Lipid peroxidation marker levels and basic laboratory health indicators of blood donors during wartime: possible consequences for preserved packed red blood cells quality

Abstract

Вступ. Під час зберігання в умовах пониженої температури (4–6°С) консервовані еритроцити (КЕ) зазнають метаболічних та морфологічних змін, що мають загальні ознаки псування, або так званого «старіння» in vitro. Такі зміни невідворотно зростають упродовж усього терміну зберігання, що стандартно складає від 21 до 42 діб. При цьому ступінь та швидкість їх нарощування у кожній окремій збереженій одиниці КЕ значною мірою залежить від особливих характеристик донора. Оскільки одним з основних патофізіологічних шляхів старіння еритроцитів вважають активацію окислювальних реакцій, вихідний рівень активності прооксидантних процесів у донора на момент кроводачі може бути важливою відправною точкою для подальшої кінетики розвитку патологічних змін. Зокрема, інтенсивна пероксидація ліпідів, що є основними структурними складовими клітинних мембран, спричинює вагомі зміни із зазвичай негативним впливом на динаміку та якість клітинних фізіологічних процесів, а також індукцією апоптозу й некрозу. Нині відомі численні причини розвитку окислювального стресу з несприятливими наслідками для здоров’я, такі як гострий та хронічний психологічний стрес, значні фізичні навантаження, робота в несприятливих умовах навколишнього середовища (температура повітря, задимленість, висотність) тощо. Небезпека розповсюдженості охарактеризованих вище станів, що є частими у воєнний період, як серед військових, так і серед цивільного населення, значним чином може відображатись на громадському здоров’ї в цілому в Україні з опосередкованим негативним впливом на донорство крові. Отже, рівні активності процесів ліпопероксидації в організмі донора, поряд з іншими показниками крові, що характеризують функціональний стан основних органів та систем, потребують ретельного вивчення, оскільки є важливими для подальшої збереженості наданих цим донором компонентів крові, зокрема КЕ. Метою роботи було дослідження окремих лабораторних показників здоров’я донорів крові у воєнний час. Для її досягнення були поставлені наступні завдання: - дослідити активність процесів ліпопероксидації у венозній крові, а також функціональний стан печінки, метаболізм заліза, показники загального аналізу крові; - порівняти отримані дані у досліджуваній групі донорів воєнного періоду з відповідними показниками, отриманими за архівними даними у групі донорів мирного часу. Матеріали і методи. У донорів досліджено загальний аналіз крові, білковий обмін, функціональний стан печінки, а також рівень активності процесів ліпопероксидації в венозній крові. До дослідної групи увійшли донори харківського регіону воєнного часу (І -донації 2023 року), що за родом діяльності відносились до військових, цивільних та робітників критичної інфраструктури. Групою порівняння слугували архівні дані довоєнного періоду (ІІ -донації 2007 року). Статистичну обробку та аналіз даних проводили за допомогою програмного забезпечення STATISTICA 10 (StatSoft, США). Оскільки розподіл ознаки не був нормальним, для оцінки відмінностей між двома незалежними групами використовували непараметричний U-критерій Манна-Уітні. Відмінності між результатами вважалися достовірними при р-значенні <0,05. Результати. Встановлено, що показники прооксидантної активності крові донорів воєнного часу значно перевищують показники контрольної групи. Про це свідчили дані щодо вмісту усього спектра молекулярних продуктів пероксидації ліпідів, де перевищення даних дослідної групи відносно групи контролю складало від 1,7 до 17,7 раза. Так, рівні субстратів та молекулярних продуктів пероксидації екстрагованих до гептанової фази ліпідів (нейтральні ліпіди), відповідно до груп та досліджених показників, складали: для субстратів (ізольвані подвійні зв’язки - ІПЗн) - Ме (І) = 2,40 (2,07; 3,35) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,47 (0,19; 1,41) Од/мл, р = 0,000001; для проміжних продуктів, таких як дієнові (ДКн), триєнові (ТКн) та оксодієнові кон’югати (ОДКн) – Ме (І) = 