血液學(xué)第六章

血液學(xué)第六章第六章紅細(xì)胞檢驗的基礎(chǔ)理論

第一節(jié)紅細(xì)胞膜

一、紅細(xì)胞膜的組成與結(jié)構(gòu)

紅細(xì)胞的多種重要生理功能,都與其膜息息相關(guān)。人的紅細(xì)胞膜是由蛋白質(zhì)(占49.3%),脂質(zhì)(占42%),糖類(占8%)和無機離子等組成。蛋白質(zhì)與脂質(zhì)的比值約為1：1。電鏡下觀察紅細(xì)胞膜呈三層暗-亮-暗區(qū)帶,外層含糖脂、糖蛋白和蛋白質(zhì),具親水性;中間層含磷脂、膽固醇、蛋白質(zhì)為疏水性;內(nèi)層主要包含蛋白質(zhì),呈親水性。即紅細(xì)胞膜與其他細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)相似,為脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)鑲嵌在脂質(zhì)雙層內(nèi)。膜蛋白質(zhì)大多數(shù)是與脂質(zhì)或糖結(jié)合在一起的脂蛋白、糖蛋白。作SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS)，可見7~8條區(qū)帶，F(xiàn)airbank分別用1、2、3、4、5、6、7、8命名。其中一些含量少的蛋白質(zhì)按其相對分子質(zhì)量的大小排列,稱2.1或4.1、4.2等。各區(qū)帶蛋白質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)見表6-1。紅細(xì)胞膜用非離子去污劑(如TritonⅩ－100)處理,將外在質(zhì)膜除去后,在電鏡下看不到脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu),但在胞膜內(nèi)表面可見一網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)支撐著整個細(xì)胞,稱之為膜骨架，主要由收縮蛋白、肌動蛋白、錨蛋白、原肌球蛋白、肌球蛋白、加合素、4.1蛋白、4.2蛋白、4.9蛋白相連接構(gòu)成。這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通過錨蛋白(又稱2.1蛋白)固定在細(xì)胞膜上。(圖6-1)膜骨架系統(tǒng)對維持紅細(xì)胞的形狀、穩(wěn)定性和變形性起著重要作用。收縮蛋白是膜骨架最主要的組成部分。由α鏈和β鏈?zhǔn)孜蚕喾捶较蚺ず闲纬啥垠w(SPD),其二聚體再以首尾相連形成四聚體(SPT)。α鏈和β鏈分別含有22個和19個大約由106個氨基酸組成的重復(fù)片段,重復(fù)片段的螺旋1與螺旋2相連接,與螺旋3一起構(gòu)成空間重復(fù)結(jié)構(gòu)單位。α鏈和β鏈用限制性胰蛋白酶消化后,經(jīng)SDS分析,分別顯示分解成5個和4個肽段,即αI~αⅤ和βI~βⅣ。紅細(xì)胞膜收縮蛋白自身聚合位點及其結(jié)構(gòu)區(qū)域異常,會影響STP的形成和收縮蛋白與其他骨架蛋白的結(jié)合,而引起膜結(jié)構(gòu)和功能的異常。帶3蛋白是紅細(xì)胞膜中含量最多的一種跨膜糖蛋白,其跨膜區(qū)多肽鏈穿膜14次，能高速轉(zhuǎn)運陰離子，維持細(xì)胞內(nèi)離子的平衡,所以又稱為陰離子通道。紅細(xì)胞膜上的糖類很多,含量較多的是氨基糖類,包括氨基半乳糖(GalNH2)、氨基葡萄糖(GleNH2)、乙酰氨基葡萄糖(GleNAc)、和乙酰氨基半乳糖(GalNAc)。此外還有巖藻糖（Fuc）和乙酰神經(jīng)氨酸(NANA),又稱唾液酸或涎酸。膜上的糖都與蛋白質(zhì)或脂類結(jié)合以糖蛋白或糖脂蛋白形式存在,糖蛋白的糖鏈大多數(shù)伸向膜外,有細(xì)胞天線之稱,具有受體反應(yīng)、抗原性、信息傳遞等多種功能。紅細(xì)胞膜脂質(zhì)包括3種成分：磷脂(占60%)，膽固醇和中性脂肪(占33%)，其余為糖脂。磷脂與膽固醇能與血漿中脂類交換。磷脂分為兩大類：甘油磷脂和鞘磷脂。甘油磷脂通常與絲氨酸、乙醇胺、膽堿及肌醇結(jié)合,分別稱為絲氨酸磷脂(PS)、乙醇氨磷脂(PE)、膽堿磷脂(PC)和肌醇磷脂(PI)。鞘磷脂(SM)不含甘油，代之為鞘氨醇。人紅細(xì)胞膜總磷脂中，PC占28%，PE占27%，PS占14%，SM占27%，PI、磷脂酸和溶血膽堿磷脂占2%~3%。這些磷脂都是兩性物質(zhì)，即一個分子內(nèi)有極性和非極性兩種基團。這種特性在膜脂質(zhì)雙層形成中起重要作用。紅細(xì)胞膜含游離膽固醇較多，膽固醇酯較少。膽固醇含量與磷脂含量有一定的比例，膽固醇/磷脂(C/P)比值約為0.8~1.0。

紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)根據(jù)流動鑲嵌學(xué)說的基本論點，紅細(xì)胞膜以脂質(zhì)雙層為膜的支架，膜蛋白鑲嵌在脂質(zhì)雙層中又相互連結(jié)形成膜的骨架。膜結(jié)構(gòu)有兩個最基本的特征：紅細(xì)胞膜的流動性和膜的不對稱性。紅細(xì)胞膜的不對稱性是指其脂質(zhì)雙層中內(nèi)外兩側(cè)脂類分布的不均一性及其理化性質(zhì)的不同，以及膜蛋白在脂質(zhì)雙層內(nèi)外兩側(cè)分布的不對稱性。脂質(zhì)雙層的外層富含PC和SM，內(nèi)層脂類以PS和PE為主。這種不對稱性發(fā)生變化,會使紅細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變,如鐮狀紅細(xì)胞貧血患者的紅細(xì)胞膜內(nèi)層的20%的PS外翻。PS為凝血酶原的激活劑,而促進了血栓的發(fā)生。近年來發(fā)現(xiàn)PS外翻還與紅細(xì)胞的老化、凋亡、細(xì)胞識別及細(xì)胞吞飲有關(guān)。膜蛋白在脂質(zhì)雙層兩側(cè)的分布不對稱是絕對的，如糖蛋白、糖鏈都位于膜的外側(cè)。膜蛋白結(jié)構(gòu)上兩側(cè)的不對稱性保證了膜的方向性功能。紅細(xì)胞膜的不對稱性是維持其正常形態(tài)和功能的基礎(chǔ)之一。膜的流動性是指膜內(nèi)部分子的運動性，主要是指脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的運動。.膜的脂類在一定溫度下，可以從流動的液晶態(tài)轉(zhuǎn)為晶態(tài)，晶態(tài)也可轉(zhuǎn)為液晶態(tài)。生理條件下膜一般處于液晶態(tài)，即膜脂總是處于流動狀態(tài)。由于脂質(zhì)雙層的流動性，膜蛋白也在運動中，可在脂質(zhì)雙層中作側(cè)向擴散和旋轉(zhuǎn)運動。膜的這種流動性與紅細(xì)胞形態(tài)和功能密切相關(guān)。膜骨架蛋白對維持紅細(xì)胞膜的這兩個基本特征有重要作用，任何損傷膜骨架蛋白的因素均可影響紅細(xì)胞膜的這兩個基本特征。二、紅細(xì)胞膜的功能

