, увеличивая число столкновений лейкоцитов и частоту связывания с эндотелием, а также снижая скорость вращения лейкоцитов [45].

Роль активированных лейкоцитов в повреждении эндотелия

Повышенная активация лейкоцитов является фактором риска повреждения эндотелия и органной дисфункции. Активированные нейтрофилы могут нарушать функционирование микроциркуляторного русла за счёт повышения проницаемости эндотелия, адгезии лейкоцитов к эндотелию, образования в капиллярах «пробок» (plugg), высвобождения вазоактивных продуктов, деформации и компрессии капилляров вследствие интерстициального отёка, вызванного активными формами кислорода. Кроме снижения тканевой перфузии, активация лейкоцитов также приводит к повреждению эндотелия через высвобождение цито-токсических медиаторов — активных форм кислорода, лизосомальных ферментов, простано-идов [41]. Выявлено, что активированные по-

лиморфноядерные лейкоциты через генерацию свободных радикалов и секрецию протеаз вызывают ухудшение реологических свойств эритроцитов, увеличивая их агрегацию и снижая деформируемость [11], что может способствовать механическому повреждению эндотелия. Определено участие адгезированных лейкоцитов в ремоделирования миокарда и сосудов как за счёт выделяемых ферментов [55], так и при активации факторов, выделяемых эндотелием [52]. С помощью биохимического и непрямого иммунофлюоресцентного анализа было показано, что адгезия нейтрофилов приводит к разрыву комплекса эндотелиальных кадгеринов и потере их латеральной соединяющей функции [10]. Таким образом, адгезия лейкоцитов к эндотелию сопровождается повышением сосудистой проницаемости [17], в частности, для Хс-ЛПНП [25].

Часть адгезированных лейкоцитов попадает в субэндотелиальное пространство через эндотелиальные межклеточные соединения (рис. 2). В трансмиграции лейкоцитов участвуют молекулы адгезии, экспрессированные на лейкоцитах (Pj и в2 -интегрины, тромбоцитар-но-эндотелиальные молекулы адгезии 1 (PECAM-1) и CD47) и эндотелии (межклеточные молекулы адгезии 1 (ICAM-1, PECAM-1), интегрин-ассоциированный протеин (IAP) и другие факторы). Мигрировавшие моноциты и Т-лимфоциты участвуют в реализации воспаления, иммунитета, атерогенеза [18, 22].

Трансмиграцию лейкоцитов облегчают хемоаттрактантные цитокины (хемокины) — семейство структурно родственных низкомолекулярных белков [39]. Моноцитарный хемоат-рактантный протеин-1 (MCP-1), продуцируемый эндотелием в ответ на о-ЛПНП и другие стимулы, селективно ускоряет трансмиграцию моноцитов [49]. Лимфоцит-селективные хемо-кины (IP-10 (inducible protein 10), I-TAC (interferon-inducible T-cell a-chemoattractant), MIG (monokine induced by interferon-y)) увеличивают накопление лимфоцитов [40].

Нами исследованы адгезивные и агрега-ционные свойства лейкоцитарной суспензии и содержание циркулирующих в крови эндотелиоцитов (ЦЭК) у 185 больных АГ. Адгезию

лейкоцитов определяли на основании способности лейкоцитарной суспензии задерживаться пористыми фильтрами. Адреналин-индуци-рованную агрегацию лейкоцитов изучали методом [13] на агрегометре «СОЛАР». Число ЦЭК определяли по методу [26]. Установлено, что острые повышения артериального давления сопровождаются активацией лейкоцитов крови и повышением адгезивных и агре-гационных свойств лейкоцитов по сравнению со здоровыми людьми (p<0,01). Повышение адгезионной способности активированных нейтрофилов также отмечено у больных АГ в исследованиях Шляхто Е.В. и соавт. [5]. Повышение адгезивных свойств лейкоцитов у больных артериальной гипертензией коррелировало с увеличенным содержанием циркулирующих в крови эндотелиоцитов (r=0,65; p<0,01), что подтверждает участие активированных лейкоцитов в повреждении эндотелия.

Клинические аспекты активации лейкоцитов

Проведенные эпидемиологические исследования показали, что при повышении числа лейкоцитов (в особенности нейтрофилов) увеличивается риск развития ишемической болезни сердца (ИБС) [57]. При исследовании больных АГ без признаков ИБС установлено, что уровень лейкоцитов в крови ассоциирован с такими факторами риска атеросклероза, как гипергликемия (p<0,001), количество выкуриваемых сигарет (p<0,004), плазменный уровень фибриногена (p<0,008) и азотемия (p<0,009) [15].

В исследовании APSIS (The Angina Prognosis Study in Stockholm) установлено, что содержание лейкоцитов в крови больных со стабильной стенокардией напряжения наряду с концентрацией фибриногена являются независимыми предикторами сердечно-сосудистой летальности и нефатальных инфарктов миокарда [24]. У пациентов с нестабильной стенокардией увеличение лейкоцитов в крови также ассоциируется с плохим прогнозом [37]. У больных нестабильной стенокардией происходит структурная перестройка углеводных де-

терминант гликопротеиновых рецепторов, приводящая к увеличению лектининдуциро-ванной агрегации нейтрофилов [1]. При исследовании 486 больных ИБС (диагноз подверж-дён при коронарной ангиографии) продемонстрировали положительную корреляцию между количеством лейкоцитов и тяжестью коронарного атеросклероза (p=0,004) [29].

У больных инфарктом миокарда относительная нейтрофилия ассоциируется с ранним развитием сердечной недостаточности [32].

Нами установлено, что при увеличении адгезивной активности лейкоцитов у больных АГ достоверно повышается частота развития событий, включающих инсульты, инфаркты миокарда и летальные исходы (r=0,51; p<0,001).

Основным механизмом, приводящим к развитию острых коронарных событий (нестабильной стенокардии, инфаркта миокарда и внезапной смерти), является повреждение атеросклеротической бляшки в результате ее воспаления и разрыва с последующим тромбооб-разованием. В формировании повреждения эндотелия и нестабильной атеросклеротической бляшки активно участвуют макрофаги и Т-лимфоциты, количество которых коррелирует с тяжестью проявлений ИБС [60].

Выраженность реперфузионно-индуци-рованной адгезии и миграции лейкоцитов положительно коррелирует с продолжительностью ишемии [31]. При этом ускоряется локальный тромбоз, связанный с экспрессией тканевого фактора лейкоцитами, а также создаются условия для формирования микроагрегатов лейкоцитов [43]. Это может приводить к окклюзии сосудов (microvascular plugging) и феномену «no-reflow», что усугубляет развитие некроза миокарда [42]. Увеличение адгезии и агрегации лейкоцитов соответствует расширению зоны инфаркта миокарда [56]. Лейкоцитоз у больных с острым инфарктом миокарда увеличивает частоту рестеноза после ангиопластики [63]. Установлено, что уровень лейкоцитов в крови больных атеросклерозом является независимым предиктором острого инфаркта миокарда (повышение риска в 4.08 раза, 95% доверительный интервал 1.73-9.63).

Выявление повышенных показателей МВ-фракции КФК и уровня лейкоцитов более специфично для инфаркта миокарда, чем изолированное повышение МВ-фракции креатин-фосфокиназы (МВ-КФК) [23].

У больных ишемическим инсультом, особенно при тяжелых поражениях мозга, обнаружено увеличение количества и степени агрегации лейкоцитов. Агрегация лейкоцитов была достоверно больше на 2-4 день от начала инсульта у больных с более тяжёлым течением заболевания (р<0,05) [53]. Накопление полиморфноядерных лейкоцитов в зоне инфаркта мозга прогрессивно увеличивалось в течение 6-24 часов от начала заболевания, достигая максимального значения на 6-9 сутки. Быстрый темп накопления лейкоцитов ассоциировался с более плохим неврологическим прогнозом и большим объёмом повреждения [9]. Лейкоциты вносят существенный вклад в реперфузионный синдром при инсульте [27]. Показано, что полиморфноядерные лейкоциты участвуют в процессах лизиса тромба в связи с активацией протеолитической деградации фибрина и системы плазминогена. При остром ишемическом инсульте по сравнению с контролем снижен как спонтанный так и лей-коцит-индуцированный лизис [35]. Количество лейкоцитов у больных инсультов является независимым предиктором 30-дневной летальности (повышение риска в 1.03 раза, 95% доверительный интервал 1.01-1.05) [16].

Выводы

Таким образом, лейкоциты вносят существенный вклад в «гемореологический гомеостаз», прежде всего, за счёт тесной функциональной интеграции с эритроцитами, тромбоцитами и эндотелиоцитами. Активация лейкоцитов под воздействием различных факторов, имеющих место у больных артериальной гипертензией и ИБС, сопровождается закономерным повышением адгезионно-агрегацион-ного потенциала лейкоцитов и нарушением их интеграции с другими клетками крови и эндотелием. При этом происходит повреждение эндотелия сосудов, появляются нарушения микро- и макроциркуляции в коронарных, це-

ребральных сосудах. Следует отметить, что адекватные подходы к коррекции функционального состояния лейкоцитов у больных с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, в частности артериальной гипертензией, до настоящего времени не разработаны.

Литература

1. Воскобой И.В., Киричун В.Ф., Ребров А.П. Лек-тининдуцированная агрегация нейтрофильных гра-нулоцитов у больных нестабильной стенокардией // Клин. лаб. диагн. — 2002. — № 6. — С. 23-34.

2. Козловский В.И., Баркун С.П. Способ и устройство для определения деформируемости эритроцитов // Здравоохранение Беларуси. — 1994. — № 1. -С. 63-64.

3. Пальцев М. А., Иванов А. А. Межклеточные взаимодействия. Медицина. — 1995. -С. 26.

4. Хиллис Г.С., Маклеод А.М. Роль интегриновых ре-

цепторов адгезии при заболеваниях почек // Нефрология. -1997. — № 1.- Т. 1. -С. 11-26.

5. Шляхто Е.В., Моисеева О.М., Лясникова Е.А. и со-

авт. Реологические свойства крови и функции эндотелия у больных гипертонической болезнью // Кардиология.- 2004. — № 4. — С. 20-23.

6. Шубич М.Г, Авдеева М.Г, Вакуленко А. Д. Адгезивные межклеточные взаимодействия // Арх. Патологии. -1997.- № 6.- Т. 59.-С. 3-9.

7. Abbitt K.B, Nash G.B. The influence of haematological and rheological properties of the blood on leukocyte adhesion, studied in a whole blood, in vitro flow system // J. Physiol. Proc.- 2000. — P. 142-143.

8. Abramson S.B, Weissmann G. The mechanisms of action

of nonsteroidal antiinflammatory drugs // Arthritis. Rheum. — 1989. — № 32. — Р. 1-9.

9. Akopov S.E, Simonian N.A, Grigorian G.S. Dynamics of polymorphonuclear leukocyte accumulation in acute cerebral infarction and their correlation with brain tissue damage // Stroke. — 1996. -V. 27(10). -P. 1739-

43.

10. Allport J.R, Ding H, Collins T, et al. Endothelial-dependent mechanisms regulate leukocyte transmigration: a process involving the proteasome and disruption of the vascular endothelial-cadherin complex at endothelial cell-to-cell junctions // J. Exp. Med. — 1997. -V. 186(4). -P. 517-527.

11.Baskurt O.K, Meiselman H.J. Activated polymorphonuclear leukocytes affect red blood cell aggregability // J. Leukoc. Biol. — 1998. — V 63. — № 1. -Р. 89-93.

12. Berliner S, Fucks J, Seligsohn U. et al. Possible role of fibrinogen in the aggregation of white blood cells // Thrombosis and hemostasis. — 1987. -V. 58. — P. 749752.

13. Born G. V. R. Aggregation of blood platelets by

adenosine diphosphate and its reversal // Nature. -1962. — V. 194. — P. 927-929.

14. Caimi G, Lo-Presti R, Canino B. et al. Essential

hypertension: leukocyte rheology and

polymorphonuclear cytosolic Ca2+ content at baseline and after activation // Clin. Hemorheol. Microcirc. —

1998. -V. 19. -№ 4. -R 281-9.

15. Capuano V, Lamaida N, Mazzotta G, et al. Relation between white blood cell count and several risk factors for coronary heart disease in patients with systemic hypertension // G. Ital. Cardiol. — 1998. -V 28(5). — P 530-5.

16. Czlonkowska A, Ryglewicz D, Lechowicz W. Basic analytical parameters as the predictive factors for 30-day case fatality rate in stroke // Acta. Neurol. Scand.

— 1997. -V 95(2). -P. 121-4.

17. Del-Maschio A, Zanetti A, Corada M, et al. Polymorphonuclear leukocyte adhesion triggers the disorganization of endothelial cell-to-cell adherens junctions // J. Cell. Biol. — 1996. -V. 135(2). -P. 497510.

18. Emeson E.E, Robertson A.L Jr. T lymphocytes in aortic and coronary intimas // Am. J. Pathol. -1988. -V 130. -P. 369-376.

19. Fraticelli A, Serrano C.V, Bochner B.S. et al. Hydrogen peroxide and superoxide modulate leukocyte adhesion molecule expression and leukocyte endothelial adhesion // Biochim. et biophys. acta. Mol. Cell Res. -1996. — V. 3. — P. 251-259.

20. Fusman R, Rotstein R, Berliner S. et al. The concomitant appearance of aggregated erythrocytes, leukocytes and platelets in the peripheral blood of patients with risk factors for atherothrombosis // Clin. Hemorheol. Microcirc. — 2001. — V. 25. — № 3, 4. — Р 165-173.

21. Fuster V, Badimon L, Cohen М. et al. Insight into the pathogenesis of acute ischemic syndromes // Circulation. — 1988. — V. 77. — Р 1213-1220.

22. Gimbrone M. Jr, Cybulsky M.I, Kume N, et al.

Vascular endothelium: An integrator of

pathophysiological stimuli in atherogenesis // Ann. NY. Acad. Sci. — 1995. -V. 748. -P. 122-131.

23. Green S.M, Vowels J, Waterman B, et al. Leukocytosis: a new look at an old marker for acute myocardial infarction // Acad. Emerg. Med. — 1996. -V. 3(11). -P 1034-41.

24. Held C, Hjemdahl P, Hakan-Wallen N. Inflammatory and hemostatic markers in relation to cardiovascular prognosis in patients with stable angina pectoris. Results from the APSIS study. The Angina Prognosis Study in Stockholm // Atherosclerosis. — 2000. -V 148(1). -P. 179-88.

25. Herrmann R.A, Malinauskas R.A, Truskey G.A. Characterization of sites with elevated LDL permeability at intercostal, celiac, and iliac branches of the normal rabbit aorta // Arterioscler. Thromb. -1994. -V. 14. -P. 313-323.

26. Hladovec J. Circulating endothelial cells as a sign of

vessel wall lesions // Physiol. Bohemoslov. — 1978. -V. 27, № 2. — P 140 — 144.

27. Jean W.C, Spellman S.R, Nussbaum E.S, et al. Reperfusion injury after focal cerebral ischemia: the role of inflammation and the therapeutic horizont // Neurosurgery. — 1998. -V. 43(6). -P 1382-96.

28. Katherine B, Abbitt and Gerard B. Nash. Rheological properties of the blood influencing selectin-mediated adhesion of flowing leukocytes // Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. — 2003. — V. 285. — P. h329-h340.

29. Kawaguchi H, Mori T, Kawano T, et al. Band neutrophil

count and the presence and severity of coronary atherosclerosis // Am. Heart. J.- 1996.-V. 132(1Pt 1).

— P. 9-12.

30. Kubes P, Suzuki M, Granger D.N. Nitric oxyde: An endogenouse modulator of leukocytes adhesion // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. — 1991. -V. 88. -P. 4651-4655.

31. Kurose I, Anderson D.C, Miyasaka M. et al. Molecular determinants of reperfusion-induced leukocyte adhesion and vascular protein leakage // Circulation Research. — V. 74. — P. 336-343.

32. Kyne L, Hausdorff J.M, Knight E, et al. Relative neutrophilia on admission to the hospital in patients with AMI is significantly associated with the early development of CHF // Am. Heart. J. — 2000. -V. 139(1 Pt 1). — P. 32-4.

33. Libby P, Aikawa M, Kinlay S. et al. Lipid lowering improves endothelial function // Int. J. Cardiology. -2000. — V. 74 (Suppl. l). — P. 3-10.

34. Liao L, Starzyk R.M, Granger D. Neil. Molecular determinants of oxidized low-density lipoprotein-induced leukocyte adhesion and microvascular dysfunction // Arteriosclerosis, Thrombosis and Vasc. Biol. -1997. — V. 3. — P. 437-444.

35. Lichy C, Wagner S, Hacke-W, et al. Thrombolytic properties of leukocytes from peripheral blood in healthy subjects and in patients with acute cerebral ischemia // Thromb. Res. — 2000. -V. 98(1). -P. 2937.

36. Lipowsky H.H., Mulivor A. Assessment of the relative contribution of leukocytes and endothelium to their adhesive interactions by intravital microscopy in the mesentery of the rat // Biorheology. — 1999. — V. 1-2. — P

58.

37. Lloyd-Jones D.M, Camargo C.A Jr, Giugliano R.P, et al. Effect of leukocytosis at initial examination on prognosis in patients with primary unstable angina // Am. Heart J. — 2000. -V. 139(5). -P. 867-73.

38. Lodish H, Baltimire D. et al. // Molecular Cell Biology.-New York. — 1995.- P. 1150-1155.

39. Luster A.D. Chemokines—chemotactic cytokines that mediate inflammation // N. Engl. J. Med. — 1998. — V. 338. -P. 436-445.

40. Mach F, Sauty A, Iarossi A, et al. Differential expression

of three T lymphocyte-activating CXC chemokines by human atheroma-associated cells // J. Clin. Invest. —

1999. — V. 104. -P. 1041-1050.

41. Mazzoni M.C, Schmid-Schonbein G.W. Mechanisms and consequences of cell activation in the

microcirculation // Cardiovasc. Res. — 1996. — V. 32(4). -P. 709-719.

42. McEver R.P, Moore K.L, Cummings R.D. Leukocyte trafficking mediated by selectin-carbohydrate interactions // J. Biol. Chem. — 1995. — V. 270. -P. 11025.

43. Mehta J, Dinerman J, Mehta P. et al. Neutrophil function in ischemic heart disease // Circulation. — 1989. — V. 79. — P. 549-56.

44. Meisel S.R, Shapiro H, Radnay J, et al. Increased expression of neutrophil and monocyte adhesion molecules LFA-1 and Mac-1 and their ligand ICAM-1 and VLA-4 throughout the acute phase of myocardial infarction: possible implications for leukocyte aggregation and microvascular plugging // J. Am. Coll. Cardiol. — 1998. -V. 31(1). -P. 120-5.

45. Munn L.L, Melder R.J. and Jain R.K. Role of erythrocytes in leukocyte-endothelial interactions: Mathematical model and experimental validation // Biophys. J. — 1996. — V. 1. — P. 466-478.

46. O’Flaherty J.T, Kreutzer D.L and Ward P.A. Chemotactic factor influences on the aggregation, swelling, and foreign surface adhesiveness of human leukocytes // Am. J. of Pathology. — V. 90. — R 537550.

47. Pearson M.J. and Lipowsky H.H. Influence of erythrocyte aggregation on leukocyte margination in postcapillary venules of rat mesentery // Am. J. Physiol. Heart. Circ. Physiol. — 2000. — V. 279. — P. h2460-h2471.

48. Rieu P, Porteu F, Bessou G. et al. Human neutrophil release their major membrane sialoprotein Leukosialin CD34 during cell activation // Euro. J. Immunol. — 1992. -V. 22(11). -P. 3021-6.

49. Rollins B.J, Yoshimura T, Leonard E.J, et al. Cytokine-activated human endothelial cells synthesize and secrete a monocyte chemoattractant, MCP-1/JE // Am. J. Pathol. -1990. -V. 136. -P. 1229-1233.

50. Sanz M.J, Piqueras L, Alvarez A. et al. Angiotensin II induces leukocyte rolling, adhesion and emigration within the rat mesenteric microcirculation // Meth. and Find. Exp. and Clin. Pharmacol. — 1999. — V. 32. — P.

38.

51. Shigematsu S, Ishida S, Gute Dean C. et al. Bradykinin prevents postischemic leukocyte adhesion and emigration and attenuates microvascular barrier disruption // Am. J. Physiol. — 1999. — V. 1. — P. h261-h271.

52. Schwartz J.D, Monea S, Marcus S.G, et al. Soluble factor(s) released from neutrophils activates endothelial

cell matrix metalloproteinase-2 // J. Surg. Res. — 1998. -V 76(1). — P. 79-85.

53. Silvestrini M, Pietroiusti A, Troisi E. et al. Leukocyte count and aggregation during the evolution of cerebral ischemic injury // Cerebrovasc. Dis. — 1998. — V 8(6).

— P. 305-9.

54. Simons S.I, Chambers J.D, Butcher I.C, Sclar L.A. Neutrophil aggregation is b2-integrin and L-selectin in blood and isolated cells // J. Immunol. — 1992. -V 149(8). -P. 2765-71.

55. Skold C.M, Liu X, Umino T, et al. Human neutrophil elastase augments fibroblast-mediated contraction of released collagen gels // Am. J. Respir. Crit. Care. Med.

— 1999. -V 159(4 Pt 1). -P. 1138-46.

56. Solodky A, Berliner S, Zafrir N, et al. Increased adhesiveness of peripheral blood leukocytes corresponds to the appearance of expansion following anterior wall myocardial infarction // Clin. Cardiol. -1996. -V. 19(2). -P. 102-4.

57. Sweetnam P.M, Thomas H.F, Yarnell J.W, et al. Total and differential leukocyte counts as predictors of ischemic heart disease: the Caerphilly and Speedwell studies // Am. J. Epidemiol.- 1997. -V. 145(5). — P. 416-21.

