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第十四章 红细胞代谢紊乱复习重点一、红细胞结构与功能1.红细胞的生成 存在于人血液和骨髓中的造血干细胞具有高度自我更新能力和分化能力，可分化为过渡性的可增殖细胞造血祖细胞。根据分化能力，可将造血祖细胞分为多向祖细胞和单向祖细胞，前者可进一步分化成单向祖细胞。造血干细胞在EPO的刺激作用下，形成红系祖细胞，并进一步分化，促进红细胞的分化和成熟，缩短红细胞产生的时间，使得幼红细胞提早脱核，红细胞提前进入血液。根据细胞的形态特征和发育阶段，红细胞系统可分为原始红细胞、早幼红细胞、中幼红细胞、晚幼红细胞、网织红细胞、成熟红细胞。2.成熟红细胞 成熟红细胞呈独特的“双凹面圆盘”形状，不含有一般细胞所具有的细胞器，其蛋白质约有95是血红蛋白。成熟红细胞由细胞质和细胞膜组成，其中细胞膜起着维持红细胞的特有形态的作用；细胞质内含有大量的血红蛋白，均质、无结构，细胞质电子密度较高，由此保证血红蛋白的功能。3.红细胞胞质 在红细胞的胞质中包含有所有参与其代谢过程的化学成分，通常用平均红细胞容积、血红蛋白含量等指标表示，在疾病过程中，这些指标会发生改变。4.红细胞膜的组成与结构 红细胞与其他细胞膜的结构相同，由双层脂质构成。其化学组成主要是脂质和蛋白质。脂质在红细胞膜内外层的分布是不均一的，在细胞膜外层主要是磷脂酰胆碱、神经鞘磷脂、胆固醇和糖脂（红细胞表面的血型物质），而在细胞膜内层主要是磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸。红细胞膜蛋白质可以分为二类：主体蛋白和外周蛋白。红细胞膜结构符合“流动镶嵌模型”理论，以脂质双层为主要支架，蛋白质镶嵌或贯穿于脂质双层，或者处于脂质双层的两侧，具有不对称性的特点。二、成熟红细胞的代谢1.红细胞代谢特点 红细胞代谢的重点是糖代谢，成熟红细胞主要通过糖酵解获取能量，约有90的糖通过这个途径，其余的糖则通过磷酸戊糖旁路(pentose phosphate shunt)，以及2.3二磷酸甘油酸支路(2,3-DPG)等途径代谢，这些通路相互联系，相互补充，构成了整个红细胞代谢体系。通过这些代谢提供能量、还原性的NADH和NADPH，以及一些重要的代谢物(如2,3-DPG)，对维持成熟红细胞在循环中约120天的生命过程及正常生理功能均有重要作用。2.红细胞代谢途径主要有：糖酵解途径、磷酸戊糖旁路代谢途径、2, 3-二磷酸甘油酸支路代谢途径、Touster通路代谢途径。3.红细胞的氧化还原体系 红细胞中的氧化还原体系包括有：NAD-NADH、NADP-NADPH、抗坏血酸、谷胱甘肽、血红蛋白-高铁血红蛋白等，其中谷胱甘肽氧化-还原体系对于维持红细胞的正常生理环境具有极其重要的意义。三、血红蛋白代谢紊乱血红蛋白代谢紊乱包括有血红蛋白合成与降解紊乱、珠蛋白的合成与降解紊乱、血红素的合成与降解紊乱等。由于血红蛋白的代谢紊乱可以导致血红蛋白病、贫血、卟啉病等。1.血红蛋白结构及其代谢（1）正常血红蛋白的结构与类型血红蛋白由珠蛋白和血红素组成。珠蛋白由两种成对多肽链组成，各个肽链之间通过组氨酸残基与一个血红素分子相连接。组成珠蛋白亚基的多肽为、和六种类型，因此Hb可以分为不同的种类。在人体发育的不同阶段，血红蛋白的组成各不相同，呈现严格的消长过程。因此，在正常的人体发育过程中，各种血红蛋白协调合成，然后成对组合成功能性的血红蛋白四聚体。