1.維持紅細(xì)胞的正常形態(tài)及變形性紅細(xì)胞表面積大，呈雙凹盤狀，平均直徑7.2um左右，流動于血管和多個組織器官中。其變形性有利于其自身通過微循環(huán)，如脾竇的毛細(xì)血管直徑只有2~3um，正常紅細(xì)胞通過時形態(tài)從盤狀變?yōu)榧?xì)條狀，而得以通過，使血流通暢。而老化的紅細(xì)胞變形性差，則被扣捕清除。有核紅細(xì)胞也因不能通過骨髓血竇的毛細(xì)血管而被阻擋。紅細(xì)胞的這一特性有其重要的生理意義。2.物質(zhì)的運輸紅細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換都是通過紅細(xì)胞膜來完成的。紅細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層保證了脂溶性強的02和C02靠單純物理擴散形式迅速通過。其他的物質(zhì)運輸還有：(1)離子的運輸：紅細(xì)胞內(nèi)外無機離子、糖等濃度差別很大，許多物質(zhì)的運輸都有各自的機制。帶3蛋白是陰離子通道，主要介導(dǎo)HC03-/Clˉ穿過紅細(xì)胞膜，以1：1交換。紅細(xì)胞膜上的Na+~Κ+ATP酶和Ca2+-Mg2+ATP酶,起著主動運輸?shù)淖饔?。紅細(xì)胞內(nèi)的K+是血漿中Κ+含量的30倍，正是Na+-K+ATP酶泵出Na+泵入K+的結(jié)果。Ca2+-Mg2+ATP酶也使Ca2+濃度維持恒定。除以上離子的主動運輸外，還有Na+-Na+；Na+-K+（不需ATP）；Ca2+-K+等的離子交換，維持了紅細(xì)胞內(nèi)外滲透壓的平衡。(2)水的運輸：膜脂是疏水的，水分子較難通過。紅細(xì)胞膜上有水的通道，稱AQP(Aquaproin)-CHIP，維持細(xì)胞內(nèi)外水的平衡，保護紅細(xì)胞不被破溶。(3)葡萄糖的運轉(zhuǎn)：紅細(xì)胞膜上有葡萄糖運轉(zhuǎn)體，稱GLUT。這是一個家族，共有5種(GLUT1-5)。紅細(xì)胞膜上存在GLUT1，含492個氨基酸，它的C端及N段都伸向胞漿面，跨膜部分穿膜12次，其運轉(zhuǎn)方式是通過變構(gòu)將葡萄糖運到細(xì)胞內(nèi)。3.紅細(xì)胞膜的抗原性紅細(xì)胞膜上的血型抗原物質(zhì)是由遺傳基因決定的，為糖蛋白或糖脂。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)400多種抗原物質(zhì)，分屬于20多個血型系統(tǒng)。近年來發(fā)現(xiàn)衰老的紅細(xì)胞膜上出現(xiàn)了稱之為“老化抗原”(senescentce11antigen，SCA)的新抗原，與血漿中的自身抗體結(jié)合后，衰老的紅細(xì)胞被吞噬細(xì)胞識別清除?！袄匣乖钡男再|(zhì)還不十分清楚。4.紅細(xì)胞的免疫功能紅細(xì)胞不僅參與機體的免疫反應(yīng)，還參與免疫調(diào)控，其免疫功能是其他免疫細(xì)胞所無法代替的。(1)清除免疫復(fù)合物的作用：紅細(xì)胞膜上有補體C3b的受體(CR1)，能粘附血漿中的抗原-抗體-補體復(fù)合物(IC)，攜帶IC的紅細(xì)胞通過肝脾時，吞噬細(xì)胞表面的Fc受體和CR1受體分別與IC中抗體的Fc段和補體C3b結(jié)合，此時紅細(xì)胞與IC解離，再度進入血循環(huán)，從而促進了吞噬細(xì)胞對IC的清除，防止了IC在組織沉積對組織細(xì)胞的損傷。雖然平均每個紅細(xì)胞上CR1位點數(shù)(950個)少于白細(xì)胞，但紅細(xì)胞的數(shù)量眾多，血循環(huán)中95%的CR1位于紅細(xì)胞膜上，紅細(xì)胞清除IC的機會比白細(xì)胞大500~1000倍。同時也防止了由于IC過多地粘附在吞噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞上而引起的免疫抑制作用，間接提高了吞噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等的免疫功能。(2)對免疫細(xì)胞的調(diào)控作用：紅細(xì)胞能將粘附的IC中的補體降解為C3d，后者可與膜上的CR2受體結(jié)合，誘導(dǎo)B細(xì)胞增殖分化，產(chǎn)生抗體；紅細(xì)胞膜上的LEA3(淋巴細(xì)胞功能抗原3)與T淋巴細(xì)胞CD2作用而激活T淋巴細(xì)胞的免疫功能；紅細(xì)胞還能直接增強NK細(xì)胞的抗腫瘤作用；紅細(xì)胞膜上CR1、CR3和吞噬細(xì)胞上的CRl、CR3、FCR和CD4共同作用可明顯促進吞噬細(xì)胞的吞噬功能，而且紅細(xì)胞上的超氧化物歧化酶(SOD)能及時清除吞噬細(xì)胞在吞噬過程中釋放出的大量氧自由基，避免了其對吞噬細(xì)胞的損傷。(3)對補體活性的調(diào)節(jié)：紅細(xì)胞膜上有三種抑制補體活化的分子：衰變加速因子(decayacce1eratingfactor，DAF，CD55)可下調(diào)C3轉(zhuǎn)化酶的活性，使C3不能轉(zhuǎn)化為C3b，從而補體反應(yīng)不能進行。陣發(fā)性睡眠性血紅蛋白尿癥患者因缺失DAF，C3b增多而造成溶血；反應(yīng)性溶血的膜抑制劑和補體8結(jié)合蛋白(C8bindingprotein)分別是抑制C5b-8復(fù)合物形成和與C8α-γ結(jié)合，結(jié)果都抑制了C9的聚合，不能形成膜攻擊復(fù)合物C5b6789，使紅細(xì)胞膜免受損傷。這些物質(zhì)都是含糖肌醇磷脂的膜蛋白，靠糖肌醇磷脂固定在膜上。5.紅細(xì)胞膜上的受體除了前面已涉及到的有關(guān)免疫功能的受體外，紅細(xì)胞膜上還有：(1)激素類受體：有胰島素、高血糖素受體。(2)遞質(zhì)類受體：有去甲腎上腺素、異丙基腎上腺素受體。上述的這兩類受體都是經(jīng)核苷酸環(huán)化酶的作用，使ATP和GTP(三磷酸鳥苷)分別形成cAMP和cGMP(環(huán)磷酸鳥苷)，再作用于各種激酶調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝作用。(3)病毒受體：如流感病毒受體。(4)其他：幼紅細(xì)胞膜上有轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TfR)，帶Fe3+的轉(zhuǎn)鐵蛋白先與TfR結(jié)合，通過胞飲作用進入細(xì)胞內(nèi)參與Hb的合成。TfR隨著幼紅細(xì)胞的分化發(fā)育逐漸減少，

從原始紅細(xì)胞膜上有80萬個至網(wǎng)織紅細(xì)胞膜上10萬個，完全成熟的紅細(xì)胞膜上無；幼紅細(xì)胞膜上有紅細(xì)胞生成素(EPO)受體，可接受EPO，促使幼紅細(xì)胞增殖分化。

三、影響紅細(xì)胞膜穩(wěn)定的因素

影響紅細(xì)胞膜穩(wěn)定的因素很多，常見的有：1.紅細(xì)胞膜蛋白有遺傳性缺陷包括收縮蛋白、錨蛋白、帶3蛋白、4.1蛋白、4.2蛋白等的缺陷。當(dāng)某組分蛋白缺乏或結(jié)構(gòu)異常致連結(jié)缺陷等，均可導(dǎo)致膜的穩(wěn)定性和變形性下降。膜蛋白的缺陷還可致膜脂質(zhì)雙層不穩(wěn)定，形成囊泡而丟失。2.化學(xué)因素如氧化損傷，特別是當(dāng)紅細(xì)胞有酶的缺陷和Hb異常，抗氧化能力下降時。氧化損傷可使膜骨架蛋白，特別是收縮蛋白發(fā)生聚集交聯(lián)，破壞了膜骨架的正常結(jié)構(gòu)；膜脂質(zhì)過氧化，脂肪酸鏈斷裂，脂質(zhì)過氧化物與膜蛋白發(fā)生交聯(lián)；Hb氧化變性，形成變性珠蛋白小體(Heinzbody)沉積在膜上，均可破壞膜的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和變形性。3.免疫因素紅細(xì)胞結(jié)合了自身抗體和(或)補體C3b后，被吞噬細(xì)胞識別，整個細(xì)胞被吞噬或是部分膜被反復(fù)多次吞噬，造成膜蛋白及膜脂質(zhì)過度喪失，紅細(xì)胞變?yōu)榍蛐巍＿€可有補體被激活形成膜攻擊復(fù)合物（C5b6789），導(dǎo)致膜穿孔。4.酶代謝異常，ATP生成不足能量代謝紊亂，鈉-鈣泵功能失調(diào)，膜鈣積聚；膜收縮蛋白磷酸化作用減弱，影響鈣與膜收縮蛋白-肌動蛋白的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，均可使膜僵硬失去變形性。另外還導(dǎo)致K+、H20外流，使紅細(xì)胞脫水變形。5.生物因素

