脾脏对红细胞和血液流变性的影响
作者：龙天渝 王翔 王远亮 蔡绍皙 吴云鹏
单位：重庆大学生物工程研究院教育部生物力学及生物流变学开放实验室(重庆 400044)
关键词：脾脏；红细胞；血液流变学
北京生物医学工程990209 摘 要 采用测量脾动、静脉血的血液粘度和测量脾动、静脉血中红细胞膜在微管中的变形过程的方法，研究了脾脏对红细胞和血液流变性的影响。结果表明：脾静脉血的血液粘度、红细胞变形指数和红细胞聚集指数以及血中红细胞膜的平均弹性模量和平均粘性系数都明显低于脾动脉的相应值。上述结果提示，红细胞和血液通过脾脏后，红细胞和血液的流变性得到明显改善。
The Effects of Spleen on Erythrocyte and Blood
Rheological Properties
, 百拇医药
Long Tianyu, Wang Xiang, Wang Yuanliang, Cai Shaoxi, Wu Yunpeng
(Bioengineering Research Institute,Chongqing University,Chongqing 400044)
Abstract
The effects of spleen on properties of erythrocyte and blood rheological were studyed by measuring blood viscosity of splenic arterial and venous blood as well as by measuring erythrocyte membrane deformation process in splenic arterial and venous blood.The results showed that the blood viscosity,erythrocyte deformation index and erythrocyte aggregation index as well as average elastic modulus and viscosity coefficient of erythrocyte membrane of splenic veins were significantly lower than those of splenic arteries.It is suggested that erythrocyte and blood rheological properties are improved after erythrocyte and blood flow through spleen.
, 百拇医药
Key words:Spleen; Erythrocyte; Hemorheology
0 前 言
脾脏有滤血功能，它能够扣留衰老的红细胞，清除血流中的病理细胞，除去红细胞内液中的包含体、变性线粒体，铁颗粒等[1]。由此可以推断，从脾脏流出的血，即脾静脉血的血液流变性及血中红细胞的流变性应与脾动脉血的有所不同，但差别究竟有多大呢?或者说，脾脏对通过它的红细胞和血液的流变特性影响如何呢?到目前为止，尚未见到任何有关的报道。
本文以狗为实验动物，使用全自动连续切变血液粘度快测仪，测量了脾动、静脉血的血液粘度和血浆粘度。使用微管吸吮装置，测量了脾动、静脉血中红细胞膜在微管中的变形过程。在实验的基础上，分析了脾脏对红细胞和血液流变性的影响，探讨了脾脏在改善血液循环，减少血流阻力，维持机体的正常血液流变状态中所起的地位和作用。
, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 材料
1.血液和血浆样品制备：成年家犬7只，体重6～8kg，用戊巴比妥钠麻醉，沿腹中线作长切口，暴露脾脏。用注射器从脾动、静脉中各抽取血液10ml，肝素抗凝，混合均匀。先分取脾动、静脉血数滴，用于红细胞样品制备，随后，再分取5ml全血，将所取全血放入离心机内，在2000rpm下离心10min，提取血浆备用。
2.红细胞样品制备：分别将用于红细胞样品制备的脾动、静脉血加适量Hank's液，随后放入离心机内，在500～800rpm下离心5min，弃除上面的清液后加入Hank's液再离心，重复该过程3～5次，取出红细胞，制成Hank's悬浮液备用。
1.2 方法
1.血液粘度和血浆粘度的测定：将备好的血液和血浆样品放在37℃的恒温器中预热15分钟，然后用全自动连续切变血液粘度快测仪(FASCO-3010，重庆大学生物工程研究院研制)测量在高切变率(200l/s)、中切变率(30l/s)、低切变率(3l/s)三种情况下的血液粘度和血浆粘度。
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2.红细胞膜在微管中变形过程的测定：使用微管吸吮装置进行测量。该装置由倒置显微镜(Axiovert 35,Ieiss Co.德国)、显微操作器(MR5170,eppendorf Co.德国)、电视摄像与记录系统(Vidas 21,Kontron Co.,德国)、微管、压力控制和记录系统等部分组成(见图1)。其中，微管由普通国产毛细玻璃管在微管拉制器(P-87，Sutter Ins.Co.,美国)上拉制而成，内径0.53～0.73μm，压力控制与记录系统由本院自行研制。整个系统在图像监视器上的放大倍数为3500倍，并用40μm的光栅尺进行标定。按微管吸吮实验方法[2]，将约0.5ml细胞悬浮液注入一圆形小腔内，利用显微操作引导微管尖端靠近红细胞表面，通过压力控制系统产生一阶跃负压吸吮红细胞膜，使细胞膜的一小部分吸入微管(图2)，用电视摄像与记录系统摄录下红细胞膜入微管的整个时间过程。实验在室温(24℃)下进行。所记录的图像通过回放进入图像处理系统测定微管的内半径、各时刻红细胞膜吸入微管的长度。
