红细胞

一种无核血液细胞,内含血红蛋白,使血液呈红色,旧称红血球。承担着运输氧和二氧化碳的作用。其中的血红蛋白对血液酸碱度有缓冲作用。正常男性红细胞数量平均为5×1012/L(500万个/mm3),女性为4×1012/L(400 万个/mm3)。新生儿可达6×1012/L(600万个/mm3),出生几周后逐渐降低。儿童期红细胞数值偏低,至青春期逐渐达到成人标准。红细胞数量还受居住地海拔高度、营养、情绪、运动等因素的影响。但同一个人的化验值在同一时期变化范围不应超过10%。红细胞外形呈双凹扁平圆盘型,边缘较厚,中间较薄。平均直径为7.5┢m,周边部分厚 2.0┢m,中央为 1.0┢m。面积约为145┢m2,体积约为 72~88┢m3,这种形状的相对表面积和体积比球型大,因此气体透过的表面积大,有利于气体交换。这种形状的红细胞容易卷曲变形,易于通过口径比其直径小的毛细血管,有利于其行使输送气体的生理功能。正常人休息时每分钟动脉血输送氧的容积达1300ml,运动时增加数倍,这一功能是红细胞中的血红蛋白完成的。在氧分压高的肺脏,血红蛋白与氧结合,在氧分压低的组织间,氧合血红蛋白与氧分离,氧弥散至组织间。同时血红蛋白参与二氧化碳的运输。红细胞的这些特殊结构和功能保证了气体的输送,维持机体正常的新陈代谢

红细胞的生成

人的红细胞寿命约为 120天,因此更新极快,每公斤体重每天生成和破坏各2.5×109个左右。生成和破坏在正常时处于相对平衡。 3周的人胚中,卵黄囊的间充质细胞形成血岛,血岛内的细胞分化为原始的有核红细胞。 6周时肝脏内的网状细胞分化为血细胞。两个半月的胎儿中,卵黄囊失去造血功能,脾脏成为造血器官,第5个月开始,骨髓成为重要的造血器官。婴儿出生后,几乎完全依靠骨髓造血。4岁以后,在骨髓腔中出现脂肪组织,并随年龄逐渐增多。18岁以后,只有脊椎骨、肋骨、胸骨、颅骨及长骨近端骨骺才有造血组织。但当骨髓造血组织功能低下或衰竭时,肝、脾又会进行髓外造血来部分代偿。成人各种血细胞(除淋巴细胞外)均在骨髓中发育成熟,并储存在骨髓中,根据生理需要规则地释放入血。造血干细胞为所有血细胞的共同来源。具有自我复制保持本身数量稳定和分化形成髓系、淋巴系干细胞进而分化成巨核系DFU-M、红系CFU-E、粒单系CFU-GM、嗜酸性粒系CFU-EO、T淋巴系CFU-TL、B淋巴系CFU-BL定向祖细胞的能力。造血干细胞是一种分化程度很低的原始细胞,形态类似中、小淋巴细胞,数目很少,每1000个骨髓有核细胞中仅有一个干细胞。造血干细胞又称脾集落生成单位(CFU-S)。CFU-S在各种不同的造血刺激因子刺激下和不同的造血微环境诱导下,可以向不同类的定向祖细胞分化。如刺激粒细胞生成的集落刺激因子(CSF)在促进干细胞向粒系分化的同时,抑制其向红系分化;反之,促红细胞生成素(EPO)促进干细胞向红系分化,同时抑制向粒系分化。干细胞开始分裂时进入细胞周期;分裂后,一部分仍然保持干细胞功能,另一部分经过逐步分化增殖成为各类血细胞。这样既保持造血干细胞数量稳定,又不断生成新血细胞。同时,大部分(约占90%)造血干细胞处于不进行细胞分裂的相对静止态。造血干细胞绝大部分存在于骨髓中,周围造血细胞<1%。红系定向祖细胞自我更新复制能力大为降低。每次分裂生成后代细胞基本都继续向前分化。红系祖细胞分早期祖细胞,称为爆增型红系细胞集落(BFU-E);晚期祖细胞,称为红系细胞集落(CFU-E)。BFU-E形成集落大,细胞数多,需要一种爆增型红系细胞集落刺激因子刺激其生长。CFU-E形成集落小,细胞数少,需促红素作用才能生长。红系祖细胞进一步增殖,分化为从形态可以辨认出的幼稚红系细胞,分化顺序是原始红细胞、早幼红细胞、中幼红细胞、晚幼红细胞、网织红细胞。一般幼稚红细胞经历3~5次细胞分离,至晚幼红细胞不再有分裂能力,每一个原始红细胞约生成20个成熟红细胞,历经180小时。在增殖分化中,幼稚红细胞核渐消失,细胞变小,形态由球型变为双凹扁平盘状,细胞内核糖核酸合成率下降,血红蛋白浓度不断增高。网织红细胞生成后在骨髓中再贮存2~3天,然后穿过骨髓血窦壁入血。周围血中网织红细胞约占成熟红细胞的1%,增高时代表红系造血过度活跃。

