失血性休克進程中紅細胞流變特性的變化

張玉平 李志鵬 趙自剛 牛春雨 (河北北方學院微循環研究所，河北 張家口 075000)

失血性休克是臨床常見危重癥，基本病理過程為組織灌流減少導致的嚴重微循環障礙。失血性休克過程中血液流變性改變是微循環障礙的主要原因之一，表現為血黏度增加、紅細胞和白細胞變形能力下降，損害細胞通過微循環的能力，進而惡化組織供氧和內環境紊亂〔1〕。已經有大量基礎和臨床研究關注于白細胞在失血性休克過程中的作用，而作為血液中含量最多的有形成分——紅細胞，最近才逐漸引起人們的注意;紅細胞的功能狀態不但直接改變血液流變性，影響失血性休克的轉歸〔2〕，而且可以作為組織氧含量的感受器和血管口徑的調節劑影響微循環狀態〔3〕。Machiedo等〔4〕研究發現創傷/失血性休克(T/HS)后紅細胞功能發生顯著變化，靜脈回輸T/HS紅細胞導致正常動物器官血流量降低，研究結果證明失血性休克所致紅細胞變形性的變化直接引起了器官的低灌注，且失血性休克誘導的紅細胞損傷加速了該過程。因此，失血性休克所誘導的紅細胞功能的變化是引起多器官功能障礙與衰竭的重要因素。本文針對紅細胞流變性的影響因素，回顧失血性休克過程中紅細胞流變性的改變，并追溯其可能的發生機制，為休克的血液流變性的干預提供理論參考。

1 失血性休克時紅細胞流變性的變化

血液系統的功能主要通過血液循環完成，因此血液流變性的變化就顯得尤為重要。在血液循環過程中，紅細胞必須克服血液流變產生的阻力，即血黏度。血黏度主要取決于切變率、血漿黏度、紅細胞比容以及紅細胞變形性和聚集性。

1.1 紅細胞聚集性增強 高切變率下，聚集的紅細胞團被分散開，形成單個的橢圓細胞，且流動方向與血流平行，劃過包繞周圍的血漿，血黏度較低。當切變率下降后，血黏度會呈指數上升。在低切變率狀態下，作用于紅細胞的切變應力減小，變形減少，而且，紅細胞聚集呈緡錢狀，血黏度增加。正常生理狀態下的切變應力通常足可以驅散緡錢狀紅細胞團、變形紅細胞，促進血流。失血性休克時，有效循環血量下降，組織器官血液灌注減少，流動變緩。在這種低切變率狀態環境下，血液由低黏性的乳狀液體演變為高黏性的懸浮液。急性失血以及隨后的全身性炎癥反應、急性時相反應蛋白尤其是纖維蛋白和α2巨球蛋白顯著增加，使保持紅細胞懸浮狀態的靜電排斥力被黏附于細胞表面的大分子物質破壞。緡錢狀紅細胞呈并排的方式聚集在一起，并繼續攝取單個紅細胞，形成紅細胞聚集團。動物失血性休克后由于血流速度減慢，紅細胞在血管內明顯聚集，其中以細靜脈更明顯，低氧狀態下，失血性休克早期出現紅細胞聚集性加強、變形性降低，這無疑增大微循環灌流阻力，使微循環缺血進而加速休克向不可逆方向發展〔5〕。

1.2 紅細胞變形性下降 紅細胞變形性指紅細胞在流動過程中改變形狀通過微循環毛細血管的能力。紅細胞變形的過程是十分復雜，受細胞膜的性質、幾何結構、胞質黏度等多種因素的影響。紅細胞在循環過程中，必須使直徑7 μm的雙凹圓盤狀的結構扭曲、變形成功地通過直徑僅4 μm的毛細血管。越來越多的證據表明，創傷失血性休克時紅細胞的變形性下降，這種改變進而損傷微血管，降低營養血流〔6～8〕。當紅細胞通過毛細血管變形失敗，紅細胞淤滯、微血管阻塞，使氧和營養物質不能有效地運送到組織細胞。Zaets〔8〕等研究表明：失血性休克后，反映紅細胞變形性的伸長指數顯著下降，這種改變在觀察的6 h之內未見改善。而且，紅細胞變形性的下降主要集中在切應力低于1.0 Pa的檢測區間。基礎研究已經證實，低切應力環境主要集中在真毛細血管(0.8～3 Pa)和小靜脈(0.5～2 Pa)，小動脈內的剪切應力顯著增高，從8～10 Pa到直接通路小動脈的20～30 Pa。由這些數據可也看出，在低切應力下出現的紅細胞變形性下降，主要會對真毛細血管和毛細血管后靜脈產生實質性的影響。膿毒癥狀態下紅細胞的變形性也出現了與失血性休克狀態下相類似的結果〔9〕。