（2）珠蛋白基因结构人类珠蛋白基因簇有二类，珠蛋白基因簇和珠蛋白基因簇。两条16号染色体上的-基因的删除可导致极早自然流产，删除一个或多个-珠蛋白基因可导致-地中海贫血。和基因均由三个外显子和二个内含子组成，研究表明，在珠蛋白基因内及其侧翼区域中发生的突变均可引起不同类型的血红蛋白病。（3）血红蛋白的功能血红蛋白的主要功能为：可与氧可逆结合；血红素血红素相互作用；血红蛋白与H+、CO2. DPG相互作用。（4）血红蛋白的降解当发生红细胞降解加速时，如自身免疫溶血性疾病和脾功能亢进时，血红蛋白降解加速。血管内溶血将导致触珠蛋白浓度降低或缺失，血浆/血清高铁清蛋白浓度升高及血红蛋白尿。（5）血红蛋白的代谢血红素生物合成的基本原料是甘氨酸、琥珀酰辅酶A及Fe2+。合成的起始和终末过程均在线粒体，而中间阶段在胞液中进行。合成过程分为如下四个步骤：-氨基乙酰丙酸( ALA)的生成；卟胆原(卟吩胆色素原)的生成；尿卟啉原和粪卟啉原的生成；血红素的生成。血红素生成后从线粒体转到细胞液中，与珠蛋白结合而成为血红蛋白。血红素合成的调节受多种因素的调节，其中主要是调节ALA的生成。主要调节因素有：ALA合成酶；ALA脱水酶与亚铁螯合酶；造血生长因子等。此外，铁对血红素的合成有促进作用。而血红素又对珠蛋白的合成有促进作用。胆红素代谢正常人每日生成胆红素约250 mg350 mg，其中8085来自循环中衰老红细胞。每克血红蛋白能生成34 mg胆红素，其余的胆红素（约1520）又称旁路性胆红素，其来源有二个，一个是骨髓，另一个是肝脏。胆红素大部份以胆红素-清蛋白复合物形式在血中运行。这种胆红素尚未与肝的醛糖酸（葡萄糖醛酸）结合，故称非结合胆红素 (或间接胆红素)，为脂溶性，因分子量较大，而不能从肾小球滤过。非结合胆红素对中枢神经系统有特殊亲和力，能透过血脑屏障而引起黄疸，所以具有毒性。结合胆红素在凡登白试验中呈直接阳性反应，故又称直接胆红素。结合胆红素为水溶性，能被肾小球滤过，但不能通过生物膜；一般认为对神经系统无毒性。胆红素的代谢与肝细胞密切有关，包括：摄取未结合胆红素；转化为结合胆红素；结合胆红素在肝细胞内运行至胆汁分泌装置；最后将其排出肝细胞外。黄疸是高胆红素血症的临床表现，即血中胆红素增高而使巩膜、皮肤、粘膜以及其他组织和体液发生黄染的现象。黄疸多见于肝脏、胆系和胰腺疾病，分为溶血性黄疸、阻塞性黄疸、肝细胞性黄疸。2.血红蛋白运氧机制在血液中O2和CO2只有极少量以物理溶解形式存在，大部分O2以Hb为载体，以HbO2的形式在肺部和组织之间进行往返运输。（1）氧的运输Hb是运输O2和CO2的主要物质。Hb将O2由肺运到组织，又将CO2从组织运到肺部，在O2和CO2运输的整个过程中，均有赖于Hb载体对O2和CO2亲和力的反比关系：当PO2升高时，促进O2与Hb结合；PO2降低时，O2与Hb解离。（2）影响O2运输的因素影响O2运输的主要因素有：pH值、PCO2. 温度、2,3-DPG。（3）CO2的运输血液中CO2的存在形式有三种，即：物理溶解；HCO3结合；与Hb结合成氨基甲酸血红蛋白。3.血红蛋白代谢异常及其相关疾病（1）血红素代谢障碍与卟啉病由于血红素合成代谢的调控发生异常而引起代谢途径中某些卟啉化合物或其前体的堆积，称为卟啉症。如：先天性红细胞生成性卟啉症、先天性ALAD缺乏、急性间隙性卟啉症、皮肤症群性卟啉症、遗传性粪卟啉症、变异型卟啉症、红细胞生成性原卟啉症等。卟啉症通常可分为原发性（遗传性）和继发性（诱导性）两大类。继发性卟啉症主要有两种不同的临床表型：类卟啉症和原卟啉血症。