血細胞容積約占全血的45%,其中絕大部分是紅細胞,約占血細胞總數的95%,其餘由0.13%的白細胞和4.9%的血小板組成。試想如果紅細胞不可變形,則血液就根本不可能流動了。正是紅血球極強的變形性才使得血液粘度僅為3~4cp,保證了其良好的流動特性。實驗表明,即使紅血球壓積高達95%~99%,血液仍可流動,其粘度也不會超過20CP。因此紅細胞在血漿中的表現簡直就像“液滴”一樣。
1.影響紅細胞變形性的因素,1.1紅細胞的形態,1.2紅細胞膜的力學特性及運動特徵,1.3紅細胞內液的粘度特性,2.紅細胞變形性的測量方法,3.紅細胞變形性相關的疾病舉例,3.1鐮狀細胞病(Sickle cell disease,SCD),3.2 先天性紅細胞膜缺陷,相關閱讀,
1.影響紅細胞變形性的因素
1.1紅細胞的形態
在自然狀態時,紅細胞形狀像雙凹圓盤,中間薄邊緣厚,直徑約7~8μm,外面是一層有選擇通透性的細胞膜,膜內充滿血紅蛋白。這種類似雙凹圓盤的形態非常有利於紅細胞發生變形,使其能順利通過直徑比自身小、甚至小到3μm的毛細血管。
1.2紅細胞膜的力學特性及運動特徵
紅細胞的細胞膜厚度約為7~7.5nm,占細胞總質量的~3.0%,其楊氏模量與其它生物材料一樣隨應變率的增大而增大,在接近破裂時E~10N/m。在正常生理情況下E~10N/m。紅細胞膜有很大的彈性,在300N/m的剪下應力下可以被拉長到20~30,應力撤出後,細胞可恢復到原形。
紅細胞的膜在剪下流動中作”坦克履帶運動”,其運動周期與剪下率正相關,這對細胞內的物質傳遞有利,也非常有利於紅細胞通過尺寸很小的血管,是保證紅細胞具有良好變形性的原因之一。
紅細胞膜的“坦克履帶式運動”(圖片來源: A. Viallat, M. Abkarian. Red blood cell: from its mechanics to its motion in shear flow. International Journal of Laboratory Hematology. 36(3):237–243, 2014)
1.3紅細胞內液的粘度特性
紅細胞的內液為血紅蛋白,粘度約為6cp,稱為為紅細胞的內粘度。紅細胞的內粘度加上膜的粘彈性的總和,稱為為紅細胞的“表觀粘度”,它對紅細胞的變形性和血液的粘度有重要影響。
2.紅細胞變形性的測量方法
2.1採用微孔濾膜測定紅細胞可變形性: 一般採用定量紅細胞懸浮液在恆定壓差下測定濾過時間。 濾過時間較短反映紅細胞可變形性較好。
2.2雷射衍射法測定紅細胞可變形性: 懸浮在液體介質中的紅細胞相當於大小基本一致的顆粒,入射雷射可產生圓形衍射光斑;在流體剪下應力作用下,紅細胞呈橢球形,衍射光斑變為橢圓形。
2.3粘性測定法測定紅細胞可變形性:其方法是用旋轉式粘度計測量高切變率下血液表觀粘度,用毛細管粘度計測量血漿粘度,用微量法測血細胞比容,利用下列粘性方程計算TK值:
ηr=(1-TKC)
TK=(ηr-1)ηrC
式中ηr為相對粘度,T為Taylor因子,K為紅細胞群集指數,C為紅細胞的體積濃度,常以比容代替。利用TK值可估計紅細胞的可變形性。
2.4 單細胞變形性測量:在一定負壓條件下,單個紅細胞可以被吸入內徑大約為3-3.5μm的毛細玻璃管中。已知吸入的時間以及採用的壓力條件就可以判斷紅細胞的變形性。該方法的優點在於可以對特定的紅細胞進行變形性測量,缺點在於操作複雜且在一定時間內可測量的樣本數太少。
3.紅細胞變形性相關的疾病舉例
3.1鐮狀細胞病(Sickle cell disease,SCD)
鐮狀細胞病是一種較常見的遺傳性血液疾病。患者紅細胞中的血紅蛋白突變,紅細胞形態由圓圈形變為鐮刀形,失去變形能力,細胞變得僵硬,從而阻塞毛細血管,阻礙血液流動。與此同時,紅細胞的存活期也縮短,導致貧血。
3.2 先天性紅細胞膜缺陷
(Genetic Defects of Red Cell Membrane)
紅細胞膜是雙層磷脂結構,其間鑲嵌著多種膜蛋白,包括紅細胞抗原、受體及轉運蛋白等。其中細胞骨架蛋白由譜蛋白、錨連蛋白、肌動蛋白等組成,在細胞膜上形成網路結構,維持紅細胞的正常形態和變形性。如果這些結構存在先天性缺陷,紅細胞的穩定性、形狀、硬度等就有可能受到影響,導致溶血性貧血等疾病。
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