microcirculationРегионарное кровообращение и микроциркуляцияRegional blood circulation and microcirculation1682-66552712-9756Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1682-6655-2021-20-1-77-83microcirculation-929Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ (ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)ORIGINAL ARTICLES (EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS)Исследование сил парного взаимодействия эритроцитов при их агрегации методом оптического захвата при сахарном диабете 1 и 2 типовAssessment of the forces of pair interaction of erythrocytes during their aggregation by the optical tweezers in Type 1 and Type 2 diabetes mellitusФабричноваА. А.FabrichnovaA. A.

Фабричнова Анастасия Анатольевна – ассистент кафедры терапии Факультета фундаментальной медицины

119991, Москва, Ленинские горы, д. 1

Fabrichnova Anastasia A. – Assistant, Department of Therapy, Faculty of Fundamental Medicine

1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

anastasia.fabrichnova@mail.ruКошелевВ. Б.KoshelevV. B.

Кошелев Владимир Борисович – доктор биологических наук, зав. кафедрой физиологии и общей патологии Факультета фундаментальной медицины

129110, Москва, ул. Щепкина, д. 61/2, корп. 1

Koshelev Vladimir B. – Doctor of Biological Sciences, Head of the Department of Physiology and General Pathology, Faculty of Fundamental Medicine

61/2, Schepkina str., Moscow, 129110

vkoshelev@fbm.msu.ruМисниковаИ. В.MisnikovaI. V.

Мисникова Инна Владимировна – доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник отделения терапевтической эндокринологии, профессор кафедры эндокринологии

129110, Москва, ул. Щепкина, д. 61/2, корп. 1

Misnikova Inna V. – Doctor of Medical Sciences, Leading Researcher of the Department of Therapeutic Endocrinology, Professor of the Department of Endocrinology

61/2, Schepkina str., Moscow, 129110

innamisnikova@mail.ruКовалеваЮ. А.KovalevaY. A.

КовалеваЮлия Александровна – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отделения терапевтической эндокринологии

129110, Москва, ул. Щепкина, д. 61/2, корп. 1

Kovaleva Yulia A. – pHD, Senior Researcher, Department of Therapeutic Endocrinology

61/2, Schepkina str., Moscow, 129110

yulia.kovaleva@mail.ruСеменовА. Н.SemenovA. N.

Семенов Алексей Николаевич – аспирант Физического факультета, московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, Международный лазерный центр

119991, Москва, Ленинские горы, д. 1

Semenov Alexey N. – PhD student, Faculty of Physics, Moscow State University named after M. V. Lomonosov, International Laser Center

1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

semenov@physics.msu.ruЛуговцовА. Е.LugovtsovA. E.

Луговцов Андрей Егорович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Физический факультет, Международный лазерный центр

119991, Москва, Ленинские горы, д. 1

Lugovtsov Andrey E. – PhD in Physics and Mathematics, Researcher, Faculty of Physics

1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

anlug1@gmail.comКадановаИ. М.KadanovaI. M.

Каданова Ирина Михайловна – студент магистратуры

119991, Москва, Ленинские горы, д. 1

Kadanova Irina M. – Master’s student

1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

kadanovairina@mail.ruНезнановА. И.NeznanovA. I.

Незнанов Антон Игоревич – студент магистратуры, Физический факультет

119991, Москва, Ленинские горы, д. 1

Neznanov Anton I. – Master’s student, Faculty of Physics

1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

neznanov.ai@mail.ruПриезжевА. В.PriezzhevA. V.

Приезжев Александр Васильевич – кандидат физико-математических наук, доцент, Физический факультет

119991, Москва, Ленинские горы, д. 1

Priezzhev Alexander V. – Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor, Faculty of Physics

1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

avp2@mail.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова»РоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationГосударственное бюджетное учреждение здравоохранения Московской области «Московский областной научно-исследовательский клинический институт имени М. Ф. Владимирского»РоссияMoscow Regional Research and Clinical Institute («MONIKI»)Russian Federation2021210320212017783Copyright © Фабричнова А.А., Кошелев В.Б., Мисникова И.В., Ковалева Ю.А., Семенов А.Н., Луговцов А.Е., Каданова И.М., Незнанов А.И., Приезжев А.В., 20212021Фабричнова А.А., Кошелев В.Б., Мисникова И.В., Ковалева Ю.А., Семенов А.Н., Луговцов А.Е., Каданова И.М., Незнанов А.И., Приезжев А.В.Fabrichnova A.A., Koshelev V.B., Misnikova I.V., Kovaleva Y.A., Semenov A.N., Lugovtsov A.E., Kadanova I.M., Neznanov A.I., Priezzhev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.microcirc.ru/jour/article/view/929

Цель – измерение и сравнение сил агрегации и дезагрегации отдельных эритроцитов при образовании или развале парного агрегата in vitro в крови больных сахарным диабетом 1 типа (СД1) и сахарным диабетом 2 типа (СД2), используя метод оптического захвата.