58. Tsao P.S, Buitrago R, Chan J.R. et al. Fluidflow inhibits endothelial adhesiveness: Nitric oxide and transcriptional regulation of VCAM-1 // Circulation.

— 1996 -V. 94. -P. 1682.

59. Tsao P.S, Niebauer J, Buitrago R. et al. Reaven interaction of diabetes and hypertension on determinants of endothelial adhesiveness // Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. -1998.- V 18. — P. 947-953.

60. Van der Wal A.C, Becker A.E., van der Loos C.M. et al. Site of intimal rupture or erosion of thrombosed coronary atherosclerotic plaques is characterised by an inflammatory process irrespective of the dominant plaque morphology // Circulation. — 1994. -V. 89. -P. 36-44.

61. Vergnolle N, Hollenberg M.D, Wallace J.L. New insights in the thrombin-induced mechanism of rolling and adhesion of leukocytes // Gen. Pharmacol. Vasc. Syst. — 2000. — V. 4. — P. 283-284.

62. Walcheck B, Moore K.L., McEver R.P. et al. Neutrophil-

neutrophil interactions under hydrodynamic shear stress involve L-selectin and PSGL-1: A mechanism that amplifies initial leukocyte accumulation on P-selectin in vitro // J. Clin. Invest. — 1996. -V. 98. — P. 1081.

63. Zanini R, Curello S, Bonandi L, et al. Etiopathogenesis of acute myocardial infarction: role of early leukocytosis // Cardiologia. — 1998. -V 43(9). -P. 925-

31.

nocmynuna 21.03.2005 г. npuwma 6 nenamb 23.06.2005 г.

Для чего нужен процентный и абсолютный расчет лейкоцитов крови в общем анализе крови?

Ответ:

Считаю необходимым сначала привести определения некоторых понятий, которыми я буду пользоваться для последующего разъяснения:

  1. Лейкоцитоз — увеличение общего абсолютного числа лейкоцитов в единице объема выше верхней границы приведенного референсного интервала
  2. Лейкопения — уменьшение общего абсолютного числа лейкоцитов в единице объема ниже нижней границы приведенного референсного интервала
  3. Лейкоцитоз/лейкопения может быть истинным (усиление/угнетение лейкопоэза) и перераспределительным (демаргинация лейкоцитов, уже находящихся в кровеносном русле/экстренная маргинация лейкоцитов). Перераспределительный лейкоцитоз является нейтрофильным без изменения соотношения зрелые/незрелые формы.
  4. Лейкоцитарная формула — отношение разных видов лейкоцитов, выраженное в процентах (получающееся во время микроскопии мазка крови до момента набора 100 клеток)
  5. Лейкоцитарный профиль — абсолютное количество лейкоцитов каждого вида в единице объема крови.
  6. Автоматический подсчет формулы на ветеринарных гемоцитометрах при современном уровне развития техники невозможен при наличии патологических клеток!!! Поэтому, зная относительные значения лейкоформулы, легко перевести их в абсолютные значения.
  7. Соответствие лейкоформулы лейкопрофилю очевидно только для состояний, когда общее количество лейкоцитов находится в середине референсного интервала. При пограничных состояниях, а также при  лейкоцитозах/лейкопениях может наблюдаться явление диссоцации между лейкоформулой и лейкопрофилем: например могут сочетаться абсолютный недостаток и относительный избыток, либо наоборот, абсолютный избыток и относительная нехватка лейкоцитов различных видов.
  8. Нами подразумевалось ранее, что врачи сами пересчитывают лейкоформулу с учетом общего числа лейкоцитов для интерпретации результатов. В предыдущей версии базы данных мы не могли предоставить отчет по общему анализу крови с пересчетом, что вызывало необходимость у врача, читающего результат, пересчитывать вручную. Теперь, в новой версии базы данных, мы смогли исправить этот недостаток и освободить врачей от необходимости пересчета вручную.
  9. Далее для наглядности, я хотела бы разобрать это на конкретных примерах….

Пример №1 Гиперрегенеративный сдвиг влево

Позиции

Результат анализа

Референсный интервал, собаки

Лейкоциты, тыс/мкл

30,0

6,0-16,0

Метамиелоциты, %

5

0

Юные, %

18

0

Палочки, %

31

0-3

Сегменты, %

35

60-70

Эозинофилы, %

0

0-5

Базофилы, %

0

0-1

Моноциты, %

1

2-7

Лимфоциты, %

10

12-30


Интерпретация по лейкоформуле: относительная моноцитопения и относительная лимфопения, недостаточное количество зрелых (сегментоядерных) нейтрофилов — напрашивается мысль о несостоятельности лейкопоэза в целом (варианты причин различны — апластическое состояние на фоне онкогематологических поражений костного мозга, гиперспленизм или мегалобластное состояние — и подтверждаются дополнительными исследованиями)

После пересчета в абсолютные величины получаем:

Позиции

Результат анализа

Референсный интервал, собаки

Лейкоциты, тыс/мкл

30,0

6,0-16,0

Метамиелоциты, тыс/мкл

1,5

0

Юные, тыс/мкл

5,4

0

Палочки, тыс/мкл

9,3

0,0-0,3

Сегменты, тыс/мкл

10,5

3,0-11,5

Эозинофилы, тыс/мкл

0

0,1-1,5

Базофилы, тыс/мкл

0

0,0-0,1

Моноциты, тыс/мкл

0,3

0,2-1,3

Лимфоциты, тыс/мкл

3,0

1,0-4,8


Интерпретация по лейкопрофилю: сегменты- в норме, моноциты и лимфоциты в норме. Заключение: усиленный гранулопоэз, возможно на фоне септического заболевания.

Пример №2 Дегенеративный сдвиг вправо

Позиции

Результат анализа

Референсный интервал, кошки

Лейкоциты, тыс/мкл

1,2

5,5-18,0

Метамиелоциты, %

0

0

Юные, %

0

0

Палочки, %

0

0-3

Сегменты, %

35

35-75

Эозинофилы, %

1

0-6

Базофилы, %

0

0-1

Моноциты, %

4

1-4

Лимфоциты, %

60

25-55


Лейкоформула: относительная нейтропения, относительный лимфоцитоз, моноциты в норме. Заключение: активация лимфопоэза (хроническая антигенная стимуляция — вирусы, паразиты, аллергия)

После пересчета в абсолютные единицы:

Позиции

Результат анализа

Референсный интервал, кошки

Лейкоциты, тыс/мкл

1,2

5,5-18,5

Метамиелоциты, тыс/мкл

0

0

Юные, тыс/мкл

0

0

Палочки, тыс/мкл

0

0,0-0,3

Сегменты, тыс/мкл

3,9

2,5-12,5

Эозинофилы, тыс/мкл

0,1

0,1-1,5

Базофилы, тыс/мкл

0

0,0-0,1

Моноциты, тыс/мкл

0,48

0-0,9

Лимфоциты, тыс/мкл

7,2

1,5-7,0


Лейкопрофиль: абсолютное количество отдельных популяций лейкоцитов в пределах нормы, нет фактов, подтверждающих активацию иммунитета. Заключение: варианты причин — апластическое состояние на фоне онкогематологических поражений костного мозга или мегалобластное состояние —  подтверждаются  данными дополнительных исследований.

Пример №3 Перераспределительный лейкоцитоз или регенеративный сдвиг влево?

Позиции

Результат анализа

Референсный интервал, кошки

Лейкоциты, тыс/мкл

23,7

5,5-18,0

Метамиелоциты, %

0

0

Юные, %

0

0

Палочки, %

2

0-3

Сегменты, %

79

35-75

Эозинофилы, %

4

0-6

Базофилы, %

0

0-1

Моноциты, %

3

1-4

Лимфоциты, %

12

25-55


Лейкоформула: палочки не повышены, относительный нейтрофилез, относительная лимфопения (!)— перераспределительный лейкоцитоз (причины демаргинация нейтрофилов как следствие стресса, действие адреналина)

Позиции

Результат анализа

Референсный интервал, кошки

Лейкоциты, тыс/мкл

23,7

5,5-18,5

Метамиелоциты, тыс/мкл

0

0

Юные, тыс/мкл

0

0

Палочки, тыс/мкл

0,47

0,0-0,3

Сегменты, тыс/мкл

18,7

2,5-12,5

Эозинофилы, тыс/мкл

0,95

0,1-1,5

Базофилы, тыс/мкл

0,0

0,0-0,1

Моноциты, тыс/мкл

0,71

0-0,9

Лимфоциты, тыс/мкл

2,84

1,5-7,0


Лейкопрофиль: абсолютный нейтрофилез со сдвигом ядра влево (регенеративный сдвиг влево), лимфопении нет (!). Причина: инфекционный или асептический воспалительный процесс.

Директор по науке и качеству

Кинкладзе М.Д.

ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ПАЦИЕНТОВ / КонсультантПлюс

Приложение В

Термин нейтропения описывает ситуацию, когда количество нейтрофилов в крови слишком мало (у детей до года менее 1,0 x 109/л, у детей старше года и взрослых менее 1,5 x 109/ л). Нейтрофилы очень важны для борьбы с бактериальными инфекциями, следовательно, пациент с низким количеством нейтрофилов может быть подвержен частым бактериальным инфекциям (гнойный отит, омфалит, стоматиты, гингивит, пневмонии, сепсис и менингит). Группа приобретенных нейтропений разнородна, наиболее частая причина возникновения нейтропений — это острые инфекции. Практически любая вирусная и некоторые виды бактериальных инфекций могут сопровождаться транзиторным снижением абсолютного количества нейтрофилов в периферической крови. Нейтропения в таких случаях купируется самостоятельно по мере выздоровления от этих заболеваний и практически никогда не сопровождается осложнениями. В последние годы отмечается тенденция к увеличению доли доброкачественной нейтропении детского возраста. Нейтропения, как правило, выявляется на первом — втором году жизни случайно, при плановом заборе общего анализа крови. Даже при АКН менее 0,5 x 109/л, у детей не отмечается значимых инфекционных эпизодов, более того, течение интеркуррентных заболеваний, как правило, сопровождается быстрым повышением числа гранулоцитов до нормальных значений. Одно из предлагаемых объяснений этого феномена — маргинация нейтрофилов, что приводит к артефактной нейтропении при заборе крови, что по сути не сопровождается снижением выработки или разрушением нейтрофилов.

Как правило, одной общей чертой всех приобретенных нейтропений является отсутствие тяжелых бактериальных инфекций (в 90%), что не требует назначения специализированной терапии, так же таким людям не противопоказано посещение дошкольных и школьных учреждений, спортивных секций и общественных мест.

Однако могут отмечаться случаи, при которых показана длительная терапия рчГ-КСФ (при наличии длительно протекающих тяжелых инфекционных заболеваниях, плохо поддающихся антибактериальной терапии). Препарат вводится подкожно, в индивидуально подобранной дозе. Рекомендуемые места инъекций — околопупочная область, наружная часть плеча и бедра (рисунок 1). Рекомендуется чередовать места инъекций.

Рисунок 1. Места инъекций и правила введения рчГ-КСФ

Как только подобрана доза рчГ-КСФ, пациенты могут вести нормальный образ жизни, в том числе посещать детские учреждения, заниматься активно спортом.

Открыть полный текст документа

%PDF-1.6 % 1 0 obj > endobj 4 0 obj /ModDate (D:20160714143853+03’00’) /Subject >> endobj 2 0 obj > stream application/pdf

  • Вестник Витебского государственного медицинского университета. — 2005. — Т. 4, № 2
  • Библиотека УО «ВГМУ»
  • Библиотека УО «ВГМУ»2016-07-14T14:38:53+03:002016-07-14T14:38:53+03:002016-07-14T14:38:53+03:00uuid:08f30f06-1d1e-4d9e-a357-9e5249744cc4uuid:eef8c055-c1a8-43d3-9d2a-0149d7e27424 endstream endobj 3 0 obj > endobj 5 0 obj > endobj 6 0 obj > endobj 7 0 obj > endobj 8 0 obj > endobj 9 0 obj > endobj 10 0 obj > endobj 11 0 obj > endobj 12 0 obj > endobj 13 0 obj > endobj 14 0 obj > stream HV͒6)%-«֤әsJfP}\Adَ’ȫͲw/LIpN^U}`}1PwQ?`UfuW /KҐlt+5YrUEf5ʐtVcݷOD8=U܊焧3 ~f^

    Варианты патоморфологических изменений тимуса у внутри­утробно инфицированных новорожденных с экстремально низкой массой тела

    Иммунная система плода, являясь одной из регуляторных систем, обеспечивает стабильное состояние внутреннего гомеостаза плода. На антигенные воздействия материнского организма система иммуногенеза плодов реагирует, реализуя при этом свои адаптационные и компенсаторные возможности. Установлено, что такие процессы в иммунной системе, как пролиферация, дифференцировка, миграция, кооперация и апоптоз, генетически детерминированы [1, 2]. В то же время морфоиммуногенез — это сложный процесс взаимодействия клеток-предшественников и незрелых тимоцитов со структурными компонентами стромы, формирующими микроокружение для лимфоцитов [3, 4]. Основным компонентом ретикулярного каркаса тимуса являются полифункциональные эпителиальные клетки. Доказано, что снижение гормонопродуцирующей и цитокиновой функций данных клеток, сопровождающееся их структурными изменениями, реализуется в виде иммунодефицитных состояний [5, 6].

    Одной из основных причин высоких показателей перинатальной заболеваемости и смертности детей с экстремально низкой массой тела (ЭНМТ) (масса тела при рождении 500-999 г) являются инфекционные заболевания, развитие и исход которых зависят от морфофункциональной зрелости органов иммунной системы плода и новорожденного. Пролонгированное действие инфекционного агента сопровождается истощением компенсаторных, резервных возможностей тимуса и нарушениями клеточно-тканевой дифференцировки органа. Вместе с тем следует принять во внимание и недостаточную изученность иммунной системы у плодов и новорожденных 22-27 нед гестации, о чем свидетельствуют немногочисленные публикации с довольно противоречивыми сведениями о структурных и функциональных изменениях органов иммуногенеза. Особенно скудно изучена иммунная система плодов в фетальном периоде онтогенеза. Полученные новые знания послужат для диагностики патологии иммунной системы, в первую очередь дисхроний или тканевых пороков развития, составляющих структурную основу иммунодефицитных состояний [7, 8].

    Целью настоящего исследования явился анализ патоморфологических изменений в тимусе новорожденных с ЭНМТ, развивавшихся в условиях внутриутробного инфицирования.

    Материал и методы

    Основную группу составили 105 новорожденных с ЭНМТ при рождении. Смерть 72 детей наступила в раннем, 33 — в позднем неонатальном периодах. Основными причинами смерти новорожденных явились следующие заболевания: 56 (53,3%) пациентов умерли от генерализованной вирусно-бактериальной инфекции смешанного генеза, 27 (25,7%) — от врожденной пневмонии, 12 (11,4%) — от двусторонних кровоизлияний в вентрикулярную систему головного мозга, 3 (2,8%) — от врожденного сепсиса и 7 (6,7%) детей — от пороков развития внутренних органов. Этиология воспаления определялась методом прямой и непрямой иммунофлюоресценции на мазках-отпечатках аутопсийного материала с использованием диагностических наборов, содержащих соответствующие моноклональные антитела, меченные флюоресцеинизотиоцианатом (ФИТЦ). У новорожденных основной группы в 41,4% случаев была выявлена герпетическая, в 13,4% — хламидийная, в 36,7% — уреаплазменная и в 8,5% — микоплазменная инфекции, которые в 47,3% случаев сочетались с бактериальной.

    В группу сравнения объединены тимусы от 30 умерших детей с ЭНМТ, основной причиной смерти которых явилась асфиксия, развившаяся вследствие острого нарушения маточно-плацентарного кровообращения. Инфекций, передаваемых трансплацентарно, у новорожденных группы сравнения не выявлено. Следует подчеркнуть, что новорожденные основной и группы сравнения сопоставимы по срокам гестации (25-27 нед).

    Изучение структурных особенностей тимуса в исследуемых группах осуществлено с использованием комплекса современных методов морфологического исследования, включающего органометрию, обзорную гистологию, элективные методы окраски (по ван Гизону, толуидиновым синим, PAS-реакция), иммуногистохимию с определением экспрессии CD1a, CD3 Т-лимфоцитов на замороженных срезах тимуса, трансмиссионную электронную микроскопию (ТЭМ) и морфометрию.

    Иммуногистохимические исследования проводили на срезах кусочков ткани тимуса, фиксированных 2 ч в 4% растворе параформальдегида и приготовленных на криостате Microm НМ. Инкубация срезов с первичными антителами осуществлялась в течение 18 ч при температуре

    4 °С, с вторичными биотинилированными антителами — во влажной камере при комнатной температуре в течение 20 мин. Далее срезы окрашивали диаминобензидином, для идентификации ядер использовали метиловый зеленый, и после дегидратации срезы помещали в бальзам. Дифференцировку лимфоцитов оценивали с помощью специфических моноклональных антител к CD1а, CD2, CD3 Т-лимфоцитам фирмы «DakoCytomation».

    Оценку результатов иммуногистохимических реакций осуществляли количественным методом по модифицированному нами способу McCarthy и соавт. (1985).

    В десяти полях зрения микроскопа при увеличении в 400 раз подсчитывали 100 клеток с различной интенсивностью окрашивания, которую оценивали от 0 до 3 баллов. Индекс экспрессии (ИЭ) изучаемых факторов определяли по формуле:

    ИЭ=ΣP(i)/100,

    где i — интенсивность окрашивания в баллах от 0 до 3; P(i) — процент клеток, окрашенных с разной интенсивностью.

    В ряде случаев использовали только качественную оценку и в зависимости от интенсивности окрашивания оценивали как отрицательную (–), слабо- (+), умеренно- (++) и резко положительную (+++). Оценку качества реакции проводили на срезах с позитивным контролем для каждого из определяемых антигенов.

    Образцы тимуса для трансмиссионной электронной микроскопии фиксировали в 2,5% растворе глутарового альдегида. Постфиксационная обработка материала включала двукратное извлечение фиксатора в 0,1 М буфере Милонинга и дополнительную постфиксацию 1% раствором OsО4 на фосфатном буфере в течение 1-1,5 ч. Дегидратировали образцы в растворах этанола и ацетона восходящих концентраций и заключали в смесь из эпоксидных смол фирмы «Fluka». Полутонкие срезы (1 мкм), приготовленные на ультрамикротоме Leica Ultracut UCN, окрашивали метиленовым синим в сочетании с азур II и фуксином основным. Ультратонкие срезы контрастировали на сетке насыщенным раствором уранилацетата в 100% метиловом спирте, приготовленном в смеси с азотнокислым свинцом. Ультраструктуру тимуса изучали в электронном трансмиссионном микроскопе ЭВМ-100АК.

    Полученный цифровой материал обработан методами вариационной статистики с помощью программного обеспечения Statistica. Достоверность различий между вариационными рядами с нормальным типом распределения оценивали с помощью критерия Стьюдента. Различия считали достоверными при p<0,05. 

    Результаты и обсуждение

    В ходе комплексного морфологического анализа тимусов 105 новорожденных основной группы, полученных при преждевременных родах в 22-27 нед, выявлены 3 варианта структурных изменений. Тимус 20 (17,1%) новорожденных основной группы имел типичную форму, был представлен двумя долями, соединенными в основании перешейком. В 73,9% случаев левая доля по линейным параметрам превышала правую. В тимусе преобладали дольки средних и мелких размеров с двукратным превышением удельного объема коркового вещества (58,3±0,5%) над мозговым (23,4±0,7%). В субкапсулярной зоне долек определялись 2 типа эпителиальных клеток. Клетки первого типа вытянутой или треугольной формы расположены на непрерывной базальной мембране. Умеренная маргинация хроматина в ядре, развитый гранулярный эндоплазматический ретикулум и большое количество вакуолей с белковым субстратом в просвете являются структурным подтверждением участия данных клеток в синтезе гормонов (рис. 1, а).Рисунок 1. Морфологические особенности нормопластического варианта развития тимуса у новорожденных с экстремально низкой массой тела. а — РЭК первого типа. Умеренная маргинация хроматина в ядре, вакуоли с белковым субстратом, инвагинации нуклеолеммы. ТЭМ, ×5000. Второй тип ретикулоэпителиальных клеток (РЭК) имеет звездчатую форму с округлым ядром диаметром 12 мкм и мелкоконденсированным хроматином. В цитоплазме визуализируются немногочисленные тонофиламенты, мультивезикулярные тельца, вакуоли, короткие профили шероховатой эндоплазматической сети и хорошо развитый пластинчатый комплекс (см. рис. 1, б).Рисунок 1. Морфологические особенности нормопластического варианта развития тимуса у новорожденных с экстремально низкой массой тела. б — РЭК второго типа. Тонофиламенты, мультивезикулярные тельца, вакуоли, короткие профили шероховатой эндоплазматической сети и развитый пластинчатый комплекс. ТЭМ, ×5200. б — формирование лимфоцитарно-эпителиальных «модулей» (↓). Полутонкий срез. Окраска метиленовым синим. ×450 Среди лимфоцитов субкапсулярной зоны преобладают лимфобласты, экспрессирующие на мембране антигены CD2 (ИЭ 2,78 усл.ед.).

    Внутренняя кортикальная зона долек тимуса состоит из широкопетлистой сети РЭК. Структурные элементы данной зоны формируют своеобразные лимфоцитарно-ретикулоэпителиальные модули. В центре этих образований определяется светлая РЭК, окруженная средними и малыми лимфоцитами (см. рис. 1, в).Рисунок 1. Морфологические особенности нормопластического варианта развития тимуса у новорожденных с экстремально низкой массой тела. в — РЭК первого и второго типов (→), лимфобласты. Прямой мембранный контакт лимфоцитов и РЭК является одним из основных факторов микроокружения, определяющих дифференцировку тимоцитов во внутренней кортикальной зоне. В рассматриваемой зоне долек преобладают (65%) лимфоциты среднего диаметра (7-10 мкм), формирующие рецепторы к антигенам CD1, CD2, CD3 (см. рис. 1, г).Рисунок 1. Морфологические особенности нормопластического варианта развития тимуса у новорожденных с экстремально низкой массой тела. г — экспрессия CD3 Т-лимфоцитов. Иммунопероксидазный метод. ×240.