生物毒素(某些蛇毒、蜂毒、蝎毒、細(xì)菌毒素等)，可直接破壞紅細(xì)胞膜。如產(chǎn)氣莢膜梭狀芽胞桿菌產(chǎn)生的磷脂酶C能直接分解紅細(xì)胞膜磷脂

第二節(jié)血紅蛋白

一、血紅蛋白的組成血紅蛋白(hemoglobin，Hb)是成熟紅細(xì)胞的主要蛋白質(zhì)，占細(xì)胞干重的96%，占細(xì)胞容積的35%。約65%的血紅蛋白合成于有核紅細(xì)胞期，另有35%合成于網(wǎng)織紅細(xì)胞階段。正常血紅蛋白是由兩對珠蛋白肽鏈和4個亞鐵血紅素構(gòu)成的4個亞基組成的，其相對分子質(zhì)量64458。其合成受鐵的供應(yīng)、原卟啉和珠蛋白合成的影響。(—)血紅素血紅素(heme)是鐵原子和原卟啉Ⅸ的復(fù)合物，是Hb、Mb、多種酶(如過氧化物酶)和多種細(xì)胞色素的輔基，其合成場所在有核紅細(xì)胞和肝細(xì)胞的線粒體內(nèi)。血紅素合成后，離開線粒體，在胞質(zhì)內(nèi)與珠蛋白肽鏈結(jié)合為血紅蛋白。在血紅素合成過程中，酶的缺陷引起卟啉或其前體在體內(nèi)蓄積可導(dǎo)致卟啉病(prophyria)。鐵的供應(yīng)不足或鐵利用障礙，均會影響血紅素的合成，使紅細(xì)胞內(nèi)游離原卟啉增高，其檢測結(jié)果可作為判斷鐵代謝狀況的間接指標(biāo)。(二)珠蛋白∷人類血紅蛋白的珠蛋白肽鏈有6種，分別命名為：α、β、γ、δ、ε、ζ鏈。α鏈含141個氨基酸殘基，非α肽鏈(β、γ、δ肽鏈)含146個氨基酸殘基。珠蛋白肽鏈的分子結(jié)構(gòu)及合成由基因決定，α和ζ珠蛋白基因相互鄰近，組成“α基因簇”，位于第16號染色體的短臂上，β、γ、δ、ε珠蛋白基因相互鄰近，組成“β基因簇”，位于第11號染色體短臂上，其遺傳方式為常染色體共顯性遺傳。珠蛋白肽鏈的合成從胚胎期開始是先有α鏈和γ鏈的合成并迅速達到高峰，3~5個月時β鏈開始合成，到妊娠末期β鏈的合成上升，而γ鏈合成下降，δ鏈在胚胎期和成人后合成均是低水平的，而ε、ζ鏈只在胚胎的3~12周內(nèi)合成。珠蛋白按四級結(jié)構(gòu)和血紅素形成血紅蛋白。(三)生理性血紅蛋白的種類如前所述，正常人珠蛋白多肽鏈的合成從胚胎至成人呈規(guī)律性的變化。正常成人血紅蛋白有3種，分別是由兩條α鏈和兩條非α鏈組成，既HbA(α2β2)，占血紅蛋白總量的96%-98%；HbA2(α2δ2)，一直處于低水平，占總量的1.0%-3.1%；HbF(α2γ2)占總量的2%以下；HbF(又稱胎兒血紅蛋白)，是胎兒血紅蛋白的主要成分，占其總量的80%以上，胎兒出生后，HbF即迅速下降，2歲時接近成人HbF水平。此外尚有3種胚胎血紅蛋白：HbGower1，HbGower2，HbPortland。這3種血紅蛋白在胚胎3周開始出現(xiàn)至12周完全消失，此后HbF開始占優(yōu)勢。α珠蛋白生成障礙貧血的患者，胚胎期的ζ鏈合成可延續(xù)至成人，用聚丙烯酰胺凝膠電泳可檢出該鏈

二、影響血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能的因素

血紅蛋白的功能主要是運輸O2和CO2。影響血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能的因素有：1.珠蛋白基因缺失或缺陷造成血紅蛋白結(jié)構(gòu)和功能異常，分為兩大類：一類是由珠蛋白基因缺失或基因缺陷導(dǎo)致一種或一種以上的珠蛋白肽鏈不能合成或合成不足，如α珠蛋白基因缺失，α鏈不能合成或合成不足，結(jié)果形成的HbH(β4)、HbBarts(γ4)兩種異常血紅蛋白，都對氧有極高的親和力，失去向組織釋放氧的功能，而且極不穩(wěn)定，易發(fā)生沉淀形成包涵體，導(dǎo)致溶血；另一類是基因缺陷導(dǎo)致某一肽鏈的一級結(jié)構(gòu)中的某一氨基酸被替換或丟失，影響了血紅蛋白結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和功能。如對氧的親和力過高導(dǎo)致紅細(xì)胞增多癥；結(jié)構(gòu)的異常導(dǎo)致血紅素中的Fe2+易被氧化成Fe3+，形成高鐵血紅蛋白(MHb)，失去運輸氧的功能，而且常不穩(wěn)定，易形成變性珠蛋白小體(Heinz小體)，導(dǎo)致溶血。珠蛋白的異常還可使紅細(xì)胞形態(tài)異常，如靶形紅細(xì)胞、鐮狀紅細(xì)胞等。2.酶缺陷高鐵血紅蛋白還原酶系統(tǒng)的缺陷導(dǎo)致高鐵血紅蛋白(MHb)形成。3.化學(xué)藥物中毒常見的有氧化性藥物、硫化物、一氧化碳(CO)等，導(dǎo)致MHb、SHb、HbC0形成。第三節(jié)紅細(xì)胞代謝

