Продолжение.
Жизненный цикл эритроцитов. Эритроциты образуются в костном мозге в процессе, известном как эритропоэз. Производство эритроцитов включает в себя эритропоэтин, моносахариды, липиды, витамин B12, аминокислоты, фолиевую кислоту и железо. Эритроциты высвобождаются в кровоток после их развития, после чего срок их службы составляет около 120 дней, истекающий из-за механического или структурного повреждения. Затем мертвые эритроциты удаляются из кровотока через селезенку, печень и костный мозг. Мертвые клетки измельчаются в их основные компоненты, известные как гем, состоящий из железа и билирубина, и глобин, состоящий из аминокислот. Аминокислоты и железо повторно используются костным мозгом для процесса эритропоэза, тогда как билирубин выводится через кал и мочу.
Эритроциты имеют дискретную двояковогнутую форму, похожую на диск. Нормальные эритроциты имеют диаметр 7,5-8,0 мкм и высоту ~ 2,0 мкм, однако эритроциты должны адаптировать свою форму для эффективного прохождения через капилляры, так как диаметр капилляров составляет всего ~ 3 микрометра. Эта адаптация предполагает, что эритроциты испытывают значительную пассивную деформацию в течение своей 120-дневной жизни, и для того, чтобы приспособиться к этому, свойства эритроцитов должны быть физически и механически стабильными, чтобы противостоять распаду. Механическими свойствами, которые определяют эту стабильность, являются модули изгиба, модули сдвига, модули расширения площади и времена релаксации.
Эта деформируемость изучается путем использования микрофлюидных каналов в качестве средства моделирования человеческих капилляров. Микрожидкостные каналы состоят из двух широких каналов на каждом краю и кубовидного канала между ними. Широкие каналы обычно имеют ширину 20,0 мкм и высоту 3,0 мкм, а кубоидальный канал имеет ширину 4,0 мкм, высоту 3,0 мкм и длину 30,0 мкм. Эти микрофлюидные каналы заполнены жидкими частицами, содержащими эритроциты, а стенки канала образованы неподвижными частицами DPD. Адаптивные граничные условия для частиц жидкого DPD используются для контроля флуктуаций плотности.
РБК деформация. Отдельный эритроцит подвергается непрерывному и серьезному переходу от своей обычной двояковогнутой формы к эллипсоидальной форме при прохождении через капилляры. Эта деформация включает удлинение в направлении потока (продольная ось) и укорочение в направлении поперечного потока (поперечная ось), когда RBC входит в узкий канал. Как только весь эритроцит находится внутри суженного сосуда, он деформируется дальше, чтобы эффективно проходить через капиллярный сосуд. Три различных клеточных компонента способствуют деформируемости эритроцитов: геометрия клетки, цитоплазматическая вязкость и эластичность мембраны.
Клеточная геометрия. Геометрия ячейки определяет ее отношение площади поверхности ячейки к объему ячейки, которое напрямую связано с деформируемостью этой ячейки. Это говорит о том, что клетки с более высоким отношением площади поверхности к объему могут легче деформироваться. Поскольку эритроциты имеют сравнительно высокое отношение площади поверхности к объему из-за их двояковогнутой формы и энуклеированного характера, это обеспечивает повышенную деформируемость и более легкую передачу через капиллярную сеть.
Цитоплазматическая вязкость представляет собой вязкость внутриклеточной жидкости эритроцитов и показывает, насколько легко может перемещаться жидкость внутри эритроцитов. Это в основном регулируется средней концентрацией корпускулярного гемоглобина (MCHC). Поскольку количество гемоглобина в клетке увеличивается, вязкость внутриклеточной жидкости уменьшается из-за относительно низкой вязкости гемоглобина. Это говорит о том, что вязкость эритроцитов напрямую связана с изменениями объема клеток, так как клетки с большими объемами могут иметь большее количество гемоглобина. Следовательно, клетки с большими объемами имеют более высокую цитоплазматическую вязкость и деформируются с большей трудностью по сравнению с клетками с меньшими объемами.
Мембранные симуляции. Свойства мембраны эритроцитов потенциально могут выявить сложное поведение, которое происходит внутри мембраны при деформации клетки. Моделирование, известное как цитометрия крутящего момента, используется для моделирования реологии мембраны, где могут быть получены желаемые свойства эритроцитов, включая предел текучести клетки, истончение при сдвиге и вязкоупругость. Для проведения теста микрошарик связывают с поверхностью клеточной мембраны, а магнитная скручивающая цитометрия применяет как статические, так и колеблющиеся магнитные поля, вращая микрошарик. Адгезия стенки моделируется путем удержания 15% в неподвижном состоянии на дне липидного бислоя мембраны эритроцитов, а адгезия микрошариков моделируется путем включения нескольких вершин эритроцитов в липидный бислой около дна микрошарика в его жестком движении.
Продолжение следует.