    Удельный объем мозгового вещества составляет 30,2%. Многочисленные отростки РЭК создают картину петлистого синцития. В цитоплазме РЭК визуализируются веерообразные тонофиламенты. Отмечается перераспределение тимоцитов с увеличением до 66% малых форм. Т-лимфоциты медуллярной зоны в отличие от лимфоцитов коры в своем большинстве имеют зрелый фенотип и функционально активны. Среди них преобладают Т-лимфоциты с антигенами CD2, CD3. 

    Вокруг зрелых тимических телец определяется два типа РЭК. Первый тип отличается полигональной формой с маргинально конденсированным хроматином в ядре и большим количеством тонофиламентов. Отличительной чертой клеток второго типа является наличие крупных интрацитоплазматических вакуолей. При данном варианте развития тимуса доминируют тельца Гассаля, соответствующие фазе морфофункциональной зрелости.

    Второй вариант патоморфологических изменений, диагностированный в тимусе 67 (61,9%) новорожденных с ЭНМТ, отличался достоверным (р<0,001) снижением органометрических параметров и тимико-массового коэффициента, величина которого составила 0,002 усл.ед. 

    В 64,4% случаев обнаружены нетипичные формы тимуса в виде дополнительных (2-3) долек (27,1%) и гипоплазии левой доли (5,9%).

    Тимусы детей при втором варианте патоморфологических изменений сохраняют дольчатое строение. Вместе с тем дольки разнообразные по форме: многоугольные, округлые и неправильно овальные. Достоверное снижение удельного объема коркового (43,32±0,25%) и мозгового (26,08±0,37%) веществ сопровождается полуторакратным в отличие от группы сравнения увеличением кортико-медуллярного коэффициента (2,57), что свидетельствует о замедленной зональной дифференцировке долек (рис. 2, а).Рисунок 2. Патоморфологические признаки дисхроний развития тимуса у новорожденных с экстремально низкой массой тела. а — ретардация зональной дифференцировки в дольках тимуса. Окраска гематоксилином и эозином. ×240. Нарушение формирования долек проявляется фестончатостью их контуров, семикратным увеличением удельного объема интерстициальной ткани (14,27±0,28%) и двукратным уменьшением паренхиматозно-стромального коэффициента в них (2,5 ед.).

    Интерстициальные прослойки и септы тимуса содержат клеточные инфильтраты, представленные макрофагами с PAS-позитивными включениями или сочетанием макрофагов с различными клетками гранулоцитопоэза (нейтрофильные лейкоциты, эозинофилы, базофилы).

    Одним из морфологических подтверждений нарушения дифференцировки лимфоцитов при втором варианте патоморфологических изменений в тимусе является двукратное снижение плотности расположения эпителиальных клеток светлого типа в субкапсулярной зоне долек на фоне достоверного уменьшения удельных объемов как эпителиальных клеток (10,9%), так и лимфоцитов (67%).

    Среди эпителиальных клеток наружного слоя встречаются участки «деэпителизации», количество и площадь которых увеличивается в латеральных отделах долек. В этих зонах неравномерно распределены клеточные элементы. Участки резкого разрежения тимоцитов чередуются с групповыми скоплениями клеток. Вокруг изолированных ретикулоэпителиоцитов группируются в виде кольца и полукольца большие лимфоциты и единичные (1-2) лимфобласты. Выявленное снижение пролиферативной активности тимоцитов подтверждается уменьшением до 0,38±0,02 усл.ед. (р<0,05) среднего гистохимического коэффициента ДНК в лимфоцитах субкапсулярной зоны. Единичные лимфобласты, большие и малые лимфоциты окружают капилляры с утолщенной базальной мембраной.

    Эпителиальные клетки, расположенные субкапсулярно, слабо экспрессируют цитокератин и содержат мелкие PAS-позитивные включения. В цитоплазме РЭК наряду с уменьшением количества вакуолей, лизосом, объема гранулярного эндоплазматического ретикулума прогрессирует деструкция крист митохондрий. Ядра клеток с субмембранной локализацией крупноглыбчатого гетерохроматина. Кариолемма РЭК формирует глубокие инвагинаты.

    Ультраструктурные перестройки в РЭК сопровождаются снижением индекса экспрессии СD1а, CD3 Т-лимфоцитов. Помимо эпителиальных клеток и лимфоцитов, в субкапсулярной зоне присутствуют единичные макрофаги и тучные клетки, а в паренхиме определяются очаговые скопления липоцитов, занимающие 1/8-1/10 площади дольки.

    Наиболее существенное снижение удельного объема (69,8%) и плотности расположения лимфоцитов (27,7 клетки) выявлено во внутренней кортикальной зоне долек. За счет гнездной убыли тимоцитов визуализируются оптически пустые ячейки, сформированные отростками РЭК. В зонах «опустошений» располагаются немногочисленные макрофаги и лимфоциты. Снижается количество сформированных лимфоцитарно-эпителиальных модулей, что является морфологическим подтверждением нарушения дифференцировки лимфоцитов во внутренней кортикальной зоне долек тимуса. Нарушено формирование средними и большими лимфоцитами структур типа «сплошного» кольца вокруг светлых эпителиальных клеток. В данных структурах преобладают средние лимфоциты. Темные эпителиальные клетки расположены вокруг капилляров в виде очагов. Наряду с эпителиальными клетками к сосудам примыкают и лимфоциты. В перивенулярных пространствах, кроме единичных эпителиальных клеток темного типа, встречаются средние и малые лимфоциты (см. рис. 2, б).Рисунок 2. Патоморфологические признаки дисхроний развития тимуса у новорожденных с экстремально низкой массой тела. б — перивенулярная локализация единичных РЭК и средних лимфоцитов. ТЭМ, ×8500.

    На фоне резкого количественного снижения лимфоцитов в мозговом веществе тимических долек появляются немногочисленные макрофаги и интердигитирующие клетки. Доминирующими в мозговом веществе долек тимуса являются эпителиальные клетки. Гипертрофированные эпителиальные клетки светлого типа участвуют в формировании телец Гассаля. Вокруг формирующихся тимических телец располагаются эпителиальные клетки двух типов. Клетки первого типа со светлой цитоплазмой, с округлым ядром диаметром до 15 мкм и очаговой маргинацией хроматина в нем. Отличительным морфологическим признаком эпителиальных клеток второго типа является обнаружение в цитоплазме вакуолей, свидетельствующих о сохранении секреторной функции этого типа клеток.

    Тельца Гассаля отличаются количественной, качественной и топографической вариабельностью. При втором варианте нарушения развития тимуса единичные тимические тельца контактируют с базальной мембраной капилляров и посткапиллярных венул. В мозговом веществе в 1,5 раза уменьшена удельная доля молодых телец на фоне увеличения до 36,3% количества окруженных волокнистой капсулой кистозно-трансформированных телец Гассаля. В центре последних определяются пылевидные петрификаты и фрагменты РЭК, лимфоцитов и нейтрофильных лейкоцитов. За счет повышенного образования кератогиалина диаметр отдельных тимических телец увеличивается и достигает 46-52 мкм. 

    У 18 (17,1%) новорожденных с ЭНМТ диагностирован третий вариант патоморфологических изменений тимуса. Центральный орган иммунной системы в 73,6% случаев аномальный по форме с нетипичной локализацией. Из аномалий формы органа выявлены такие отклонения от вариантов нормы, как трилистник, гипоплазия правой доли и наличие гипоплазированных долек в основании органа. У троих детей диагностирована эктопия ткани вилочковой железы в щитовидную. Аномалии формы сочетались с достоверным снижением органометрических параметров тимуса в основном за счет уменьшения объема паренхимы (53,18±0,34%; p<0,05). Из паренхимы в гипоплазированных тимусах сформированы округлые или овальные по форме мелкие дольки диаметром от 78 до 

    115 мкм. 

    К структурным особенностям вилочковой железы в третьей подгруппе следует отнести нарушение кортико-медуллярной дифференцировки, достоверное снижение количества лимфоцитов во внутренней кортикальной (61,4%) и двукратное — в медуллярной (37,9%) зонах долек. Количественное уменьшение лимфоцитов в дольках тимуса сочетается с двукратным уменьшением их плотности на единице площади. Показатель плотности клеток в субкапсулярной зоне составил 13,9, во внутренней кортикальной — 23,3 клетки. Количество лимфоцитов в мозговом веществе долек колебалось от 5 до 25 клеток. В субкапсулярной зоне отсутствуют пре-Т-лимфоциты, что свидетельствует о нарушении миграции предшественников лимфоцитов из красного костного мозга.

    Результатом замедленного и незавершенного формирования долек является снижение удельного объема септ (2,13±0,13%) с расположением последних только в пределах субкапсулярной зоны. При данном варианте дисхроний тимуса удельный объем междольковой соединительной ткани увеличивается до 28,89±0,31%, что в 14 раз превышает аналогичный показатель в группе сравнения (см. рис. 2, в).Рисунок 2. Патоморфологические признаки дисхроний развития тимуса у новорожденных с экстремально низкой массой тела. в — дольки тимуса мелких размеров без зональной дифференцировки, широкие прослойки соединительной ткани. Гипо-, делимфотизация долек. Окраска гематоксилином и эозином. ×150. Следует подчеркнуть, что четырехкратное (1,28 усл.ед.) снижение паренхиматозно-стромального коэффициента при третьем варианте нарушения тканевой дифференцировки тимуса обусловлено не только увеличением стромального компонента, но и уменьшением объема паренхимы. В септах и интерстициальной ткани вилочковой железы скудная макрофагальная инфильтрация. В составе инфильтратов встречаются единичные клетки гранулоцитопоэза.

    Нарушения тканевой дифференцировки сосудов, расположенных в интерстициальной ткани, проявляются гипоплазией мышечных и эластических структур в стенке стенозированных артерий. Венозное русло расширено, особенно в областях локализации полнокровных тонкостенных венозных коллекторов. В 38,7% случаев в межуточной ткани визуализируются очаговые скопления липоцитов, примыкающие к долькам тимуса. Жировая трансформация паренхимы субкапсулярных зон долек тимуса диагностирована в 27,8% случаев.

    Форма, объем, диаметр и топографическая локализация телец Гассаля в тимусах третьей подгруппы отличались вариабельностью. Удельный объем тимических телец составил 2,63±0,09%. Параметры по сравнению с контрольной группой с тенденцией к снижению. Средний диаметр телец Гассаля колебался от 33 до 48 мкм и в среднем составил 36,7 мкм. Увеличение диаметра тимических телец связано с их кистозной трансформацией и формированием вокруг телец капсулы волокнистого типа. В единичных случаях объединение 2-3 телец в единое образование приводило к увеличению их диаметра от 480 до 750 мкм. Помимо мозгового вещества, тельца Гассаля располагаются и в периферических отделах долек (см. рис. 2, г).Рисунок 2. Патоморфологические признаки дисхроний развития тимуса у новорожденных с экстремально низкой массой тела. г — гипоплазия долек тимуса. Кистозная трансформация и миграция тимических телец на периферию долек. Окраска гематоксилином и эозином. ×240. Подобная локализация тимических телец связана, по нашему мнению, с функционально-структурным истощением РЭК, составляющих клеточное микроокружение и обеспечивающих дифференцировку лимфоцитов в субкапсулярной зоне. Соотношение отличающихся по степени зрелости телец Гассаля меняется в сторону уменьшения удельного объема телец молодого (16,7%) и зрелого (37,7%) типов. Одновременно двукратно (45,7%) увеличивается удельный объем телец, находящихся в стадии регресса, т.е. телец Гассаля старого типа. Структурно такие тельца имеют следующие особенности: волокнистую капсулу, кератогиалин, пылевидные петрификаты и фрагменты ядер. Среди описанных выше телец старого типа 72% составляют кистозно-трансформированные формы.

    Таким образом, в тимусах новорожденных с ЭНМТ, развивавшихся внутриутробно в условиях инфицирования, выявлены три варианта структурных изменений: нормопластический, ретардантный и диспластический. Нормопластический вариант развития тимуса характеризуется доминированием долек с завершенной зональной дифференцировкой, количественным увеличением телец Гассаля молодого и зрелого типов и преобладанием во внутренней кортикальной зоне средних форм лимфоцитов, формирующих рецепторы к антигенам CD1a, CD2, CD3. Достоверное (p<0,05) снижение органометрических параметров тимуса с уменьшением диаметра долек до 

    35 мм и менее, превалирование удельного объема коркового вещества (57,45%) над мозговым, отсутствие кортико-медуллярной дифференцировки в 36,4% долек, снижение до 69,8% удельного объема лимфоцитов, а также индекса экспрессии CD1а, CD3 Т-лимфоцитов и сформированных лимфоцитарно-эпителиальных модулей составляют структурную основу ретардантного типа дисхронии развития тимуса.

    Дополнительными морфологическими признаками ретардантного типа дисхронии тимуса служат достоверное увеличение удельного объема интерстициальной ткани до 6,13±0,21%, низкое содержание в медии и базальной мембране крупных сосудов гликогена и нейтральных мукополисахаридов.

    Подтверждением гормональной недостаточности и нарушения клеточного микроокружения тимоцитов при ретардантном варианте дисхроний развития тимуса являются двукратное снижение плотности расположения РЭК, уменьшение количества вакуолей и удельного объема гранулярного эндоплазматического ретикулума на фоне деструкции крист митохондрий, а также снижение количества и размеров телец Гассаля (менее 75 мкм). Вместе с тем основная масса телец соответствует фазе морфофункциональной зрелости.

    К диагностическим морфологическим признакам диспластического варианта развития тимуса следует отнести аномалии формы (73,6%), эктопию и гипоплазию органа, двукратное уменьшение паренхиматозно-стромального коэффициента за счет преобладания мелких долек, окруженных широкими прослойками незрелой соединительной ткани. Отсутствие кортико-медуллярной дифференцировки в дольках, достоверное снижение количества и плотности расположения тимоцитов во всех морфофункциональных зонах, кистозная трансформация телец Гассаля на фоне достоверного снижения их удельного объема являются структурным подтверждением нарушения пролиферации и дифференцировки тимоцитов и истощения компенсаторных возможностей их клеточного окружения. Ретардация и диспластический варианты дисхроний развития тимуса диагностируются у 87,6% новорожденных с ЭНМТ, развивавшихся в условиях внутриутробного инфицирования.

    Участие авторов:

    Концепция и дизайн исследования: Л.П.П., Л.В.К. 

    Сбор и обработка материала: Л.В.К. 

    Редактирование: С.Б.Н. 

    Конфликт интересов отсутствует.

    определение маргинации в The Free Dictionary

    Присутствие инфицированных клеток (для которых характерны многоядерность, хроматиновая маргинация и формирование ядер) в цитологических образцах высоко специфично для инфекции ВПГ, хотя чувствительность цитологических образцов ниже, чем у выделения вируса (рис. 6). Увеличение лейкоцитарной маргинации (соответствующее к ишемии и реперфузионному повреждению) [33] Маргинация хиломикронов, липолиз и поглощение витамина А в молочной железе лактирующих крыс: влияние на содержание ретиноидов в молоке.Увеличение % адгезии нейтрофилов, показанное GSE, коррелирует с маргинацией клеток в кровеносных сосудах. Пикноз был результатом конденсации и маргинации хроматина (хроматин, упакованный в гладкие массы, прикладывался к ядерной мембране). (10) Связан с изменениями в характере маргинации нейтрофилов. , низкое количество нейтрофилов, по-видимому, не вызывает значительных клинических проблем. Теоретически воспаление сосудов может наблюдаться на различных стадиях: стаз крови из-за увеличения концентрации клеток в крови, маргинация и адгезия лейкоцитов вдоль эндотелия и трансмиграция через клетку посредством фагоцитоза [46].В текущем исследовании IONPs не были функционализированы специфическими лигандами, и накопление MNRd в легочных капиллярах может быть связано с поведением наностержней, кувыркающимся под потоком, что приводит к снижению скорости плавания и маргинации к стенке сосуда и, таким образом, увеличивает вероятность адгезии MNRd к эндотелиальным клеткам. 50]. FPIES часто приводит к системной воспалительной реакции, не наблюдаемой при других не-IgE-опосредованных пищевых аллергиях, и может проявляться выраженным лейкоцитозом, маргинацией лейкоцитов и заметно повышенным уровнем С-реактивного белка [1].Следующая последовательность событий включает маргинацию, скатывание, адгезию и трансмиграцию иммунных клеток в поврежденную ткань для осуществления их защитной функции. vol. Латеральные, вентродорсальные и внутриротовые рентгенограммы образований черепа и нижней челюсти необходимы для определения точного местоположения в кости, степени вовлечения кости, краев поражения, а также наличия или отсутствия периостальной реакции или лизиса кости (McCAULEY). и другие., 2000).

    Маргинация и динамика адгезии опухолевых клеток в реальной микрососудистой сети

    Abstract

    При метастазировании опухоли маргинация и адгезия опухолевых клеток являются двумя важными и тесно связанными этапами, которые могут определить место назначения, куда опухолевые клетки выходят из сосудов. Мы провели прямое трехмерное моделирование поведения опухолевых клеток в реальной микрососудистой сети с помощью гибридного метода сглаженной диссипативной динамики частиц и метода погруженных границ (SDPD-IBM).Обнаружено, что опухолевые клетки чаще прилипают к бифуркациям микрососудов, и существует положительная корреляция между адгезией опухолевых клеток и направленной на стенку силой окружающих эритроцитов (эритроцитов). Чем больше сила, направленная на стенку, тем ближе опухолевые клетки отграничены от стенки, и тем выше вероятность возникновения адгезионного поведения. Относительно низкий или высокий гематокрит может помочь предотвратить прилипание опухолевых клеток, и аналогичным образом увеличение скорости сдвига кровотока может служить той же цели.Эти результаты свидетельствуют о том, что опухолевые клетки с большей вероятностью могут выйти из сосудов в бифуркациях микрососудов, если кровоток медленный, а гематокрит умеренный.

    Резюме автора

    Рак является одной из ведущих причин смерти в мире, но, к сожалению, механизм метастазирования опухоли до сих пор остается неясным. Интуитивно метастазы опухоли начинаются с миграции опухолевых клеток к стенке сосуда (а именно, маргинации), затем прилипания к стенке сосуда (а именно, адгезия) и, наконец, экстравазации из того места, где они прилипают.Следовательно, важно исследовать маргинацию и адгезию опухолевых клеток для понимания метастазирования опухоли. Мы реализовали трехмерное моделирование, чтобы напрямую воспроизвести эти два процесса на клеточном уровне, при этом учитывалось динамическое поведение, такое как деформация, агрегация и адгезия множества клеток в очень сложной микрососудистой сети. Результаты показывают, что опухолевые клетки могут быть склонны к прикреплению к бифуркациям микрососудов с низкой скоростью сдвига и умеренным гематокритом из-за высокой направленной на стенку силы со стороны окружающих эритроцитов.Это означает, что опухоль может с большей вероятностью распространиться по микрососудистым бифуркациям, если кровоток будет медленным, а гематокрит умеренным. Наша работа может дать новое представление о патофизиологии рака, его диагностике и терапии.

    Образец цитирования: Wang S, Ye T, Li G, Zhang X, Shi H (2021) Маргинация и динамика адгезии опухолевых клеток в реальной микрососудистой сети. PLoS Comput Biol 17(2): е1008746. https://doi.org/10.1371/журнал.pcbi.1008746

    Редактор: Элисон Марсден, Стэнфордский университет, США

    Получено: 30 сентября 2020 г.; Принято: 27 января 2021 г .; Опубликовано: 19 февраля 2021 г.

    Авторское право: © 2021 Wang et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

    Доступность данных: Все соответствующие данные содержатся в рукописи и файлах вспомогательной информации.

    Финансирование: Финансирование этой работы было получено для TY от Фонда естественных наук провинции Цзилинь Китая (http://kjt.jl.gov.cn), номер ссылки. 20200201275JC. Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

    Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

    Введение

    Метастазирование опухоли является основной причиной неэффективности лечения рака, когда опухолевые клетки отделяются от первичного очага, а затем распространяются в отдаленные органы или другие части тела через кровь и лимфатическую систему, образуя вторичную опухоль [1–3 ]. Метастазирование через кровообращение известно как гематогенное метастазирование, которое, как сообщается, вызывает 90% гибель рака [4], а опухолевые клетки, попадающие в кровообращение, представляют собой так называемые циркулирующие опухолевые клетки (ЦОК).Существует несколько важных шагов для прекращения метастазирования опухоли, включая интравазацию, маргинацию по направлению к сосудистой стенке, адгезию к сосудистой стенке и экстравазацию из кровотока в отдаленный орган-хозяин [5]. Здесь мы обращаем внимание на маргинацию и адгезию ЦОК в реальной микрососудистой сети для обеспечения глубокого понимания метастазирования опухоли.