一、紅細(xì)胞糖代謝紅細(xì)胞完全成熟后，不再有細(xì)胞器。為維持其正常生理功能，保證一定的能量代謝，仍保留了一整套完整的糖代謝的酶類。紅細(xì)胞的主要能源是葡萄糖，其分解代謝為無氧酵解和磷酸戊塘兩個途徑。糖代謝產(chǎn)物的能量與中間代謝產(chǎn)物用來維持細(xì)胞本身的生命活動主要有以下幾個方面的作用：①維持紅細(xì)胞內(nèi)高鉀、低鈉、低鈣狀態(tài)；②維持血紅蛋白分子中的鐵處于2價鐵形式；③防止細(xì)胞內(nèi)各種蛋白質(zhì)分子(Hb、酶、膜蛋白等)中一SH基被氧化，維持紅細(xì)胞的正常形態(tài)；④調(diào)節(jié)血紅蛋白對氧的親和力。(—)葡萄糖無氧酵解1．無氧糖酵解是紅細(xì)胞獲得能量的唯一途徑。在糖酵解途徑中，葡萄糖分解為丙酮酸或乳酸。每1mol葡萄糖分解可凈獲得2molATP。其代謝產(chǎn)物NADH是高鐵血紅蛋白還原酶的輔酶，在維持血紅蛋白分子中的鐵處于還原狀態(tài)，保持血紅蛋白的攜氧能力等方面具有作用。通常情況下，紅細(xì)胞內(nèi)90%~95%的葡萄糖代謝通過無氧酵解途徑。2．2，3-二磷酸甘油酸(2,3-DPG)代謝支路該代謝支路是葡萄糖無氧酵解過程中，在1,3-二磷酸甘油酸(1,3-DPG)形成后，存在的另一條代謝途徑，稱為2,3-DPG支路。該支路調(diào)節(jié)決定了ADP磷酸化為ATP的量，更重要的是調(diào)節(jié)了紅細(xì)胞內(nèi)2,3-DPG的濃度，進而調(diào)節(jié)了血紅蛋白對氧的親和力。在所有的貧血性疾病患者的紅細(xì)胞中，2,3-DPG的含量可明顯增高，而且增高程度與血紅蛋白濃度呈負(fù)相關(guān)。2,3-DPG含量代償性增高導(dǎo)致血紅蛋白與氧的親和力降低，有利于氧向組織內(nèi)釋放。3．糖酵解途徑的酶缺乏現(xiàn)發(fā)現(xiàn)有10種酶缺乏可引起溶血，包括己糖激酶(HK)、葡萄糖磷酸異構(gòu)酶(GPI)、磷酸果糖激酶(PFK)、磷酸果糖醛縮酶(PFA或ALD)、磷酸丙糖異構(gòu)酶（TPI)、甘油醛磷酸脫氫酶(GAPD)、磷酸甘油酸激酶(PGK)、烯醇化酶(END或PPE)、丙酮酸激酶（PK)、二磷酸甘油酸變位酶(DPGM)。其中紅細(xì)胞PK缺乏引起的溶血性貧血略微多見。另外PGK、TPI和PFK缺乏除了導(dǎo)致溶血性貧血外，若伴有多個組織的同時缺陷，則出現(xiàn)神經(jīng)、精神和肌肉的癥狀，如智力、語言發(fā)育障礙和步行困難。(二)磷酸戊糖途徑與谷胱甘肽途徑1．磷酸戊糖途徑紅細(xì)胞內(nèi)約5%~10%的葡萄糖進入磷酸戊糖途徑(又稱磷酸己糖通路)。該代謝途徑所生成的還原性輔酶Ⅱ(NADPH)通過谷胱甘肽途徑，在防止紅細(xì)胞的多種蛋白質(zhì)分子中—SH基團被氧化和維持紅細(xì)胞膜穩(wěn)定中起重要作用。磷酸戊糖途徑生成的磷酸核糖可參與嘌呤核苷的生物合成，又可合成ATP，這對血液的體外保存有重要意義。2．谷胱甘肽途徑NADPH是谷胱甘肽還原酶(GR)的輔酶，有使谷胱甘肽處于還原狀態(tài)的能力。還原性谷胱甘肽(GSH)通過與含二硫化合物的蛋白質(zhì)(P-S-S-R)的交換作用，使含有一SH基團的蛋白質(zhì)保持在還原狀態(tài)(P-SH)。另外，GSH在谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)的催化下，可使體內(nèi)產(chǎn)生的H202降解為H20，防止了H202對紅細(xì)胞的損傷。谷胱甘肽的生物合成需要有谷胱甘肽合成酶(GSH-Syn)與谷胱甘肽合成酶(GSH-Syn)的催化。3．磷酸戊糖途徑及谷胱甘肽途徑酶缺陷最常見的為葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G-6-PD)的缺陷，另外還有葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G-6-PD)、谷胱甘肽還原酶(GR)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽合成酶(GSH-Syn)α-谷氨酰半胱氨酸合成酶（α-GCS）、谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶（GST）等酶的缺陷。（三）其他：1．網(wǎng)織紅細(xì)胞的糖代謝網(wǎng)織紅細(xì)胞由于具有線粒體，含有較完整的線粒體酶系統(tǒng)，因此網(wǎng)織紅細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖不僅通過無氧糖酵解途徑和磷酸戊糖途徑代謝，也可通過三羧酸循環(huán)代謝。其耗氧量是成熟紅細(xì)胞的60倍，葡萄糖的消耗量是成熟紅細(xì)胞的7.5倍以上。網(wǎng)織紅細(xì)胞的這種能量代謝特點，使其能以很高的速率促進ADP磷酸化為ATP，并提供合成血紅素的琥珀酸。2.紅細(xì)胞的其他能源代謝

