红细胞变形性的影响因素及测量方法

前 言
血液流变学（ 是生物流变学的一 ()CEB()EFE1= ） 个分支， 近二十年来发展成为一门独立的、 新兴的边 缘学科。红细胞占血液有形成分总体积 YYZ 以上， 红 细胞压积为 [NZ .[\Z ， 具有物质交换、 信息传递、 能 量转移等多种生理功能。 红细胞的变形能力是影响血 液流动和粘滞性的最主要因素， 是血液流变学的重要 研究课题]M^。 红细胞变形性（ 是指红 )B=:(BE?=:)Q;)TEBC9U.F.:= ） 细胞能自由通过比其自身直径小的微血管的能力； 是红细胞在外力的作用下， 改变其形状的能力； 是一 种重要的流变现象；也是影响血液循环的主要因素 之一 ]P^。 红细胞良好的变形性是有效灌注微循环， 完成 生理功能， 维持生命运动的基础。红细胞变形性降低 会导致全血粘度，特别是高切变率下全血粘度升高， 加大血流阻力， 阻碍血液循环， 这一阻碍作用， 对代谢
活跃的器官（ 心、 脑、 肺） 影响更加明显。 研究红细胞的 变形， 对揭示某些心脑血管疾病（ 心肌梗塞， 中风， 高 ]O， [^ 血压等） 的发生、 发展具有重要意义和临床价值 。
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影响因素
@A@ 影响红细胞变形性的内部主要因素 @A@A@ 红细胞膜的粘弹性
红细胞膜主要由脂质双层和骨架蛋白构成， 脂质 主要包括磷脂， 胆固醇脂和糖脂， 骨架蛋白对脂双层 起支撑作用。 红细胞膜的粘弹性主要受脂双层的组成 与结构、 骨架结构及其动态调节的影响。一些研究表 明， 脂双层具有流动性， 膜的坦克履带式运动、 氧的扩 散及膜上酶系统的活动可影响红细胞的变形性。 膜的 弹性剪切模量， 弯曲模量及表面粘性系数等力学参数 均与膜骨架蛋白有直接关系， 因此， 当红细胞膜的组 成和结构发生变化时， 均可影响红细胞变形性]P^。 @A@AB 红细胞的几何形状 红细胞的双凹圆盘形有利于红细胞的变形， 这依 赖于细胞的表面积（ 与体积（ 之比。在正常情况， !） "） 其表面积（ 与体积（ 之比高于 MW\ ， 这有利于红细 !） "） 胞经历各种变形而不增加其表面积。如果 ! # " 等于 红细胞呈星球形； 红细胞则呈椭圆 !_" 等于 NWL ， MWN， ]\^ 球形 ； 这两种情况均使红细胞变形性下降。
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红细胞变形性的影响因素及测量方法
向 甄，杨继庆，文 峻 -第四军医大学 数理教研室，陕西 西安 .$""*! ）
收稿日期： *&&,)&()&/ 作者简介： 向甄（ ， 女， 四川宜宾人， 第四军医大学数理教研室硕 #/$#) ） 士研究生在读， 研究方向： 血液流变学。 0)1234523674898:;#,"%
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中国医学物理学杂志 第 !" 卷 第#期
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!"!"# 红细胞的胞浆粘度
