Дозові ефекти ультрафіолетового та терагерцового лазерного випромінювання на плазматичну мембрану еритроцитів
Анотація
Актуальність. У сучасній медицині активно застосовуються різні технічні засоби та розробки у вигляді інвазивної внутрішньосудинної (ВЛОК) та неінвазивної транскутанної методик опромінення крові, у тому числі, з застосуванням низькоінтенсивного лазерного випромінювання (НІЛВ) різних діапазонів. Незважаючи на позитивні клінічні результати такого впливу, фізико-молекулярні механізми залишаються не до кінця з’ясованими. Ультрафіолетовий (УФ) і терагерцовий (ТГц) діапазони електромагнітного випромінювання відносять до біогенних, тому встановлення їх ефектів на рівні клітин крові дозволить мотивовано рекомендувати їх до використання у медичній та біотехнологічній практиці після розроблення відповідних методик впливу.
Мета роботи — дослідження біогенної активності НІЛВ ультрафіолетового та терагерцового діапазонів на структурно-функціональний стан еритроцитів крові щурів іn vitro.
Матеріали і методи. Методами мікроелектрофорезу, спектрофотометрії та кислотних еритрограм досліджено, відповідно, дзета-потенціал еритроцитів, вміст первинних продуктів перекисного окислення ліпідів (ПОЛ) в еритромасі (кон'югати жирних кислот фосфоліпідів мембран еритроцитів — дієнові (ДК), трієнові (ТК) і тетраєнові (ТЕК), оксодієнові (ОДК)), резистентність еритроцитів до дії кислотного гемолітика після попереднього лазерного опромінення в УФ та ТГц діапазонах. Лазерне опромінення зразків в УФ діапазоні здійснювали імпульсним азотним лазером (λ = 0,337 мкм), опромінення в ТГц діапазоні — безперервним СО2-лазером (λ = 118,8 мкм).
Результати. Вплив НІЛВ УФ та ТГц низької потужності дози опромінення спричинює фізико-хімічні зміни в плазматичній мембрані еритроцитів. Встановлено нелінейне дозозалежне зниження електрокінетичного потенціалу клітинної поверхні та підвищення гемолітичної чутливості еритроцитів на тлі активації процесів перекисного окислення ліпідів в еритроцитарних мембранах.
Висновки. За умов впливу НІЛВ стимулюються процеси вільно-радикального переокислення ліпідів мембран еритроцитів. Виявлена виражена біогенна активність НІЛВ УФ діапазону на рівні мембран еритроцитів. Отримані дані можуть бути використані для розширення спектру застосування НІЛВ УФ діапазону в методиках ВЛОК.
Завантаження
Посилання
Khuda LV, Cheban LM, Khudyi OI. The influence of low-frequency laser emission on phyto- аnd zooplankton productivity properties. Scientific Herald of Chernivtsy University. Biology (Biological Systems). 2020;12(2):196–201. https://doi.org/10.31861/biosystems2020.02.196 (In Ukrainian)
Luo GY, Sun L, Wei EX, Tan X, Liu TC. The effects of low-intensity He-Ne laser irradiation on erythrocyte metabolism. Lasers Med Sci. 2015;30(9):2313–8. https://doi.org/10.1007/s10103-015-1806-6
Oliveira MC, Krueger GF, Sganzerla JT, Gassen HT, Hernández PAG, Allgayer MDC, et al. Effect of radiotherapy and low-level laser therapy on circulating blood cells of rats. J Lasers Med Sci. 2021;12:е45. https://doi.org/10.34172/jlms.2021.45
Gorenskaya OV, Shckorbatov YuG, Filiponenko NS. Mutations rate in different lines of drosophila melanogaster after the treatment with caffeine and he-ne laser radiation. Photobiol Photomed. 2018;24:41–5. https://doi.org/10.26565/2076-0612-2018-24-05 (In Ukrainian)
Erthal V, da Silva MD, Cidral-Filho FJ, Santos AR, Nohama P. ST36 laser acupuncture reduces pain-related behavior in rats: involvement of the opioidergic and serotonergic systems. Lasers Med. Sci. 2013;28(5):1345–51. https://doi.org/10.1007/s10103-012-1260-7