1,84 (2,07; 2,78) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,10 (0,29; 0,91) Од/мл, р = 0,000001; Ме (І) = 0,56 (0,46; 0,82) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,16 (0,13; 0,26) Од/мл, р = 0,000001; Ме (І) = 0,55 (0,44; 0,82) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,15 (0,11; 0,25) Од/мл, р = 0,000001; для кінцевих продуктів типу основ Шиффа (ШОн) – Ме (І) = 0,15 (0,10; 0,28) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,02 (0,02; 0,04) Од/мл, р = 0,000001. Продукти пероксидації фосфоліпідів, визначені в ізопропанольній фазі ліпідного екстракту, також мали значні міжгрупові відмінності, а саме: за концентрацією ІПЗф – Ме (І) = 4,39 (3,89; 4,87) Од/мл та Ме (ІІ) = 1,63 (1,21; 1,92) Од/мл, р = 0,000001; для ДКф, ТКфта ОДКф, відповідно, – Ме (І) = 2,07 (1,72; 2,62) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,91 (0,65; 1,09) Од/мл, р = 0,000001; Ме (І) = 1,09 (0,91; 1,36) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,65 (0,48; 0,77) Од/мл, р = 0,000001; Ме (І) = 1,05 (0,86; 1,45) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,50 (0,42; 0,61) Од/мл, р = 0,000001; для ШОф – Ме (І) = 0,26 (0,14; 0,43) Од/мл та Ме (ІІ) = 0,13 (0,08; 0,16) Од/мл, р = 0,000001. Дані загального аналізу крові, білкового обміну, функціонального стану печінки та метаболізму заліза не виходили за межі референтних значень. Продемонстрована багатьма дослідженнями значима роль окислювального стресу у старінні еритроцитів під час холодового зберігання, що супроводжується суттєвим погіршенням їх трансфузійної ефективності, підтверджує важливість продемонстрованих результатів та продовження роботи у обраному напрямку. Висновки. Виявлені особливості прооксидантної активності крові донорів можуть впливати на стійкість їх еритроцитів до стандартних умов тривалого зберігання при помірно низькій температурі 4–6 °С. Подальші дослідження в напрямку аналізу зв’язків між маркерами окисного стресу, зокрема активністю ліпопероксидації, як особливими параметрами донора, а також обґрунтування доцільності розгляду цих та інших додаткових донорських факторів швидкості розвитку старіння еритроцитів в процесі зберігання є перспективними з точки зору пошуку шляхів покращення якості компонентів крові.

Introduction. During storage at a moderately low-temperature, a preserved packed red blood cells (PRBCs) undergo metabolic and morphological changes commonly known as "storage lesion" or in vitro aging. Such changes inevitably increase during the permitted storage period, which is usually 21 to 42 days. But the degree and speed of their development in each individual preserved PRBCs unit is largely related to the special donor characteristics. The initial level of pro-oxidant process activities in the donor's body at the blood donation time can be an important starting point for the further kinetics of pathological changes since oxidative reaction activations are considered one of the main pathophysiological erythrocyte aging pathways. In particular, intense peroxidation of lipids as the main structural components of cell membranes causes significant changes with a usually negative impact on the dynamics and quality of cell physiological processes, and the induction of apoptosis and necrosis. Numerous oxidative stress causes with adverse health consequences, such as acute and chronic psychological stress, significant physical exertion, work in adverse environmental conditions (air temperature, smog, altitude), etc., are known today. So, the danger of the spread of the conditions described above, which are frequent during the war period, both among the military and the civilian population, can significantly affect public health in Ukraine as a whole with an indirect negative impact on blood donation. Therefore, the activity levels of lipoperoxidation processes in the donor's body, along with other blood indicators that characterize the functional state of the main organs and systems, are critically important for the preservation of the blood components provided by this donor, in particular PRBCs. The work aimed to