白细胞生理

白细胞是具有胞核和胞浆的真细胞，在血液中一般呈球形，而在组织中则有不同程度的变形运动。根据胞浆内有无特殊嗜色颗粒，可将白细胞区分为颗粒细胞 （粒细胞） 和无颗粒细胞两大类。粒细胞在成熟时胞核常是分叶的，因此又称多形核白细胞。粒细胞根据其嗜色颗粒的特性，又可分为三类，即中性粒细胞、嗜酸粒细胞和嗜碱粒细胞。无颗粒细胞包括单核细胞和淋巴细胞。粒细胞能吞噬外来微生物、机体本身的坏死细胞和抗原抗体复合物等，具有防御保护功能，淋巴细胞在机体免疫过程中起重要作用。
白细胞的正常值 我国健康成年人循环血液中白细胞的正常值见下表。白细胞总数和分类计数都随年龄而有变化。新生儿白细胞总数为10,000～25,000/mm3，此时中性粒细胞占总数的60%。从出生后第2周到第2年，白细胞总数逐渐降至8,000～13,000/mm3，其中淋巴细胞占多数，为50～69%。至12岁时白细胞总数为4,000～13,000/mm³，此时中性粒细胞又转为占多数，约为54%。至15岁左右白细胞总数及分类计数都达到成年人数值。白细胞总数呈昼夜周期变化，一般下午比早晨稍高，这种波动与进食无关，可能是外周白细胞重新分布的结果。中性粒细胞有长周期波动，每个周期约14～23天。这可能与粒细胞的负反馈调节系统有关。剧烈的肌肉运动能使白细胞总数在几分钟之内明显升高，可达到27,000/mm3，并在运动停止后几小时恢复原来水平。怀孕期间白细胞总数仅有轻度增加而当妇女分娩时白细胞总数可增加至17,000～34,000/mm³。

我国健康成年人血液中白细胞正常值

白细胞名称		绝对数(每mm3)		百分率(%)
		范 围	平均值	范 围	平均值
白细胞总数		4,000～10,000	7,000
颗 粒 细 胞	中性粒细胞	2,000～7,000	4,500	50～70	66
	嗜酸粒细胞	0～700	100	1～4	1.5
	嗜碱粒细胞	0～100	25	0～1	0.5
无细 颗 粒胞	淋巴细胞	800～4,000	1,800	20～40	26
	单核细胞	80～800	450	1～7	6

白细胞的生理特性 各类白细胞都与机体的防卫功能有关。白细胞所具有的下列生理特性是它们执行防卫功能的基础。
运动与游走 各类白细胞具有不同程度的变形运动能力，并可在组织内游走，以粒细胞的运动能力最高，其次是单核细胞。在粒细胞中，成熟的细胞较未成熟细胞的变形运动活跃，细胞表面的粘附性较高，而负电荷密度较低，因而吞噬活动明显。看来白细胞表面的理化性质与细胞的运动和吞噬功能有密切关系。目前认为，白细胞的游走运动与细胞膜下面的收缩蛋白和微管系统的活动有关。
化学趋向性 在白细胞的周围环境中有一些化学物质能引起白细胞按照这些物质的浓度梯度向它们趋近，这就是白细胞的化学趋向性，它实际上是白细胞对入侵细菌或其他异物的第一步反应。能引起白细胞化学趋向性的物质是多种多样的，主要包括：细菌所产生的一些低分子量因子(分子量约1,000)；补体的各个成分按顺序相继激活时所释放的化学趋向性物质；由细菌、白细胞或损伤组织所释放的各种蛋白酶作用于某些补体成份所产生的裂解产物；以及激肽释放酶和纤溶酶原的激活物。
吞噬作用 中性粒细胞和单核细胞都具有较强的吞噬细菌和异物颗粒的能力，嗜酸粒细胞也有一定吞噬作用。白细胞在化学趋向性物质引导下首先与细菌等生物直接接触，使细菌粘着在细胞膜上。然后，白细胞围绕着细菌伸出伪足，把细菌包裹起来形成吞噬小泡。在正常和免疫血清中都存在着一种能促进吞噬作用的物质，称为调理素。当调理素与细菌结合时，吞噬作用明显加快。
中性粒细胞内含有两类不同的颗粒，一类是大而致密的嗜苯胺蓝颗粒，直径约为800nm。这种颗粒占中性粒细胞内颗粒总数的约25%。内含有多种溶酶体酶，当这种颗粒与吞噬小泡融合时，它们之间的质膜破裂，其中的溶酶体酶即进入小泡起着杀死细菌并将其降解的作用；另一类是中性粒细胞特有的颗粒，这种颗粒直径约500nm，占颗粒总数的75%左右，里面不含溶酶体酶，而含有碱性磷酸酶和某些具有杀菌作用的阳离子蛋白质。
