红细胞生理

红细胞是血细胞中数量最多的一种，其中含有血红蛋白(Hb)和碳酸酐酶，是血液中运输氧与二氧化碳的主要工具。
红细胞和血红蛋白的数量 我国成年男子的红细胞数为每立方毫米血液中400万～550万个，平均为500万个；成年女子每立方毫米血液中350万～460万个，平均约为420万个。初生婴儿的红细胞数量很多，每立方毫米血液可超过600万个。随后，由于体重增长的速度超过红细胞生成的速度，血液中血浆量增多，红细胞比容下降，故每立方毫米血液中的红细胞数量减少。儿童期的红细胞数一直保持在较低的水平，到青春期逐渐增加接近成年人的水平。
我国成年男子Hb的浓度为每100毫升血液中12～16g；成年女子为11～15g。在正常情况下，每单位容积血液中，Hb浓度和红细胞数密切相关，红细胞数越多，Hb浓度也越高。初生婴儿Hb浓度每100毫升血液超过20g，就是由于红细胞数多的缘故。随着红细胞数下降，儿童期的Hb含量也降低，以后随年龄增长而增多，到十五、六岁时，就接近正常成人的水平。
红细胞数和Hb浓度的正常变异表现为： 体格强壮者较瘦弱者多；月经后可因失血多而减少；妊娠后期因血浆量增多红细胞数相对减少； 长期居住高原的人要比居住海平面的多。在正常生理情况下，循环血液中还有极少量的网织红细胞，每100个红细胞中约有0.5～1.5个网织红细胞。
红细胞的寿命 红细胞由骨髓释放入循环血液中能持续地生存一段时期，称为红细胞寿命或红细胞生存期。人体红细胞的寿命可用不同血型的红细胞输血方法，或用放射性核素15N或14C标记红细胞的方法进行测定。所得的结果均为120天左右。
红细胞的生理特性
变形性 正常红细胞具有变形的能力，即能从双凹圆碟形变成菌帽形或其他形状，变形后的红细胞又可恢复其双凹圆碟形。红细胞在体内必须经过变形才能通过比它直径小的管道或小孔。红细胞的变形能力与其流动性和膜的表面积有关。红细胞膜和其内容物都具有流动性，如果红细胞膜的脂质中胆固醇含量增多，膜的流动性降低，变形能力减小；如果血红蛋白变性，产生结晶的变性珠蛋白小体，红细胞就不容易变形。红细胞的双凹圆碟形具有最大的表面积与容积的比率，适应于变形，如果红细胞变成球形，由于膜的表面积与容积的比率减小，变形能力也就减弱。
渗透脆性 正常红细胞的渗透压与血浆相等，约为300mOsm(变动范围为280～310mOsm)，约相当于0.9%NaCl溶液的渗透压。红细胞对低渗溶液具有一定的抵抗力，称为红细胞的渗透脆性。如果把红细胞悬浮于浓度低于0.85%NaCl溶液内，水将渗入红细胞使其膨胀。当NaCl溶液浓度低到0.42～0.46%时，将有一部分红细胞因膨胀而破裂，Hb从红细胞内逸出，这种现象称为溶血；当NaCl溶液浓度低到0.34～0.32%时，则全部红细胞都发生溶血。红细胞对低渗溶液抵抗力小表示脆性大，易破裂，如衰老的红细胞；红细胞对低渗溶液的抵抗力大表示脆性小，不易破裂，如初生的红细胞。如果把红细胞悬浮于浓度高于0.9%NaCl的溶液内，水将从红细胞内渗出，而发生皱缩。红细胞在脾内潴留一段时间后，脆性即增大。某些血液病的病人，其红细胞的脆性也发生变化。