Albertini R, Villaverde AB, Aimbire F, Salgado MAC, Bjordal JM, Alves LP, Munin E, Costa MS. Anti-inflammatory effects of low-level laser therapy (LLLT) with two different red wavelengths (660 nm and 684 nm) in carrageenan-induced rat paw edema. J Photochem Photobiol B. 2007;89(1):50–5. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2007.08.005
Vasilyeva-Linetska LYa. Low-level laser therapy in rehabilitation of patients with ischemic heart disease: review of evidence-based studies. Photobiol Photomed. 2019;28:39–53. https://doi.org/10.26565/2076-0612-2019-28-05 (In Ukrainian)
Huang YC, Tran N, Shumaker PR, Kelly K, Ross EV, Nelson JS, Choi B. Blood flow dynamics after laser therapy of port wine stain birthmarks. Lasers Surg Med. 2009;41(8):563–71. https://doi.org/10.1002/lsm.20840
Krasnoselsky N, Simonova L, Zavadskaya T, Pushkar E, Gertman V. Natural and systemic treatment effects of intra-vascular laser therapy in cancer patients. Exp Clin Med. 2019;82(1):87-93. https://doi.org/10.35339/ekm.2019.01.13 (In Ukrainian)
Tomé RF, Silva DF, Dos Santos CA, de Vasconcelos Neves G, Rolim AK, de Castro Gomes DQ. ILIB (intravascular laser irradiation of blood) as an adjuvant therapy in the treatment of patients with chronic systemic diseases – An integrative literature review. Lasers Med Sci. 2020;35(9):1899–907. https://doi.org/10.1007/s10103-020-03100-4
Naeser MA, Saltmarche A, Krengel MH, Hamblin MR, Knight JA. Improved cognitive function after transcranial light-emitting diode treatments in chronic, traumatic brain injury: two case reports. Photomed Laser Surg. 2011;29:351–8. https://doi.org/10.1089/pho.2010.2814
Liebert A, Capon W, Pang V, Vila D, Bicknell B, McLachlan C, Kiat H. Photophysical mechanisms of photobiomodulation therapy as precision medicine. Biomedicines. 2023;11(2):237–68. https://doi.org/10.3390/biomedicines11020237
Kazemikhoo N, Sarafnejad AF, Ansari F, Mehdipour P. Modifying effect of intravenous laser therapy on the protein expres sion of arginase and epidermal growth factor receptor in type 2 diabetic patients. Lasers Med. Sci. 2016;31(8):1537–45. https://doi.org/10.1007/s10103-016-2012-x
Pasternak K, Nowacka O, Wro´bel D, Pieszyn´ski І, Bryszewska М, Kujawa J. Influence of MLS laser radiation on erythrocyte membrane fluidity and secondary structure of human serum albumin. Mol Cell Biochem. 2014;388:261–7. https://doi.org/10.1007/s11010-013-1917-y
Gupta A, Avci P, Dai T, Huang YY, Hamblin MR. Ultraviolet radiation in wound care: sterilization and stimulation. Adv Wound Care (New Rochelle). 2013;2(8):422–37. https://doi.org/10.1089/wound.2012.0366
Le Duff F, Fontas E, Giacchero D, Sillard L, Lacour JP, Ortonne JP, et al. 308-nm excimer lamp vs. 308-nm excimer laser for treating vitiligo: a randomized study. Br J Dermatol. 2010;163:188–92. https://doi.org/10.1111/j.1365-2133.2010.09778.x
Hintzsche H, Stopper H. Effects of terahertz radiation on biological systems. Crit Rev Environ Sci Technol. 2012;42: 2408–34. https://doi.org/10.1080/10643389.2011.574206
Wang Y,∙Xiong Y, Chen M, Liu F, He H, Ma Q, Gao P, Xiang G, Zhang L. The biological effects of terahertz wave radiation-induced injury on neural stem cells. iScience. 2023;26(10):107418. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107418
Gezimati M, Singh G. Advances in terahertz technology for cancer detection applications. Opt Quantum Electron. 2023;55(2):151. https://doi.org/10.1007/s11082-022-04340-0
Wang L. Terahertz imaging for breast cancer detection. Sensors (Basel). 2021;21(19):6465. https://doi.org/10.3390/s21196465
Fitzgerald AJ, Berry E, Zinovev NN, Walker GC, Smith MA, Chamberlain JM. Topical Review: An introduction to medical imaging with coherent terahertz frequency radiation. Phys Med Biol. 2002;47(7):R67–84. https://doi.org/10.1088/0031-9155/47/7/201