类卟啉尿症可见于铅中毒、乙醇中毒或酪氨酸血症患者。原卟啉血症可见于铁缺乏、铅中毒以及某些炎症性疾病患者。（2）异常血红蛋白与血红蛋白病异常血红蛋白是由于珠蛋白基因突变或核酸、蛋白质的生物合成缺陷而引起的血红蛋白分子结构改变。异常血红蛋白的主要特点为：溶解度下降；稳定性下降；氧携带能力改变；合成减少等。血红蛋白病可分为异常血红蛋白病和地中海贫血。（3）铁和叶酸、维生素B12缺乏的血红蛋白病铁、叶酸和维生素B12缺乏所导致的贫血是临床常见的疾病。铁代谢疾病的实验室检测包括：血清铁、TIBC、转铁蛋白饱和度、血清铁蛋白、游离红细胞原卟啉、组织铁贮存。四、溶血机制血红蛋白从红细胞中逸出的现象称为溶血。红细胞酶的缺陷、能量代谢障碍、膜结构及机能状态的改变均与溶血密切相关。1. 能量代谢障碍 红细胞形态的维持与ATP的生成和含量密切相关。2. 膜结构异常 红细胞膜缺陷是由于红细胞膜的化学组成、结构或功能的异常而引起的，可导致红细胞形态变化形成畸形红细胞或破裂溶血，并导致相关功能异常。（1）膜结构异常：亨氏小体的形成、细胞膜脂质的丢失、其他因素（诸如物理、化学、毒素以及补体-抗体等因素均可能使红细胞膜蛋白破坏，导致红细胞崩溃溶血）。（2）细胞骨架异常红细胞膜网状支架发生缺陷，将影响其变形性和稳定性，从而导致畸形红细胞的形成和细胞寿命缩短。畸形红细胞的形态有：椭圆形、泪珠形、球形、棘刺形和口形等。不同形态的畸形红细胞间可以发生形态转变。由于形态异常引起的常见疾病有：遗传性球形红细胞增多症、椭圆形红细胞增多症和遗传性热异形性红细胞增多症等。3. 酶与蛋白质异常（1）葡萄糖-6-磷酸脱氢酶G-6-PD缺陷症是遗传性红细胞酶缺乏引起的溶血性贫血中最常见的一种，可因药物、蚕豆或其他因素而诱发溶血性贫血。其临床表现主要为遗传性慢性非球形细胞溶血性贫血、蚕豆病、药物诱发性溶血性贫血、新生儿黄疸以及某些感染性溶血。实验室检查包括；变性珠蛋白小体生成试验作为初筛试验，高铁血红蛋白还原试验、氰化物抗坏血酸试验作为过筛试验，检测G-6-PD的活性、基因突变位点等。（2）丙酮酸激酶丙酮酸激酶缺乏症是由于PK缺乏导致红细胞内ATP生成减少所引起的一类溶血性贫血，也是慢性溶血性疾病最常见的病因之一，可引起中度至重度溶血性贫血，或新生儿溶血性疾病。（3）葡萄糖磷酸异构酶葡萄糖磷酸异构酶缺乏与家族性中度溶血性贫血有关。其变异体可以通过电泳或动力学异常检测。GPI是重要的与红细胞膜酶相关的溶血原因之一。五、自由基与红细胞老化在红细胞老化的许多因素中，氧化损伤起主导作用，红细胞内外的氧自由基的氧化损伤作用可引起红细胞老化，所以氧化损伤是红细胞老化的重要因素。1. 红细胞中自由基的来源 红细胞自身可产生氧自由基。除红细胞自身产生氧自由基外，红细胞以外的血细胞，如中性粒细胞和巨噬细胞在吞噬过程中也可产生O2. H2O2，它们可弥散到细胞外，氧化红细胞。由此可见红细胞是处在自由基的包围之中，内外受攻击。2. 红细胞的老化（1）老化红细胞的特点：密度增高、形态改变、变形性和稳定性降低、囊泡化、抗原性改变。（2）老化红细胞膜化学组成的改变包括有：膜脂成分改变（胆固醇增多、磷脂减少、流动性降低）；膜酶活性降低（糖酵解酶类活性均下降，尤其是醛缩酶、丙酮酸激酶和己糖激酶等）；膜蛋白发生共聚集现象；膜糖成分改变（如唾液酸减少）。（3）老化红细胞结构的改变导致其变形能力降低，最终导致红细胞的破溶。（4）红细胞老化的机制：ATP消耗、氧化损伤作用、囊泡化作用。3. 抗氧化剂的防御作用 红细胞的抗氧化防御体系主要由抗氧