悬浮稳定性 如果把人的血液抽出，加抗凝剂后置于一垂直竖立的玻璃管内，虽然红细胞的比重较血浆大，但是红细胞沉降得很慢，这表示红细胞能相当稳定地悬浮于血浆中，这一特性称为红细胞的悬浮稳定性。通常以第一小时末玻璃管中出现的血浆柱的长度（毫米）来表示悬浮稳定性，称为血沉率。红细胞的悬浮稳定性大，则血沉慢；悬浮稳定性小，则血沉快。红细胞悬浮稳定性的大小与红细胞是否易于叠连有关。所谓红细胞叠连，乃是指红细胞彼此以凹面相贴重叠在一起，看上去象一叠硬币，这种现象称为钱串形成。如果红细胞发生叠连，则叠连起来的红细胞与血浆接触的面积减小，而按每单位接触面积折算的重量增加，于是血沉加快。至于影响红细胞叠连的因素，则主要在于血浆。如果将同一个人的红细胞分别悬浮于不同的血浆里，则血沉率不同。现已证明影响血沉加快的因素，以血浆中纤维蛋白原、α-、β-球蛋白的含量起重要作用，它们含量增多可促进红细胞叠连；血浆中高分子量糊精和胆固醇增多时，也可加速血沉；白蛋白抑制血沉；血浆中卵磷脂增多，由于它使红细胞变成球形，妨碍钱串形成，使血沉减慢。
红细胞的功能 红细胞有两个主要的功能： 一为运输O2和CO2。红细胞的这项功能，乃是由细胞内的Hb来实现的，如果红细胞破裂，Hb进入血浆，就丧失运输气体的功能。已知1gHb可结合1.34ml O2，这一数值大大超过O2在血液中的溶解度。在氧分压高的肺脏处，Hb能最大限度地与O₂结合。在氧分压低的组织处，Hb又能迅速地放O2出来。所以，Hb是很理想的运载工具；绝大部分的CO₂在血液中以HCO₃-的形式溶于血浆中运输，由于血液中的碳酸酐酶存在于红细胞内，故CO₂主要在红细胞内与H₂O结合形成H₂CO3后再解离成HCO-3。此外，CO2还可以与Hb结合形成氨基甲酸血红蛋白而被运输。
红细胞另一功能为缓冲机体内的酸碱物质，红细胞中的主要缓冲物质为Hb。当组织代谢产生的CO2进入血液后，绝大部分CO2透入红细胞内，迅速形成H2CO3。H₂CO3形成后又可解离为H⁺和HCO₃-。分离出来的H⁺，在红细胞内主要为Hb所结合。由于红细胞内Hb的浓度(约为31～34g%)比血浆蛋白的浓度(约为6～8g%)高； 又由于动脉流入组织毛细血管的Hb主要是氧合血红蛋白(HbO2)，在组织内CO₂分压高和O₂分压低的条件下，HbO₂释放O₂的同时就与H⁺结合。形成脱氧血红蛋白(HHb)，而HHb的酸性与HbO₂相比是比较弱的，这就增强了对酸缓冲的效率。因此，红细胞在缓冲挥发酸中起着重要的作用。
红细胞的生成 关于红细胞生成的部位、生成过程中细胞的增殖、分化、成熟和释放的动力学过程由组织学详述。这里只介绍红细胞生成和成熟所需要的物质，以及红细胞生成的调节。