    Маргинация и адгезия являются двумя важными и тесно связанными этапами метастазирования опухоли, и, как правило, первый этап часто рассматривается как предпосылка для второго.Оба поведения впервые наблюдались на лейкоцитах [6], а не на опухолевых клетках, и, следовательно, большинство последующих исследований по-прежнему были сосредоточены на лейкоцитах [7–14]. Например, Фиррелл и др. . [7] и Эббит и др. . [9] предположили, что маргинация и адгезия лейкоцитов в основном происходят при низких скоростях потока на основании экспериментов in vivo и in vitro. Джейн и др. . [11] в микрожидкостных экспериментах продемонстрировали, что лейкоциты имеют явную маргинацию в диапазоне гематокрита 20–30%, причем более низкий или более высокий гематокрит может вызывать меньшую маргинальность.Федосов и др. . [12–14] также дали аналогичную зависимость маргинации лейкоцитов от скорости потока и гематокрита путем численного моделирования. Было обнаружено, что некоторые другие типы клеток, такие как тромбоциты [15–19] и малярийно-инфицированные эритроциты [20, 21], имеют сходные границы в сосуде. До сих пор проведено мало количественных исследований маргинации и адгезии опухолевых клеток. Кинг и др. . [22] указали, что мягкие ЦОК отделяются медленнее, чем жесткие ЦОК, потому что большая деформация мягких ЦОК, вызванная столкновениями с окружающими эритроцитами, может увеличить время, в течение которого ЦОК достигают стенки сосуда.Однако некоторые эксперименты [23–25] показали, что мягкие ЦОК с большей вероятностью выходят из кровотока, поскольку мягкие ЦОК имеют большую контактную поверхность с сосудистой стенкой и, следовательно, имеют более высокую вероятность адгезии, чем жесткие ЦОК. Недавно некоторые работы по моделированию [26, 27] также поддержали последний вывод.

    Модель стохастической адгезии была разработана Хаммером и Апте [28] и широко использовалась для теоретического и численного исследования адгезии различных клеток, включая ЦОК [27].Модель предполагала, что клеточная адгезия связана с динамической ассоциацией и диссоциацией между рецепторами на клетке и лигандами на стенке сосуда. Очевидно, что если рецепторы и лиганды часто контактируют друг с другом, клетка с большей вероятностью прикрепится к стенке сосуда. Но частота контактов зависит от множества параметров, таких как количество рецепторов и лигандов, сила сдвига потока жидкости и локальная сила со стороны соседних клеток [5, 29–33]. Кроме того, в ряде исследований [34–36] показано, что адгезия клеток существенно зависит от геометрии микрососудов.Например, Лю и др. . [37] наблюдали в экспериментах in vivo, что клетки рака молочной железы предпочтительно экстравазатируют из бифуркации сосуда. Совсем недавно Хайнс и др. . [36] и Пепона и др. . [38] изучали метастатическое поведение в сложной сосудистой сети с помощью как экспериментов, так и моделирования, а также подтвердили, что ЦОК склонны прикрепляться в точках ветвления. Однако до сих пор мало исследований по метастазированию опухоли в сложную микрососудистую сеть на клеточном уровне, при которых необходимо одновременно учитывать деформацию, агрегацию и адгезию клеток [39–41].Экспериментальные наблюдения в этом масштабе ограничены надежностью измерений и сложностью кровотока в микрососудистых сетях [42, 43]; численное моделирование также сопряжено с большими трудностями из-за полидисперсности компонентов крови и сетчатого строения микрососудов [44, 45].

    В настоящей работе мы реализуем прямое трехмерное моделирование метастазов опухоли в реальной и сложной микрососудистой сети, выделенной из микрососудов брыжейки крысы.Деформация, агрегация и адгезия клеток рассматриваются для более глубокого изучения динамики маргинации и адгезии опухолевых клеток. В качестве основной численной методологии используется гибридный метод сглаженной диссипативной динамики частиц и метода погруженных границ (SDPD-IBM), который был разработан в нашей предыдущей работе [46]. Выяснилось, что он более подходит для решения задач взаимодействия жидкости и конструкции в сложной вычислительной области. Основной целью данного исследования является выявление механизма метастазирования опухоли в микрососудистую сеть, а также влияние гематокрита эритроцитов и скорости сдвига кровотока.

    В качестве примера в настоящей работе взята опухоль брыжейки, которая была обнаружена во всех возрастных группах от младенчества до очень пожилых людей [47]. На рис. 1А показан сегмент настоящих микрососудов в брыжейке крысы [48]. Можно рассматривать микрососуды человека, и для численного моделирования нет больших различий, за исключением того, что требуется реконструировать конфигурации сосудов. При моделировании мы выбираем часть этого сегмента для построения модели микрососудистой сети с использованием коммерческого программного обеспечения «SOLIDWORKS».Эта сеть геометрически характеризуется ветвящимися, сливающимися и извилистыми микрососудами, и делается небольшая корректировка для получения только одного выхода в соответствии с используемыми граничными условиями притока и оттока, как показано на рис. 1B. Длина сети составляет 260 мкм м, микрососуды имеют круглое сечение с диаметрами от 6,4 до 16 мкм м. Отметим, что диаметр каждого микрососуда рассчитывается по закону Мюррея [49] — общему закону для большого числа транспортных сетей, таких как сосудистая система животных, ксилема растений и дыхательная система насекомых.Микрососудистая сеть заполнена только плазмой, не имеющей в исходном состоянии клеток. Для притока клеток в сеть с левой ее стороны добавлен цилиндрический вход длиной 120 мк м, который устроен большим количеством клеток, включая эритроциты и ЦОК. Внешняя сила прикладывается только на входе, чтобы создать приток, который выталкивает клетки в сеть. Между тем, с правой стороны добавлен цилиндрический выход длиной 20 мк м для обработки ячеек, выходящих из сети.Следовательно, общая длина области моделирования фактически составляет 400 мкс м. RBC моделируется как двояковогнутая с максимальным диаметром 7,82 µ м [50], а CTC имеет сферическую форму с диаметром 9 µ м. Из-за разнообразия ЦОК их размеры сильно различаются. В экспериментах Gassmann и др. . [51] наблюдали, что диаметр опухолевой клетки in vivo составляет всего около 5 мкм мкм, в то время как Guo и др. . [34] дал его диаметр около 16 мкм м.При моделировании часто выбирается умеренное значение 8–10 мкм м для экономии вычислительных затрат [26, 27, 52]. Ядром ЦОК также пренебрегают с той же целью, экономя вычислительные затраты, и это одно из ограничений нашей клеточной модели. К счастью, его влияние на механику ЦОК может быть в некоторой степени компенсировано увеличением жесткости ЦОК [53, 54]. Модель SDPD-IBM, метод на основе частиц, используется в качестве численного метода в настоящей работе, который дискретизирует вычислительную область на множество частиц.Всего они подразделяются на шесть типов: призрачные частицы, отталкивающие частицы, жидкие частицы, мембранные частицы, рецепторные участки и лигандные участки соответственно, как показано на рис. 1C. Фантомные и отталкивающие частицы используются для моделирования твердой стенки микрососудов; частицы жидкости используются для моделирования плазмы и клеточного цитозоля; мембранные частицы используются для моделирования клеточной мембраны; сайты рецепторов разбросаны по клеточной мембране, а сайты лигандов — на стенке микрососудов.Участки рецептора и лиганда связаны для описания адгезии ЦОК к сосудистой стенке. В настоящей работе имеется 29704 лигандных сайта на стенке, 1176 рецепторных сайтов на мембране ЦОК и ни одного рецепторного сайта на мембране эритроцитов. Следует отметить, что эти числа не совпадают с экспериментальными значениями из-за ограничения вычислительных ресурсов. Следовательно, используется крупнозернистый метод, то есть числовой рецептор или лиганд может представлять несколько десятков или сотен экспериментальных рецепторов или лигандов.Количество 29704 лигандов рассчитывается по фиксированной числовой плотности 3 мк м -2 , подобно той, что использовалась в работе Zhang et al. . [55], при этом количество 1176 рецепторов сходно с использованным в работе Xiao et al . [27]. Частицы-призраки — 93 116, отталкивающие частицы — 181 810, жидкие частицы — 88771 соответственно. Каждый RBC имеет 613 мембранных частиц, а каждый CTC имеет 1176 мембранных частиц, равных сайтам рецепторов для простоты.

    Рис. 1. Описание задачи моделирования.

    (A) Сегмент реальных микрососудов в брыжейке крысы [48], (B) микрососудистая сеть, выделенная из сегмента микрососудов, используемая в качестве области моделирования в настоящей работе, и (C) представление частиц для часть микрососудистой сети, чтобы показать дискретизацию частиц области моделирования.

    https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008746.g001

    Результаты

    Обзор метастазов ЦОК в сети

    На рис. 2 показаны симуляционные снимки ЦОК в микрососудистой сети.В исходном состоянии во вход микрососудов помещают 13 эритроцитов и один ЦОК. Они попадают в микрососудистую сеть с ускорением , что создает среднюю скорость потока . Здесь масштабируется как ε ′/ м l ′, т. е. , , и . Наблюдаются два основных явления: i) ЦОК отклоняются от средней линии микрососудов по направлению к стенке, что известно как маргинация ЦОК; ii) ЦОК с большей вероятностью прилипают к бифуркации.

    Рис 2.Снимки ЦОК в микрососудистой сети в разные моменты времени.

    Эритроциты выделены красным цветом, а ЦОК — фиолетовым, а также помечены арабскими цифрами для идентификации. Черные стрелки показывают силу сцепления ЦОК. Дополнительные снимки см. в разделе S1 Video.

    https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008746.g002

    Возьмем, к примеру, один из CTC, CTC-4 на рис. 2. В точке он достигает вершины бифуркации, и пара связей формируются на нем.При , он готов двигаться в ветвь, и очевидно образуется больше связей. При она полностью входит в ветвь, и все образовавшиеся связи диссоциируют. До тех пор, пока он все еще находится в отрасли, и связи больше не образуются. Другие ЦОК, такие как ЦОК-1, 2, 3 и 5, также демонстрируют аналогичное поведение прилипания. Это означает, что ЦОК с большей вероятностью будут прикрепляться в области бифуркации, а не в ответвлении.

    Чтобы подтвердить этот вывод, был проведен количественный анализ путем изучения вариаций числа связей и времени удерживания относительно положения x — каждого CTC, как показано на рис. 3.Установлено, что максимальное количество связей чаще возникает в области бифуркации, и ЦОК также дольше остается в области бифуркации. После того, как ЦОК полностью входит в ветвь, число связей быстро уменьшается до нуля, и он быстро перемещается из-за высокой скорости в узкой ветви. Например, когда CTC-6 достигает примерно (около бифуркации), образуется около 4 связей на рис. 3А, и он остается в течение временного интервала , как показано на рис. 3В. Точно так же, когда CTC-4 перемещается примерно (около другой бифуркации), количество связей достигает пикового значения около 200 на рис. 3А и остается в течение временного интервала , как показано на рис. 3В.После того, как CTC проходит бифуркацию, число связей быстро уменьшается до нуля, а скорость CTC увеличивается. Ясно, что этот ЦОК не испытывает прочной адгезии, и, таким образом, его адгезия носит временный характер. Как правило, образование адгезионных связей на бифуркации приводит к более длительному интервалу времени, в течение которого ЦОК остаются в этом положении из-за силы адгезии. В свою очередь, чем дольше CTC остается в позиции, тем больше вероятность образования связи. В результате можно сделать вывод, что опухолевые клетки действительно с большей вероятностью прилипают к сосудистым бифуркациям и могут в дальнейшем выходить из сосудов в ткани для прекращения метастазирования опухоли.Это согласуется с предыдущими экспериментами [34], указывающими на то, что гемодинамические факторы в сосудистых бифуркациях играют важную роль в метастазировании опухоли.

    За исключением спайки в области бифуркации, СТС также может склеиваться в ответвлении, например, СТС-5, СТС-6 на рис. 2, хотя это слипание не является основным. Подсчитано, что расстояние между центроидом СТС-5 и стенкой сосуда колеблется от 3,85 до 1,71, а диаметр сосуда колеблется от 7,7 до 5,57. То есть CTC отклоняется от центральной линии сосуда по направлению к стенке, так что он полностью достигает стенки сосуда.Подобное поведение маргинации происходит с другими ЦОК, что дает больше возможностей для адгезии. Краевые СТС-5, СТС-6, СТС-7 видны на рис. 2. Поэтому маргинацию часто рассматривают как предпосылку для спайки.

    Край CTC в прямой трубке

    Чтобы полностью понять маргинацию ЦОК, мы исследуем поведение одного ЦОК и 49 эритроцитов в цилиндрической трубке диаметром . Гематокрит RBC рассчитывается на г , / V / Tube Tube Tube = 30%, соответствующий нормальному уровню RBC в реальном артериоле, где V RBC и V пробирка — объемы всех RBC и пробирки.Ускорения и 5,73 применяются для создания потока жидкости с различными средними скоростями и 0,88 соответственно. Таким образом, рассчитанные средние скорости сдвига равны и 0,08, что соответствует физическим значениям 272 с -1 и 81 с -1 . Они расцениваются как высокая скорость сдвига для реального артериолярного кровотока и низкая скорость сдвига для венулярного кровотока в микроциркуляторном русле соответственно [42, 56]. Кроме того, мы используем периодическое граничное условие с учетом простой прямой цилиндрической трубы, так что можно запустить длительное моделирование.При моделировании клетки проходят через трубку в течение 12 раундов, поэтому влияние начальных конфигураций ячеек может быть незначительным.

    В исходном состоянии ЦОК располагаются по центральной линии трубки, а эритроциты равномерно распределяются по всей трубке, как показано на рис. 4А. По прошествии времени эритроциты постепенно мигрируют к центральной линии трубки, и вокруг стенки трубки появляется слой, свободный от эритроцитов, как показано на рис. 4В. Между тем, CTC вытесняется от центральной линии трубки, и на рис. 4C наблюдается очевидное маргинальное поведение.Такое поведение маргинации в основном связано с силой агрегации, действующей на ЦОК со стороны окружающих эритроцитов. На рис. 5 показано отклонение центроида ЦОК от центральной линии трубки и радиальная сила агрегации, действующая на ЦОК от эритроцитов. Легко обнаружить, что они напрямую связаны. Когда радиальная сила агрегации больше нуля, т. е. она направлена ​​к стенке, отклонение центра тяжести ЦОК от центральной линии трубки постоянно увеличивается, то есть ЦОК отталкивается к стенке сосуда.Наоборот, когда эта сила меньше нуля, т. е. направлена ​​по центру, СТС перемещается к центральной линии трубы. Принимая, например, за , радиальная сила агрегации больше нуля, и, таким образом, CTC непрерывно отклоняется от центральной линии трубы. При радиальная сила агрегации меньше нуля, и, таким образом, КТК перемещается к центральной линии трубы.

    Рис. 4. Снимки краев ЦОК в прямой трубке.

    Эти снимки представляют собой состояния движения эритроцитов и ЦОК в процессе маргинации.(A) Исходное состояние, (B) эритроциты движутся к центру и (C) ЦОК движутся к стенке.

    https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008746.g004

    Рис. 5. Влияние силы взаимодействия между ЦОК и эритроцитами на поведение маргинации.

    (A) Отклонение центроида CTC от центральной линии трубы при скоростях сдвига и 0,27. (B) Радиальная сила агрегации, действующая на ЦОК от эритроцитов, где положительная сила — это сила, направленная на стенку трубки, а отрицательная — сила, направленная на центральную линию трубки.

    https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008746.g005

    На рис. 5 также наблюдается другое явление, заключающееся в том, что по мере того, как CTC приближается к стене, он до некоторой степени отодвигается назад к центральной линии трубы. Следовательно, ЦОК фактически не может приблизиться к стенке сосуда настолько, чтобы проявить адгезивное поведение, хотя и наблюдается маргинация. Мы называем это неполной маржей, например, маргинальность СТС на уровне ниже и маржа СТС на уровне ниже .Это связано с локальным взаимодействием между ЦОК и эритроцитами вблизи стенки. Поскольку ЦОК находится достаточно близко к стенке сосуда, он все еще окружен несколькими эритроцитами. Эти эритроциты обеспечивают относительно сильную направленную к центру силу агрегации, потому что расстояние между ЦОК и эритроцитами в этот момент достаточно мало. Эта сила в некоторой степени отталкивает CTC обратно к центральной линии трубы.

    Кроме того, из рис. 5 также видно, что сила, направленная к стенке at, в целом меньше, чем at в целом, но граница CTC at более очевидна.Это связано с тем, что сила, направленная к стенке, действует на CTC намного дольше при низкой скорости сдвига, чем при высокой скорости сдвига. В результате отграничение ЦОК часто происходит в венулах, где кровь течет медленно, хотя сила, направленная на стенку, невелика, а не в артериолах с высокой скоростью сдвига. Это одна из причин, почему адгезия ЦОК чаще происходит в венулах и реже в артериолах [34]. Конечно, если сосуд достаточно узкий, такой как капилляр на рис. 2D, ЦОК может полностью достичь стенки микрососудов, и может произойти его адгезия.

    Приклеивание деформируемой капсулы к пластине

    Чтобы полностью понять поведение адгезии и установить надежность модели адгезии, мы исследуем поведение адгезии деформируемой капсулы и сравним результаты моделирования с работой Zhang et al . [55]. Капсула имеет сферическую форму радиусом R = 3,75 µ м, которая помещена в кубическую трубу размером 10 R × 6 R × 6 R . Течение Куэтта создается перемещением верхней стенки трубы с постоянной скоростью сдвига.Плотность жидкости ρ = 10 3 кг/м 3 , вязкость η = 10 −3 Па⋅с. Число Рейнольдса равно Re = 0,1. Капиллярное число Ca принимается равным 0,005 и 0,015, так что модуль сдвига капсулы равен E S = 5,25 × 10 −3 и 1,75/м × 10 −3 Н . Модуль изгиба рассчитывается на E 2 = 0,02 R 2 E S 9 S 2, а модуль расширения рассчитывается на E 2 = 100 E С .В модели адгезии равновесная длина λ = 50 нм, а реактивное расстояние l r = 375 нм. Прочность связи определяется безразмерным параметром , то есть E A = 6,56 × 10 −3 Н/м. Прочность формирования составляет Σ 139 F = 0,02 E A A A A A , а прочность диссоциации составляет σ = 0,98 E A .Ненапряженные скорости образования и диссоциации определяются двумя безразмерными параметрами и 1,0 (или 0,01) соответственно. Все эти параметры установлены такими же, как и используемые Zhang et al . [55]

    На рис. 6 показаны три различных состояния адгезии для Re = 0,1. При высокой скорости сдвига ( Ca = 0,015) и высокой скорости диссоциации ( K d = 1,0) капсула полностью отрывается от нижней стенки и движется по потоку жидкости.Это состояние называется адгезией отрыва, как показано на рис. 6А. Когда скорость сдвига уменьшается ( Ca = 0,005), но скорость диссоциации остается неизменной ( K d = 1,0), капсула катится по нижней стенке, и это состояние называется адгезией качения, как показано на рисунке. на рис. 6В. Наконец, если скорость диссоциации уменьшается ( К d = 0,01), а скорость сдвига остается неизменной ( Са = 0,015), то капсула прочно прилипает к стенке и больше не двигается.Это состояние называется прочной адгезией, как показано на рис. 6С. Понятно, что наши результаты показывают те же три состояния, что и у Чжан и др. . [55].

    Рис. 6. Сравнение трех состояний адгезии.

    Сравнение трех различных состояний адгезии между нашими результатами (A-C) и результатами, полученными Zhang et al . [55] (D-F) по Re = 0,1. Состояние отрыва (A и D) получается при Ca = 0,015 и K d = 1.0; состояние сцепления при качении (B и E) получено при Ca = 0,005 и K d = 1,0; состояние прочной адгезии (C и F) достигается при Ca = 0,015 и K d = 0,01.

    https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008746.g006

    Состояние адгезии зависит от количества связей, образованных между рецепторами на клеточной мембране и лигандами на нижней стенке.На рис. 7 показано изменение во времени числа связей и поступательной скорости в трех состояниях адгезии. При отрывной адгезии вначале образуется несколько связей, но все они быстро диссоциируют. Это приводит к тому, что капсула проявляет поступательную скорость, которая сначала уменьшается, а затем увеличивается, чтобы двигаться с потоком жидкости. При прочной адгезии в стационарном состоянии образуется около 70 связей, прочно удерживающих капсулу на нижней стенке с нулевой поступательной скоростью.В сцеплении качения существует около 20 связей, которые сохраняются на протяжении всей симуляции, что приводит к тому, что поступательная скорость колеблется вокруг постоянного значения. Подводя итог, можно сказать, что скорость образования новых связей медленнее, чем скорость диссоциации существующих связей при адгезии отрыва, но для прочной адгезии все наоборот. Обе скорости находятся в равновесии в сцеплении качения.

    Кроме того, отмечается отличие, заключающееся в том, что номер связи в нашей работе не совсем такой, как в работе Чжана и др. .[55], как видно из рис. 7А. Это различие связано с различием используемых моделей деформации. В нашей работе используется модель дискретных частиц, но Zhang et al . [55] приняли модель Муни-Ривлина. Обе модели аппроксимируются как линейные при малой деформации, тогда как при большой деформации наша ячейка имеет большую силу деформации, чем их, если они испытывают одинаковую деформацию. То есть наша модель является деформационным упрочнением, в то время как модель, используемая Zhang et al .[55] — смягчение деформации. Следовательно, капсула в нашей работе выглядит более жесткой в ​​каждом состоянии адгезии, как показано на рис. 6, и, следовательно, в нашей работе они испытывают большую поступательную скорость, как показано на рис. 7B. При отрыве и прилипании качения жесткая капсула с большей вероятностью диссоциирует связи при высокой скорости диссоциации K d = 1,0, так что число связей в нашей работе меньше, чем в работе Чжана. и др. . [55] Однако при прочном склеивании жесткая капсула имеет большую контактную поверхность с нижней стенкой, когда ее задняя часть плотно прилегает к нижней стенке с K d = 0.01, что привело к большему количеству связей, сформированных в нашей работе, чем указано Zhang et al . [55] Из этого анализа видно, что деформация клеток, адгезия клеток и сдвиговая жидкость запутаны и взаимодействуют друг с другом.