study individual laboratory indicators of the donors' health during wartime. A number of tasks to be performed were set, namely: to investigate the lipoperoxidation activity in venous blood, as well as the liver functional state, iron metabolism, and indicators of a general blood analysis; to compare the data obtained in the studied group of wartime donors with the corresponding indicators obtained from archival data in the group of peacetime donors. Materials and Methods. General blood analysis, protein metabolism, liver functional state, iron metabolism, and venous blood lipid peroxidation activity level were studied in donors. The research group included wartime donors of the Kharkiv region (2023 donations), whose activity types were military, civilian, and critical infrastructure. Archival data on donations from the pre-war period 2007(І) were considered a comparison group(ІІ). Statistical processing and data analysis were performed using STATISTICA 10 (StatSoft, USA). Since the distribution of the trait was not normal, the non-parametric Mann-Whitney U test was used to assess the differences between the two independent groups. Differences between the results were considered significant at p-value <0.05. Results. It was established that the pro-oxidant activity indicators in the wartime blood donors significantly exceeded the control group indicators. This was evidenced by the data on the content of the entire range of lipid peroxidation molecular products, where the data excess of the experimental group compared to the control group ranged from 1.7 to 17.7 times. Thus, the levels of substrates and molecular peroxidation products of lipids extracted to the heptane phase (neutral lipids) were, in accordіngtothe groups and the investigated indicators: for substrates (isolated double bonds (IDB)) -Me (I) = 2.40 (2.07; 3.35) U/ml vsMe (II) = 0.47 (0.19; 1.41) U/ml, p = 0.000001; for intermediate products such as dienic(DC), trienic(TC) and oxodienicconjugates (ODC) -Me (I) = 1.84 (2.07; 2.78) U/ml vsMe (II) = 0.10 (0.29;0.91) U/ml, p = 0.000001; Me (I) = 0.56 (0.46;0.82) U/ml vsMe (II) = 0.16 (0.13;0.26) U/ml, p = 0.000001; Me (I) = 0.55 (0.44;0.82) U/ml vsMe (II) = 0.15 (0.11;0.25) U/ml, p = 0.000001; and for the Schiff bases type end products (ShB) -Me (I) = 0.15 (0.10;0.28) U/ml vsMe (II) = 0.02 (0.02; 0.04) U/ml, p = 0.000001. Phospholipid peroxidation products, determined in the lipid extract isopropanol phase, also had significant intergroup differences, namely: according to the IDB concentration -Me (I) = 4.39 (3.89; 4.87) U/ml vsMe (II) = 1.63 (1.21; 1.92) U/ml, p = 0.000001; for the DC, TC, and ODC concentrations, respectively, -Me (I) = 2.07 (1.72;2.62) U/ml vsMe (II) = 0.91 (0.65; 1.09) U/ ml, p = 0.000001; Me (I) = 1.09 (0.91;1.36) U/ml vsMe (II) = 0.65 (0.48;0.77) U/ml, p = 0.000001; Me (I) = 1.05 (0.86;1.45) U/ml vsMe (II) = 0.50 (0.42;0.61) U/ml, p = 0.000001; and for the ShB concentration - Me (I) = 0.26 (0.14; 0.43) U/ml vsMe (II) = 0.13 (0.08; 0.16) U/ml, p = 0.000001. The data of the general blood analysis, protein metabolism, functional state of the liver, and iron metabolism were within the reference values. The significant role of oxidative stress in PRBC aging during cold storage, accompanied by a substantial deterioration of their transfusion efficiency, confirmed by many studies, confirms the importance of the demonstrated results and the continuation of work in the chosen direction. Conclusions. The revealed features of the pro-oxidant activity of blood donors can influence the stability of their erythrocytes to standard long-term storage conditions at a temperature of 4-6°C. Further research in the direction of analyzing the relationships between oxidative stress markers, in particular the lipoperoxidation activity, as special parameters of the donor, as well as substantiating the feasibility of considering these and other additional donor factors of the rate of erythrocyte aging development during storage are promising from the point of view of finding ways to improve the blood component quality.