休克時，紅細胞表面積/體積比值稍有下降，紅細胞球度指數稍有增加，紅細胞直徑較休克前顯著縮小〔10〕。通常紅細胞在體積一定的情況下，其表面積越小，變形能力也就越差。所以球形物體的變形能力最差，因為球形物體在變形前首先要使表面積增加，而紅細胞在破裂前僅改變2%，由此可見在決定紅細胞變形能力的幾何參數當中，紅細胞表面積/體積比值最為關鍵，體外條件下，高滲使水分移出細胞，導致細胞內黏度增加，因此紅細胞剛性增強，并引起紅細胞膜皺縮，形成不規則表面，致使紅細胞的有效體積增加，紅細胞的變形能力隨之下降〔5〕。失血性休克后，紅細胞膜彈性模量增加，且與休克前比較有非常顯著差別，紅細胞膜黏性系數也增加。其中，彈性模量是指產生膜非軸向伸展需要的力;黏性系數是指細胞膜受力發生變形反應或外力撤銷后形狀恢復的時間依賴性，所需的時間愈長，其表面黏性系數愈大。所以，紅細胞膜的彈性模量和黏性系數愈大，表明紅細胞愈硬，愈不易變形〔11〕。紅細胞的這些結構變化進一步加重了休克的惡化。

紅細胞電泳時間的測定是了解紅細胞表面帶電能力的一個指標，一般認為紅細胞懸液的穩定性主要由紅細胞表面的負電荷來維持，家兔失血性休克開始時紅細胞電泳時間比休克前約延長10%，這個變化反映了休克發生后紅細胞表面攜帶的電荷減少。但隨著休克的發展，紅細胞電泳時間不再繼續延長，提示，紅細胞表面帶電的減少主要發生在休克早期。紅細胞電泳時間延長所反映出來的紅細胞表面帶電減少，是產生紅細胞聚集、血流緩慢等微血流紊亂的原因。

1.3 紅細胞膜結構損傷 紅細胞本身具有可塑變形性、懸浮穩定性和滲透脆性等特征，這一切都與紅細胞膜結構有密切關系。紅細胞膜由蛋白(52%)、脂質(40%)和糖類(8%)組成。紅細胞膜的彈性依賴于外部的膜和所含的骨架蛋白在結構上的相互作用。紅細胞膜蛋白分為兩大類：整合蛋白和外周蛋白。整合蛋白，如血型糖蛋白和條帶3蛋白，通過疏水作用緊緊的固定于細胞膜內。此外，有一個絲狀的蛋白網通過整合蛋白錨定在脂質雙分子層上，它有3種成分;血影蛋白、肌動蛋白和蛋白4.1。外周蛋白位于脂質雙分子層形成的細胞表面，它們很容易由于外周環境離子張力的改變和其他蛋白的改變而釋放或脫落。紅細胞膜可逆性的變形并不改變膜表面積。隨著變形的增加，血影蛋白分子可以達到最大線形伸展度。通常把紅細胞的負性靜電斥力歸因于膜表面的兩個唾液酸殘基。實驗中去掉兩個唾液酸后，紅細胞聚集增加，平均曲率減小〔12〕。Caprio等〔13〕發現失血性休克后紅細胞關鍵膜蛋白：錨蛋白、條帶3、蛋白4.1/4.2、蛋白4.9、血影蛋白和骨架肌動蛋白，都未見減少。因此推測，失血性休克后，紅細胞變形性和形態的改變似乎與這些蛋白的水平無關。但是，磷酸化β-血影蛋白增加，泛素化α-血影蛋白下降。體外實驗表明，β-血影蛋白絲氨酸磷酸化水平的增加，降低紅細胞膜的穩定性〔14〕。α-血影蛋白具有多重的細胞活性，并且能夠泛素化β-血影蛋白、錨蛋白和條帶3蛋白。而且，泛素化α-血影蛋白水平和活性的降低，導致緊密結合狀態的血影蛋白-蛋白4.1-肌動蛋白和血影蛋白-肌動蛋白復合物解離變慢。泛素化α-血影蛋白降低，引起剪切應力作用下膜蛋白解聚變慢，導致細胞膜-細胞骨架的連接呈所謂的“閉鎖態”，最終引起紅細胞變形性降低。