Материалы и методы

Материалы и методы. Всего в исследование были включены 50 человек. Из них 10 человек с СД1 (в возрасте 28±15,8 года), 26 человек с СД2 (в возрасте 66±13 лет). Группу контроля составили 14 практически здоровых добровольцев (46±21 год). Измерения сил парного взаимодействия эритроцитов в разбавленной суспензии проводились in vitro методом двухканального оптического захвата. Измерялась сила агрегации эритроцитов FA (пН), сила дезагрегации FD (пН) и вычислялось отношение сил FD/FA.

Результаты

Результаты. Значение сил агрегации эритроцитов значимо не отличалось в группе СД1 от группы контроля. Однако силы дезагрегации в группе СД1 оказались достоверно ниже по сравнению с группой контроля (р<0,05). Отношение сил дезагрегации к силам агрегации было меньше в группе СД1 по сравнению с группой контроля (р<0,005). При СД2 силы агрегации эритроцитов были выше по сравнению с группой контроля (р<0,005). При этом отношения сил дезагрегации к силам агрегации при СД1 и СД2 не отличались.

Заключение

Заключение. Как для СД1, так и СД2 характерна гиперагрегация эритроцитов. Однако, учитывая полученные данные, можно предположить, что механизмы такой гиперагрегации различны. 

Objective

Objective. Measurement and comparison of the aggregation and disaggregation forces of individual erythrocytes during the formation or breakdown of a paired aggregate in vitro in the blood of patients with type 1 diabetes mellitus (T1DM) and type 2 diabetes mellitus (T2DM) using the optical tweezers method. Materials and methods. A total of 50 people were included in the study. Of these, 10 people with T1DM (aged 28±15.8), 26 people with T2DM (aged 66±13). The control group consisted of 14 apparently healthy volunteers (46±21 years old). Measurements of the forces of pair interaction of erythrocytes in a diluted suspension were carried out in vitro by the method of dual-channel optical tweezers. The force of aggregation of erythrocytes FA (pN) and the force of disaggregation FD (pN) were measured and their ratio FD/FA was calculated.

Results

Results. The erythrocyte aggregation forces in the T1DM group did not differ significantly from the control group. However, the forces of disaggregation in the T1DM group were significantly lower than in the control group (p<0,05). The ratio of the forces of disaggregation to the forces of aggregation was lower in the T1DM group compared to the control group (p<0.005). In T2DM group, erythrocyte aggregation forces were higher compared to the control group (p<0.005). At the same time, the ratios of the forces of disaggregation to the forces of aggregation in T1DM group and T2DM group did not differ.

Conclusion

Conclusion. Both T1DM group and T2DM group are characterized by hyperaggregation of erythrocytes. However, given the data obtained, it can be assumed that the mechanisms of such hyperaggregation are different.