红细胞生成所需的原料 在红细胞生成过程中需要的造血原料，以铁和蛋白质最为重要，此外，还需要微量的铜。人体的铁来源有二，其一来自食物，称为外源性铁。在儿童生长发育期，它是重要的来源；其二来自红细胞在体内破坏后所释放的铁，称为内源性铁。据估计，每日由红细胞破坏所释放的铁约21mg，其中绝大部分被机体再利用和贮存，很少丢失。正常成人每日需铁量约为1.0mg，一般饮食中所含有的量就足够机体所需。二价铁易于吸收，被十二指肠和上段空肠的粘膜细胞吸收后，进入血液的二价铁又被氧化成为三价铁，三价铁在血液中与运铁蛋白相结合，形成含铁的运铁蛋白，它随血流到达骨髓，铁被有核红细胞膜吸附，随后进入细胞的线粒体，参入卟啉环，形成血红素，再与珠蛋白结合形成红细胞的主要成分——血红蛋白。至于蛋白质，则是食物中蛋白质被消化分解成氨基酸后，吸收入血液而运至骨髓，在有核红细胞内合成珠蛋白。珠蛋白由4条肽链配对组成，这4条肽链分别称为α、β、γ、δ链。不同配对的肽链所组成的珠蛋白再与血红素结合，则形成不同的血红蛋白。如血红蛋白A(HbA)，其肽链配对为α2β2; 血红蛋白A2(HbA2)，肽链配对为α2δ2; 血红蛋白F(HbF)，则为α2γ2。正常成年人血液中这几种血红蛋白都存在，但浓度不同。HbA约占95%,HbA2约占2.5%,HbF是初生儿血红蛋白的主要成分，出生后6～12个月，浓度即下降，不超过2%。如果构成血红蛋白的4条肽链任何一条的合成发生障碍，则上述几种血红蛋白的正常浓度比例将发生紊乱，从而引起贫血。例如β链合成障碍，将产生β-地中海贫血。
红细胞成熟必须的物质 是叶酸和维生素B_12。叶酸广泛地存在于植物界和动物界。成年人每日需要量约50～100μg，而体内的贮存量约4～8mg，故一般不易发生叶酸缺乏。叶酸主要在十二指肠和空肠内吸收。在血液中叶酸主要为N5-甲基四氢叶酸(约占总量80%)。在组织中它必须还原成四氢叶酸才具有活性。四氢叶酸有几种衍生物，其中之一为N⁵,N¹0-甲烯基四氢叶酸，是在合成脱氧核糖核酸 (DNA)分子时合成胸腺嘧啶核苷酸所必须的辅酶。如果缺乏叶酸，则胸腺嘧啶核苷酸的合成减少，以致骨髓中幼红细胞内DNA合成受影响，DNA/RNA（核糖核酸） 的比值和胸腺嘧啶/尿嘧啶的比值下降，细胞的分裂增殖速度也明显下降，幼红细胞分裂障碍，细胞体积变大，细胞核染色疏松，形成巨幼红细胞贫血。
维生素B₁₂ (简写B₁₂)是含钴的化合物，广泛地存在于自然界中，统称为钴胺类。人大肠内的微生物也能合成B₁₂，但不能吸收，人体所需的B₁₂主要来自各种动物性食品(如肝、肾、肉和蚌类都含有丰富的B₁₂)，植物性食品的含量则极微。人每日所需B12的量约为2～5μg，而体内B12的贮存量约2～5mg，故一般不易发生B12缺乏。B12在人体回肠内吸收，其吸收需要内因子(见“胃液”条)的存在。在人类，内因子是由胃底部粘膜的壁细胞所分泌。内因子一方面可与B₁₂结合成为内因子-B₁₂复合物，保护B₁₂不易被消化酶所破坏； 另一方面内因子具有结合位点，它可以与回肠粘膜的刷状缘上的特异受体结合，从而使内因子-B1₂复合物吸附于回肠粘膜上，有助于B₁₂的吸收。血浆中B12与钴胺转运蛋白结合而运输，当它运至体内各处，特别是肝脏内，可转变为甲基钴胺 (甲基B₁2)或称辅酶B₁₂，甲基B₁₂是N⁵-甲基四氢叶酸甲基移换酶的辅酶。N5、N10-甲烯基四氢叶酸是合成胸腺嘧啶甲基所必需的，当它转变成N⁵-甲基四氢叶酸后，将不能合成胸腺嘧啶。然而，体内甲基B12充足时，N3-甲基四氢叶酸可经甲基移换而转变成四氢叶酸，后者可重新产生N5、N10-甲烯基四氢叶酸，再参与合成胸腺嘧啶。此外，有人认为B₁₂可增加叶酸在体内的利用率，B₁₂缺少则叶酸难以进入细胞。总之，B12的作用与叶酸相似，只是叶酸直接参与DNA的合成，而B₁₂间接促进DNA的合成。因此，B12缺乏也引起巨幼红细胞贫血。B12缺乏还出现神经系统症状，但这种神经症状不能被叶酸纠正。