    Адгезия ЦОК в бифуркации

    Как упоминалось выше, адгезия ЦОК чаще происходит в области бифуркации, и поэтому здесь мы сосредоточимся на ее поведении в «одиночной» бифуркации для более глубокого понимания. Бифуркация непосредственно извлечена из микрососудистой сети на рис. 1B, и в этом разделе исследуется влияние гематокрита эритроцитов и скорости сдвига жидкости на адгезию ЦОК.

    На рис. 8 показано влияние гематокрита эритроцитов, который скорректирован до значения H ct = 10–40% путем изменения количества эритроцитов во входном отверстии микрососудов. Во всех этих случаях поток жидкости имеет среднюю скорость 0,735. Установлено, что число связей у H ct ≥ 30% явно больше, чем у H ct < 30%. Его пиковое значение больше 11 для H ct ≥ 30%, но от 4 до 7 для H ct <30%, как показано на рис. 8B.Это означает, что CTC имеет наибольшую адгезию при H ct = 30 %, и это также подтверждается радиальной силой агрегации, которая достигает максимального значения при H ct = 30 %, как показано на фиг.8С. Этот результат, по-видимому, противоречит ожиданию того, что увеличение H ct может усилить адгезию ЦОК из-за возрастающего отталкивания от большего количества эритроцитов. На самом деле, это ожидание верно не для всех гематокритов.При низком гематокрите, таком как H ct = 10–25 %, радиальная сила агрегации действительно увеличивается, поскольку H ct увеличивается до 30 %, как показано на рис. 8C, что, в свою очередь, способствует адгезии ЦОК. Это также наблюдалось в работе Сяо и др. . [27], где рассматривались H ct в диапазоне от 10 до 30%. Однако при изменении гематокрита от нормального значения к более высокому, например от H ct = 30 до 40%, сила радиальной агрегации не увеличивается, а наоборот уменьшается, и, соответственно, адгезия ЦОК ослабевает. .Это связано с тем, что свободный от эритроцитов слой сужается из-за большего количества эритроцитов при высоком гематокрите. Таким образом, ЦОК с большей вероятностью будет окружен этими эритроцитами, как показано на рис. 8А, а внешние эритроциты придают ЦОК силу агрегации, направленную к центру, противодействуя силе агрегации, направленной к стенке, действующей на ЦОК. Это наблюдалось для лейкоцитов в работе Федосова и др. . [12] Подводя итог, можно сказать, что низкий гематокрит не может обеспечить достаточную силу направленной к стенке агрегации, чтобы способствовать адгезии ЦОК, из-за небольшого количества эритроцитов.Высокий гематокрит также не может способствовать адгезии ЦОК, потому что сила агрегации, направленная к стенке, компенсируется большим количеством эритроцитов, окружающих ЦОК.

    Рис. 8. Влияние гематокрита эритроцитов на адгезию ЦОК.

    (A) Моментальные снимки ЦОК примерно при , вариации (B) числа связей и (C) силы радиальной агрегации из эритроцитов, при гематокрите эритроцитов H ct = 10– 40%.

    https://doi.org/10.1371/журнал.pcbi.1008746.g008

    На рис. 9 показано влияние скорости сдвига потока жидкости, которая устанавливается равной , 0,095 и 0,19 путем изменения приложенного извне ускорения. Поток жидкости имеет среднюю скорость , 0,735, 1,47 соответственно, а гематокрит эритроцитов фиксируется как H ct = 20%. Делается вывод о том, что адгезия CTC становится слабой по мере увеличения скорости сдвига, что также было подтверждено в недавней работе по моделированию Dabagh et al .[26]. Например, при примерно 13, 6 и 3 связи образуются при , 0,095 и 0,19 соответственно. Это напрямую связано с увеличением поступательной скорости CTC с увеличением скорости сдвига, как показано на рис. 9C. При низкой скорости сдвига клетки двигаются медленно, так что эритроциты явно агрегируются, как показано на рис. 9А, что приводит к сильному усилию агрегации, направленному к стенке, что способствует адгезии ЦОК. При высокой скорости сдвига эритроциты распределяются более дисперсно, и для адгезии ЦОК обеспечивается меньшая пристеночная сила агрегации.Кроме того, стоит упомянуть, что CTC получает максимальное число связей на бифуркации (около ), независимо от обсуждения эффектов гематокрита или скорости сдвига. Это еще раз подтверждает, что ЦОК с большей вероятностью прилипает к месту бифуркации. Подобные явления наблюдались в экспериментах. Лю и др. . [37] обнаружили, что клетки рака молочной железы человека MDA-MB-231 прилипают к бифуркациям микрососудов, а затем выходят из кровеносного сосуда в эксперименте in vivo.Го и др. . [34] также наблюдали, что опухолевые клетки могут чаще прилипать к разветвленным участкам сосудов, а также к небольшим венулам с относительно низкой скоростью сдвига.

    Рис. 9. Влияние скорости сдвига жидкости на адгезию CTC.

    (A) Снимки CTC примерно при , вариации (B) числа связей и (C) поступательной скорости при скоростях сдвига , 0,095 и 0,19.

    https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008746.g009

    Обсуждение

    Для максимально реалистичного понимания метастазирования опухолевых клеток было проведено прямое трехмерное моделирование опухолевых клеток в сложной микрососудистой сети. Микрососудистая сеть была построена из реальной мезентериальной сосудистой сети крысы и состояла из бифуркационных, сливающихся и извилистых сосудов. Клетки включают эритроциты (эритроциты) и циркулирующие опухолевые клетки (ЦОК), без тромбоцитов из-за их небольшой доли в крови.В настоящей работе учитывались три механических поведения клеток: деформация, агрегация и адгезия.

    В основном исследовались маргинация и адгезия опухолевых клеток, а также влияние гематокрита эритроцитов и скорости сдвига потока. Результаты моделирования показали, что опухолевые клетки чаще прилипают к бифуркациям микрососудов, и существует положительная корреляция между адгезией и силой, направленной на стенку от окружающих эритроцитов. Чем больше сила, направленная на стенку, тем ближе опухолевые клетки отграничены от стенки, и тем выше вероятность возникновения адгезионного поведения.При низком гематокрите, например, 10 %, эритроциты не могут обеспечить достаточную пристеночную силу из-за малого количества эритроцитов, в то время как при высоком гематокрите, например 40 %, пристеночная сила компенсируется наружными эритроцитами. вокруг ЦОК, потому что в сосудах больше эритроцитов. Следовательно, умеренный гематокрит 30%, который близок к нормальному уровню гематокрита в реальной артериоле, имеет наибольшую силу, направленную на стенку, и имеет наибольшее число связей. Более того, также обнаружено, что краевое отслоение и адгезия ЦОК усиливаются по мере снижения скорости сдвига.При низкой скорости сдвига клетки транспортируются медленно и легко агрегируются, а сила, направленная на стенку, долго сохраняется на ЦОК. Следовательно, маргинация ЦОК более очевидна при низкой скорости сдвига, чем при высокой скорости сдвига, а количество связей больше, что способствует адгезии ЦОК.

    Подводя итог, настоящая работа предполагает, что опухолевые клетки могут с большей вероятностью прикрепляться к бифуркациям микрососудов с низкой скоростью сдвига и умеренным гематокритом из-за высокой направленной на стенку силы со стороны окружающих эритроцитов.Это может помочь предсказать место экстравазации опухолевых клеток из кровообращения, а также дать новое представление о патофизиологии рака, его диагностике и терапии.

    Методы

    Модель SDPD-IBM для потока жидкости

    Уравнения Навье-Стокса (N-S) приняты для управления движением плазмы и цитозоля, заданного [57] (1) (2) где ρ , v и t — плотность, скорость и время соответственно; P — поле давления, η — сдвиговая вязкость, г — ускорение, приложенное извне для управления потоком жидкости, а f — сингулярная сила от клеточной мембраны.Взаимодействие между клеткой и жидкостью моделируется методом погруженных границ (IBM). Действие на жидкость из клетки выражается как (3) а действие на клеточную мембрану со стороны жидкости проявляется эволюцией мембраны, т.е. (4) где f клетка — сила, действующая на клеточную мембрану за счет деформации клетки, агрегации, адгезии и т.д. x — положение жидкости в системе Эйлера, X — положение клеточной мембраны в лагранжевой системе, а ( r , s ) обозначает криволинейную координату на клеточной мембране для обозначения лагранжевой точки.Γ — область поверхности, занятая клеточной мембраной, а Ω — расчетная область. Здесь следует указать, что и цитозоль, и плазма считаются одним типом жидкости с одинаковыми физическими свойствами, несжимаемой и изотермической ньютоновской жидкостью. Цельная кровь, состоящая из плазмы и клеток, ведет себя как неньютоновская жидкость, потому что клетки объединены сингулярной силой f , и, таким образом, описано, что вязкость крови зависит от гематокрита клеток [58].

    Метод SDPD-IBM используется для дискретизации уравнений 2 и 4, и он уже был хорошо развит в нашей предыдущей работе [46, 59], и здесь мы только обрисовываем его структуру для полноты. Частицы жидкости выделяются (5) (6) где m , v i и x i — масса, скорость и положение жидкости соответственно. Сила F C является консервативной силой, описывающей сжимаемость жидкости. F D — диссипативная сила, описывающая вязкость жидкости. F R — случайная сила, поддерживающая постоянную больцмановскую температуру жидкости. Подробные формулировки этих трех сил см. в приложении S1. F G — внешняя сила для управления потоком жидкости. F B сила от клеточной мембраны, определяемая как (7) где β ik – взвешенный коэффициент, определяемый функцией ядра SDPD, и – мембранные силы, обусловленные деформацией, агрегацией и адгезией клеток соответственно.Мембранные частицы образуются (8) где X k — положение частицы мембраны k . Частицы-призраки и отталкивающие частицы неподвижны в течение всей симуляции, как и лигандные узлы. Однако положения рецепторных участков эволюционируют вместе с мембранными частицами, поскольку предполагается, что мембранные частицы такие же, как и рецепторные участки.

    Дискретная упругая модель деформации ячеек

    Чтобы охарактеризовать деформацию клетки, клеточная мембрана моделируется как треугольная сеть, соединяющая все частицы мембраны.Края каждого треугольника моделируются как пружины для описания эластичности мембраны, а углы любых двух соседних треугольников используются для описания изгиба мембраны. Более того, площадь мембраны не может варьироваться в пределах 3% из-за высокой эластичности мембраны [60]. Объем клеток также ограничивается варьированием в пределах 3%, так как в предыдущей работе часто не рассматривался материальный обмен [61–63]. В результате полная потенциальная энергия деформации U def треугольной сетки определяется выражением [64, 65] (9) а сила деформации рассчитывается как (10) Где U 9 S 9, U 142, U , U 139 U 9 U 2 и U и U u V Обозначиты к энергии в самолете, энергию изгиба, территория энергии и энергии объемного сдерживания соответственно.См. Приложение S1 для более подробной информации об этих четырех энергиях.

    Модель деформации связана с там важные параметры макроса: модуль сдвига E S , модуль изгиба E 9 B 2 и модуль расширения E D [64 ], (11) (12) (13) где k B T и p j — больцмановская температура и персистентная длина соответственно.– длина треугольного ребра j в ненапряженном состоянии, , – максимальная длина треугольного ребра j . K B , K AG и K AL — постоянная площадь изгиба, глобальная площадь ограничения, глобальная площадь ограничения, соответственно.

    Модель потенциала Морзе для агрегации клеток

    Для описания межклеточного взаимодействия используется модель потенциала Морзе, предложенная Liu et al .[66], в которой полная энергия агрегации между клетками аппроксимируется как [67], (14) а сила агрегации определяется выражением (15) где N t — количество треугольников, а A м — площадь треугольника м . φ ( r мм ) — потенциальная энергия Морзе между двумя обращенными друг к другу плоскими элементами отдельных ячеек, определяемая как [66] (16) где r мм — локальное расстояние между двумя элементами, E I — сила поверхностной энергии, r — нулевое расстояние, — коэффициент масштабирования.Срок ( N 9 M 2 ⋅ K K K M 2) ( N M ‘ ⋅ K K м ‘ ) добавляется для учета влияния искривленных элементов вместо плоских по теории DLVO [68], где n — внешний единичный вектор нормали треугольника, а k — единичный вектор, параллельный линия, соединяющая центры двух взаимодействующих ячеек.Эта модель ведет себя как слабая сила притяжения на дальнем расстоянии ( r мм > r 0 ), тогда как на близком расстоянии ( r мм 09 0 ) ведет себя как сильная отталкивающая сила.

    Стохастическая модель связывания для клеточной адгезии

    Для характеристики адгезии ЦОК используется стохастическая модель связывания, предложенная Хаммером и Апте [28], в которой потенциальная энергия адгезии определяется выражением (17) и, таким образом, сила сцепления рассчитывается как (18) где E A — адгезионная прочность, N b — число образованных связей, x м — длина связи, λ — равновесное расстояние.Когда образуется новая связь, она вносит свой вклад в потенциальную энергию адгезии. Наоборот, когда существующая связь разрывается, соответствующий вклад должен быть устранен.

    Образование и диссоциация связи являются стохастическими процессами, контролируемыми вероятностью образования p f и вероятностью диссоциации p d соответственно [28], (19) (20) где Δ t – шаг по времени. k f и k d – скорость образования и диссоциации связи, определяемая как (21) и (22) где , , σ f и σ d – четыре константы, а k T 0 T 0 – температура Больца.и – ненапряженные скорости образования и диссоциации связей на равновесном расстоянии λ; σ f и σ d — прочность образования и диссоциации в пределах заданного реактивного расстояния l r Если образуется связь, должны быть выполнены следующие два условия: (23) где ξ 1 — случайное число с равномерным распределением в [0, 1]. Если существующая связь диссоциирована, должно быть выполнено одно из следующих условий: (24) где ξ 2 — другое случайное число, подобное ξ 1 .

    Цифровые данные

    Существует два типа граничных условий для уравнений 5–8: сплошное граничное условие и граничное условие притока/оттока. Первый наносится на стенку микрососудов с двумя целями. Один из них заключается в повышении точности вблизи стенки микрососудов путем введения частиц-призраков. Другой заключается в предотвращении проникновения частиц жидкости и мембран через стенку микрососудов путем введения отталкивающих частиц. Более подробную информацию об этом граничном условии можно найти в работе Liu et al .[69] Граничное условие притока/оттока применяется на входе/выходе микрососудистой сети также для двух целей. Один из них заключается в поддержании непрерывного движения клеток в микрососудистую сеть, а другой — в оседании жидкости и частиц мембраны, выходящих из микрососудистой сети. Это граничное условие является одним из преимуществ нашей модели, которое не только гарантирует, что система, включающая клетки и жидкость, достигает устойчивого состояния, когда они втекают в микрососудистую сеть, но также гарантирует сохранение массы и импульса системы.Подробнее об этом граничном условии можно узнать в нашей предыдущей работе [59].

    Проводится безразмерная процедура, путем выбора радиуса отсечки, массы частицы и температуры Больцмана в качестве характерной длины l ′, массы m ′ и энергии ϵ ′. Они установлены как: л ′ = 2 μ м, м ′ = 1,0×10 −15 кг и ×′ = 4,142×10 −21 Дж соответственно. Другие физические параметры могут быть масштабированы этими тремя параметрами; Например, модуль сдвига E 9 S 2 масштабируется на ε ‘/ L 2 , а модуль изгиба E B напрямую масштабируется на ε ‘ .В таблице 1 перечислены физические параметры и соответствующие им значения моделирования, использованные в настоящей работе. В настоящей работе мы добавляем черту над физической величиной (), чтобы обозначить ее безразмерную форму. После этого алгоритм скорости-Верле [70] используется для численного решения модели SDPD-IBM в уравнениях 5–8 из-за его преимуществ высокой вычислительной эффективности. Этот алгоритм распараллелен методом интерфейса передачи сообщений (MPI) для сокращения времени вычислений. Подробное описание этого алгоритма можно найти в нашей предыдущей работе [59].Вычислительные затраты составляют около 51 600 ядер в час для типичного случая моделирования.

    Благодарности

    Авторы хотели бы поблагодарить Школу математики Цзилиньского университета Китая за всю поддержку, особенно ценные обсуждения с участниками и доступ к вычислительным ресурсам.