红细胞生成所需的原料是蛋白质、维生素B12和叶酸、铁。蛋白质摄入不足会影响红细胞生成,导致轻度贫血。维生素B12又叫氰钴氨,含钴。广泛存在于动物蛋白质中,吸收前先与胃壁细胞分泌的一种糖蛋白──内因子结合,形成能耐受蛋白水解酶的复合物,至远端回肠,被小肠绒毛上的释放因子分解成内因子和维生素B12,维生素B1被吸收入血,与血中钴胺转运蛋白结合,转送至组织中利用或至肝脏中储存。叶酸广泛存在于新鲜绿色蔬菜、水果、酵母及动物内脏中,在小肠近端被吸收入血。叶酸在血中大多与α2-巨球蛋白结合运送到肝或其他组织。叶酸缺乏时,脱氧尿嘧啶核苷不能转换为胸腺嘧啶核苷,阻碍了 DNA的生物合成。维生素B12缺乏除影响叶酸代谢外,维生素B12还是RNA转变为DNA的还原酶,也是5'-脱氧腺嘌呤核苷基的辅酶。维生素B12和叶酸缺乏时,DNA合成障碍,核分裂受阻,而RNA和血红蛋白合成正常,造成核浆发育失衡的巨幼红和巨红细胞。由于红细胞生成减少,巨幼红细胞易于死亡和巨红细胞寿命缩短,出现特征性巨红细胞性贫血。铁是人体的必需元素,合成血红蛋白中血红素部分所必须的。正常男性体内约有铁50mg/kg,女性35mg/kg。体内大部分铁存在于红细胞内。每毫升红细胞生成需0.5mg铁,每天需有20~25mg铁用于制造红细胞。但每天仅需从食物中吸收1mg铁来补充被排泄的铁,其余绝大部分来自铁的再利用,衰老红细胞被巨噬细胞吞噬后血红蛋白分解,血红素中Fe2+释放出来结合于铁蛋白中备用。缺铁时,幼红细胞及成熟红细胞内血红蛋白减少,细胞变小,中央淡染区扩大,呈小细胞、低血红蛋白性贫血。

红细胞生成的调节

(1)造血微环境的调节作用,主要作用于造血干细胞,机制尚未明。此外,在造血干细胞体外培养中发现干细胞能分泌少量增殖或抑制因子参与自身调控。某些骨髓中末梢神经释放介质也参与其增殖、分化调节。

(2)爆增型红系细胞集落刺激因子,为一种分子量约在3.5~4.5万之间的糖蛋白,由单核细胞和T淋巴细胞产生。作用为促进干细胞向红系祖细胞分化,增强BFU-E增殖,使集落增大,集落数增多。

(3)促红细胞生成素(EPO),为一种分子量39000~70000、不被透析、较耐热的糖蛋白,存在于血浆中,少量由尿排出。血浆中EPO水平与红细胞比积大致呈负相关。贫血时 EPO水平很快上升。EPO由肾脏产生,在肾小球或肾小球旁器产生尚无定论,有人认为肾脏只产生一种促红细胞生成因子,其作用于血浆中EPO原,使之形成有活性的EPO。肾外主要是肝脏可产生少量(5~10%)EPO。缺氧时或应用血管收缩药、睾酮类药和某些肾脏病和肿瘤时EPO生成增加,肾衰时减少。EPO刺激红系造血作用有以下几方面:诱导较多干细胞进入细胞周期;刺激红系祖细胞增殖、分裂;加速血红蛋白合成,使红细胞成熟加速;促进网织红细胞释放;作用于第二信使系统,使幼稚红细胞对EPO敏感性提高,促进分裂;作用于造血微环境;解除某些酶对血红蛋白的合成抑制。