2 失血性休克紅細胞流變性異常的可能機制

來自于大量多種休克和危重狀態下的基礎和臨床實驗表明，脂質過氧化、細菌毒素、ATP耗竭、補體活化以及離子張力的改變參與了紅細胞流變性的調節。

2.1 氧化應激 失血性休克，尤其是在復蘇過程中，活性氧產物增多、抗氧化防御功能降低，當機體的活性氧產物超過抗氧化防御能力，組織損傷就會發生。活化的白細胞產生的活性氧產物能夠損傷紅細胞膜，引起溶血。Chmiel等〔15〕在急性胰腺炎大鼠模型上的研究表明，在重癥胰腺炎動物，紅細胞伸長指數的降低伴隨脂質過氧化產物丙二醛(MDA)的含量顯著上升，提示紅細胞變形能力降低與機體炎癥反應過程中產生的大量氧自由基引起的脂質過氧化作用有關;Chmiel等〔16〕的另一項研究顯示，急性胰腺炎病人紅細胞變形性下降，同時血清中反映病人氧化應激狀態的脂褐素顯著增加，超氧化物歧化酶(SOD)顯著下降。這些研究提示，機體氧化應激是紅細胞變形能力下降的機制之一。因此，有理由推測，在失血性休克過程中出現的氧化應激和自由基損傷，也有可能參與了紅細胞變形能力下降，其機制還有待進一步研究。

2.2 2，3-二磷酸甘油酸(2，3-DPG)水平 循環紅細胞的主要功能是運輸氧氣和二氧化碳，并緩沖酸堿變化，這些功能的實現主要依賴于紅細胞內的血紅蛋白，也與紅細胞內2，3-DPG水平有關。2，3-DPG是紅細胞最重要的有機磷酸鹽，它能夠通過降低氧與血紅蛋白的結合力，增加對組織的氧供。低氧血癥能夠刺激2，3-DPG的產生。這可能是機體在危重狀態下，應對氧供不足的一種應激反應。Suzuki等〔17〕研究顯示，隨著紅細胞內2，3-DPG增加，細胞內的血紅蛋白濃度和ATP含量增加，pH值下降。有研究發現，失血性休克后紅細胞內ATP和2，3-DPG水平顯著下降〔18〕，ATP水平下降將使紅細胞功能低下、壽命縮短，2，3-DPG水平下降，將使Hb與氧親和力增加，不利于組織氧供〔19〕，從而進一步加重休克，增加了對重癥病患搶救的難度，使創傷病死率明顯升高。但是在整個失血性休克的發展中，并沒有研究全程監測2，3-DPG含量變化的研究，因此，目前的研究結果并不能給我們一個關于2，3-DPG在失血性休克紅細胞內確切行為的結論。

2.3 ATP含量 紅細胞內含有毫摩爾級數量的ATP，產生于膜結合糖分解途徑，維持細胞內水、電解質成分的穩定。此外，它在維持膜脂質和膜蛋白的理化特性穩定，保證紅細胞具有一定的變形能力及抵抗氧化損傷方面均具有至關重要的作用，其含量還可以影響Hb與氧的親和力。衰老紅細胞內ATP含量下降，同時伴隨細胞表面唾液酸的丟失，這也可能是被內皮網狀系統清除的關鍵因素。失血性休克后的紅細胞內ATP含量顯著下降內毒素孵育紅細胞后可降低紅細胞內ATP的含量，則引起維持細胞膜Ca2+泵活性的能量減少，進而增加細胞內Ca2+濃度，降低紅細胞的變形能力。

