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摘要:
脓毒症是一个复杂的病理生理过程, 涉及微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)、血液主要成分的生理生化改变。红细胞流变性的恶化可损害微循环和组织氧供需平衡,
进而导致多器官功能衰竭和死亡。红细胞的流变性受多因素影响, 包括细胞内的Ca2 + 浓度、ATP、2,
3-二磷酸甘油酸水平的改变、一氧化氮和温度的作用以及白细胞的相互影响等。现主要就脓毒症的红细胞流变性改变和可能的影响机制予以综述。
关键词: 脓毒症; 微循环;旁流暗场（SDF）,（侧流暗场（SDF））; 红细胞流变学; 红细胞变形性; 红细胞聚集性
脓毒症患者普遍存在着微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)障碍[ 1-3]
。红细胞的功能异常是引起微循环障碍的重要因素。红细胞流变性的恶化引起血细胞在微血管中流动受阻,导致并加重局部组织缺氧。白细胞的流变性改变在脓毒症中的作用一直备受关注[
4, 5 ] , 而在血细胞中数量最多, 对血液流变学、微循环灌注和氧转运等起重要作用的红细胞直到近年来才陆续引起学者们的重视。
1 脓毒症与微循环障碍
微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)是微动脉与微静脉之间毛细血管中的血液循环,
是循环系统中最基本的结构和功能单位。微循环血流的充足灌注是机体细胞存活和组织器官维持正常功能的必要条件。脓毒症的定义和传统观点强调是以感染引起的全身炎性反应[
6 ] , 故而长期以来研究重点与治疗靶点一直放在炎症上,
然而与此相应的采用容量复苏、使用血管活性药和抗生素等治疗策略并没有显著降低脓毒症患者的病死率[ 7] 。因此,
近来有学者提出脓毒症其实是一种微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)疾病[ 8-1 0] 。
在脓毒症不同时期、不同器官微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)血流灌注程度不一, 会出现区域性血流分布不均匀现象[ 8]
。在早期对脓毒症大鼠的动物实验中即观察到, 红细胞在特定器官卡压堆积, 如脾、肺、肝和股骨, 进而引起局部血流降低,
氧供需失衡[ 11 ] 。近年研究进一步发现, 即使全身性的氧供恢复正常, 局部组织细胞仍然存在缺氧及氧摄取障碍,
如果情况持续不缓解, 将会造成线粒体的损伤[ 1, 1 2] , 发生微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)及线粒体窘迫综合征[ 9 ] ,
最终导致多器官功能不全综合征和患者死亡[ 13 ] 。
2 脓毒症微循环障碍的红细胞流变性特征
2.1 红细胞流变性相关的基础概念
血细胞流变学是血液流变学的基础和核心内容,
包括了红细胞、白细胞和血小板流变性。红细胞流变性是以血细胞中数量最多、对宏观血液流变学影响最大的红细胞为研究对象,
从红细胞的结构、流变性质和在流场中的行为来探讨其流变行为[ 11] 。主要包括红细胞的变形性( erythrocyte
deformability,ED) 和聚集性( erythrocyte aggregation, EA) ,
前者是红细胞在流动过程中的变形能力, 主要取决于其膜的力学性质、胞内黏度和几何形状。后者是指红细胞具有形成聚集体的性质,
聚集体的形成与解体取决于流场中的剪切力、血浆蛋白桥联作用和静电斥力等[ 14 ] 。
有文献报道, 红细胞变形性是由红细胞膜的“坦克履带式运动”将流场中的剪切力转移到细胞内部, 从而使红细胞随外部流场(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)的流动而变形,
这是因为红细胞的黏性、弹性、黏弹性、弹塑性及红细胞变形能力, 都是以膜的微观结构为基础的[ 11 , 15 ]
。红细胞膜主要由多种蛋白质、脂质和糖类组成, 结构上为脂质双分子层和膜骨架, 具有生物膜的两个显著的特性:
不对称性和流动性。膜骨架在决定膜的稳定性、红细胞的形状和变形性等力学性质上起重要作用[ 15 ]
。红细胞膜的破坏将会影响到细胞内生物活性分子的转移和膜结合酶的活性, 严重干扰代谢, 经由细胞内不同的凋亡机制,
最终导致细胞死亡[ 16 ] 。
2. 2 脓毒症微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)障碍时红细胞流变性恶化的重要意义
有研究认为, 脓毒症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)对红细胞流变性的影响涉及细胞内在因素和血浆组成的外部环境的共同作用[ 14,