摘要：红细胞的变形能力是一种重要的流变现象， 是影响血液循环的主要因素， 具有重要的生理学意义。红细胞的变形 能力是某些疾病的重要特征。 本文从内部因素、 外部因素和其他因素三个方面， 介绍了不同因素对红细胞变形性的影响， 并比较、 讨论了测量红细胞变形性的主要方法。 关键词：红细胞变形性；影响因素；测量方法；血液流变学 中图分类号： !"#$%&# 文献标识码： ’ 文章编号： #&&()*&*+ （ *&&, ） &,)&-*")&-
红细胞的胞浆粘度较小， 保证了红细胞有良好的 变形性。 当平均血红蛋白浓度升高或血红蛋白溶解度 降低以和血红蛋白不稳定发生聚集及沉淀时， 红细胞 胞浆粘度升高，红细胞膜坦克履带式运动能力增加， 细胞适应流场的能力下降， 变形性下降!"#。 !"$ 影响红细胞变形性的外部主要因素 !"$"! 剪切力 血液的剪切力使红细胞变形程度增加， 使红细胞 在血液中保持良好的适应性!$#。 研究表明， 红细胞的变 形性随切应力增加而增高， 但并非直线上升， 在一定 切应力范围内， 红细胞能迅速变形， 超过这个范围， 红 细胞变形程度将大幅度下降!%#。 !"$"$ 渗透压和 %& 值 血液渗透压升高或降低都会使血细胞变形能力 降低。 将红细胞放入高渗溶液中， 红细胞脱水， 内粘度 升高， 变形能力下降； 放入低渗溶液中， 虽然内粘度下 降， 但由于细胞体积膨胀， 表面积 & 体积的比值（ !&" ） 减小， 最后结果是变形能力下降。红细胞在等渗溶液 中， 变形能力最强!$#。’( 值降低， 红细胞变形性增强。 温度 !"$"# 研究表明， 在 ") &’*+)& 的范围， 用衍射法测量红 细胞的伸长指数，伸长指数随温度的升高而升高， 在 这一温度范围， 红细胞的变形随温度的升高而升高!+#。 高于 *+)& ， 红细胞变形性降低。温度升高， 虽脂质液 晶态增多， 流动性加强， 但膜蛋白的热变性所造成的 损伤更大， 抵消了脂质相变增大的流动性， 导致变形 性下降。在 ,")&’-.)& ， 细胞膜的不可逆变化来自膜 蛋白的不可逆变性而非脂质变化。 烧伤可导致局部血 管内的红细胞因高温影响而发生变化， 细胞变形性减 !-/0.# 低 。 介质粘度和血管内径 !"$"’ 红细胞浓度、 在相同剪切力下， 红细胞浓度增加， 变形程度也 随即增加； 介质粘度增大， 细胞的变形增大!$#。红细胞 通过的血管内径变小， 变形能力增强。 !"# 其他因素对红细胞变形性的影响 !"#"! 钙离子对红细胞变形性的影响 在人体的各种组织细胞中， 钙离子都发挥着重要 的作用。钙离子对红细胞的流变特性有复杂的影响， 其中最主要的影响是使红细胞的变形能力或滤过能 力下降!*#。 12$3 引起红细胞变形能力下降的主要原因 是： （ 0） 12$3 可引起红细胞膜骨 架 的 结 构 和 脂 双 层 组 分的改变， 使膜脂流动性减小； （ 红细胞表面积与体 $） $3 积比的改变； （ *） 425678 效应： 12 激活了红细胞膜上 的 93: 通道，使 93) 和水外流，细胞脱水和血红蛋白 （ 的聚集， 使细胞内粘度增加； （ (;） ,） 12$3 引起膜蛋白 水解、 聚集、 交叉连接等结构改变， 改变了红细胞膜的 机械特性。 !"#"$ 氧化剂对红细胞变形性的影响