红细胞的破坏

红细胞平均寿命仅120天。51Cr测定正常人红细胞半寿命为 30±4天。红细胞随寿命延长会发生一系列生理变化。红细胞膜表面积减少,体积增加,膜蛋白、脂质、胆固醇、磷脂减少,膜上结合酶活性降低,抗氧化能力下降,红细胞内能量代谢减低。上述一系列变化导致红细胞变形性降低,在血流湍急处因机械冲击易于破损,通过血窦微小孔隙时困难。衰老红细胞破坏场所分血管内与血管外,以后者为主,主要在脾、肝、骨髓等处,多在脾。这些脏器内的吞噬细胞,对衰老变形的红细胞进行辨认、吞噬和清除。

结构功能

成熟红细胞内无细胞核和细胞器,主要成分为血红蛋白,其代谢所需能量靠无氧代谢提供。细胞内富含葡萄糖酵解、磷酸戊糖旁路代谢、2,3-二磷酸甘油酸 (DPG)支路代谢所需的酶。细胞内存在大量入赘孰模哂锌寡趸⑽趾雄匣(-SH)酶和其他膜蛋白处于还原状态的作用,对保持红细胞正常功能有重要意义。

(1)红细胞膜:以脂质双分子层为骨架的半透膜,氧气和二氧化碳气可自由通过。膜上有Na+ -K+泵活动,维持细胞内高K+浓度,低Na+浓度。膜上有网状的肌纤维和肌动蛋白,与红细胞的运动和变形性有关。膜上还含有决定血型的物质,人主要分二种血型系统:A、B抗原系统决定A、B、O、AB4种血型,Rh系统决定Rh阴性或阳性血型。

(2)血红蛋白:由珠蛋白和血红素结合而成。血红素含原卟啉和Fe2+,可与氧结合并携带、输送氧气。每一血红蛋白可逆性结合4个氧分子,完全饱和时,每克血红蛋白可结合1.34ml氧。呈氧合血红蛋白(HbO2)形式运输。其特点为反应快、可逆、不需酶催化、不耗能量。受氧分压影响PO2。当血流经PO2低的组织间HbO2离解,释放O2,又变成Hb,呈暗紫色。当血中氧离解Hb>5g/100ml血液时,皮肤粘膜会出现紫绀。Hb与氧结合或解离曲线表示 PO2与Hb氧结合量之间关系,此曲线呈S型(见图)。氧解离曲线上段平坦,说明PO2在60~100mmHg范围,对Hb氧饱和度影响不大,有利于机体对缺氧环境适应。曲线中段陡直,相当于PO2在60~40mmHg时,与组织中氧分压近似,此时使HbO2释放氧量较大,有利于组织供氧。曲线下段最陡直,相当于 PO240~15mmHg,此时HbO2释放氧量最大,能在组织活动加强时,进一步提高供氧,代表供氧储备。Hb与O2的结合和解离受多种因素影响,使Hb与氧亲合发生变化,氧离曲线偏移。当pH值降低或PCO2升高、温度升高、2,3-DPG增加时,氧离曲线右移,有利于向组织供氧,反之则相反。Hb还与一部分CO2结合成氨基甲酸血红蛋白,做为细胞内缓冲剂来协助CO2在体内的运输(见肺)。

图 临床疾病

(1)贫血。指红细胞和Hb低于正常,男性成人 Hb<120g/LRBC<4×1012/L,女性 Hb<110g/LRBC<3.5×1012/L称为贫血。常因造血原料缺乏所致,如缺铁性贫血,维生素B12、叶酸缺乏引起巨幼细胞性贫血;骨髓造血机能障碍所致,如再生障碍性贫血;由于各种原因造成红细胞过度破坏所致的溶血性贫血;各种急、慢性失血。

(2)红细胞过多。原发性红细胞过多见于真性红细胞增多症;继发性多由于缺氧、慢性支气管炎、肺气肿、肾囊肿和肾肿瘤所致。

参考文章