17 ] 。当红细胞变形性降低后, 难以通过或者无法进入小于自身直径( 正常红细胞的直径为8 μm)的微血管,
使红细胞在微循环中发生滞留引起微循环功能障碍、血流量减少, 其后果是微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)有效灌注不足, 组织缺氧, 血基底膜增厚,
血管内皮细胞损伤, 毛细血管密度降低, 血管外渗, 血液黏滞度升高[ 14] 。同时大量白细胞和血小板黏附[ 4] , 红细胞[
15 ]和白细胞变形性降低[ 4] , 红细胞聚集性[ 1 8] 和黏附性[ 14] ( 与内皮细胞) 增强及凝血功能紊乱[
4] , 最终微血管闭塞[ 1 7] 。其中红细胞变形性对微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)的影响尤为重要[ 15] 。
3 脓毒症影响红细胞流变性的可能机制
3. 1 红细胞变形性的改变
3. 1.1 Ca2 + 的作用
红细胞膜的流动性有赖于细胞内正常的Ca2 + 浓度, 膜结合ATP 酶泵的作用来维持细胞内外游离Ca2 + 50 000
倍的浓度差[ 11 ] 。在人类红细胞、细胞溶质中游离Ca2 + 通过激活钙激活钾通道( calcium-activated
potassium channel, KCa) 引起泵通透性增加, 导致细胞膜超极化[ 19 ] 。胞内Ca2 +
浓度的升高可能会加速老化红细胞从循环中消除的进程。Todd 等[ 20 ] 报道采用荧光光谱法在内毒素血症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)的外科患者中, 发现红细胞胞内Ca2 + 浓度升高;
用内毒素干预红细胞会增加细胞内Ca2 + 浓度, 但与细胞外Ca2 + 浓度无关, 此作用不能被Ca2 +
通道阻滞剂丹曲洛林所阻断, 而部分能够用ATP 后处理所逆转。在离体实验进一步发现, 内毒素升高胞内游离Ca2
+需要有白细胞存在的情况下才可发生。别Ñ呤醇、过氧化物歧化酶、己酮可可碱预处理红细胞可显著限制内毒素所致的胞内Ca2 +
浓度升高[ 21 ] 。以上研究提示, 脓毒症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)引起红细胞膜相关的改变可能与泵结合位点、泵功能抑制、Ca2 + 稳态等变化有关。
3. 1.2 ATP 的作用
红细胞膜上的Ca2 + -Mg2 + -ATP酶、Na+ -K+ -ATP 酶和Mg2 + -ATP 酶等三种ATP
酶在维持细胞内水化和电解质平衡起重要作用。有研究发现, 在低氧环境时人红细胞能释放ATP 以适应外界需要,
此时血管内皮细胞上的ATP 结合位点增多,血管管径变大和局部血流增加[ 1 5] , 故红细胞的功能不能仅被视为运载氧气的工具,
其自我的感知与适应变化可能在氧输送中占有更重要的调节作用[ 11 ] 。脓毒症微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)障碍时, 糖酵解受阻、ATP大量消耗,
Na+ -K+ -ATP 酶功能异常, 导致细胞内高K+ 低Na + 的状态破坏, 使细胞的渗透性发生改变而影响其变形性[ 15 ] ; 胞内ATP 含量减少, 引起膜Ca2 + 能量供应匮乏, 进而胞内Ca2 +
浓度升高,间接致使红细胞变形能力的减退。用己酮可可碱预处理可以直接增加细胞内ATP 含量, 改善红细胞变形的流变性质。
3.1. 3 2, 3-二磷酸甘油酸的作用
2, 3-二磷酸甘油酸是红细胞内最重要的有机磷酸酯,
通过减少血红蛋白与氧分子之间的交互作用而增加组织的氧供[ 11 ] 。低氧血症时2, 3-二磷酸甘油酸含量增加,
但是在无低氧血症的危重患者中也观察到2, 3-二磷酸甘油酸升高。早期研究是认为2,
3-二磷酸甘油酸含量增高会导致红细胞变形能力的减退。2, 3-二磷酸甘油酸浓度升高引起细胞内血红蛋白和ATP 含量增加,
胞内pH 值降低。当血红蛋白浓度正常时, 悬浮于低渗溶液中富含2, 3-二磷酸甘油酸的红细胞变形能力显著提升, 反之在胞内pH
值从6. 5 升到7. 5时, 或者欲以增加ATP 含量加入各种腺Ñ呤、肌苷和葡萄糖时, 这种变化就无法体现[ 11] 。据此,
红细胞变形性的降低可能是内黏滞度和膜黏弹性增高共同作用的结果。
3.1. 4 一氧化氮的作用
一氧化氮是由L-精氨酸通过原生型一氧化氮合酶( constitutive nitric
oxidesynthase, cNOS) 或诱导型一氧化氮合酶( inducible nitric oxide synthase,
iNOS) 在内皮细胞所转化产生。生理情况, cNOS 产生少量的一氧化氮, 用以维系毛细血管的开放。脓毒症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)时,
脂多糖和诸如肿瘤坏死因子和白细胞介素等细胞因子诱导iNOS 产生大量的一氧化氮, 作用于血管平滑肌细胞,
