Factors contributing to reduced red blood cell deformability in severe falciparum malaria

Abstract

The reduction of red cell deformability in infected and uninfected red blood cells was observed in malaria patients. It was hypothesized that reduction of red cell deformability may be caused by free radical damage from oxidative stress. The parasite's hemoglobin degradation was the source of oxidative stress. This process produced free radical, oxidizing agents and pro-oxidizing agents when the schizonts ruptured. These free radicals and oxidizing agents attack the red cell membrane it lead to a loss of deformability. In this study, normal red blood cells were incubated with the reagents hemin, hemoglobin, B-hematin and hydrogen peroxide. determined by Laser Optical Rotational Cell Analyser (LORCA). Red cell deformability was reduced significantly when incubated with hemin and hydrogen peroxide (P<0.01) but not with hemoglobin and B-hematin (P>0.05). The effect of N- acetylcysteine was studied by simultaneously adding hemin and normal red blood cells. The results showed that N-acetyslcysteine significantly affected inhibition of reduction in red cell deformability (P<0.01). Moreover, N-acetylcysteine can also reverse the reduction of RCD (P<0.01). These studies showed that reduction of red cell deformability in malaria can occur by free radicals generated from oxidative stress. The source of oxidative stress was the process of hemoglobin degradation. The effect of N-acetylcysteine as an antioxidant could prevent and reverse the reduction of red cell deformability. Thus, N-acetylcysteine might be of benefit as an adjunctive therapy in severe falciparum malaria.

เชื้อมาลาเรียทำให้เม็ดเลือดแดงที่ติดเชื้อและเม็ดเลือดแดงที่ไม่ติดเชื้อเสียความยืดหยุ่น ทั้งนี้เป็นผลเนื่องมาจากเม็ดเลือดแดง ที่ติดเชื้อระยะ schizont stage แตกตัวทำให้เกิดสภาวะ oxidative stress โดยสารที่เป็น oxidizing agent (hydrogen peroxide, haemin, haemoglobin) uaz pro-oxidizing agent (malaria pigment or B-haematin) ออกมาในกระแสเลือด และทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ ของเม็ดเลือดแดงโดย ขบวนการที่เรียกว่า Fenton's reaction การสูญเสียความยืดหยุ่นนี้เป็นผลทำให้เกิดพยาธิสภาพของการอุดตันของเส้นเลือด การศึกษาครั้งนี้วัดความยืดหยุ่นของเม็ดเลือดแดงด้วยเครือง LORCA (Laser Optical Rotational Cell Analyser) จากการศึกษาพบว่า haemin, hydrogen peroxide ซึ่งเป็นสาร (oxidizing agent) ทำให้เม็ดเลือดแดงสูญเสียความยืดหยุ่นอย่างมีนัยสำคัญ ทางสถิติ (P<0.01) ส่วนสารที่เป็น pro-oxidizing agent, B-haematin และ haemoglobin ไม่ทำให้เม็ดเลือดแดงสูญเสีย ความยืดหยุ่น นอกจากนี้ยังพบว่า N-acetylcysteine ที่มีคุณสมบัติเป็น antioxidant มีผลในการยับยั้ง และป้องกันการ สูญเสียความยืดหยุ่นของเม็ดเลือดแดงที่ความเข้มข้นต่างๆกันอย่าง มีนัยสำคัญ (P<0.01) นอกจากนี้ N-acetylcysteine สามารถช่วยให้ความยืดหยุ่น ของเม็ดเลือดแดง กลับมาปกติได้อย่างมีนัยสำคัญ (P<0.01) สรุปได้ว่าสาเหตุของการลดความยืดหยุ่นของเม็ดเลือดแดงมีผลมาจากการ ที่เยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือด แดง ถูกทำลายโดยสารอนุมูลอิสระซึ่งเกิดจากขบวนการย่อยสลายฮีโมโกลบินของเชื้อมาลาเรีย ทำให้เกิดสภาวะ oxidative stress ซึ่ง N-acetylcysteineสามารถป้องกันและยับยั้งการลดความยืดหยุ่นของเม็ดเลือดแดงได้