紅細(xì)胞除將葡萄糖作為主要能源外，還可利用其他物質(zhì)作為能源，包括：腺苷、肌苷、果糖、甘露糖、半乳糖、二羥丙糖、乳酸等。在某些特定情況下具有重要意義，如血液儲存等。

二、紅細(xì)胞鐵代謝

鐵(iron)是人體必需的微量元素，幾乎存在于所有的細(xì)胞內(nèi)。在人體內(nèi)鐵除主要參與血紅蛋白、肌紅蛋白的合成外，還參加體內(nèi)的一些生物氧化過程，包括線粒體的電子傳遞、兒茶酚胺代謝及DNA的合成。另外，約有半數(shù)參加三羧酸循環(huán)的酶和輔酶均含有鐵或需有鐵的存在。當(dāng)鐵缺乏時，除導(dǎo)致缺鐵性貧血外，同時影響細(xì)胞和組織的氧化還原功能，導(dǎo)致多方面的功能紊亂。

1.人體內(nèi)鐵的分布正常人體內(nèi)鐵的總量約為3~5g(男性約為50mg/kg、女性約為40mg/kg)。人體內(nèi)鐵的分布中，血紅蛋白鐵占比例最大，轉(zhuǎn)運鐵僅占0.1%，但轉(zhuǎn)運中的鐵是最活躍的部分。組織鐵中各種酶和輔酶含有的鐵含量也很少，但對每一個細(xì)胞的代謝至關(guān)重要；易變池鐵指鐵離開血漿進入組織或細(xì)胞間，與細(xì)胞膜或細(xì)胞間的蛋白短暫結(jié)合的鐵。貯存鐵部分，包括鐵蛋白和含鐵血黃素，其功能是貯存體內(nèi)多余的鐵，當(dāng)身體需要時，仍可動員為功能鐵。2.鐵的來源與吸收體內(nèi)代謝的鐵有內(nèi)、外兩個來源

