Равновесная конфигурация мягкой оболочки, сохраняющей площадь поверхности, в приложении к биомеханике эритроцита
Опубликовано: 20.10.2025
Авторы: Сорокин Ф.Д., Банин Е.П., Ганеева А.Р.
Опубликовано в выпуске: #11(167)/2025
Раздел: Механика | Рубрика: Биомеханика и биоинженерия
Рассмотрена мягкая оболочка, которая сохраняет площадь поверхности в случае нагружения ее внутренним давлением и всегда принимает форму сферы независимо от начальной конфигурации. Именно поэтому эритроциты под действием осмотического давления выглядят на снимках как сферы, а не как эллипсоиды. Однако если кроме внутреннего давления к мягкой оболочке, сохраняющей площадь поверхности, приложить еще и осевую силу, то конфигурации такой оболочки становятся гораздо более разнообразными. Приложить осевую силу к эритроциту можно оптическими пинцетами или двумя пипетками, а также сдавив его плоскими пластинами. Представлено исследование конфигурации таких оболочек при разных сочетаниях давления и осевой силы.
EDN GGPDIR
Литература
[1] Barshtein G., Ben-Ami R., Yedgar S. Role of red blood cell flow behavior in hemodynamics and hemostasis. Expert Review of Cardiovascular Therapy, Informa UK Limited, 2007, vol. 5, no. 4, pp. 743–752.
[2] Yedgar S., Koshkaryev A., Barshtein G. The red blood cell in vascular occlusion. Pathophysiol Haemos Thromb, S. Karger AG, 2002, vol. 32, no. 5–6, pp. 263–268.
[3] Barshtein G., Arbell D., Yedgar S. Hemodynamic functionality of transfused red blood cells in the microcirculation of blood recipients. Front. Physiol. Frontiers Media SA, 2018, vol. 9. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00041
[4] Parthasarathi K., Lipowsky H.H. Capillary recruitment in response to tissue hypoxia and its dependence on red blood cell deformability. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, American Physiological Society, 1999, vol. 277, no. 6, pp. H2145–H2157.
[5] Sakr Y. et al. Microvascular response to red blood cell transfusion in patients with severe sepsis. Critical Care Medicine. Ovid Technologies (Wolters Kluwer Health), 2007, vol. 35, no. 7, pp. 1639–1644.
[6] Matot I. et al. Resuscitation With Aged Blood Exacerbates Liver Injury in a Hemorrhagic Rat Model. Critical Care Medicine. Ovid Technologies (Wolters Kluwer Health), 2013, vol. 41, no. 3, pp. 842–849.
[7] Mchedlishvili G. Disturbed blood flow structuring as critical factor of hemorheological disorders in microcirculation. Clin Hemorheol Microcirc, 1998, vol. 19, no. 4, pp. 315–325.
[8] Huang S. et al. In vivo splenic clearance correlates with in vitro deformability of red blood cells from Plasmodium yoelii-infected mice. Infect Immun., 2014, vol. 82, no. 6, pp. 2532–2541.
[9] Warkentin T.E. et al. Recurrent acute splenic sequestration crisis due to interacting genetic defects: hemoglobin SC disease and hereditary spherocytosis. Blood, 1990, vol. 75, no. 1, pp. 266–270.
[10] Mohandas N., Chasis J.A. Red blood cell deformability, membrane material properties and shape: regulation by transmembrane, skeletal and cytosolic proteins and lipids. Semin Hematol., 1993, vol. 30, no. 3, pp. 171–192.
[11] An X., Mohandas N. Disorders of red cell membrane. Br J Haematol., 2008, vol. 141, no. 3, pp. 367–375.
[12] Jahandardoost M., Fradet G., Mohammadi H. Hemodynamic study of the elliptic St. Jude Medical valve: A computational study. Proc Inst Mech Eng H, 2016, vol. 230, no. 2, pp. 85–96.
[13] Mouritsen O.G. Life as a matter of fat: the emerging science of lipidomics. Berlin, Springer, 2005.
[14] Biomechanics of Human Blood. Biomechanics. IntechOpen, 2019.
[15] Maciaszek J.L., Lykotrafitis G. Sickle cell trait human erythrocytes are significantly stiffer than normal. Journal of Biomechanics. Elsevier BV, 2011, vol. 44, no. 4, pp. 657–661.
[16] Evans E., La Celle P. Intrinsic material properties of the erythrocyte membrane indicated by mechanical analysis of deformation. Blood, American Society of Hematology, 1975, vol. 45, no. 1, pp. 29–43.
[17] Waugh R., Evans E.A. Thermoelasticity of red blood cell membrane. Biophysical Journal, 1979, vol. 26, no. 1, pp. 115–131.
[18] Puig-de-Morales-Marinkovic M. et al. Viscoelasticity of the human red blood cell. American Journal of Physiology-Cell Physiology. American Physiological Society, 2007, vol. 293, no. 2, pp. C597–C605.
[19] Hénon S. et al. A New Determination of the Shear Modulus of the Human Erythrocyte Membrane Using Optical Tweezers. Biophysical Journal, 1999, vol. 76, no. 2, pp. 1145–1151.
[20] Dao M., Lim C.T., Suresh S. Mechanics of the human red blood cell deformed by optical tweezers. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 2003, vol. 51, no. 11–12, pp. 2259–2280.
[21] Park Y. et al. Metabolic remodeling of the human red blood cell membrane. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010, vol. 107, no. 4, pp. 1289–1294.
[22] Betz T. et al. ATP-dependent mechanics of red blood cells. In: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009, vol. 106, no. 36, pp. 15320–15325.
[23] Evans E.A. New Membrane Concept Applied to the Analysis of Fluid Shear- and Micropipette-Deformed Red Blood Cells. Biophysical Journal, 1973, vol. 13, no. 9, pp. 941–954.
[24] Caro C. The mechanics of the circulation. Second edition. Cambridge, Cambridge University Press, 2012, 624 p.
[25] Калягина Н.В. Математическая модель осморегуляции эритроцита с учетом механических характеристик мембраны. Москва, Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН, 2015, 151 с.
[26] Evans E., Fung Y.-C. Improved measurements of the erythrocyte geometry. Microvascular Research, 1972, vol. 4, no. 4, pp. 335–347.
[27] Chien S. et al. Macrorheological and microrheological correlation of blood flow in the macrocirculation and microcirculation. In: HL Gabelnick or M Litt. Springfield, Charles C Thomas, 1973, pp. 12–48.
[28] Kuchel P. Parametric-Equation Representation of Biconcave Erythrocytes. Bulletin of Mathematical Biology, Springer Science and Business Media LLC, 1999, vol. 61, no. 2, pp. 209–220.
[29] Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций. Статика. Москва, URSS: Ленанд, 2017, 485 c.
[30] Evans E.A., Skalak R. Mechanics and thermodynamics of biomembranes. Boca Raton, Fla: CRC Press, 1980, 254 p.