引起血管扩张和增加组织血流量, 但是也导致了动脉低压的发生[ 22 ] 。早先研究报道, 兔红细胞变形性呈一种白细胞浓度依赖性的改变。当白细胞的浓度低于1. 2 ×106 /mL
时, 红细胞变形性降低, 高浓度的白细胞, 则这种效应被抑制。在低浓度的白细胞环境, sydnonimine(Sin 1,
一种吗多明的代谢物) 和硝普钠等一氧化氮供体可以增加红细胞的变形性,
一氧化氮酶抑制剂L-硝基精氨酸甲酯则可减弱。L-硝基精氨酸甲酯可显著地降低红细胞的变形性而不影响其脆性[ 11 ]
。Bateman 等[ 23 ] 在兔腹膜炎的模型中观察氨基胍( iNOS 抑制剂) 可阻止红细胞内的一氧化氮聚集,进而防止红细胞变形能力的降低。
3.1. 5 温度的作用
红细胞膜的流变力学特性极易受温度的影响, 其中以变形性为甚。Singh 等[ 24]
发现当体外试验的环境温度从37°C 降到5°C 时, 健康受试者的红细胞的变形能力严重受损。Artmann等[ 25 ]
注意到人红细胞在( 36. 4 ±0. 3) °C 的临界温度条件下, 通过( 1. 3 ±0. 2) μm的微电极时进行了一次剧烈的变形,
其认为是血红蛋白从凝胶态到液态和膜蛋白的一种弹性转变所致。在脓毒症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)和非脓毒症大鼠, Baskurt 等[ 26 ] 在限定37°C 的情况下,
通过激光衍射法测量红细胞的延伸指数, 观察到红细胞的变形性减弱。但是Jagger 等[ 27 ] 的后续研究, 在25°C
时采用微管吸吮技术测量内毒血症大鼠红细胞的变形性却未观察到此现象。剧烈的变形,
其认为是血红蛋白从凝胶态到液态和膜蛋白的一种弹性转变所致。在脓毒症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)和非脓毒症大鼠, Baskurt 等[ 26 ]
在限定37°C 的情况下, 通过激光衍射法测量红细胞的延伸指数, 观察到红细胞的变形性减弱。但是Jagger 等[ 27 ]
的后续研究, 在25°C 时采用微管吸吮技术测量内毒血症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)大鼠红细胞的变形性却未观察到此现象。
3. 2 红细胞聚集性的改变
近来研究表明, 脓毒症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)时红细胞的膜表面性质的改变引起了病理生理状态下的聚集性[ 28]
。这种红细胞聚集程度加重的趋势,可能是细胞表面电荷密度减少和相邻细胞间静电排斥力减小引起聚集性切力的平衡性偏移[ 1 1]
。对高分子右旋糖酐溶液的研究中, 电泳技术揭示其他的膜表面成分也对红细胞的聚集起调节作用[ 2 9]
。此外,白细胞刚性增强和血小板和红细胞之间紧密聚集。大量的白细胞黏附或滚动于微血管内皮细胞表面( 趋边性) ,
加之本来就较红细胞弱的变形能力继续降低, 不能或不能顺利通过狭窄的毛细血管, 阻塞血流直至停滞。Berliner 等[ 3 0]
采用图像分析, 发现在脓毒症(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)患者的外周静脉血中红细胞的黏附性和聚集性增高, 白细胞伸出伪足, 堆积成堆。Zhao 等[ 5
]在对重症难治性休克的系列研究中提出, 低切应力和高黏附力所致白细胞嵌塞毛细血管和黏附于微静脉,
是灌流量不易恢复的重要原因。白细胞激活后通过趋化、游走等步骤刺激补体、激肽、凝血及纤溶调控系统,
伴随着趋化因子、细胞因子、可溶性受体、脂质介质、活性氧和多种酶如弹性蛋白酶、髓过氧化物酶等的增多, 形成巨大的炎症网络[ 4 ]
。这种瀑布样的进程使得血细胞, 甚至与内皮血细胞之间流变性的关系变得异常复杂, 涉及多水平, 多环节的制约[ 4 , 14 ,
17 ] 。
4 展 望
随着近年来“脓毒症是微循环疾病”观点的逐渐深入, 采用先进的正交极化光谱成像[ 31 ] 和旁流暗场成像[ 32] 技术,
可床旁直接观察和分析脓毒症患者微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)变化,
为红细胞流变性的临床研究带来新的研究技术。深入研究微循环中动力学与流变学、宏观与微观血流动力学[ 14 ]
、血细胞与内皮细胞表面层的分子生物流变性[ 1 7] 之间的关系,
将有助于从器官、组织、细胞水平加深微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)中血流灌注与氧输送等的认识。新的微循环可视化影像技术的发展, 促进了
临床研究对微循环(旁流暗场（SDF）,侧流暗场（SDF）)以及流变学的关注。
参考文献
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