агрегация эритроцитовдезагрегация эритроцитовоптический пинцетсахарный диабет 1 типасахарный диабет 2 типаerythrocyte aggregationerythrocyte disaggregationoptical tweezerstype 1 diabetes mellitustype 2 diabetes mellitusРабота выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 19-52-51015This work was carried out with the financial support of the RFBR grant No. 19- 52-51015ReferencesGlobal report on diabetes / World Health Organization. Geneva, 2018.Global report on diabetes / World Health Organization. Geneva, 2018.Соколова И. А. Агрегация эритроцитов // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. – 2010. – № 4. – С. 4–6.Sokolova I. A. Aggregation of erythrocytes. Regional blood circulation and microcirculation. 2010;(4):4–6. (In Russ.).Khokhlova MD, Lyubin EV, Zhdanov AG, Rykova SYu, Krasnova TN, Sokolova IA, Fedyanin AA. Peculiarities of RBC aggregation studied by double trap optical tweezers. Proc. of SPIE. 2010 Apr;7715(0M):1–8. Doi: 10.1117/12.854502Khokhlova MD, Lyubin EV, Zhdanov AG, Rykova SYu, Krasnova TN, Sokolova IA, Fedyanin AA. Peculiarities of RBC aggregation studied by double trap optical tweezers. Proc. of SPIE. 2010 Apr;7715(0M):1–8. Doi: 10.1117/12.854502Соколова И. А., Рыкова С. Ю., Шахназаров А. А. и др. Агрегация эритроцитов: некоторые вопросы и гипотезы // Рос. жур. биомеханики. – 2011. – Т. 15, № 1(51). – С. 7–22.Sokolova IA, Rykova SYu, Shakhnazarov AA, Gafarova ME, Krasnova TN, Khokhlova MD, Lyubin EV, Skryabina MN, Zhdanov AG, Fedyanin AA. Aggregation of erythrocytes: some questions and hypotheses. Russian Journal of Biomechanics. 2011;15(1)51:7–22. (In Russ.).Муравьев А. В. Муравьев А. А. Вне- и внутриклеточные механизмы изменения агрегации эритроцитов // Физиология человека. – 2005. – Т. 31, № 4. – С. 108–112.Muravyov AV, Muravyov AA. Extra- and intracellular mechanisms of erythrocyte aggregation changes. Human Physiology. 2005;31(4):108–112. (In Russ.).Bronkhorst PJ, Grimbergen J, Brakenhoff GJ, Heethaar RM, Sixma JJ. The mechanism of red cell (dis)aggregation investigated by means of direct cell manipulation using multiple optical trapping. Br. J. Haematol. 1997;96(2):256–258.Bronkhorst PJ, Grimbergen J, Brakenhoff GJ, Heethaar RM, Sixma JJ. The mechanism of red cell (dis)aggregation investigated by means of direct cell manipulation using multiple optical trapping. Br. J. Haematol. 1997;96(2):256–258.Le Devehat C, Khodabandehlou T, Vimeux M. Impaired hemorheological properties in diabetic patients with lower limb arterial ischaemia. Clin Hemorheol. 2001;25(2):43–48.Le Devehat C, Khodabandehlou T, Vimeux M. Impaired hemorheological properties in diabetic patients with lower limb arterial ischaemia. Clin Hemorheol. 2001;25(2):43–48.Barrett-Connor E, Giardina E, Gitt A, Gudat U, Steinberg H, Tschoepe D. Women and heart disease: the role of diabetes and hyperglycemia. Arch Intern Med. 2004;164(9):934– 942. Doi: 10.1001/archinte.164.9.934Barrett-Connor E, Giardina E, Gitt A, Gudat U, Steinberg H, Tschoepe D. Women and heart disease: the role of diabetes and hyperglycemia. Arch Intern Med. 2004;164(9):934– 942. Doi: 10.1001/archinte.164.9.934Babu N, Singh M. Influence of hyperglycemia on aggregation, deformability and shape parameters of erythrocytes. Clin Hemorheol Microcirc. 2004;31(4):273–280.Babu N, Singh M. Influence of hyperglycemia on aggregation, deformability and shape parameters of erythrocytes. Clin Hemorheol Microcirc. 2004;31(4):273–280.Szablewski L, Sulima A. The structural and functional changes of blood cells and molecular components in diabetes mellitus. Biol Chem. 2017;398(4):411–423. Doi: 10.1515/hsz-2016-0196.Szablewski L, Sulima A. The structural and functional changes of blood cells and molecular components in diabetes mellitus. Biol Chem. 2017;398(4):411–423. Doi: 10.1515/hsz-2016-0196.Budak Y, Demirci H, Akdogan MYavuz D. Erythrocyte membrane anionic charge in type 2 diabetic patients with retinopathy. BMC Ophthalmology. 