(1)外源性鐵：主要來源于食物，以海帶、木耳、香菇、肝、肉類、動物血及豆類中較豐富。成年人每天從食物中可獲得10~20mg鐵，但只有10%的鐵(即1~2mg)被吸收。鐵的吸收部位主要在十二指腸和空腸上段的粘膜，是主動的細(xì)胞轉(zhuǎn)運。食物中的鐵經(jīng)胃酸、胃酶及氨基酸作用轉(zhuǎn)變?yōu)镕e2+與鐵螯合物結(jié)合，防止了因不溶解而沉淀。鐵的吸收過程是腸道粘膜細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)鐵蛋白(Tf)分泌至腸腔內(nèi)與鐵結(jié)合后，再與腸粘膜微絨毛的受體結(jié)合而進入腸粘膜細(xì)胞內(nèi)。在粘膜細(xì)胞內(nèi)，F(xiàn)e2+被銅藍蛋白及其他亞鐵氧化酶氧化為Fe3+后，與細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合越過細(xì)胞膜進人毛細(xì)血管網(wǎng)。一部分鐵與去鐵鐵蛋白結(jié)合形成鐵蛋白，存于細(xì)胞內(nèi)，3~5天后隨腸粘膜細(xì)胞的更新脫落而排出體外。另外，當(dāng)誤服大量鐵劑時，鐵亦可被動擴散進入粘膜細(xì)胞內(nèi)，使腸道對鐵的吸收失去控制，而發(fā)生急性鐵中毒。影響鐵吸收的因素有：①體內(nèi)鐵的貯存量減少時，吸收量增加；②胃腸道的分泌物中胃酸有利于食物中鐵的游離和形成Fe2+的螯合物而被吸收，分泌的粘蛋白及膽汁也有穩(wěn)定和促進鐵吸收的作用；③食物的組成，食物中的肌紅蛋白、血紅蛋白經(jīng)蛋白酶消化后，游離的血紅素鐵可直接進入腸粘膜細(xì)胞；蛋白質(zhì)分解后的氨基酸、酰胺及胺類可與鐵形成易于溶解的亞鐵螯合物以利于吸收，而蔬菜及谷類食物中的鐵多為高鐵化合物，易與植物中的植酸、草酸、磷酸形成不溶解的鐵復(fù)合物，無法被吸收；④藥物的影響，如維生素C、琥珀酸、乳酸、枸櫞酸等可使Fe3+還原為Fe2+，以利于吸收，而氧化劑、磷酸鹽、鞣酸、碳酸鹽可影響鐵的吸收。(2)內(nèi)源性鐵：當(dāng)紅細(xì)胞衰亡后，被肝、脾及骨髓中的單核-吞噬細(xì)胞系統(tǒng)吞噬清除。正常人每24小時約有6.3g血紅蛋白被氧化為高鐵血紅蛋白后血紅素與珠蛋白解離，釋放出的鐵約為21mg，是吸收的外源性鐵的15~20倍，其絕大多數(shù)與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合被再利用。為了保持體內(nèi)鐵的動態(tài)平衡，正常成年男性及無月經(jīng)婦女每天需吸收0.5~1mg，嬰兒約需0.5~1.5mg，有月經(jīng)婦女約需1~2mg，孕婦約需2~5mg的鐵。加上利用的內(nèi)源性21mg，一般正常成人每天利用鐵的量是22mg左右。3.鐵的轉(zhuǎn)運及利用每個轉(zhuǎn)鐵蛋白可結(jié)合1~2個Fe3+,與轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合后的鐵被運輸至骨髓及各個組織中。結(jié)合了F3+的轉(zhuǎn)鐵蛋白在幼紅細(xì)胞和網(wǎng)織紅細(xì)胞表面與轉(zhuǎn)鐵蛋白受體(TfR)結(jié)合,通過胞飲作用進入細(xì)胞內(nèi)后,轉(zhuǎn)鐵蛋白與再度被還原成Fe2+的鐵離子分離,Fe2+在線粒體與原卟啉Ⅸ合成血紅素。多余的鐵以鐵蛋白的形式存于細(xì)胞內(nèi)。鐵的利用受血紅素合成障礙和巨噬細(xì)胞對鐵的釋放異常的影響。4.鐵的貯存與排泄鐵主要以鐵蛋白和含鐵血黃素的形式貯存在骨髓、肝、脾等多種細(xì)胞中和血漿內(nèi)。鐵蛋白是水溶性的氫氧化鐵磷酸化合物與去鐵鐵蛋白結(jié)合而成,其分子近似球形,有一蛋白質(zhì)外殼,其內(nèi)部可容納2000個鐵原子,當(dāng)鐵最大飽和時,其相對分子質(zhì)量約為800000。血清鐵蛋白(serumferritin,SF)測定結(jié)果是判斷體內(nèi)鐵貯存量最敏感的指標(biāo)之一。含鐵血黃素是變性式聚合的鐵蛋白,為水溶性。骨髓中巨噬細(xì)胞內(nèi)外的含鐵血黃素和鐵蛋白,由于其在幼紅細(xì)胞外,稱為細(xì)胞外鐵(extracellulariron),和存在于幼紅細(xì)胞內(nèi)的鐵蛋白,即細(xì)胞內(nèi)鐵,均可經(jīng)鐵染色(普魯士藍反應(yīng))鏡下進行觀察,為骨髓可染鐵,它的多少反應(yīng)了機體貯存鐵的多少。當(dāng)機體缺鐵時,貯存鐵被消耗,可合成全身1/3~1/2的血紅蛋白,以致可染鐵減少或消失。當(dāng)貯存鐵耗盡后再繼續(xù)缺鐵才會出現(xiàn)貧血.骨髓可染鐵消失是診斷缺鐵的重要指標(biāo)之一。如有細(xì)胞外鐵的存在,可排除缺鐵性貧血。骨髓可染鐵的鏡下觀察還可發(fā)現(xiàn)鐵過多或鐵代謝障礙時的鐵分布異常。正常成人每天約排出1mg鐵,主要隨胃腸道脫落的上皮細(xì)胞、膽汁等排出,少量經(jīng)泌尿生殖道皮膚及粘膜脫落的上皮細(xì)胞排泄。育齡婦女平均每天排出2mg鐵,主要由月經(jīng)排出較多的鐵。當(dāng)體內(nèi)鐵負(fù)荷過多時,每天可排出4m鐵,而在缺鐵時,鐵的排泄可減少50%。5、鐵代謝異常

鐵的攝入、利用和排泄靠自身進行動態(tài)調(diào)節(jié)與平衡,任何因素破壞其動態(tài)平衡，'則發(fā)生鐵代謝紊亂。常見由于各種原因?qū)е碌蔫F缺乏而致的缺鐵性貧血、鐵利用障礙導(dǎo)致鐵的鐵粒幼細(xì)胞貧血和慢性疾病性貧血。也可見鐵過多(如食物中鐵過多而致鐵的攝人量過多、腸粘膜對鐵吸收調(diào)節(jié)功能失常和多次輸血等)而致的血色病和含鐵血黃素沉著癥等

三紅細(xì)胞核苷酸代謝

細(xì)胞分裂增殖的基本條件之是DNA的合成,影響DNA合成的常見因素為葉酸(Folacin)和維生素B12(vitanB12)缺乏。1.葉酸和維生素B12,在DNA合成中的作用

葉酸經(jīng)腸道吸收入肝,受葉酸還原酶、二氫葉酸還原酶及NADPH的作用,轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂谢钚缘乃臍淙~酸(TPH)。TPH是DNA合成過程中的輔酶-其最重要的作用是轉(zhuǎn)運“一碳團”，參與嘌呤核苷酸的代謝,特別是胸腺嘧啶核苷酸的合成。當(dāng)葉酸缺乏時,DNA合成受阻。而維生素B12的作用是使5-甲酰四氫葉酸去掉甲基轉(zhuǎn)為可參與胸腺嘧啶核苷酸合成的四氫葉酸,故維生素B12缺乏時∷,可致四氫葉酸的再生發(fā)生障礙,結(jié)果和葉酸缺乏相似,影響了DNA的合成。葉酸和維生素B12,在dNA合成申的作用見圖-6-2。

