Hydrodynamic disruption of human erythrocytes near a transversely oscillating wire

Summary

A novel ultrasonic device is presented which generates controlled hydrodynamic shear forces in small volumes of liquid. This device has been used to measure the mechanical fragilities of human blood cells under a variety of experimental conditions. A value of 1–2.000 dynes cm⁻² has been obtained for the critical shear stress required to disrupt the weaker erythrocytes in saline. Shear stresses of this order cause sub-lethal damage to surviving cells, which significantly reduces theirin vivo andin vitro life span.

Zusammenfassung

Menschliche Erythrozyten wurden in einer physiologischen Salzlösung hydrodynamischen Scherkräften ausgesetzt; diese wurden in einem Strömungsfeld um einen teilweise eingetauchten, dünnen Metalldraht erzeugt, der eine Querschwingungsfrequenz von 20 kHz hatte. Für eine Vielzahl von Bedingungen wurden Werte für die kritischen Scherbelastungen erhalten, bei der Erythrozyten platzen. Bei Scherbelastungen nahe dem kritischen Wert hatten einige Zellen einen Teil ihrer Zellmembrane ausgestülpt, um einen röhrenförmigen Schutz zu bilden. Zahlreiche hämoglobingefüllte kugelförmige Zellen (Mikrozellen) mit einem Durchmesser von 1–2 Mikron wurden bei den gleichen Belastungswerten beobachtet; diese haben sich wahrscheinlich beim Einklappen und Zusammenwachsen von dieser röhrenförmigen Schutzhülle gebildet. Einige physikalische und biochemische Parameter von intakten Erythrozytenzellen wurden untersucht, um zu sehen, ob wiederholter, kurzzeitiger Einfluß von hydrodynamischen Kräften eine vorübergehende oder dauerhafte Veränderung in den behandelten Zellen hervorgerufen hatte.