    Каталожные номера

    1. 1. Чемберс А.Ф., Грум А.С., Макдональд И.К. Распространение и рост раковых клеток в местах метастазирования. Нат Рев Рак.2002; 2: 563–572.
    2. 2. Nguyen DX, Bos PD, Massagué J. Метастазы: от диссеминации до органоспецифической колонизации. Нат Рев Рак. 2009; 9: 274–284.
    3. 3. Талмадж Дж. Э., Фидлер И. Дж. Серия AACR Centennial: Биология метастазирования рака: историческая перспектива. Рак рез. 2010;70:5649–5669.
    4. 4. Хонг Б., Зу Ю.Л. Обнаружение циркулирующих опухолевых клеток: текущие проблемы и новые тенденции. Тераностика. 2013;3:377–394.
    5. 5.Хайер Дж., Николсон Г.Л. Адгезия опухолевых клеток в гидродинамических условиях течения жидкости. Апмис. 2001; 109: 241–262.
    6. 6. Маркези В.Т., Флори Х.В. Электронно-микрографические наблюдения за эмиграцией лейкоцитов. Q J Exp Physiol. 1960; 45: 343–374.
    7. 7. Фиррелл Дж. К., Липовски Х. Х. Маргинация и деформация лейкоцитов в мезентериальных венулах крысы. Am J Physiol Heart C. 1989; 256:h2667–h2674.
    8. 8. Мясник ЕС. Распознавание лейкоцитарно-эндотелиальных клеток: три (или более) шага к специфичности и разнообразию.Клетка. 1991; 67: 1033–1036.
    9. 9. Эббит КБ, Нэш ГБ. Реологические свойства крови, влияющие на селектин-опосредованную адгезию лейкоцитов. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2003;285:h329–h340.
    10. 10. Ley K, Laudanna C, Cybulsky MI, Nourshargh S. Как добраться до места воспаления: обновлен каскад адгезии лейкоцитов. Нат Рев Иммунол. 2007; 7: 678–689.
    11. 11. Джейн А., Манн Л.Л. Детерминанты маргинации лейкоцитов в прямоугольных микроканалах.ПЛОС Один. 2009;9:e7104.
    12. 12. Федосов Д.А., Форнлейтнер Дж., Гомппер Г. Маргинация лейкоцитов в микрокапиллярном потоке. Phys Rev Lett. 2012; 108:1–5.
    13. 13. Федосов Д.А., Гомппер Г. Маргинация лейкоцитов в микроциркуляторном русле. Мягкая материя. 2014;10:2961–2970.
    14. 14. Федосов Д.А., Дао М., Карниадакис Г.Е., Суреш С. Вычислительная биореология кровотока человека в норме и при патологии. Энн Биомед Инж. 2014;42:368–387.
    15. 15.Тиллес А.В., Экштейн Э.К. Пристеночный избыток частиц размером с тромбоциты в кровотоке: его зависимость от гематокрита и скорости сдвига стенки. Микроваск Рез. 1987; 33: 211–223.
    16. 16. Волдхуис Б., Тангельдер Г.Дж., Слааф Д.В., Ренеман Р.С. Концентрационный профиль тромбоцитов различается в артериолах и венулах. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 1992;262:h2217–h2223.
    17. 17. Чжао Х, Шакфех ESG. Вызванная сдвигом маргинация тромбоцитов в микроканале.Phys Rev E. 2011; 83: 1–6.
    18. 18. Zhao H, Shaqfeh ESG, Narsimhan V. Индуцированная сдвигом миграция частиц и маргинация в клеточной суспензии. Физические жидкости. 2012; 24:1–21.
    19. 19. Chang HY, Yazdani A, Li XJ, Douglas KAA, Mantzoros CS, Karniadakis GE. Количественная оценка маргинации тромбоцитов в диабетическом кровотоке. Биофиз Дж. 2018; 115: 1371–1382.
    20. 20. Hou HW, Bhagat AAS, Chong AGL, Mao P, Tan KSW, Han JY и др. Маргинация клеток на основе деформируемости. Простая микрофлюидная конструкция для разделения эритроцитов, инфицированных малярией.Лабораторный чип. 2010;10:2605–2613. пмид:20689864
    21. 21. Imai Y, Nakaaki K, Kondo H, Ishikawa T, Lim CT, Yamaguchi T. Маргинация эритроцитов, инфицированных Plasmodium falciparum, в микрососуде. Дж. Биомех. 2011;44:1553–1558.
    22. 22. Кинг М.Р., Филлипс К.Г., Митруньо А., Ли Т.Р., де Гильбон А.М., Чандрасекаран С. и др. Сетевая характеристика транспорта агрегатов циркулирующих опухолевых клеток в физических науках. Am J Physiol Cell Ph. 2015; 308: C792–C802. пмид:25788574
    23. 23.Гак Дж., Шинкингер С., Линкольн Б., Воттава Ф., Эберт С., Ромейке М. и др. Оптическая деформируемость как неотъемлемый клеточный маркер для тестирования злокачественной трансформации и метастатической компетентности. Биофиз Дж. 2005; 88: 3689–3698. пмид:15722433
    24. 24. Li QS, Lee GYH, Ong CN, Lim CT. АСМ индентирование клеток рака молочной железы. Biochem Biophys Res Commun. 2008; 374: 609–613.
    25. 25. Сваминатан В., Митрей К., О’Брайен Э.Т., Берчак А., Блоуб Г.К., Суперфайн Р.Механическая жесткость оценивает метастатический потенциал в опухолевых клетках пациентов и в линиях раковых клеток. Рак рез. 2011;71:5075–5080.
    26. 26. Дабаг М., Гунли Дж., Рэндлс А. Локализация прокатных и прочно-адгезивных взаимодействий между циркулирующими опухолевыми клетками и стенкой микроциркуляторного русла. Селл Мол Биоэнг. 2020;13:141–154.
    27. 27. Сяо Л.Л., Лю И., Чен С., Фу Б.М. Влияние циркулирующих эритроцитов на адгезию циркулирующих опухолевых клеток в микрососудах. Биомех Модель Механобиол.2017;16:597–610.
    28. 28. Хаммер Д.А., Апте С.М. Моделирование скатывания клеток и адгезии на поверхностях в сдвиговом потоке: общие результаты и анализ селектин-опосредованной адгезии нейтрофилов. Биофиз Дж. 1992; 63: 35–57.
    29. 29. Стотт С.Л., Хсу С.Х., Цукров Д.И., Ю М., Миямото Д.Т., Уолтман Б.А. и соавт. Выделение циркулирующих опухолевых клеток с помощью чипа-елочки, генерирующего микровихрь. Proc Nat Acad Sci. 2010;107:18392–18397. пмид:20930119
    30. 30. Zheng XJ, Cheung LSL, Schroeder JA, Jiang LA, Zohar Y.Влияние плотности клеточного рецептора и поверхностного лиганда на динамическое состояние прикрепленных циркулирующих опухолевых клеток. Лабораторный чип. 2011; 11:3431–3439.
    31. 31. Ван С.Т., Лю К., Лю Дж., Ю ЗТФ, Сюй С.В., Чжао Л.Б. и др. Высокоэффективный захват циркулирующих опухолевых клеток с использованием наноструктурированных кремниевых подложек со встроенными хаотическими микромиксерами. Angew Chem Int Edit. 2011;50:3084–3088. пмид:21374764
    32. 32. Виртц Д., Константинопулос К., Сирсон П.С. Физика рака: роль физических взаимодействий и механических сил в метастазировании.Нат Рев Рак. 2011; 11: 512–522.
    33. 33. Строка К.М., Константинопулос К. Физическая биология рака. 4. Физические сигналы определяют адгезию и миграцию опухолевых клеток. Am J Physiol Cell Ph. 2014; 306: C98–C109.
    34. 34. Го П, Цай Б, Лэй М, Лю Ю, Фу БМ. Дифференциальная остановка и адгезия опухолевых клеток и микрошариков в микроциркуляторном русле. Биомех Модель Механ. 2014; 13: 537–550.
    35. 35. Чжан Л., Цзэн М., Фу Б.М. Ингибирование эндотелиальной синтазы оксида азота снижает адгезию клеток рака молочной железы MDA-MB-231 к интактным микрососудам при физиологических потоках.Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2016;310:h2735–h2747.
    36. 36. Хайнс В.Ф., Пепона М., Робертсон С., Альварадо Дж., Даббин К., Триплетт М. и др. Изучение метастатического поведения в трехмерной биопечатной сосудистой сети для проверки трехмерной вычислительной модели потока. Научная реклама 2020;6:eabb3308. пмид:327
    37. 37. Лю Т.Л., Упадхьяюла С., Милки Д.Э., Сингх В., Ван К., Суинберн И.А. и др. Наблюдение за клеткой в ​​ее естественном состоянии: визуализация субклеточной динамики многоклеточных организмов.Наука. 2018;360:eaaq1392. пмид:29674564
    38. 38. Пепона М., Балог П., Пулери Д.Ф., Хайнс В.Ф., Робертсон С., Даббин К. и др. Исследование взаимодействия между циркулирующими опухолевыми клетками и локальной гидродинамикой с помощью эксперимента и моделирования. Селл Мол Биоэнг. 2020;13:527–540. пмид:33184581
    39. 39. Takeishi N, Imai Y, Yamaguchi T, Ishikawa T. Поток циркулирующих опухолевых клеток и эритроцитов в микрососудах. Physical Review E. 2015; 92:063011.
    40. 40.Такеиши Н., Имаи Ю., Исида С., Омори Т., Камм Р.Д., Исикава Т. Адгезия клеток во время движения пули в капиллярах. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2016;311:h495–h503.
    41. 41. Au SH, Storey BD, Moore JC, Tang Q, Chen YL, Javaid S, et al. Скопления циркулирующих опухолевых клеток пересекают сосуды капиллярного размера. Proc Natl Acad Sci USA. 2016;113:4947–4952. пмид:270
    42. 42. Попель А.С., Джонсон П.С. Микроциркуляция и гемореология. Ann Rev Fluid Mech.2005; 37:43–69.
    43. 43. Гомппер Г., Федосов Д.А. Моделирование микроциркуляторного кровотока: современное состояние и перспективы. WIREs Syst Biol Med. 2016; 8: 157–168.
    44. 44. Балог П., Багчи П. Вычислительный подход к моделированию клеточного кровотока в сложной геометрии. J Вычислительная физика. 2017; 334: 280–307.
    45. 45. Балог П., Багчи П. Прямое численное моделирование клеточного кровотока в трехмерных микрососудистых сетях. Биофиз Дж.2017b;113:2815–2826.
    46. 46. Ye T, Phan-Thien N, Lim CT, Peng LN, Shi HX. Гибридная сглаженная диссипативная динамика частиц и метод погруженных границ для моделирования эритроцитов в потоках. Phys Rev E. 2017; 95:063314.
    47. 47. Dufay C, Abdelli A, Le Pennec V, Chiche L. Опухоли брыжейки: диагностика и лечение. Дж. Виск Сур. 2012;149:e239–e251.
    48. 48. Zakrzewicz A, Secomb TW, Pries AR. Ангиоадаптация: поддержание сосудистой системы в форме.Новости физиол. 2002; 17: 197–201.
    49. 49. Шерман ТФ. О соединении больших сосудов с малыми: смысл закона Мюррея. J Gen Physiol. 1981; 78: 431–453.
    50. 50. Эванс Э., Фунг Ю.С. Улучшенные измерения геометрии эритроцитов. Микроваск Рез. 1972; 4: 335–347.
    51. 51. Gassmann P, Hemping-Bovenkerk A, Mees ST, Haier J. Метастатическая остановка опухолевых клеток при окклюзии просвета печени и специфическая адгезия не являются исключительными. Int J Colorectal Dis.2009; 24:851–858.
    52. 52. Ян ВВ, Цай Б, Лю Ю, Фу БМ. Влияние напряжения сдвига стенки и его градиента на адгезию опухолевых клеток в изогнутых микрососудах. Биомех Модель Механобиол. 2012; 11: 641–653.
    53. 53. Хоссейни С.М., Фэн Дж.Дж. Как малярийные паразиты снижают деформируемость инфицированных эритроцитов. Биофиз Дж. 2012; 103: 1–10.
    54. 54. Ye T, Phan-Thien N, Khoo BC, Lim CT. Растяжение и расслабление эритроцитов, инфицированных малярией.Биофиз Дж. 2013; 105: 1103–1109.
    55. 55. Zhang ZY, Du J, Wei ZY, Wang Z, Li MH. Влияние деформируемости мембраны и скорости образования/диссоциации связи на динамику адгезии сферической капсулы в сдвиговом потоке. Биомех Модель Механ. 2018;17:223–234.
    56. 56. Pries AR, Secomb TW, Gaehtgens P. Структура и гемодинамика микрососудистых сетей: неоднородность и корреляции. Am J Physiol. 1995; 269:h2713–h2722.
    57. 57. Пескин КС.Метод погруженной границы. Акта Нумер. 2002; 11: 479–517.
    58. 58. Е Т, Пэн ЛН. Движение, деформация и агрегация множественных эритроцитов в трехмерных бифуркациях микрососудов. Физические жидкости. 2019;31:021903.
    59. 59. Ли Г.С., Йе Т., Ли XJ. Параллельное моделирование течения суспензии клеток в сложных микросетях с граничными условиями притока/оттока. J Вычислительная физика. 2020;401:109031.
    60. 60. Скалак Р., Тозерен А., Зарда Р.П., Чиен С.Энергетическая функция напряжения мембран эритроцитов. Биофиз Дж. 1973; 13: 245–264.
    61. 61. Ли Дж., Дао М., Лим К.Т., Суреш С. Моделирование цитоскелета и оптического пинцета растяжения эритроцита на уровне спектра. Биофиз Дж. 2005; 88: 3707–3719.
    62. 62. Пивкин ИВ, Карниадакис ГЕ. Точное крупнозернистое моделирование эритроцитов. Phys Rev Lett. 2008;101:118105.
    63. 63. Хоссейни С.М., Фэн Дж.Дж. Модель транспорта эритроцитов в капиллярах на основе частиц.хим. инж. 2009;64:4488–4497.
    64. 64. Федосов Д.А., Касуэлл Б., Карниадакис Г.Е. Многомасштабная модель эритроцита с точной механикой, реологией и динамикой. Биофиз Дж. 2010; 98: 2215–2225.
    65. 65. Ли Х, Влаховска ПМ, Карниадакис ГЭ. Моделирование форм и динамики эритроцитов в норме и при патологии на основе континуума и частиц. Мягкая материя. 2013;9:28–37.
    66. 66. Лю Ю.Л., Лю В.К. Реология агрегации эритроцитов методом компьютерного моделирования.J Вычислительная физика. 2006; 220:139–154.
    67. 67. Ye T, Phan-Thien N, Khoo BC, Lim CT. Файл эритроцитов в трубчатом потоке: трехмерное численное исследование. J Appl Phys. 2014;116:124703.
    68. 68. Чанг Б., Джонсон П.С., Попель А.С. Применение сетки Chimera для моделирования движения и агрегации клеток в узкой трубке. Int J Numer Methods Fluids. 2007; 53: 105–128.
    69. 69. Лю МБ, Шао Дж. Р., Чанг Дж. З. Об обращении с твердой границей в гидродинамике сглаженных частиц.Sci China Technol Sci. 2012; 55: 244–254.
    70. 70. Грут Р.Д., Уоррен П.Б. Динамика диссипативных частиц: преодоление разрыва между атомистическим и мезоскопическим моделированием. J Chem Phys. 1997;107(11):4423–4435.
    71. 71. Сяо Л.Л., Лю И., Чен С., Фу Б.М. Численное моделирование одиночной клетки, проходящей через узкую щель. Биомех Модель Механобиол. 2016;15:1655–1667.
    72. 72. Хохмут Р.М., Во Р.Е. Эластичность и вязкость мембран эритроцитов.Энн Рев Физиол. 1987; 49: 209–219.
    73. 73. Guo HL, Liu CX, Duan JF, Jiang YQ, Han XH, Li ZL и др. Механические свойства клеточной мембраны рака молочной железы изучали с помощью оптического пинцета. Китайская физ. лат. 2004;21:2543–2546.

    Маргинация ригидных эритроцитов, регулируемая геометрией сосуда

    In vivo Границы эритроцитов в кровеносных сосудах с неправильной геометрией

    Эритроциты, взятые у здоровых мышей, укрепляют и окрашивают (см. Методы), а затем вводят в сердце мышей и попадают в кровоток.Мышь кладут на платформу инвертированного микроскопа (Leica DME6000 B), прижимая ухо к предметному стеклу, как показано на рис. 1(а). Когда затвердевшие эритроциты достигают уха, их движения внутри венул диаметром 50–100 мкм наблюдают с помощью высокоскоростной камеры (Phantom M110), как показано на рис. 1 (b1, b2). Подсчитывается боковое положение 200 затвердевших эритроцитов в венулах у одной мыши, и статистические результаты для трех мышей представлены на рис. 1(c). Установлено, что отвердевшие эритроциты оттекают у стенки венулы, а в венулах происходит маргинация.Тот же эксперимент проводят и на нормальных эритроцитах, но их латеральное распределение в венуле однородно, а маргинации не происходит.

    Рисунок 1

    Жесткие эритроциты выполняют маргинацию in vivo . ( a ) Эксперимент по маргинации in vivo , проведенный в венулах мыши под микроскопом. ( b1 ) и ( b2 ) Поток флуоресцентных уплотненных и нормальных эритроцитов в ушных венулах мыши соответственно. Соответствующие видеоролики о движении эритроцитов представлены в дополнительном видеофильме 1 и фильме 2 соответственно.( c ) Распределение уплотненных и нормальных эритроцитов в венулах мышей. ( d ) Срез ткани для демонстрации геометрии венулы. Он нерегулярный, внутри видны эритроциты. Белая часть – это хрящевая ткань.

    Признано, что твердые частицы будут двигаться к центру в круглом канале, где расположен минимальный градиент сдвига 10,14,18 , в то время как затвердевшие эритроциты в венулах имеют другую границу вблизи стенки.Наиболее вероятной причиной считается геометрия венул. Согласно предыдущим исследованиям, как обсуждалось во введении, геометрия сосуда может изменить направление нормального напряжения, чтобы вызвать выделение частиц, когда жидкость является вязкоупругой 11,13,14 . Следовательно, предполагается, что венулы не имеют круглой формы, как это принято считать. Чтобы подтвердить это, делают срезы ткани венул, чтобы показать геометрию поперечного сечения после экспериментов (см. Методы).Поперечное сечение венул, показанное на рис. 1 (d), подтверждает, что геометрия венулы не круглая, а неправильная. Изображения большего количества срезов представлены в дополнительных материалах I. Это объясняет, почему затвердевшие эритроциты выполняют маргинацию венул, и раскрывает важную роль геометрии сосудов в движении эритроцитов в кровеносных сосудах. Количественный анализ взаимосвязи между геометрией сосуда и краем затвердевших эритроцитов представлен следующим образом.

    Механизм маргинации, регулируемый геометрией сосуда

    Первое нормальное напряжение (F N ) рассчитывается численно (см. Методы) в венуле с геометрией, полученной из среза, показанного на рис.{2}$$

    (1)

    , где λ — время релаксации раствора, μ — вязкость, \(\dot{\gamma}\) — локальная скорость сдвига, направление нормального напряжения совпадает с градиентом скорость сдвига \(\nabla \dot{\gamma}\). Видно, что на направление градиента скорости сдвига на рисунке влияет геометрия поперечного сечения сосуда, а первое нормальное напряжение имеет разные направления в зависимости от положения в канале.Например, когда RBC находится рядом с границей с тупыми углами, как показано красной ячейкой « a » на рисунке, нормальное напряжение указывает на центр и будет толкать ячейку к центру канала. Но когда RBC находится рядом с углом с острыми углами, как показано красной ячейкой « b » на рисунке, он будет двигаться к углу, так как нормальное напряжение здесь указывает на стену. Рассчитаны траектории эритроцитов в двух местах вдоль пути течения и показаны на рис.2(б).

    Рисунок 2

    Расчеты краевой границы эритроцитов в сосуде и канале. ( a ) Распределение скорости сдвига (цвет) и первого нормального напряжения (стрелка) на поперечном сечении кровеносного сосуда. ( b ) Траектории движения двух эритроцитов к центру и к стене в зависимости от их начального положения. ( c ) Сравнение подъемных сил стенки на нормальных и усиленных эритроцитах , меняющихся в зависимости от расстояния до стенки , а также первого нормального напряжения , расположенного в положении ячейки b .{2})$$

    (2)

    где R — радиус клетки, d — расстояние до границы, деформируемость эритроцитов представлена ​​формулой f (1 −  v ), которая является безразмерной функцией для различения деформируемости клеток, v — приведенный объем клеток, который определяется как отношение объема пузырька к объему сферы с той же поверхностью. Например, для жесткости лейкоцитов v  = 1.0 и F (1 — V ) = 0.2, для деформируемого RBC V = 0,7 и F (1 — V ) = 1,5 21,22 . Следовательно, нормальные эритроциты имеют относительно большую подъемную силу стенки, чем жесткие эритроциты, как показано на рис. 2(c). Для затвердевших эритроцитов, когда эритроциты находятся вблизи стенки сосуда, направление F w и F N противоположно, таким образом, затвердевшие эритроциты будут иметь равновесие в области краевой границы, и маргинация произойдет.В то время как для нормального эритроцита, из-за более высокого F w вблизи стенки сосуда, он будет отталкиваться от стенки и за пределы краевой области (как описано на рис. 2(d)), где F N , действовавший на нормальные эритроциты, изменит свое направление к центру сосуда, что совпадает с направлением F w , таким образом, для нормальных эритроцитов маргинации не произойдет.

    Таким образом, затвердевшие эритроциты будут выполнять маргинацию, когда они находятся в области, где нормальное напряжение указывает на стенку.Для правильной геометрии область окантовки в сосуде может быть рассчитана в соответствии с распределением нормального напряжения вблизи угла, как показано на схемах вставки на рис. 2 (d), где отношение длин L м /a и коэффициент площади A м /A представляют собой область окаймления с нижними углами, изменяющимися от 30 до 180°. а и А — размер и площадь поперечного сечения, нижний индекс м представляет собой область окаймления. Рассчитанная площадь окаймления уменьшается с увеличением углов, а убывающий градиент составляет Δ L м /a ≈ 2%/10° по линии примерки. Отступ для круглого равен нулю, потому что весь градиент указывает на центр канала, и отступов не будет.Этот расчет показывает, что маргинальность клеток можно контролировать за счет геометрического дизайна поперечного сечения микроканала.

    In vitro маргинация затвердевших эритроцитов

    Эксперименты in vitro проводятся для проверки рассчитанного влияния геометрии сосудов на маргинацию эритроцитов в микроканалах с геометрическими углами от 30 до 180° (см. Методы). В микроканалы вводят отвержденные эритроциты с 30% Hct кровью.Видно, что эритроциты с флуоресцентной жесткостью перемещаются в стороны к сторонам прямоугольного канала, чтобы выполнить маркировку, когда они движутся вдоль направления потока в канале, как показано на рис. 3 (а). Здесь отмечено, что для треугольных, прямоугольных и шестиугольных каналов (θ = 30, 45, 60, 90, 120°) плоскость фокусировки микроскопа находится на дне канала для наблюдения окантовки по углам, а для круглого канала (θ = 180°) плоскость фокусировки находится в середине канала.

    Рисунок 3

    Эксперимент in vitro по маргинации затвердевших эритроцитов.( a ) Флуоресцентные затвердевшие эритроциты, протекающие с нормальными эритроцитами с концентрацией 30% Hct в прямоугольном микроканале. Изображение флуоресцентных затвердевших эритроцитов накладывается на изображение эритроцитов в светлом поле. ( b ) Результаты жесткой окантовки эритроцитов в треугольных, прямоугольных и круглых каналах. ( c ) Измеренная маржа по сравнению с расчетными результатами. На вставленных изображениях показано поперечное сечение канала с разными углами закругления, размер канала составляет 100  мкм.

    затвердевших эритроцитов подвешивали в эритроцитах с концентрацией 30% Hct, чтобы сформировать образец с концентрацией 30% Hct (см. Методы), и подсчитывали латеральные положения 200 затвердевших эритроцитов и распределяли их по трем видам каналов с θ  = 45°, 90° и 180° сравниваются на рис. 3(b). В прямоугольном канале количество уплотненных эритроцитов по обеим сторонам канала явно больше, и маргинация происходит в канале. В треугольном канале явление маргинации более очевидно, и больший процент затвердевших эритроцитов выполняет маргинацию до нижних углов.Однако уплотненные эритроциты не накапливаются в центре кругового канала, как предполагалось. Причина заключается в том, что плоскость фокусировки находится посередине канала, и флуоресцентные эритроциты могут быть скрыты эритроцитами ниже плоскости фокусировки, которые не учитываются в распределении, так как их нельзя определить как находящиеся на фокусирующей плоскости. самолет или нет. Распределение клеток в центре канала будет представлено в разделе «Обсуждение», в то время как представленное здесь распределение, по крайней мере, иллюстрирует, что маргинация не происходит в круглом канале.

    Для количественной оценки краевой зоны затвердевших эритроцитов в различных каналах подсчитывают процентное содержание эритроцитов по обеим сторонам канала и сравнивают с рассчитанной площадью краевой зоны ( A м /A ) %, как показано на рис. 3(c). Линейная аппроксимирующая линия на рисунке имеет наклон ~1, что подтверждает численные результаты о границах жестких эритроцитов в каналах с различной геометрией.Это подтверждает существенную роль геометрии сосуда в регулировании жесткости краев эритроцитов как 91 137 in vivo 91 138, так и 91 137 vitro 91 138, и иллюстрирует контролируемое окаймление клеток посредством дизайна геометрии сосудов.

    Маргинация и растяжение фактора фон Виллебранда в кровотоке делают возможной адгезию

    Моделирование и экспериментальные измерения, гибкие полимеры, VWF), которые текут в цилиндрическом микрососуде в 3D с диаметром

    W или в канале в 2D с шириной W , см. рис. 1 (a) и Методы для технических деталей. Модель VWF должна включать внутренние ассоциации внутри молекулы, которые приводят к ее компактной форме в отсутствие потока, и воспроизводить растяжение VWF в сдвиговом потоке выше критической скорости сдвига 21 . Внутренние ассоциации могут быть явно смоделированы внутримолекулярными динамическими связями, как в модели самоассоциирующегося полимера 39,40,41 , или неявно путем наложения парных взаимодействий притяжения между мономерными звеньями полимера 22,42,43 .Мы выбрали модель ВВФ с межгранульными взаимодействиями притяжения 22,42,43 для нашего моделирования, так как она способна количественно воспроизвести экспериментально наблюдаемое растяжение ВВФ в сдвиговом течении 21 . Результирующий потенциал между полимерными звеньями представляет собой суперпозицию потенциала гармонической связи и парного потенциала притяжения Леннарда-Джонса (ЛД). Модель VWF включает притягивающую часть LJ-взаимодействия, в то время как модель отталкивающего полимера (например, самоизбегающего полимера) исключает притягивающую часть LJ-потенциала.Модель отталкивающего полимера используется для сравнения с моделью VWF, чтобы продемонстрировать важность самоассоциаций VWF и/или значение критического растяжения VWF для его поведения в кровотоке. Калибровка притягивающих LJ-взаимодействий для модели VWF по сравнению с экспериментальными данными растяжения VWF в простом сдвиговом потоке 21 показана на дополнительном рисунке S1.