DNA合成障礙，合成速度減慢，細(xì)胞增殖的S期延長可致細(xì)胞核發(fā)育障礙。造血組織受影響最大，在更新較快的細(xì)胞，如胃腸道上皮細(xì)胞中也存在著類似的改變，故在臨床上常表現(xiàn)為巨幼細(xì)胞貧血并伴有胃腸道癥狀。2、葉酸的代謝

葉酸由喋啶、對氨基苯甲酸和谷氨酸組成，在綠葉蔬菜中的含量豐富，水果中的檸檬、香蕉、瓜類及動物臟器(尤其是肝)、酵母和香菇中亦含有大量葉酸。但葉酸不耐熱，可被過度烹煮而破壞。

人體本身不能合成葉酸，必須靠食物供給。食物中的葉酸為多聚谷氨酸葉酸，溶解度低，須在小腸內(nèi)被γ-谷氨酰胺羧基肽酶分解為單谷氨酸葉酸后方能在空腸近端被吸收。吸收后的葉酸，在肝中被還原為TFH再轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙劝彼猁}貯存在肝內(nèi)。葉酸結(jié)合蛋白(FBP)對葉酸的吸收、轉(zhuǎn)運和貯存具有重要意義，目前已知FBP分為可溶性葉酸結(jié)合蛋白(s-FBP)和膜葉酸結(jié)合蛋白兩大類，s-FBP存在于血清、乳汁、腦脊液、尿液和唾液中。目前對FBP的來源及生理功能還不十分清楚。正常人每天需要葉酸200ug，孕婦和哺乳者為300~400ug。人體內(nèi)葉酸貯存量約5~20mg，

可供人體50~100天之用，故當(dāng)停止攝入葉酸幾個月后就可發(fā)生葉酸缺乏癥。嬰幼兒葉酸攝入不足時會導(dǎo)致脂肪瀉、口炎性腹瀉。維生素C有促進四氫葉酸合成的作用，當(dāng)其缺乏時可加重葉酸缺乏。鎮(zhèn)靜劑如苯巴比妥、撲癇酮等可抑制葉酸代謝，抗癌藥如甲氨蝶呤可抑制葉酸還原為TFH，都可引發(fā)巨幼細(xì)胞貧血。

葉酸除主要參與DNA合成外，還在組氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼岬姆磻?yīng)中需要TFH參加。當(dāng)葉酸缺乏時，其中間產(chǎn)物亞甲基谷氨酸(FIGLU)增多，尿中排泄量增多，臨床上常用組氨酸負(fù)荷試驗作為葉酸缺乏的診斷試驗。葉酸及其代謝產(chǎn)物主要由腎排泄。糞便中有少量排泄，膽汁中的葉酸濃度是血中的2~10倍，但大部分可由空腸再吸收。

3.維生素B12的代謝維生素B12又稱氰鈷胺(CNCbl)或鈷胺素(cobalalmin,CB1)，分子中含有鈷原子(Co3+)和多個酰胺基，為一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的淡紅色水溶性維生素。Co3+能與一CH3、—CN、一0H和5-脫氧腺苷基團結(jié)合，生成4種化合物：有治療用維生素BI2(CNCb1)和羥鈷胺(OHCbl)，還有腺苷鈷胺(AdoCbl)和甲基鈷胺(MeCbl)作為輔酶參與人體內(nèi)的各種生化反應(yīng)。血漿中鈷胺的主要形式是甲基鈷胺。人類維生素B12的主要來源是食物，肝、腎、肉類、蛋類、牛奶及海洋生物中含量豐富。成人每天約需要2~5ug，而體內(nèi)貯量約為4~5mg，可供3~5年使用，故一般情況下是不會缺乏的。

維生素B12的吸收與轉(zhuǎn)運食物中的維生素B12在胃內(nèi)經(jīng)鹽酸和胃蛋白酶作用分離出來后，先與胃內(nèi)來自唾液的R-蛋白結(jié)合。到十二指腸后，在胰蛋白酶的參與下，與胃底粘膜壁細(xì)胞分泌的內(nèi)因子(intrinsicfactor,IF)結(jié)合形成維生素B12ˉ內(nèi)因子復(fù)合體。該復(fù)合體可抵抗腸道消化酶和腸道細(xì)菌、寄生蟲對維生素B12的破壞和攝取。維生素B12ˉ內(nèi)因子復(fù)合體在有Ca2+、Mg2+及pH5的條件下，與回腸末端腸粘膜絨毛上的特殊受體結(jié)合，通過胞飲作用維生素B12進人腸上皮細(xì)胞。然后在線粒體等細(xì)胞器內(nèi)與轉(zhuǎn)鈷蛋白Ⅱ(TCⅡ)結(jié)合進入門靜脈，被運到組織中，其中一半貯存于肝細(xì)胞內(nèi)。維生素B12的吸收和轉(zhuǎn)運還有一個肝腸循環(huán)，即每天有鈷胺隨膽汁排入腸腔，而幾乎90%的鈷胺再與IF結(jié)合被重吸收利用。故即使是嚴(yán)格的素食者也需10~15年后才會發(fā)生維生素Bl2缺乏。影響維生素B12吸收和轉(zhuǎn)運的因素有：胃腸疾病導(dǎo)致的胃酸、胃蛋白酶分泌減少；全胃切除和一些疾病如惡性貧血的內(nèi)因子完全缺乏時影響最大，因為膽汁中的維生素B12亦不能再吸收；胰腺分泌胰蛋白酶缺