[科普中国]-红血球的可变性

血细胞容积约占全血的45%，其中绝大部分是红细胞，约占血细胞总数的95%，其余由0.13%的白细胞和4.9%的血小板组成。试想如果红细胞不可变形，则血液就根本不可能流动了。正是红血球极强的变形性才使得血液粘度仅为3～4cp，保证了其良好的流动特性。实验表明，即使红血球压积高达95%～99%，血液仍可流动，其粘度也不会超过20CP。因此红细胞在血浆中的表现简直就像“液滴”一样。

1.影响红细胞变形性的因素1.1红细胞的形态在自然状态时，红细胞形状像双凹圆盘，中间薄边缘厚，直径约7~8μm，外面是一层有选择通透性的细胞膜，膜内充满血红蛋白。这种类似双凹圆盘的形态非常有利于红细胞发生变形，使其能顺利通过直径比自身小、甚至小到3μm的毛细血管。

1.2红细胞膜的力学特性及运动特征红细胞的细胞膜厚度约为7～7.5nm，占细胞总质量的~3.0%，其杨氏模量与其它生物材料一样随应变率的增大而增大，在接近破裂时E~10N/m。在正常生理情况下E~10N/m。红细胞膜有很大的弹性，在300N/m的剪切应力下可以被拉长到20~30，应力撤出后，细胞可恢复到原形。

红细胞的膜在剪切流动中作”坦克履带运动”，其运动周期与剪切率正相关，这对细胞内的物质传递有利，也非常有利于红细胞通过尺寸很小的血管，是保证红细胞具有良好变形性的原因之一。

红细胞膜的“坦克履带式运动”(图片来源： 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红细胞内液的粘度特性红细胞的内液为血红蛋白，粘度约为6cp，称为为红细胞的内粘度。红细胞的内粘度加上膜的粘弹性的总和，称为为红细胞的“表观粘度”，它对红细胞的变形性和血液的粘度有重要影响。

2.红细胞变形性的测量方法2.1采用微孔滤膜测定红细胞可变形性: 一般采用定量红细胞悬浮液在恒定压差下测定滤过时间。 滤过时间较短反映红细胞可变形性较好。

2.2激光衍射法测定红细胞可变形性: 悬浮在液体介质中的红细胞相当于大小基本一致的颗粒，入射激光可产生圆形衍射光斑；在流体剪切应力作用下，红细胞呈椭球形，衍射光斑变为椭圆形。

2.3粘性测定法测定红细胞可变形性:其方法是用旋转式粘度计测量高切变率下血液表观粘度，用毛细管粘度计测量血浆粘度，用微量法测血细胞比容，利用下列粘性方程计算TK值：

ηr=（1-TKC）

TK=（ηr-1）ηrC

式中ηr为相对粘度，T为Taylor因子，K为红细胞群集指数，C为红细胞的体积浓度，常以比容代替。利用TK值可估计红细胞的可变形性。

2.4 单细胞变形性测量：在一定负压条件下，单个红细胞可以被吸入内径大约为3-3.5μm的毛细玻璃管中。已知吸入的时间以及采用的压力条件就可以判断红细胞的变形性。该方法的优点在于可以对特定的红细胞进行变形性测量，缺点在于操作复杂且在一定时间内可测量的样本数太少。

3.红细胞变形性相关的疾病举例3.1镰状细胞病(Sickle cell disease,SCD)镰状细胞病是一种较常见的遗传性血液疾病。患者红细胞中的血红蛋白突变，红细胞形态由圆圈形变为镰刀形，失去变形能力，细胞变得僵硬，从而阻塞毛细血管，阻碍血液流动。与此同时，红细胞的存活期也缩短，导致贫血。

3.2 先天性红细胞膜缺陷（Genetic Defects of Red Cell Membrane）

红细胞膜是双层磷脂结构，其间镶嵌着多种膜蛋白，包括红细胞抗原、受体及转运蛋白等。其中细胞骨架蛋白由谱蛋白、锚连蛋白、肌动蛋白等组成，在细胞膜上形成网络结构，维持红细胞的正常形态和变形性。如果这些结构存在先天性缺陷，红细胞的稳定性、形状、硬度等就有可能受到影响，导致溶血性贫血等疾病。

相关阅读[1] 陈君楷.《心血管血流动力学》, 四川教育出版社, 成都, 1990.

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[3] 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

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本词条内容贡献者为:

孙安强 - 讲师 - 北京航空航天大学生物与医学工程学院