红细胞生成的调节 红细胞的数量保持相对恒定，主要是受某些体液因素的调节，如促红细胞生成素和雄激素等的调节。
(1) 促红细胞生成素：机体缺氧时，肾脏可产生一种酶，称为肾性促红细胞生成因子，也称促红细胞生成酶。这种酶在血液中作用于由肝所产生的一种O-球蛋白，即促红细胞生成素原，使其转变为促红细胞生成素，以刺激骨髓生成红细胞。血液中红细胞增多，改善了缺氧情况，促红细胞生成素的产生减少。通过这一负反馈调节，可使红细胞数量能较精确地适应机体需要。用不含血清的液体灌流缺氧动物的肾脏，其流出液中含有促红细胞生成素，然而肾组织提取物却必须和血液混合后才具有促红细胞生成素的活性。因而有人认为： 肾脏所产生的是促红细胞生成素，但它是和某种脂质抑制物相结合的，故不能发生作用，而血清特别是缺氧动物的血清，则可使促红细胞生成素与脂质抑制物相分离。
肾内产生促红细胞生成素的部位可能是肾小球旁器，肾外组织也可产生少量促红细胞生成素。缺氧可能一方面使肾脏中乳酸增多，激活肾皮质中腺苷酸环化酶，使cAMP合成增加，从而促进促红细胞生成素的合成与分泌；另一方面可能缺氧刺激颈动脉体化学感受器，反射地引起促红细胞生成素的分泌，其中枢可能在下丘脑。
促红细胞生成素的作用，主要为促进骨髓内红系定向干细胞加快分化成熟为红系母细胞；此外，它尚促进有核红细胞的有丝分裂、促进血红蛋白的合成、促进骨髓内网织红细胞与成熟红细胞的释放。促红细胞生成素是一种糖蛋白，分子量约为35,000，含唾液酸约13%，在肝内灭活，部分以活性型由尿中排出。
(2) 雄激素：正常成年男子的红细胞数和Hb量均较成年女子的多，而这种性别差异在青春期以前并不存在。给阉割了睾丸的小鼠注射雄激素，可刺激红细胞生成，而注射雌激素则无效。这提示雄激素可刺激红细胞生成。其可能的机理是，一方面使骨髓内红系有核细胞的DNA和血红蛋白合成加快，即使有核红细胞的分裂增殖加快；另一方面也可能加速肾组织的蛋白质合成与代谢，间接地使促红细胞生成素的形成增多。
红细胞的破坏 正常成年人每天分解的Hb量据估计约为5～7g，相当于40～50ml血液中的红细胞数量。红细胞破坏的场所有二：一为血管内破坏，如红细胞膜的渗透脆性增大，溶血物质进入血管，或强烈打击体表，都可引起红细胞在血管内破坏。在正常生理情况下，血管内红细胞破坏量不大。二为血管外破坏，如受损害的、衰老的或异常的红细胞，可被单核细胞或巨噬细胞所吞噬；红细胞形态异常或产生了变性珠蛋白小体，由于变形能力减少，不易通过脾内基膜上小孔而被破坏(见“脾脏的功能”)。血管外破坏红细胞的器官主要为脾和肝。脾是重要的破坏红细胞的器官，而肝由于体积大，每分钟流过的血量远超过脾，虽不及脾对受损伤红细胞的“识别”与破坏能力，但肝破坏红细胞的总量仍大于脾。