2004;(4):14. Doi: 10.1186/1471-2415-4-14.Budak Y, Demirci H, Akdogan MYavuz D. Erythrocyte membrane anionic charge in type 2 diabetic patients with retinopathy. BMC Ophthalmology. 2004;(4):14. Doi: 10.1186/1471-2415-4-14.Le Dévéhat C, Vimeux M, Khodabandehlou T. Blood rheology in patients with diabetes mellitus. Clin Hemorheol Microcir. 2004;(30):297.Le Dévéhat C, Vimeux M, Khodabandehlou T. Blood rheology in patients with diabetes mellitus. Clin Hemorheol Microcir. 2004;(30):297.Young ICh, Mooney MP, Daniel JCh. Hemorheological disoders in Diabetes Mellitus. Journal of Diabetes Science and Technology. 2006;2(6):24–28 Doi: 10.1177/193229680800200622.Young ICh, Mooney MP, Daniel JCh. Hemorheological disoders in Diabetes Mellitus. Journal of Diabetes Science and Technology. 2006;2(6):24–28 Doi: 10.1177/193229680800200622.Torregiani F, Umansky-Zeverin M, Riqueline B, Rasia R. Hemorheological alterations in diabetic patients. Clin Hemorheol. 1995;(15):687. Doi: 10.1530/endoabs.37.EP442Torregiani F, Umansky-Zeverin M, Riqueline B, Rasia R. Hemorheological alterations in diabetic patients. Clin Hemorheol. 1995;(15):687. Doi: 10.1530/endoabs.37.EP442Singh M, Shin S. Changes in erythrocyte aggregation and deformability in diabetes mellitus: A brief review. Indian Journal of Experimental Biology. 2009;47(1):7–15.Singh M, Shin S. Changes in erythrocyte aggregation and deformability in diabetes mellitus: A brief review. Indian Journal of Experimental Biology. 2009;47(1):7–15.Agrawal R, Smart T, Nobre-Cardoso J, Richards Ch, Bhatnagar Rh, Tufail A, Shima D, Jones PhI, Pavesio C. Assessment of red blood cell deformability in type 2 diabetes mellitus and diabetic retinopathy by dual optical tweezers stretching technique. Sci. Rep. 2016 Mar15;(6):15873. Doi: 10.1038/srep15873.Agrawal R, Smart T, Nobre-Cardoso J, Richards Ch, Bhatnagar Rh, Tufail A, Shima D, Jones PhI, Pavesio C. Assessment of red blood cell deformability in type 2 diabetes mellitus and diabetic retinopathy by dual optical tweezers stretching technique. Sci. Rep. 2016 Mar15;(6):15873. Doi: 10.1038/srep15873.Семенов А. Н., Луговцов А. Е., Ли К. и др. Использование методов диффузного рассеяния света и оптического захвата для исследования реологических свойств крови: агрегация эритроцитов при сахарном диабете // Изв. Сарат. ун-та. Сер.: Физика. – 2017. – Т. 17, № 2. – C. 85–97.Semenov AN, Lugovtsov AE, Li K, Fabrichnova AA, Priezzhev AV. Applying Methods of Diffuse Light Scattering and Optical Trapping for Assessing Blood Rheological Parameters: Erythrocytes Aggregation in Diabetes Mellitus. Izv. Sarat. un. New ser. Ser. Physics 2017;17(2):85–97. (In Russ.).Масляницына А. И., Каданова И. М., Незнанов А. И. и др. Микрореологические свойства крови и капиллярный кровоток при артериальной гипертензии и сахарном диабете второго типа: исследование оптическими методами in vitro и in vivo // Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболев. – 2020. – Т. 9, № 2. – C. 53–63. Doi: 10.17802/2306-1278-2020-9-2-53-63.Maslyanitsyna AI, Kadanova IM, Neznanov AI, Ermolinsky PB, Gurfinkel YuI, Pigurenko AA, Dyachuk LI, Lugovtsov AE, Priezzhev AV. Microrheological properties of blood and capillary blood flow in arterial hypertension and type 2 diabetes mellitus: study by optical methods in vitro and in vivo. Complex problems of cardiovascular diseases. 2020;9(2):53–63. (In Russ.). Doi: 10.17802/2306-1278-2020-9-2-53-63.Lee K, Kinnunen M, Khokhlova MD, Lyubin EV, Priezzhev AV, Meglinski I, Fedyanin AA. Optical tweezers study of red blood cell aggregation and disaggregation in plasma and protein solutions. J. Biomed. Opt., 2016;21(3):035001. Doi: 10.1117/1.JBO.21.3.035001.Lee K, Kinnunen M, Khokhlova MD, Lyubin EV, Priezzhev AV, Meglinski I, Fedyanin AA. Optical tweezers study of red blood cell aggregation and disaggregation in plasma and protein solutions. J. Biomed. Opt., 2016;21(3):035001. Doi: 10.1117/1.JBO.21.3.035001.Fernandes PH, Fontes A, Thomaz A, Castro V, Cesar CL, and Barjas-Castro ML. Measuring red blood cell aggregation forces using double optical tweezers. Scand J Clin Lab Invest. 