    Рисунок 1

    Моделирование и экспериментальные измерения. ( a ) Снимки 2D- и 3D-симуляций, где эритроциты окрашены в красный цвет, а VWF — в зеленый.Установка моделирования соответствует цилиндрическому микрососуду в 3D с диаметром W  = 20 мкм или каналу в 2D с шириной W  = 20 мкм. ( b ) Экспериментальная установка состоит из микрожидкостной системы с несколькими идентичными каналами (показаны два канала). На этапе предварительной обработки стенки канала покрывают коллагеном. Кровь с разными H т Через устройство перфузируют уровня (от входа справа до выхода слева) с помощью пневматического насоса.Оптическая микроскопия проводится в середине участка с широким каналом, отмеченного небольшой овальной областью, где мы можем наблюдать эритроциты, но не VWF, поскольку его необходимо обнаружить с помощью флуоресцентной микроскопии. ( c ) Измерения моделирования обеспечивают распределение различных компонентов кровотока. На графике показано сравнение распределения центра масс (ЦМ) эритроцитов и ФВ, полученных в результате двумерного моделирования с помощью H . т  = 0.{\ast}\приблизительно 60\) (\(\bar{\dot{\gamma}}\приблизительно 62\) s −1 ). Распределения из 2D- и 3D-моделирования хорошо сравниваются для фиксированной толщины RBC-FL, указывая на то, что значения гематокрита в 2D соответствуют более низким значениям гематокрита в 3D. На вставке представлены толщины RBC-FL δ CFL для различных H т и показывает, что для связывания H требуется отрицательный сдвиг примерно на 0,15–0,2. т в 2D к этому в 3D.( d ) Экспериментальные измерения показывают интенсивность флуоресценции меченых ФВ вблизи дна канала. Изотропный фоновый уровень измеренной интенсивности ( I x ) характеризует количество протекающего фактора Виллебранда вблизи стенки (или границы фактора Виллебранда), в то время как светлые пятна соответствуют прилипшим молекулам или агрегатам фактора Виллебранда. Интенсивность на правом графике для H т  = 0.5 явно сильнее, чем слева для H т  = 0,1 указывает на то, что маргинация VWF более выражена на H т  = 0,5. Все измеренные интенсивности нормированы по интенсивности автофлуоресценции стенки I w (область, отмеченная черным), которая остается неизменной на протяжении всех проведенных экспериментов.{3}/{\kappa}_{r}\), где \(\bar{\dot{\gamma}}=\bar{v}/W\) — средняя скорость сдвига (или псевдоскорость сдвига) с средняя скорость потока \(\bar{v}\), рассчитанная по профилю скорости, а τ RBC – характерное время релаксации RBC, определяемое через вязкость жидкости η, эффективный диаметр RBC D р и жесткость мембраны на изгиб \({\kappa}_{r}\). Здесь \({D}_{r}=\sqrt{{A}_{0}/\pi }\) в 3D и \({D}_{r}={L}_{0}/\ пи \) в 2D, с А 0 — площадь поверхности эритроцитов в 3D, а L 0 окружность ячейки в 2D.{\ast}\) в обратных секундах.

    Экспериментальная установка соответствует микрофлюидной системе с несколькими идентичными каналами прямоугольного сечения, подробности см. на рис. 1(b) и в методах . Стенки канала функционализированы коллагеном для облегчения адгезии фактора Виллебранда, а поток в канале контролируется электропневматическим насосом. Контролируемым параметром в экспериментах является скорость сдвига стенки \({\dot{\gamma}}_{{\rm{w}}}\), которую можно связать с псевдоскоростью сдвига \(\bar{\dot{\ gamma }}\) как \({\dot{\gamma}}_{{\rm{w}}}\ge 8\bar{\dot{\gamma}}\) для течения в трубе в 3D (\( {\dot{\gamma}}_{{\rm{w}}}\ge 6\bar{\dot{\gamma}}\) для канала в 2D), где знак равенства имеет место только для параболического потока с ньютоновской жидкостью (т.г., только плазма крови). Присутствие эритроцитов может сделать отношение \({\dot{\gamma}}_{{\rm{w}}}/\bar{\dot{\gamma}}\) значительно большим, чем 8 в 3D (или 6 в 2D), особенно при высоком гематокрите ( H т  ≥ 0,3), как показано на дополнительном рисунке S2.

    Моделирование представляет собой типичное распределение компонентов крови для эритроцитов и фактора Виллебранда, как показано на рис. 1(c) в 2D с H т  = 0.{\ast}\приблизительно 60\) (\(\bar{\dot{\gamma}}\приблизительно 62\) s −1 ). Распределение VWF четко показывает пик около стенки канала, что указывает на сильную маргинацию полимеров VWF, в то время как эритроциты в основном заселяют центр канала. Толщина RBC-FL рассчитывается на основе края ядра RBC потока, аналогично измерениям RBC-FL в ссылках 36,45 . Важно отметить, что 2D- и 3D-моделирование сравниваются на разных H т значений, но для почти такой же толщины RBC-FL, поскольку маргинация частиц в кровотоке сильно коррелирует с толщиной RBC-FL 37,46 .Хорошее соответствие распределений при фиксированной толщине ФЛ эритроцитов показывает, что H т Значение в 2D имеет другое значение, чем в 3D. На вставке на рис. 1(c) представлены толщины RBC-FL δ CFL для разных H т значений, что указывает на отрицательный сдвиг примерно на 0.15–0,2 требуется для связи H т в 2D к этому в 3D.

    На протяжении всей статьи мы будем в основном использовать 2D-моделирование, чтобы обеспечить систематическое исследование поведения фактора Виллебранда в кровотоке для широкого диапазона условий (например, гематокрита, скорости кровотока, размера фактора Виллебранда), что было бы невозможно вычислить в 3D. . Однако 2D-модель качественно воспроизводит соответствующие физические эффекты кровотока по сравнению с 3D-моделью, как показано на рис.1(с). Кроме того, мы убедились, что 2D- и 3D-моделирование хорошо согласуются на нескольких выбранных H т значения. Сходство между 2D- и 3D-моделированием также было показано для маргинации микро- и нано-носителей в кровотоке 31 .

    В экспериментах образцы крови с разным гематокритом перфузируются через канал, чтобы контролировать краевое выделение и адгезию флуоресцентно-меченого фактора Виллебранда.Границы VWF измеряются через изотропный фоновый уровень интенсивности флуоресценции I 90 139 x 90 142 у нижней стенки канала, как показано на рис. 1(d). я x нормировано по интенсивности автофлуоресценции I w стенки латерального канала, которая остается постоянной на протяжении всех проведенных экспериментов. Адгезию VWF количественно определяют по интенсивности и площади неподвижных ярких пятен, показанных на рис.1(г), которые соответствуют прилипшим молекулам ФВ или их агрегатам. Детальное измерение распределения ФВ по поперечному сечению канала, как это делается при моделировании, невозможно экспериментально, поскольку невозможно наблюдать и отслеживать отдельные цепочки ФВ. По этой же причине невозможно определить состав неподвижных агрегатов, прилипших к стенке канала. Наконец, распределение длин ФВ в экспериментах соответствует среднему физиологическому распределению в крови, которое явно полидисперсно, тогда как моделирование проводится для фиксированной длины ФВ.Поэтому прямое сравнение моделирования и эксперимента не предполагается; однако мы последовательно объединяем наши числовые и экспериментальные наблюдения, чтобы лучше понять поведение фактора Виллебранда в кровотоке.

    Маргинация и растяжение ФВ в кровотоке

    Свойства маргинации крупных ФВ в кровотоке очень важны для их эффективной адгезии, поскольку маргинация является необходимой предпосылкой для адгезии. Чтобы количественно оценить свойства маргинации VWF, мы определили вероятность маргинальности P как вероятность того, что центр масс полимера (ЦМ) будет находиться в пределах определенного расстояния δ от стенки.{\ast}\) (или скорость потока), что связано с деформацией и растяжением ВВФ в потоке. При высоких скоростях сдвига молекула ФВ подвергается значительному удлинению в потоке (т. е. ФВ имеет эллипсоидальную форму), что приводит к подъемной силе, отталкивающей деформированную молекулу от стенок. Действительно, недавние работы о подъемной силе полимеров , 47, и везикул , 32, 33, 34, вблизи поверхностей в простом сдвиговом потоке предполагают, что подъемная сила сильно увеличивается с размером полимера или везикул.Подъемная сила обычно возникает из-за гидродинамического взаимодействия между деформируемыми объектами и стенкой в ​​потоке 32,33,34 , что, среди прочего, является основной причиной миграции эритроцитов к центру сосуда. Таким образом, распределение ФВ по сечению сосуда в микроциркуляторном русле сильно зависит от местных условий кровотока.

    Рисунок 2

    Имитация краевой деформации и растяжения VWF и отталкивающего полимера. Сравнение маргинации и растяжения фактора Виллебранда (левый столбец) и отталкивающего полимера (правый столбец) в кровотоке.{-1}\)), где эритроциты окрашены в красный цвет, а ФВ и отталкивающие полимеры — в зеленый. Ясно, что отталкивающий полимер демонстрирует гораздо более сильное расширение кровотока по сравнению с VWF. В верхнем ряду показана вероятность маргинации P в пристеночный слой толщиной 2 мкм для ФВ и отталкивающего полимера в зависимости от гематокрита H т и скорости сдвига \({\dot{\gamma}}^{\ast}\).{\ast}\), для которых было выполнено моделирование. Цветовой код варьируется от синего (низкая вероятность) до красного (высокая вероятность) и получается путем интерполяции. Нижний ряд сравнивает нормализованное среднее растяжение < R с >/ л VWF VWF и отталкивающий полимер внутри RBC-FL.

    В дополнение к маргинации VWF, другим важным аспектом адгезии VWF является его расширение в потоке, поскольку в компактной конфигурации внутренние участки адгезии экранированы, и VWF остается неадгезивным.{\ast}\) или, что эквивалентно, скорости сдвига стенки \({\dot{\gamma}}_{{\rm{w}}}\). Зависимость от H т также указывает на более сильное расширение для больших гематокритов. Последняя зависимость возникает из-за того, что ФВ эффективно удерживается в ФЛ эритроцитов между стенкой и ядром эритроцита. Толщина RBC-FL уменьшается с увеличением H т , как показано на вставке рис.1(с). Это поведение не совсем удивительно и согласуется с предыдущими результатами, показывающими более сильное растяжение полимеров и VWF в непосредственной близости от стенки, чем при объемном течении 21,43 . Кроме того, недавнее моделирование 48 предполагает, что столкновение ВВФ с коллоидными частицами может значительно усилить его растяжение, что может привести к растяжению ВВФ в объеме потока. В нашем моделировании мы не наблюдаем большого растяжения VWF внутри RBC-ядра потока, в основном из-за относительно низких скоростей сдвига в объеме.Наибольшие скорости сдвига стенок в нашем моделировании ниже 700  с −1 , а скорости сдвига в объеме намного меньше этого значения. Ясно, что при гораздо более высоких скоростях потока, чем те, которые исследованы здесь, следует также ожидать значительного растяжения ФВ в ядре эритроцитов.

    На рис. 2 также представлены аналогичные результаты для самоизбегающего полимера с отталкиванием (т. е. полимера без взаимодействий притяжения между мономерами). Поразительное отличие состоит в том, что маргинация отталкивающего полимера значительно менее выражена по сравнению с VWF.Можно выделить два механизма, оба из которых тесно связаны с большей легкостью деформации и растяжения отталкивающего полимера в кровотоке (см. рис. 2 (внизу, справа)). Вблизи стенки полученная вытянутая форма подразумевает большую подъемную силу 47 , которая выталкивает полимер обратно в сердцевину эритроцитов. Внутри ядра столкновения мягких (полимерных) и жестких (RBC) объектов приводят к смещению более мягкого объекта к центру канала 35 ; однако этот эффект ослабевает для очень мягких объектов, поскольку они могут легче «красться» вокруг более жестких клеток.Напротив, VWF остается в основном в компактной конфигурации в ядре потока эритроцитов и демонстрирует некоторую степень растяжения, прежде всего, в RBC-FL, см. снимки на рис. 2. Это означает, что компактная конфигурация VWF не только предотвращает нежелательную адгезию. (поскольку места склеивания остаются скрытыми), но также способствует эффективной маргинации кровотока. Другое поразительное различие между ВВФ и отталкивающим полимером заключается в том, что растяжение отталкивающего полимера вблизи стенки намного сильнее, чем у ВВФ, и почти не зависит от скорости сдвига и гематокрита, как видно из диаграммы растяжения на рис.2 (внизу, справа).

    Экспериментальные данные маргинации представлены на рис. 3(а) для различных скоростей сдвига стенки \({\dot{\gamma}}_{{\rm{w}}}\), которые можно качественно сравнить с соответствующими результаты моделирования на рис. 3(b). Эксперименты и симуляции (помните сдвиг в H т в соотношении между 2D и 3D) постоянно дают увеличение границ с увеличением H т и уменьшение краев с увеличением скорости сдвига стенки.Количественное сравнение между экспериментами и моделированием здесь невозможно, поскольку экспериментальные образцы содержат распределение разной длины ФВ и невозможно различить отдельные молекулы ФВ, как обсуждалось выше. Однако результаты эксперимента и моделирования показывают хорошее качественное соответствие зависимости маргинации ВВФ от H т и скорость сдвига.

    Рисунок 3

    Маргинация VWF в микрофлюидике и моделировании.( a ) Экспериментальные данные маргинации VWF в зависимости от гематокрита и скорости сдвига стенки \({\dot{\gamma}}_{{\rm{w}}}\). Для каждой точки проводилось не менее четырех независимых экспериментов. ( b ) Результаты моделирования окаймления VWF в слое толщиной 2  мкм вблизи стенки в зависимости от H т и нормализованная скорость сдвига стенки. Данные на диаграмме те же, что и на рис.{\ast}\) для лучшего сравнения моделирования и экспериментов. Обратите внимание, что здесь предполагается только качественное сравнение маргинальности.

    Результаты моделирования зависимости окантовки VWF от его длины представлены на рис. 4 для моделей VWF с N  = 17 и N  = 42 бусинки, что соответствует L VWF  = 9,6 мкм и L VWF  = 24.6 мкм соответственно, что также следует сравнить с рис. 2 для N  = 26 ( L VWF  = 15 мкм). Сравнение показывает, что более мелкие молекулы VWF маргинируются менее эффективно. Это наблюдение согласуется с тем фактом, что частицы микронного размера обладают лучшими граничными свойствами, чем их субмикронные аналоги 31 . Крупный VWF с N  = 42 демонстрирует такие же свойства краевой зоны, что и VWF с N  = 26 на рис.2. Таким образом, ожидается, что наиболее эффективное маргинирование фактора Виллебранда будет происходить для крупных молекул фактора Виллебранда с длиной контура более 12–13 мкм.

    Рисунок 4

    Имитация окаймления и растяжения VWF различной длины. Сравнение маргинации и растяжения ФВ с разным количеством мономеров: левый столбец — N  = 17 ( L VWF  = 9,6 мкм) и правая колонка —  N  = 42 ( L VWF  = 24.{\ast}\), для которых было выполнено моделирование. Цветовой код варьируется от синего (низкая вероятность) до красного (высокая вероятность) и получается путем интерполяции. Нижний ряд сравнивает нормализованное среднее растяжение < R с >/ л VWF VWF в пределах RBC-FL.

    Интересное наблюдение из рис.{\ mathrm {1/3}} \}} и более короткие VWF способны растягиваться при более низких скоростях сдвига, чем более длинные цепи VWF. Однако, хотя относительное расширение (т. е. нормированное на 91 137 L 91 138 VWF ) более длинного VWF меньше по сравнению с более коротким VWF, физическое расширение более длинного VWF больше, чем у более короткого VWF.

    Эти результаты позволяют нам нарисовать качественную картину поведения фактора Виллебранда в кровотоке. VWF остается в основном в компактной конфигурации в пределах ядра потока эритроцитов, что приводит к его эффективной маргинации в RBC-FL.Однако VWF может растягиваться у стенки из-за высоких скоростей сдвига и мягкого удержания между RBC и стенкой. Чтобы подтвердить это предположение, мы наносим на рис. 5 распределения расширения ФВ в ядре эритроцитов и эритроцитах-ФЛ. Несмотря на то, что некоторое умеренное растяжение в ядре эритроцитов возможно, наибольшее растяжение фактора Виллебранда явно происходит в пределах эритроцитов-ФЛ. Это свидетельствует о том, что адгезивные взаимодействия ФВ со стенками сосудов или другими компонентами крови в основном следует ожидать в эритроцитах-ФЛ.

    Рисунок 5

    Расширение VWF в поперечном сечении канала.{\ast}\приблизительно 29,7\) (\(\bar{\dot{\gamma}}\приблизительно 31\) s −1 ).

    Адгезия ФВ

    Как уже упоминалось, маргинация и растяжение ФВ являются двумя необходимыми предварительными условиями для адгезии, так что их свертка характеризует возможность адгезии ФВ. Несмотря на то, что мы не изучаем адгезию ФВ непосредственно в моделировании, мы провели анализ данных таким образом, что можем оценить вероятность потенциальной адгезии Ψ для различных условий.Эта оценка основана на двух условиях: (i) мономер в цепи VWF должен находиться достаточно близко к стенке канала, чтобы иметь возможность прилипать, и (ii) этот мономер должен быть активным для прилипания. Второе условие имитирует развертывание фактора Виллебранда в потоке, так что скрытые участки адгезии обнажаются и становится возможной адгезия фактора Виллебранда 1,20 .{i}\) — количество активных шариков VWF в пристеночном слой \({\delta }_{{\rm{adhes}}}\) в момент времени i , \({N}_{time}\) — общее количество учитываемых моментов времени, и \({N}_{tot}\) — общее количество шариков VWF в области моделирования.

    На рисунке 6 сравниваются диаграммы вероятностей потенциальной адгезии ФВ и отталкивающего полимера. В обоих случаях низкая адгезия H т чрезвычайно ограничен независимо от скорости сдвига из-за плохой маргинальности, так что полимеры остаются достаточно далеко от стенки и не могут прилипать. Однако, если H т становится достаточно высоким (\({H}_{t} > 0.4\) в 2D, что соответствует \({H}_{t} > 0,2\) в 3D), адгезия становится возможной, поскольку полимеры хорошо маргинируют. В этом H т , VWF может приклеиваться, в основном, при достаточно больших скоростях сдвига, поскольку при низких скоростях сдвига VWF не растягивается настолько, чтобы обнажить свои адгезивные участки.{\ast}\).Вероятность потенциальной адгезии рассчитывается на основе двух условий: (i) цепной мономер должен находиться достаточно близко к стенке канала (\({\delta}_{{\rm{adhes}}} < 1\,{\ rm{\mu }}{\rm{m}}\)) и (ii) этот мономер должен быть активирован для прилипания, которое характеризуется степенью локального растяжения полимерной цепи (подробности см. в Методах ). Таким образом, Ψ — вероятность адгезии, определяемая как средняя доля шариков активного полимера в непосредственной близости от стенок. Как VWF, так и отталкивающий полимер состоят из 26 шариков, соответствующих длине контура L VWF  = 15 мкм.{\ast}\), для которых было выполнено моделирование. Цветовой код варьируется от синего (низкая вероятность) до красного (высокая вероятность) и получается путем интерполяции.

    Наше моделирование показывает, что VWF или отталкивающие полимеры могут растягиваться внутри RBC-FL и образовывать контакт со стенкой, в то время как недавние исследования 49,50 предполагают, что для прилипания VWF должен оставаться в компактной форме, поскольку в в растянутом состоянии он будет немедленно оттолкнут от стены подъемной силой 47 .Предлагаемый механизм адгезии заключается в первом присоединении к стенке одного мономера с последующим удлинением VWF. Основное различие между этими исследованиями 49,50 и нашим моделированием заключается в том, что предыдущие исследования проводились для простого сдвигового течения без эритроцитов. Однако на ситуацию с кровотоком сильно влияет наличие эритроцитов. В кровотоке VWF граничит и остается квазизахваченным в RBC-FL между стенкой и оттекающими RBC. Таким образом, даже в частично растянутой конфигурации VWF не сразу демаргинируется из-за взаимодействия с текущими эритроцитами.Затем динамика кувырка частично растянутой ФВ внутри эритроцитной ФЛ облегчает контакт со стенкой. Несмотря на то, что механизм адгезии, предложенный в ссылках 49, 50 , по-прежнему возможен в кровотоке, наши симуляции показывают, что другой механизм, описанный выше, доминирует в кровотоке.

    Чтобы непосредственно изучить адгезию ФВ, мы провели серию микрожидкостных экспериментов, результаты которых представлены на рис. 7. Адгезию ФВ количественно определяют путем измерения во времени интенсивности \({{\rm{I}}}_{x, \mathrm{particle}}\) флуоресцентных пятен на дне канала в пределах зоны наблюдения, где вычтена интенсивность изотропного фона, связанная с окаймлением ФВ, см.{\ast}\), которую можно интерпретировать как скорость адгезии молекулы ФВ, если ее умножить на скорость образования связи между мономером ФВ и поверхностью. Таким образом, вероятность потенциальной адгезии должна быть пропорциональна скорости адгезии молекулы ФВ и качественно характеризует степень накопления прилипших флуоресцентных пятен ФВ, отслеживаемых во времени в экспериментах.

    Рисунок 7

    Адгезия VWF в экспериментах. ( a ) Адгезия фактора Виллебранда отслеживается с течением времени и представлена ​​интенсивностью и площадью прилипших пятен фактора Виллебранда на дне канала, как показано на двух последовательных изображениях эксперимента для H т  = 0.{\ast}\) для N  = 26 ( L VWF  = 15 мкм). Он характеризует вероятность адгезии, которая связана с наклоном кривых адгезии ФВ в опытах на коротких временах до достижения насыщения адгезии. ( c ) Адгезия фактора Виллебранда к коллагену в микрожидкостных каналах при различных скоростях сдвига стенки и гематокрите ( H т  = 0.1, Х т  = 0,3, Н т  = 0,5). Адгезию VWF контролируют с течением времени. Планки погрешностей на графиках показывают отклонение отслеживаемых данных из четырех независимых экспериментов.