当溶酶体颗粒已将其内容物倾入吞噬小泡后，它本身即消失。这种白细胞内溶酶体颗粒消失的过程称为 “脱粒”。当一个粒细胞吞噬了50个以上的细菌以后，该细胞就会全部脱粒而死亡。
杀灭已陷入吞噬小泡中的细菌机理有：
❶氧化机理，白细胞内可生成大量H₂O₂，在髓过氧物酶催化下使细胞内的卤化物氧化，生成具杀菌作用的化合物将细菌杀死；
❷非氧化机理，白细胞内生成一些能杀伤某类细菌的阳离子蛋白质。那些已被杀死的细菌在酸性水解酶的作用下被进一步消化降解。
细胞的游走和吞噬所需的能量主要来自无氧糖酵解所生成的ATP。
白细胞的功能 各类白细胞均参与机体的防御功能，但又各有特点。
中性粒细胞的功能 中性粒细胞具有很大的运动能力和吞噬活性，细胞内又具备复杂而完善的杀菌系统。它们在机体对抗入侵的微生物病原体，特别是急性化脓性细菌时，是最重要的防卫系统。当中性粒细胞数减少到1,000/mm3时，机体发生感染的机会明显增高。当有微生物、化学物质、高热或免疫因素作用于机体而引起炎症反应时，在小静脉和毛细血管血流中的中性粒细胞即逐渐靠向血管壁，粘附在内皮细胞层上，然后向内皮细胞间的缝隙伸出伪足，开辟一条穿过血管壁到达组织间隙的途径，在化学趋向物质的引导下借变形运动向入侵的细菌或异物颗粒接近；将它们吞噬、杀灭并消化。中性粒细胞开始吞噬时，本身又能释放出能吸引中性粒细胞的物质，使更多的中性粒细胞趋向炎症部位，直到把所有异物颗粒或细菌吞噬掉。在某些情况下，中性粒细胞通过吞噬活动和释出胶原酶等酶类，清除免疫复合体和坏死的组织细胞。
嗜酸粒细胞的功能 嗜酸粒细胞在血流中的半消失期仅30分钟，在组织中生存的时间较长，为8～12天，而且一旦进入组织一般不再重返血流。这类细胞具有粗大的嗜酸颗粒，内含有过氧化物酶和酸性磷酸酶，但不含阳离子蛋白质，因此基本上没有杀菌能力。
嗜酸粒细胞对组织胺、抗原-抗体复合物和积聚的免疫球蛋白IgG和IgM等有化学趋向性，当机体内发生抗原-抗体相互作用时，释放出的化学物质可能包括组织胺，于是吸引大量嗜酸粒细胞来到局部，把抗原-抗体复合物吞噬，因而减轻对机体的危害。此外，嗜酸粒细胞还能对抗一些致炎症的体液因子，如组织胺、5-羟色胺和缓激肽等的作用，因而限制了炎症过程。当机体发生过敏反应时，血液中嗜酸粒细胞的数量增多。在急性炎症部位嗜酸粒细胞只少量出现，而在慢性炎症区域却大量集结。
嗜碱粒细胞的功能 嗜碱粒细胞在粒细胞中体积最小，直径约10～14μm，它与组织中的肥大细胞有很多相似之处。这两种细胞浆内都充满异染性颗粒，这些颗粒内含有化学活性物质，如组织胺、肝素和5-羟色胺。但是它们之间也有区别，例如，肥大细胞具有水解酶和过氧化酶，而嗜碱粒细胞则没有，这两类细胞的起源也不同。当发生抗原-抗体反应时，当机体暴露在寒冷中时，或是进食引起高脂血时都能引起嗜碱粒细胞和组织肥大细胞释放组织胺和肝素。
单核细胞与巨噬细胞的功能 单核细胞直径为10～18μm，在血流中存在一段较短暂时间之后即离开血管进入组织，发育转化为巨噬细胞并继续长大。当变成成熟的含多个细胞核的巨噬细胞时直径可达20～80μm，细胞的结构、组成成份和代谢都发生变化。单核细胞的胞浆中只含有少量异染性的细小颗粒，到了巨噬细胞阶段，这种颗粒愈来愈多而充满全部胞浆，颗粒内溶酶体酶类的含量也增多。单核细胞和巨噬细胞都能产生缓慢的变形运动，巨噬细胞能伸出比细胞直径长几倍的伪足。目前了解单核-巨噬细胞系统的生理功能有三：
❶移除受损伤或衰老的细胞和细胞碎片。巨噬细胞凭藉细胞表面受体识别衰老的红细胞，并使红细胞固定在它的表面，接着伸出伪足将红细胞吞噬进细胞内，在水解酶类的作用下，将红细胞消化。有些被固定在巨噬细胞表面的红细胞虽不被吞噬，但发生变形，由于渗透脆性增加而破碎。在脾、肝和骨髓中的单核-巨噬细胞就是通过这种机理每天处置大量衰老的红细胞；