2.4 白細胞作用 大量實驗證實，失血性休克會引起大量白細胞過度激活和呼吸爆發〔20〕，活化炎癥介質網絡，包括：補體、激肽、凝血和纖溶瀑布，以及伴隨的趨化因子、細胞因子、可溶性受體、脂質介質、活性氧產物以及多種酶，包括彈性蛋白酶、髓過氧化物酶和蛋白酶的大量釋放〔21〕。實驗證實，活化白細胞釋放的活性氧產物直接攻擊紅細胞膜脂質和蛋白成分，降低紅細胞的變形性，甚至引起紅細胞溶解，而且存在劑量依賴性白細胞活化和紅細胞膜的脂質過氧化作用〔22〕。Condon等〔20〕將休克腸淋巴液與全血或去白細胞血標本孵育，發現全血標本中的紅細胞出現了類似休克時的損害：如形態學變化和變形性下降;休克淋巴液與去白細胞血標本孵育后，對紅細胞幾乎沒有影響;結果提示，阻斷腸淋巴液回流對失血性休克紅細胞形態和變形能力改善是由白細胞介導的。因此，白細胞和休克淋巴液誘導紅細胞損傷聯系起來的可能機制是通過中性粒細胞產物的生成，包括氧自由基和蛋白酶。

2.5 細胞內Ca2+濃度 紅細胞膜的流動性依賴細胞內正常的Ca2+平衡。在細胞膜Ca2+泵的作用下，細胞內Ca2+大約保持在20～30 nmol/L，要比細胞外Ca2+濃度低50 000倍。人體紅細胞內Ca2+增加，通過激活Ca2+激活的鉀通道迅速增加K+離子的通透，引起細胞膜的超極化。敗血癥時紅細胞膜上的Ca2+泵結合位點發生改變，功能抑制，出現Ca2+穩態的破壞。內毒素孵育紅細胞后，細胞內Ca2+濃度顯著升高，別嘌呤醇(黃嘌呤氧化酶抑制劑)和SOD可抑制內毒素誘導的紅細胞內Ca2+濃度增加。失血性休克過程中存在著細胞內Ca2+超載、炎癥反應，并且大多在后期出現內毒素移位，因此有理由相信，細胞內Ca2+上升參與了紅細胞流變性障礙的產生。

2.6 NOS/NO途徑 NO是由內皮細胞結構性一氧化氮合酶(cNOS)和誘導性一氧化氮合酶(iNOS)將L-精氨酸轉化而成。生理狀態下，cNOS具有重要意義，通過產生少量的NO，保持毛細血管的開放。大量實驗證實，失血性休克過程中iNOS激活后大量NO的形成，參與了器官損傷〔23～25〕和血管低反應的發生〔26，27〕。針對NO與紅細胞流變特性的研究顯示，NO通過細胞膜Ca2+泵，增加細胞內Ca2+濃度，降低紅細胞變形性;NO減少或NOS活性抑制均可通過調節血管床容量、降低紅細胞變形性從而降低紅細胞流速〔28〕;總體來看，NO調節紅細胞膜功能的具體機制還有待進一步研究。

2.7 雌激素的作用 Deitch課題組在發現T/HS大鼠可引起紅細胞變形性異常的基礎上，進一步發現，創傷失血后的紅細胞損傷受性激素的調節〔29〕，應用雌激素能減輕T/HS后紅細胞的損傷〔30〕。提示通過改變機體性激素分泌水平可改善紅細胞的流變特性，還需要進一步深入觀察。

2.8 休克腸淋巴液的毒性作用 隨著人們對腸淋巴途徑在危重病發病學中作用機制的關注，一些學者開始關注腸淋巴液回流在紅細胞流變性異常中的作用。Zaets等〔31〕在大鼠失血性休克后，結扎腸系膜淋巴管阻斷淋巴回流，使紅細胞損傷明顯減輕，進一步發現該作用是通過白細胞介導的〔20〕;前期的研究也表明，腸淋巴管結扎可提高急性失血大鼠的變形性與電泳能力，改善紅細胞流變性〔2〕，改善血液凝固性〔32〕;這些研究結果均提示，休克腸淋巴液回流參與了紅細胞流變性異常的形成，其具體機制還有待進一步探討。

3 結語與展望

綜上，失血性休克過程中紅細胞流變特性變化表現在紅細胞聚集性增加、變形性與電泳能力低下，同時伴有膜蛋白的變化或損傷，這些特性變化不僅是失血損傷的結果，又是加重休克血液流變性異常、微循環障礙、氧供需失衡、進而引起多器官功能障礙與衰竭的重要因素。如何針對紅細胞流變性的變化，選擇多途徑、多靶點的干預措施，將是今后的努力方向;以紅細胞流變性為切入點，可能為休克的血液流變性異常的干預提供新的思路。

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