Musawi Al, Jaafar MS, Al-Gailani MS, Ahmed NM, Suhaimi FM, Bakhsh M. Erythrocyte sedimentation rate of human blood exposed to low-level laser. Lasers Med Sci. 2016;31(6):1195–201. https://doi.org/10.1007/s10103-016-1972-1
Paranich AV, Sichevska LV, Roshal OD. Structural and functional changes in plasma membranes of cells under the influence of laser radiation. Photobiol Photomed. 2000;3(3–4):94–7. (In Ukrainian)
Reznikov OG. General ethical principles of animal experiments. Endokrynologia. 2003;8(1);142–5. Available from: https://endokrynologia.com.ua/index.php/journal/issue/view/59/65 (In Ukrainian)
European convention for the protection of vertebrate animals used for experimental and other scientific purposes. Council of Europe. Strasbourg. 1986. 53 p.
Recknagel RO, Ghoshal AK. Quantitative estimation of peroxidative degeneration of rat liver microsomal and mitochondrial lipids after carbon tetrachloride poisoning. Exp Mol Pathol. 1966;5:413–26. https://doi.org/10.1016/0014-4800(66)90023-2
Yamamoto Y, Niki E, Eguchi J, Kamiya Y, Shimasaki H. Oxidation of biological membranes and its inhibition. Free radical chain oxidation of erythrocyte ghost membranes by oxigen. Biochim Biophys Acta – Biomembr. 1985;819(1):29–36. https://doi.org/10.1016/0005-2736(85)90192-0
Levine S, Levine M, Sharp KA, Brooks DE. Тheory of the electrokinetic behavior of Human erythrocytes. Biophys J. 1983;42:127–135. https://doi.org/10.1016/s0006-3495(83)84378-1
Szeremeta M, Petelska AD, Kotyńska J, Pepiński W, Naumowicz M, Figaszewski ZA, et al. Changes in surface charge density of blood cells in fatal accidental hypothermia. J Membrane Biol. 2015;248:1175–80. https://doi.org/10.1007%2Fs00232-015-9838-1
Ilani A, Granoth R. The pH dependence of the hemolytic potency of bile salts. Biochim Biophys Acta – Biomembr. 1990;1027(2):199–204. https://doi.org/10.1016/0005-2736(90)90085-3
Rudenko SV, Nipot EE. Protection by chlorpromazine, albumin and bivalent cations against haemolysis induced by melittin, [Ala-14]melittin and whole bee venom. Biochem J. 1996;317(3):747–54 https://doi.org/10.1042/bj3170747
Glantz SA. Primer of biostatistics. 3rd ed. New York: McGraw Hill; 1992. 440 p.
Dobrzyńska I., Szachowicz-Petelska B., Darewicz B., Figaszewski ZA. Characterization of human bladder cell membrane during cancer transformation. J Membr Biol. 2015;248(2):301–7. https://doi.org/10.1007/s00232-015-9770-4
Petelska AD, Janica JR, Kotyńska J, Łebkowska U, Figaszewski ZA. The effect of contrast medium SonoVue on the electric charge density of blood cells. J Membr Biol. 2012;245(1):15–22. https://doi.org/10.1007/s00232-011-9409-z
Szachowicz-Petelska B, Dobrzyńska I, Figaszewski Z, Sulkowski S. Changes in physico-chemical properties of human large intestine tumour cells membrane. Mol Cell Biochem. 2002;238(1-2):41–7. https://doi.org/10.1023/a:1019946718876
Sichevska LV. The role of the lipid and the protein in radiation defeat of the erythrocyte membranes. Biophys Bull. 1998;1(1):128–32. Available from: https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/2084/1823 (In Russian)
Dobretsov GE, Borschevskaya VA, Petrov VA, Vladimirov YuA. The increase of phospholipid bilayer rigidity after lipid peroxidation. FEBS Lett. 1977;84(1):125–8. https://doi.org/10.1016/0014-5793(77)81071-5
Dobrzyńska I, Szachowicz-Petelska B, Skrzydlewska E, Figaszewski ZA. Changes in electric charge and phospholipids composition in erythrocyte membrane of ethanol--poisoned rats after administration of teas. Acta Pol Pharm. 2004;61(6):483-7.