氧化剂与还原剂反应形成自由基， 正常红细胞可 通过超氧化物岐化酶、 谷胱甘肽过氧化物酶、 过氧化 氢酶来解毒。 实验表明， 将红细胞用过氧化氢处理， 发 现红细胞膜硬化， 红细胞变形性下降， 有膜收缩蛋白 < 血红蛋白共价网状复合物出现；红细胞形态学改变， 出现大量棘红细胞； 单核细胞对红细胞的粘附及吞噬 作用增强， 有脂质过氧化物出现。氧自由基使红细胞 的血红蛋白损伤， 刺激膜蛋白水解。其机理可能是直 接改变蛋白结构， 增强对蛋白水解的敏感性； 通过产 生脂质过氧化物反过来再引起蛋白水解， 结果使红细 胞构型改变， 导致变形性下降!"#。 !"#"# 生物因素对红细胞变形性的影响 在人和动物出现脓毒血症时， 革兰氏阴性细菌产 生的大量内毒素， 可使红细胞变形性下降， 机理之一 是通过自由基而起作用， 此时自由基的产生是多形核 白细胞中的尼克酰胺腺嘌呤 （ 核苷酸磷酸盐氧化酶） 经补体成分 1*2 诱导的结果。其他可能的机理是低 氧、低 ’(、细胞内粘度改变及膜表面蛋白质特性改 变。 另外， 在感染了疟原虫的红细胞中， 由于红细胞内 寄生物不断生长， 将引起面积 & 体 积 比 值 减 小 ， 变形 00# 性下降 !"， 。 !"#"’ 红细胞老化对红细胞变形性的影响 红细胞老化具有许多新的特点： （ 0 ）细胞膜表面 积减小， 可能是由于组 成 膜 的 磷 脂 减 少 之 故 ； （ $ ）存 在着进行性细胞脱水； （ *）细胞拉长下降及形态恢复 时间延长， 反映膜的弹 性 下 降 ； （ , ）作 坦 克 履 带 式 运 动的细胞数目减少， 可能与平均血红蛋白浓度增加使 细胞内粘度增加有关； （ 钙调素水平 "） =>$3:水平下降， 降低及钙的细胞内分布改变，引起胞浆构型改变， 使 膜的流动性下降。 老化红细胞的这些特点均可导致红 细胞变形性降低!"#。 !"#"( 激光对红细胞变形性的影响 文献报告， 用低强度氦氖激光（ 血管 (?<@? 激光） 内照射， 可降低血浆胆固醇。有人用其治疗脑梗塞患 者， 发现有显著性差异， 用激光衍射红细胞变形仪测 定后发现，红细胞膜胆固醇与膜磷脂之比明显降低， 膜流动性明显提高， 红细胞变形性显著改善。其作用 机制是激光刺激并激活胆固醇转移酶， 降低红细胞膜 胆固醇 & 膜磷脂之比， 从而使病变红细胞形状恢复到 正常的双凹圆盘状。 血管内照射对红细胞的影响与照 射剂量和照射时间有关， 小功率长时间照射对红细胞 无影响，大于 -:AB 时，随剂量增加会出现溶血现 0*# 象!0$， 。照射剂量和照射时间至关重要。 !"#") 磁场对红细胞变形性的影响 研究表明， 磁场可影响血液的流变学性质。恒定 磁场照射可使血液粘度明显降低， 并使红细胞表面电 荷增加。考虑到血液的运动状态受心脏搏动的影响 C 使用 *.:5&ADE 的旋转磁场C 来观察磁场对运动红细胞 的影响。".:AF 加磁组中不同作用时间的红细胞变形
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指数、 最大变形指数和变形指数曲线面积在各切变率 下均有所提高!"#$。磁场强度过强或照射时间过长都不 利于改善红细胞的变形能力。在临床治疗过程中， 应 严格控制磁场的强度以及照射的时间， 以达到最佳的 效果。 !"#"$ 凝集素对红细胞变形性的影响 在血样中加入两种不同凝集素，伴刀豆蛋白 % （ 和麦胚凝集素（ ， 变形系数显著降低， &’(%） )*% ） 红细胞变形性减小； 加入相应抑制剂后， 凝集素的结 合位点被竞争抑制，变形性恢复至接近对照水平 !+,$。 凝集素可使红细胞变形性减小。 !"#"% 有害因素对红细胞变形性的影响 有实验报道 !"-$： 甲醛、 乙醇及含汞的重金属物质， 直接作用于红细胞， 在其浓度很低的条件下， 可使红 细胞变形性明显降低，并且形成不可恢复的影响， 浓 度越大， 损害越大。