    Экспериментальные результаты адгезии фактора Виллебранда, представленные на рис. 7(c), демонстрируют три основных поведения в течение короткого времени (\(\lesssim 10\) мин после перфузии средой, богатой фактором Виллебранда): отсутствие адгезии, слабая адгезия и сильная адгезия.При более длительном времени (\(\gtrsim 10\) мин) уровни адгезии достигают насыщения и больше не указывают на вероятность адгезии.

    Для низкого гематокрита, H т  = 0,1, адгезия ФВ остается отсутствующей, независимо от приложенных скоростей сдвига, из-за слабой окантовки ФВ (рис. 2). Фактически, две самые высокие скорости сдвига на рис. 7(c) должны быть достаточно большими для достижения удлинения VWF, необходимого для адгезии, но цепи VWF оттекают слишком далеко от стенки, чтобы связываться.Для умеренного гематокрита H т  = 0,3, адгезия VWF демонстрирует ярко выраженную зависимость от скорости сдвига. Здесь объемная доля эритроцитов достаточно велика для выраженной маргинации, и поэтому становится возможной адгезия фактора Виллебранда, когда цепи фактора Виллебранда способны растягиваться. Для самой низкой скорости сдвига \ ({\ dot {\ gamma}} _ {w} = 100 \) с -1 , в экспериментах не происходит значительной адгезии, хотя результаты на рис. 2 и 3 показывают, что должна быть значительная граница VWF ( H т  = 0.3 в 3D соответствует \({H}_{t}\приблизительно 0,5\) в 2D). Здесь расширение VWF слишком слабое, что полностью согласуется с вероятностью потенциальной адгезии на рис. 7 (b). Напротив, при максимальной скорости сдвига стенки \ ({\ dot {\ gamma}} _ {w} = 1000 \) с -1 , наблюдается существенное увеличение адгезии ФВ из-за повышенной способности ФВ к растяжению. Несмотря на то, что маргинальность уменьшается с увеличением скорости сдвига (см. рис. 2 и 4), растяжение VWF сверхкомпенсирует уменьшенную маргинальность (см.7(б)). Наконец, для высокого гематокрита H т  = 0,5, адгезия VWF выражена и наблюдается большая скорость адгезии (т. е. наклон интенсивности в зависимости от времени), что снова качественно согласуется с вероятностями потенциальной адгезии на рис. 7 (b). Здесь и маргинация, и растяжение имеют значение и способствуют сильной адгезии. Интересно, что даже при низкой скорости сдвига \({\dot{\gamma}}_{w}=100\) с -1 , обнаруживается некоторая умеренная адгезия, что указывает на то, что VWF проявляет некоторое растяжение из-за эффекта удержания, поскольку при H т  = 0.5 толщина RBC-FL сопоставима с размером VWF.

    CX3CR1-зависимая эндотелиальная маргинация модулирует системное развертывание моноцитов Ly6Chigh при воспалении у мышей | Кровь

    Затем мы исследовали поведение этого краевого пула при воспалении. Стимуляция толл-подобных рецепторов с помощью ЛПС имитирует инфицирование патогенами и позволяет изучать механизм мобилизации клеток дозозависимым образом. 5 Ly6C high -Mo быстро высвобождаются из костного мозга в течение 3 часов после внутрибрюшинной инъекции ЛПС (100 нг/кг) (рис. 2А).Через 4 часа количество Ly6C с высоким -Mo, восстановленным в BM, свидетельствует о возвращении мобилизованных клеток из крови. Нейтрофилы следовали тому же профилю мобилизации, что и Ly6C с высоким содержанием -Mo в костном мозге, но количество Ly6C с низким содержанием -Mo в костном мозге почти не зависело от воздействия LPS (рис. 2A). Удивительно, но в течение первого часа количество циркулирующих как Ly6C с высоким -Mo, так и Ly6C с низким -Mo снизилось на 88% (с 6,5 ± 6,1 × 10 4 до 0,74 ± 1.2 × 10 4 ) и 81% (от 6,1 ± 13,6 × 10 4 до 1,1 ± 1,2 × 10 4 ) соответственно (рис. 2В). Моноцитопения через 1 час была специфичной, поскольку нейтрофилы демонстрировали почти зеркальную кинетику мобилизации в крови. Уменьшение краев синусоидов костного мозга также наблюдалось через 1 час для Ly6C с высоким содержанием -Mo (снижение на 57% in vivo клеток CD45 + , с 8,2 ± 7,7 × 10 3 до 3,5 ± 3,4 × 10 3 , P = 0,04) и в меньшей степени для Ly6C с низким -Mo (рис. 2C).Напротив, BM-внутрисосудистые нейтрофилы имели тенденцию к увеличению через 1 час в соответствии с их массивным накоплением в кровотоке (рис. 2C). Количество Ly6C high -Mo, циркулирующего в крови, восстанавливалось через 3 часа после заражения и накапливалось в четыре раза (14,9 ± 14,2 × 10 4 ) через 4 часа в соответствии с высвобождением BM. Циркулирующие Ly6C с низким содержанием -Mo восстанавливались только через 4 часа после заражения, достигая примерно их количества в равновесном состоянии (8,3 ± 20,2 × 10 4 ) (рис. 2B).Число циркулирующих нейтрофилов удваивалось через 1 час и возвращалось к исходному уровню через 3 часа после инъекции ЛПС. К 4 часам маргинальность как внутрисосудистого Ly6C с высоким -Mo, так и Ly6C с низким -Mo восстановилась (рис. 2C), но не увеличилась при моноцитозе и, таким образом, составила только 4,4% ± 3,6% (медиана = 3,3%). ) и 11,3% ± 8,3% (медиана = 8,6%), соответственно, циркулирующих моноцитов периферической крови (данные не показаны), что свидетельствует о предпочтительном высвобождении Ly6C high -Mo в кровоток.Последовательные фазы моноцитопении и моноцитоза наблюдались у мышей WT и Cx3cr1 -/- с небольшим накоплением циркулирующего Ly6C high -Mo у мышей с дефицитом CX3CR1 по сравнению с мышами WT (дополнительная фигура 2A). Как и ожидалось, моноцитоз Ly6C с высоким уровнем был отменен у мышей Ccr2 -/- (дополнительная фигура 2A). Циркулирующий Ly6C с низким восстановлением -Mo через 4 часа после стимуляции LPS не был затронут как у мышей Cx3cr1 -/- , так и у мышей Ccr2 -/- (дополнительный рисунок 2).Прижизненная визуализация черепа BM подтвердила, что маргинальные моноциты ECFP + были очищены от синусоидов у мышей WT и со временем восстановились (рис. 2D; дополнительное видео 3). У мышей Ccr2 -/- не наблюдалось накопления краевых клеток ECFP + в сосудистой сети КМ после инъекции ЛПС (рис. 2D-E; дополнительное видео 3). У мышей с дефицитом CX3CR1 повышенное накопление внутрисосудистых клеток BM по сравнению с мышами WT наблюдалось через 1 час, и еще большее их количество накапливалось позже (рис. 2D-E; дополнительное видео 3).Соотношение ползающих и катящихся клеток быстро увеличивалось после лечения ЛПС у мышей дикого типа (рис. 2F). Средняя скорость сначала снизилась между 60 и 150 минутами после стимуляции LPS из-за быстрого высвобождения самых быстрых клеток и увеличилась выше базового уровня через 150 минут (рис. 2G). Никаких изменений в поведении нескольких моноцитов ECFP + , присутствующих в синусоидах костного мозга мышей Ccr2 -/- , не наблюдалось, за исключением сильного снижения их средней скорости в ранние моменты времени, которое сохранялось с течением времени ( Рисунок 2F-G).У мышей Cx3cr1 -/- изменение соотношения между ползающими и перекатывающимися клетками после стимуляции LPS было отсрочено и снижено по сравнению с мышами дикого типа (рис. 2F). Более того, средняя скорость клеток Cx3cr1 -/- ECFP + была намного выше во все моменты времени по сравнению с мышами дикого типа (рис. 2G). После заражения LPS паренхиматозные клетки ECFP + увеличили свою среднюю скорость и прямолинейность в соответствии с паренхиматозной мобилизацией и высвобождением в сосудистую сеть (дополнительный рисунок 2B; дополнительное видео 4).Это ускорение не наблюдалось в Ccr2 -/- паренхиматозных клетках ECFP + , но сильно увеличивалось в отсутствие CX3CR1 (дополнительная фигура 2B). Наши результаты показали, что CCR2 и CX3CR1 жестко регулируют высвобождение медуллярных моноцитов, контролируя как паренхиматозный выход, так и силу сосудистой окантовки.

    маргинальность – определение и значение

  • И мы чувствуем себя партнерами Соединенных Штатов в этом крупном начинании, что как латиноамериканская страна я смогу оставить бедность, маргинализацию и построить лучшее будущее для наших детей.

    Пресс-конференция президентов Клинтона и Фрея

  • Фидель Кастро говорил о текущей ситуации с преступностью во всем мире, которая связана с бедностью, маргинализацией , голодом, культурой и неравенством в развитии. [абзац опущен] Президент Фидель Кастро пожелал участникам успешного конгресса.

    Кастро открывает Конгресс ООН по предупреждению преступности

  • Будущая репродуктивность устанавливается в очень ранний период и различима под микроскопом по какому-то _ окаймлению _ листочков.

    Журналы путешествий по Ассаму, Бирме, Бутану, Афганистану и соседним странам

  • В конце этого времени имеет место тенденция к локализации, о чем свидетельствует возрастающая плотность и более четкая окантовка , за которой следует общее сокращение и округление опухоли.

    Хирургический опыт в Южной Африке, 1899–1900 гг. В основном представляет собой клиническое исследование характера и последствий травм, вызванных пулями малого калибра

  • In vivo введение гистонов приводило к маргинации нейтрофилов , вакуолизированному эндотелию, внутриальвеолярному кровоизлиянию и тромбозу макро- и микрососудов.

    Naturejobs — Все вакансии

  • In vivo введение гистонов приводило к маргинации нейтрофилов , вакуолизированному эндотелию, внутриальвеолярному кровоизлиянию и тромбозу макро- и микрососудов.

    Naturejobs — Все вакансии

  • Электронно-микроскопическое исследование выявило наличие кариопикноза и маргинации хроматина в некоторых клетках, расширение межклеточного пространства, наличие в цитоплазме апоптотических телец высокой электронной плотности и множества вакуолей различных размеров.

    Новости здравоохранения от Medical News Today

  • В группе

    + UCA при световой микроскопии в цитоплазме и в некоторых клетках обнаруживались обильные вакуоли различного размера, маргинация хроматина и кариопикноз.

    Новости здравоохранения от Medical News Today

  • Наши главные цели — преодоление бедности, маргинализации , безысходности и бесперспективности нашей молодежи, заявил новый президент.

    пропагандистская пресса! свобода сейчас

  • Они настоящие изгои, жертвы откровенной враждебности и маргинализации в трущобах, давших название этой истории: Район 9.

    В МИРЕ КИНО: НОВОСТИ НА 23 ОКТЯБРЯ | Обсуждения и обзоры книжного клуба Открытого общества

  • определение и синонимы слова margin в словаре английский

    MARGINATION — определение и синонимы слова margining в словаре английский

    Файлы cookie Educalingo используются для персонализации рекламы и получения статистики веб-трафика.Мы также делимся информацией об использовании сайта с нашими партнерами в социальных сетях, рекламе и аналитике.

    Скачать приложение
    educalingo

    ПРОИЗНОШЕНИЕ ПОЛЯ

    ГРАММАТИЧЕСКАЯ КАТЕГОРИЯ МАРГИНАЦИИ

    Маргинация является существительным .Существительное — это тип слова, значение которого определяет действительность. Существительные дают названия всем вещам: людям, предметам, ощущениям, чувствам и т. д.

    ЧТО ЗНАЧИТ MARGINATION НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ?

    Маргинальное обозначение

    Маргинальное обозначение может относиться к: ▪ признаку экстравазации лейкоцитов ▪ краевой раковине, виду морской улитки, обитающему в Андаманском море ▪ маргинальной девице, виду рыбы, обитающему в западной части Индийского океана ▪ краевому черепаху вид черепах, обитающий в Греции, Италии и на Балканах…
    Значение слова margination в словаре английского языка

    Определение маржи в словаре — это предоставление маржи или маржи.

    СЛОВ, РИФМУЮЩИХСЯ С МАРГИНАЦИЕЙ


    kəʊˌɔːdɪˈneɪʃən

    Синонимы и антонимы слова margination в английском словаре синонимов

    Перевод слова «margination» на 25 языков

    ПЕРЕВОД ПОЛЯ

    Узнайте перевод margination на 25 языков с помощью нашего многоязычного переводчика английского языка. переводов маркировки с английского на другие языки, представленные в этом разделе, были получены с помощью автоматического статистического перевода; где основной единицей перевода является слово «margination» на английском языке.
    Переводчик английский —
    китайский номер

    1 325 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    испанский маргинасион

    570 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    хинди маржа

    380 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    арабский Номер

    280 миллионов говорящих

    Переводчик Английский —
    Русский маржа

    278 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    португальский маргинасао

    270 миллионов говорящих

    Переводчик английского языка —
    Бенгальский маржа

    260 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    французский маржа

    220 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    малайский Перундинган

    190 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    немецкий Маржа

    180 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    японский номер

    130 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    корейский 주변부의

    85 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    яванский Маржа

    85 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    вьетнамский маржа

    80 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    тамильский

    75 миллионов говорящих

    Переводчик английского языка —
    маратхи Номер

    75 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    турецкий марджинасёну

    70 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    итальянский маргинационе

    65 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    польский маржа

    50 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    украинский маржа

    40 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    румынский окраина

    30 миллионов говорящих

    Переводчик английский —
    греческий περιθωριοποίησης

    15 миллионов динамиков

    Переводчик английский —
    Африкаанс маржа

    14 миллионов динамиков

    Переводчик английский —
    шведский маржа

    10 миллионов динамиков

    Переводчик английский —
    норвежский маржа

    5 миллионов динамиков

    Тенденции использования маркировки

    ТЕНДЕНЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМИНА «MARGINATION»

    Термин «маргинация» обычно используется мало и занимает 143.212 позиция в нашем списке наиболее часто используемых терминов в словаре английского языка. На показанной выше карте показана частотность использования термина «маргинация» в разных странах. Тенденции основных поисковых запросов и примеры использования слова маркировка Список основных поисковых запросов, которые пользователи ввели для доступа к нашему онлайн-словарю английского языка, а также наиболее часто используемые выражения со словом «margin».

    ЧАСТОТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕРМИНА «MARGINATION» СО ВРЕМЕНЕМ

    На графике показано годовое изменение частотности использования слова «margination» за последние 500 лет. Его реализация основана на анализе частоты появления термина «margination» в оцифрованных печатных источниках на английском языке в период с 1500 года по настоящее время.

    Примеры использования в англоязычной литературе, цитаты и новости о маргинации

    10 КНИГ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К

    «МАРГИНАЦИЯ»

    Поиск случаев использования слова , маржа в следующих библиографических источниках.Книги, относящиеся к слову margination , и краткие выдержки из этих книг для получения представления о контексте использования этого слова в литературе на английский языке.

    1

    Концепции нехирургической пародонтальной терапии

    Реставрация имеет другие исправимые дефекты и после исправления годна к эксплуатации Не все модальности применимы из-за расположения во рту или рядом стоящего зуба Обработать bv маргинализацию или замену в зависимости от заявленного конечного результата, …

    2

    Принципы медицинской физиологии

    Маргинация Когда нейтрофил, протекающий внутри капилляра, приближается к участку воспаление, оно становится маргинальным, т.е.д., притягивается к капилляру эндотелия и начинает катиться по его поверхности (рис. 29.2). Поля обычно происходит в …

    3

    ПСИХОЛОГИЯ ОБУЧЕНИЯ И ДВИЖЕНИЯ V23 CTH

    Известным решением этой проблемы является уменьшение количества компонентов X путем суммирования, чтобы получить значимые размеры выборки. Этот процесс известен как маргинация [см. Good (1963) об обобщенной маргинализации ].

    Роберт Д. Хокинс, Гордон Х. Бауэр, 1989

    4

    Легочный эндотелий: функция в норме и при патологии

    ЛИПКИЙ. СПОРЫ: ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ. ПОЛЯ . ИЗ. ЛЕЙКОЦИТЫ . В. ЛЕГКИЕ. АРТЕРИОЛЫ. И. ВЕНУЛЫ,. И. КЛЕЙ. ПОЛЯ . В. АЛЬВЕОЛЯРНЫЙ. КАПИЛЛЯРЫ. Благодаря тому, что поверхность площадь …

    Норберт Воелкель, Шарон Раундс, 2009

    5

    Физиология и патофизиология адгезии лейкоцитов

    6.Лейкоцит. Поля . и. Деформация. в. Посткапиллярный. Венулы. ГЕРБЕРТ Х. ЛИПОВСКИ. . . лейкоциты более плотно прилегают к эндотелия, оставаться в одной и той же точке в течение нескольких минут и тянуться в …

    Д. Нил Грейнджер, Г. В. Шмид-Шенбайн, 1995

    Причины, вызывающие увеличение краев с последующей инвазией тканей; естественно это обычно компенсируется повышенным высвобождением нейтрофилов из пул костного мозга и увеличение производства.2. Истощение пула костного мозга. Следовательно мы …

    7

    Клетки, ткани и болезни: принципы общего…

    Вторая волна Маргинация и диапедез Описанная последовательность выше показано, что эндотелий и лейкоциты могут совместно производить немедленный эпизод , маргинация (в течение секунд) и диапедез (в течение минут).

    Кафедра патологии Медицинской школы Массачусетского университета (почетный) Гвидо Майно Профессор кафедры патологии Медицинской школы Массачусетского университета (почетный) Изабель Джорис Адъюнкт-профессор, 2004

    8

    6-й Всемирный конгресс по биомеханике (WCB 2010), 1–6 августа…

    Эффективность маржи шарика оставалась приблизительно постоянной на уровне ~90% на всех проверенные условия течения. При более низких скоростях потока твердые шарики перемещаются дольше. длина канала, что дает достаточно времени для взаимодействия нескольких ячеек для …

    Джеймс Го Чо Хонг, Чви Тек Лим, 2010

    9

    Влияние сложной геометрии сосудов на нейтрофилы…

    «В здоровом организме воспалительный процесс — обычное явление.

    10

    Основы патофизиологии: концепции измененных состояний здоровья

    2. 3. Активация фактора XII (фактор Хагемана) Белки острой фазы Лихорадка Активация воспаления. Клеточная фаза: Лейкоциты Маргинация , Адгезия и Трансмиграция. Клеточная фаза острого воспаления включает доставку …

    10 НОВОСТЕЙ, ВКЛЮЧАЮЩИХ ТЕРМИН «МАРГИНАЦИЯ»

    Узнайте, о чем говорит национальная и международная пресса и как термин маргинализация используется в контексте следующих новостей.

    Девочка-подросток с хроническим кокцидиомикозом и болью в левом запястье

    … подтвердил ухудшение состояния больного: увеличение размеров сердца, резкая маргинация сосудистых структур в верхних отделах легких, продолжение… «Журнал MD, 15 июня»

    Котто потребуется время, чтобы оценить варианты

    … хочет, чтобы следующий бой, который Мигель выберет между «Канело» и Головкиным, должен быть следующим, нет необходимости в маргинализации , говорит руководитель HBO. «thaboxingvoice, 15 июня»

    Группа Troy собирает 300 000 долларов для запуска бизнес-инкубатора

    Margination , некоммерческая организация в Трое, штат Нью-Йорк, занимающаяся поддержкой владельцев малого бизнеса из экономически депрессивных районов… «Олбани Бизнес Ревю, 15 мая»

    Поворотный момент в физике крови

    Этот процесс сегрегации, называемый маргинацией , создает некоторые преимущества — например, позволяя лейкоцитам быстро покинуть кровеносный сосуд и попасть в … «Phys.Org, 15 мая»

    Пленительные вкусы

    … Чапали: традиционный куриный шашлык из Пешавара и «заяц масале ки маччи»: свежая речная рыба с пряно-зеленой окантовкой .«Вестник Декана, 15 апреля»

    Почему у мужчины двусторонние узелковые уплотнения на груди …

    Низкая плотная граница перикарда отделяет сердце от окружающих легких. Увеличенный вид грудной клетки ЛА (рис. 2) ясно… «HCPLive, 15 апреля»

    Пенья Ньето предлагает план починки «2 мексиканских»

    В дополнение к мерам безопасности Пенья Ньето объявил о стратегии развития южных штатов, направленной на сокращение «бедности, маргинализации , … «Фьюжн, 14 декабря»

    Искусственные тромбоцитоподобные наночастицы объединяют морфологические и …

    «Морфологические и механические факторы влияют на маргинацию естественных тромбоцитов к стенке кровеносного сосуда и только тогда, когда они находятся вблизи … «AZoNano.com, 14 ноября»

    Форма будущего в мимикрии наночастиц тромбоцитов

    «Морфологические и механические факторы влияют на маргинацию естественных тромбоцитов на стенке кровеносного сосуда и только тогда, когда они находятся вблизи … «Нановерк, 14 ноября»

    Troy night out будет состоять из двух грандиозных открытий

    Margination собирает деньги для следующего этапа своего проекта: многофункционального коммерческого здания, которое будет обслуживать малообеспеченных жителей … «Troy Record, 14 сентября»


    ССЫЛКА

    «ОБРАЗОВАНИЕ. Маржа [онлайн].Доступно по адресу . апрель 2022 года».

    .