Adak S, Chowdhury S, Bhattacharyya M. Dynamic and electrokinetic behavior of erythrocyte membrane in diabetes mellitus and diabetic cardiovascular disease. Biochim Biophys Acta – Gen Subj. 2008;1780(2):108-15. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2007.10.013
Stankowski S. Surface charging by large multivalent molecules Extending the standard Gouy-Chapman treatment. Biophys J. 1991;60:341–51. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(91)82059-8
Тokumasu F, Ostera GR, Amaratunga C, Fairhurst RM. Modifications in erythrocyte membrane zeta potential by Plasmodium falciparum infection. Exp Parasitol. 2012;131(2):245–51. https://doi.org/10.1016/j.exppara.2012.03.005
Bordi F, Cametti C, De Luca F, Gili T, Misasi R, Sorice M, et al. Structural alteration of erythrocyte membrane during storage: a combined electrical conductometric and flow-cytometric study. Z Naturforsch C J Biosci. 2001;56(9–10):857–64. https://doi.org/10.1515/znc-2001-9-1030
Karemore M, Avari J. Alteration in zeta potential of erythrocytes in preeclampsia patients. In: Nidhi Sharma, editor. Prediction of Maternal and Fetal Syndrome of Preeclampsia. 2019. https://doi.org/10.5772/intechopen.85952
Doltchinkova V, Lozanova S, Rukova B, Nikolov R, Ivanova E, Roumenin C. Electrokinetic properties of healthy and β-thalassemia erythrocyte membranes under in vitro exposure to static magnetic field. Front Chem. 2023;11:1197210. https://doi.org/10.3389/fchem.2023.1197210
Huang YX, Wu ZJ, Mehrishi J, Huang BT, Chen XY, Zheng XJ, Liu WJ, Luo M. Human red blood cell aging: correlative changes in surface charge and cell properties. J Cell Mol Med. 2011;15(12):2634–42. https://doi.org/10.1111/j.1582-4934.2011.01310.x
Himbert S, Rheinstädter MC. Structural and mechanical properties of the red blood cell’s cytoplasmic membrane seen through the lens of biophysics. Front Physiol. 2022;13:953257. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.953257
Hamada R, Ogawa E, Arai T. Continuous optical monitoring of red blood cells during a photosensitization reaction. Photobiomodul Photomed Laser Surg. 2019;37(2):110–6. https://doi.org/10.1089/photob.2018.4513
Ahlawat S, Kumar N, Uppal A, Kumar Gupta P. Visible raman excitation laser induced power and exposure dependent effects in red blood cells. J Biophotonics. 2017;10(3):415–22. https://doi.org/10.1002/jbio.201500325
Wasik M, Gorska E, Modzelewska M, Nowicki K, Jakubczak B, Demkow U. The influence of low-power helium-neon laser irradiation on function of selected peripheral blood cells. J Physiol Pharmacol. 2007;58;5(2):729–37. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18204188
Sathi A, Viswanad V, Aneesh TP, Kumar BA. Pros and cons of phospholipid asymmetry in erythrocytes. J Pharm Bioallied Sci. 2014;6(2):81–5. https://doi.org/10.4103/0975-7406.129171
D'Alessandro A, Blasi B, D'Amici GM, Marrocco C, Zolla L. Red blood cell subpopulations in freshly drawn blood: application of proteomics and metabolomics to a decades-long biological issue. Blood Transfus. 2013;11:75–87. https://doi.org/10.2450/2012.0164-11
Авторське право (c) 2025 Л. В. Січевська, Т. М. Овсяннікова, І. А. Забєліна, А. О. Коваленко, О. М. Левченко, О. В. Гурін
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