2013;73(3):262–264. Doi: 10.3109/00365513.2013.765961.Fernandes PH, Fontes A, Thomaz A, Castro V, Cesar CL, and Barjas-Castro ML. Measuring red blood cell aggregation forces using double optical tweezers. Scand J Clin Lab Invest. 2013;73(3):262–264. Doi: 10.3109/00365513.2013.765961.Brun JF, Varlet-Marie E, Raynaud de Mauverger E. Relationships between insulin sensitivity measured with the oral minimal model and blood rheology. Clin Hemorheol Microcirc. 2012;51(1):29–34. Doi: 10.3233/CH-2011-1426.Brun JF, Varlet-Marie E, Raynaud de Mauverger E. Relationships between insulin sensitivity measured with the oral minimal model and blood rheology. Clin Hemorheol Microcirc. 2012;51(1):29–34. Doi: 10.3233/CH-2011-1426.Toker S, Rogowski O, Melamed S, Shirom A, Shapira I, Berliner S, Zeltser D. Association of components of the metabolic syndrome with the appearance of aggregated red blood cells in the peripheral blood. An unfavorable hemorheological finding. Diabetes Metab Res Rev. 2005 Mar-Apr; 21(2):197– 202. Doi: 10.1002/dmrr.502.Toker S, Rogowski O, Melamed S, Shirom A, Shapira I, Berliner S, Zeltser D. Association of components of the metabolic syndrome with the appearance of aggregated red blood cells in the peripheral blood. An unfavorable hemorheological finding. Diabetes Metab Res Rev. 2005 Mar-Apr; 21(2):197– 202. Doi: 10.1002/dmrr.502.Gyawali P, Richards RS, Hughes DL, Tinley P. Erythrocyte aggregation and metabolic syndrome. Clin Hemorheol Microcirc. 2014;57(1):73–83. Doi: 10.3233/CH-131792.Gyawali P, Richards RS, Hughes DL, Tinley P. Erythrocyte aggregation and metabolic syndrome. Clin Hemorheol Microcirc. 2014;57(1):73–83. Doi: 10.3233/CH-131792.Schechner V, Shapira I, Berliner S, Comaneshter D, Hershcovici T, Orlin J, Zeltser D, Rozenblat M, Lachmi K, Hirsch M, Beigel Y. Significant dominance of fibrinogen over immunoglobulins, C-reactive protein, cholesterol and triglycerides in maintaining increased red blood cell adhesiveness/aggregation in the peripheral venous blood: a model in hypercholesterolaemic patients. Eur J Clin Invest. 2003Nov;33(11):955– 961. Doi: 10.1046/j.1365-2362.2003.01260.x.Schechner V, Shapira I, Berliner S, Comaneshter D, Hershcovici T, Orlin J, Zeltser D, Rozenblat M, Lachmi K, Hirsch M, Beigel Y. Significant dominance of fibrinogen over immunoglobulins, C-reactive protein, cholesterol and triglycerides in maintaining increased red blood cell adhesiveness/aggregation in the peripheral venous blood: a model in hypercholesterolaemic patients. Eur J Clin Invest. 2003Nov;33(11):955– 961. Doi: 10.1046/j.1365-2362.2003.01260.x.Torregiani F, Umansky-Zeveri M, Riqueline B, Rasia R. Hemorheological alterations in diabetic patients. Clin. Hemorheol. 1995;(15):687–690.Torregiani F, Umansky-Zeveri M, Riqueline B, Rasia R. Hemorheological alterations in diabetic patients. Clin. Hemorheol. 1995;(15):687–690.Coppola L, Verrazzo G, La Marca C, Ziccardi P, Grassia A, Tirelli A, Giugliano D. Effect of insulin on blood rheology in non-diabetic subjects and in patients with Type 2 diabetes mellitus. Diabet Med. 1997;14(11):959–963. Doi: 10.1002/(SICI)1096-9136(199711)14:113.0.CO;2-U .Coppola L, Verrazzo G, La Marca C, Ziccardi P, Grassia A, Tirelli A, Giugliano D. Effect of insulin on blood rheology in non-diabetic subjects and in patients with Type 2 diabetes mellitus. Diabet Med. 1997;14(11):959–963. Doi: 10.1002/(SICI)1096-9136(199711)14:113.0.CO;2-U .Mantskava M, Pargalava N, Mchedlishvili G. Direct beneficial effect of insulin on blood rheological disorders in the microcirculation. Clin Hemorheol Microcirc. 2004;30(3–4):431–433.Mantskava M, Pargalava N, Mchedlishvili G. Direct beneficial effect of insulin on blood rheological disorders in the microcirculation. Clin Hemorheol Microcirc. 2004;30(3–4):431–433.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.