❷参与机体的免疫反应。它们先与抗原结合，然后通过与淋巴细胞的接触，把所携带的抗原决定簇转交给淋巴细胞，从而诱导淋巴细胞产生特异抗体或发生淋巴细胞转化。在这一方面巨噬细胞的作用强于单核细胞；
❸防卫某些微生物的侵害。中性粒细胞是抵御化脓菌的主要防卫系统而单核-巨噬细胞是对付细胞内致病细菌、真菌和寄生虫的主要细胞防卫系统。巨噬细胞能杀死和限制结核分支杆菌、沙门菌和疟原虫的繁殖。巨噬细胞首先在感染灶附近集结，通过与淋巴细胞的相互作用而被激活。激活了的细胞通过质膜内凹将微生物包在形成的吞噬小泡内，然后借助细胞内的过氧化物酶和过氧化氢将病原微生物杀死。
单核-巨噬细胞还具有识别和杀伤肿瘤细胞的能力；还能产生细胞团刺激因子(CSF)，因而可能参与粒细胞的生成调节；由于巨噬细胞还具有溶解胶原的作用，因此可能参与伤口愈合和骨再成型等过程。
淋巴细胞的功能 淋巴细胞中绝大部分是完成特异性免疫功能的细胞，因而又可称为免疫细胞。淋巴细胞一般可分为执行细胞免疫功能的T细胞和执行体液免疫功能的B细胞；另有很少非T非B细胞，其功能尚未阐明，可能其中有一些属于造血干细胞。通常在血液和淋巴中循环的主要是T细胞；B细胞较少，主要在淋巴结、脾脏及肠道淋巴组织等部位。T细胞参与移植片对寄主的反应、延迟性过敏反应以及清除肿瘤组织等细胞免疫功能。当细菌等入侵时，T细胞可产生一些引发炎症反应的因子，如转移抑制因子、细胞毒性因子等，并分裂增殖大量具有特异免疫功能的T细胞，也产生一部分“记忆”T细胞，同时，T细胞还可调节B细胞产生抗体的功能。B细胞因细菌等入侵而激活后，也大量增殖、分化成为成熟的浆细胞，浆细胞能针对入侵的异物产生大量免疫球蛋白，即所谓抗体；同时B细胞在增殖时也产生一部分“记忆”细胞。这些具有特异性的T和B淋巴细胞的记忆细胞可以存活很长时间，在以后有同样的异物入侵时即能迅速增殖生成大量具有同样特性的T和B细胞。T细胞和B细胞的这些免疫功能都可能有巨噬细胞参与。
白细胞的生成与破坏 所有各类血细胞，包括红细胞、粒细胞、单核细胞、巨核细胞和淋巴细胞都发源于骨髓中同一原始细胞——多潜能干细胞。多潜能干细胞除存在于骨髓中外，有少量存在于脾脏和外周血液中。在正常情况下，只有小部分多潜能干细胞处在增殖活动状态。多潜能干细胞一方面通过细胞分裂而维持其本身数量的稳定，一方面又通过细胞的分化而生成各类定向干细胞，从各类定向干细胞再进一步分化为各类血细胞株。从造血干细胞的培养中看到，红细胞、粒细胞、单核细胞和巨核细胞均起源于同一类定向干细胞，而淋巴细胞则起源于另一类定向干细胞。看来定向干细胞是一群不同分化程度的细胞的总称。
粒细胞的分裂成熟过程： 从粒系定向干细胞顺次生成原始粒细胞、早幼粒细胞和中幼粒细胞。这是一个粒细胞增殖阶段。据测定，从原始粒细胞到中幼粒细胞共发生3～6次细胞分裂，每个增殖周期持续约一天。此时，粒细胞数急速增加。当发育到晚幼粒细胞阶段后，细胞不再分裂而进入成熟阶段。成熟的粒细胞仍停留在骨髓中若干天，然后才陆续释放入外周血流。用放射性核素标记法测定人类贮存在骨髓中的粒细胞数约为每公斤体重9×10⁹个，而在外周的粒细胞数约为每公斤体重7×10⁸个，即贮存在骨髓中的粒细胞数量约为外周粒细胞数的13倍。释放到外周血流中去的成熟粒细胞约有一半存在于循环血流中，而另一半则贴靠在血管壁上，这两部分粒细胞又不断进行交换。
成熟粒细胞进入血流后，在循环血流中停留的时间很短暂，它们在血流中的半消失期约为6～8小时。正常成年人每天约有每公斤体重16×10⁸个的粒细胞从骨髓释放入外周血流，也有同样数目的粒细胞随机离开血流进入组织，即在血流中的粒细胞每天大约更新2次。粒细胞在组织中存在的时间取决于很多因素，可短到数分钟，长到数天，平均生存时间为4～5天，主要聚积在肺、肝、脾、肾、胃肠道、骨髓和骨胳肌等器官组织中。在组织中，有些粒细胞被肝或脾内的巨噬细胞所清除； 有的粒细胞在吞噬异物后死亡； 有的游走到口腔、气管-支气管树和子宫颈腔的表面随分泌物排出体外；有的则因衰老而死亡。当发生急性感染时，粒细胞在血液和组织中生存的时间都显著缩短。
淋巴细胞虽然也都是起源于骨髓中的多潜能干细胞，但由于以后的发育成熟途径不同而成为具有不同功能的淋巴细胞。一部分在骨髓中生成的淋巴样干细胞迁移到胸腺，在胸腺微环境的影响下分化成为胸腺依赖性淋巴细胞，简称T细胞，执行各种形式的细胞免疫功能。另一部分淋巴样干细胞，在人类主要就在骨髓内成熟为骨髓或腔上囊依赖淋巴细胞，简称B细胞。B细胞的功能是产生抗体，执行体液免疫功能。各类淋巴细胞的寿命有很大差别。大淋巴细胞的寿命很短，在组织中仅生存数小时至数天。小淋巴细胞也有长龄和短龄两类。长龄的小淋巴细胞约占在胸导管中淋巴细胞总数的90～95%，一般可生存数月至数年。这类细胞主要为T细胞，它们能在血液和淋巴系统之间进行再循环，即在离开血管进入淋巴结后，又可循淋巴管道重新回到血液。短龄小淋巴细胞的寿命一般不超过5天，它们多数属B细胞。
白细胞数量的调节 在正常机体内，血液中白细胞的数量是较为恒定的，即使受某种因素影响，如剧烈运动、急性炎症等，可以引起白细胞数量急剧增加，但当这些因素消除后，白细胞数又迅速恢复到正常水平。这说明，机体内有一套相当完善的机构调节白细胞的数量。这种调节因素包括细胞之间的相互作用、造血微环境的影响和各种神经体液性因子（刺激因子和抑制因子）的作用。可能主要是一些局部因素调节着多潜能干细胞的增殖。造血组织的微环境对这些干细胞的增殖有重要影响。关于这种微环境调节影响的本质目前还有争论： 有的认为造血组织中存在着对多潜能干细胞增殖的刺激因子和抑制因子。有的认为多潜能干细胞表面存在着肾上腺素能的β-受体、胆碱能受体和组织胺H₂-受体，兴奋这些受体促使这些干细胞进入细胞周期。有的认为T淋巴细胞能刺激干细胞的增殖分化过程。
定向干细胞是一类对体液性调节因子敏感的反应细胞。机体的许多组织，包括肺、脾、肾、子宫和白细胞都能产生一种细胞团刺激因子(CSF)。这种因子能刺激粒系定向干细胞在琼脂培养基上生成细胞团。白细胞产生的CSF主要来自单核细胞，也来自致敏了的淋巴细胞。不同来源的CSF其理化性质也略有差异。从人尿中提取得的CSF是一种含神经氨酸的糖蛋白，分子量为45,000～60,000，它以少于0.1mg/ml的浓度即能显示出刺激细胞团生成的活性，这与体内一般活性调节因子的浓度近似。在机体内CSF的作用尚待深入研究，从一些事实推测它可能是白细胞的一个生理性调节因素，例如，血浆中CSF浓度与粒细胞生成的速度之间呈正相关；正常血浆中存在的CSF浓度比在体外培养系统中能刺激粒细胞增殖的有效浓度高出10倍。
当用药物或X线照射使外周血的中性粒细胞数减少时，实验动物血浆中出现一种体液因子，称为白细胞增多诱导因子(LIF)。这是一种对热不稳定的物质，它的化学性质尚未确定。它的作用是促进中性粒细胞的成熟和释放，因而使外周血中的中性粒细胞数增多，带状核的比例增高。LIF的效应在4～6小时内达到最高峰。LIF可能是控制外周血中性粒细胞数量稳定的一种负反馈调节因子。
此外，从成熟的粒细胞中可以分离出一种抑制粒细胞团生成的因子，其化学本质是乳铁蛋白，可抑制CSF的产生。成熟的粒细胞还能产生一种抑制因素，称为粒细胞抑素。这种物质已被部分提纯，是一种分子量约20,000～30,000的水溶性糖蛋白，其主要作用是使早幼和中幼粒细胞的细胞周期时间延长，因而粒细胞的生成减少。抑素的抑制作用是可逆的，它具有细胞系的特异性而没有明显的种族特异性。抑素在体内的作用尚待进一步证明。