图1 微管吸吮装置框图
图2 红细胞膜在微管中的变形
, 百拇医药
2 结 果
2.1 血液粘度和血浆粘度
由于每只犬的压积不尽相同，为便于比较，采用单位压积的血液粘度作为血液粘度指标。
(1)
式中η为单位压积的血液粘度，ηb为血液粘度，H为红细胞压积。
脾动、静脉血的单位压积的血液粘度和血浆粘度见表1。从表中看到，在高、中、低三种切变率下，脾静脉血的血液粘度明显低于脾动脉血的血液粘度(P<0.01)，而两者的血浆粘度无明显差异(P>0.05)。
表1 脾动、静脉血的单位压积的血液粘度、血浆粘度、红细胞变形性指数和红细胞聚集指数
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单位压积的血液粘度η(mPa.s)
血浆粘度
ηp(mPa.s)
红细胞变形性
指数TK
红细胞聚集
指数AI
高切(200l/s)
中切
(30l/s)
低切
(3l/s)
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脾动脉血
(n=14)
9.85±1.12
13.44±1.29
23.17±2.90
1.31±0.12
0.88±0.11
2.35±0.11
脾静脉血
(n=14)
8.98±0.68
12.20±1.17
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18.83±1.59
1.33±0.08
0.83±0.07
2.09±0.24
n：测量次数(每只狗分别取两个动脉血样和两个静脉血样)
2.2 红细胞变形性指数
Dintenfass[3]根据高切变率下测定的血液粘度，导出血液的相对粘度与红细胞浓度的关系为
(2)
式中ηr为相对粘度(血液粘度与血浆粘度之比)，C为细胞浓度(可用压积代替)，T为Talor因子，K为红细胞群集指数。TK值可作为红细胞变形性指数，由式(2)有：
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(3)
TK值愈小，红细胞变形性愈好。
脾动、静脉血的红细胞变形性指数见表1。从表中看到，脾静脉血的红细胞变形性指数明显低于脾动脉血的红细胞变形性指数(P<0.05)。
2.3 红细胞聚集指数
由于红细胞在低切变率下聚集，高切变率下解聚，因此，可以采用低切变率下的血液粘度值与高切变率下的血液粘度值的比值，作为红细胞聚集指数，即
(4)
式中ηL为低切变率下的血液粘度，ηH为高切变率下的血液粘度。
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脾动、静脉血的红细胞聚集指数见表1。从表中看到，脾静脉血的红细胞聚集指数明显低于脾动脉血的红细胞聚集指数(P<0.01)。
2.4 红细胞膜的粘弹性
应用Kelivin粘弹性模型，其应力—应变关系为[4]
(5)
按照Shu Chien方法[2]拟合实验结果，得出表征红细胞膜粘弹性的参数：平均弹性模量
和平均粘性系数
。所得结果见表2。表中数据表明，脾静脉血中红细胞膜的平均弹性模量和平均粘性系数都明显低于脾动脉血中红细胞膜的平均弹性模量和平均粘性系数(P<0.05)。
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表2 脾动、静脉血中红细胞膜的平均弹性模量和
平均粘性系数
平均弹性模量(10-3dyn/cm)
平均粘性系数(10-3dyn.s/cm)
脾动脉血中红细胞膜
(n=140)
6.105±0.427
1.825±0.104
, 百拇医药
脾静脉血中红细胞膜
(n=140)
5.413±0.856
1.473±0.531
n：测量的红细胞数(每只狗分别取两个动脉血样和两个静脉血样，每个血样取10个红细胞)其中，Tij：膜张力，p：压力，εij：柯西应变；Vij：应变率，μ：弹性模量，η：粘性系数。
3 分析与讨论
近十年来，随着力学理论引入医学研究领域，血液流变学理论得以建立并迅猛发展，使人们认识到血液粘度是一个不可忽视的循环阻力因素，在许多生理、病理过程中可能有着重要意义。红细胞是血液中的主要有形成分，其数量和流变性的改变极大地影响血液粘度。其良好的变形能力不仅是微循环灌注、完成气体和物质交换功能的基础，而且由于在微循环中存在血液流变学特有规律：法林氏效应及其逆转现象，红细胞的流变性决定着上述两现象的临界血管半径的大小。成年人约有5%的心输出量通过脾脏，每天大约有250升血液经过脾脏过滤。我们的研究表明，脾静脉血的血液粘度、红细胞变形性指数和红细胞聚集指数都明显低于脾动脉血的相应值，说明血液通过脾脏后，血液粘度降低，血液的流变性得到改善。
, 百拇医药
红细胞膜的粘弹性和红细胞内液粘度是决定红细胞流变性的主要因素[4]，红细胞膜的粘弹性是脂双层与膜骨架蛋白综合作用的结果。脂双层和膜骨架蛋白流变性的变化，必将引起膜粘弹性的改变。我们的研究表明，红细胞通过脾脏后，膜的平均弹性模量和平均粘性系数降低，膜的变形性增强。另外，脾脏能“剔除”红细胞内液中的异常成分，使内液粘度降低。因此，红细胞通过脾脏后，由于红细胞膜流变性增强和内液粘度降低，必然带来红细胞流变性增强，使流过脾脏的血液的粘度降低。
Robinette等[5]对第二次世界大战中因外伤切脾的740名官员的长期随访中发现，患缺血性疾病致死者较多。国内也有人[6]对晚期血吸虫病脾肿大门脉高压症及外伤脾切除后长期随访，发现其心血管疾病发病率为8.4%，而未切脾者为5.15%，这些发现提示脾切除后血液流变性有所改变，可使血液呈高凝滞趋势，有增加心血管疾病的可能性，我们的研究也证实，脾脏有改善血液流变性和红细胞流变性的作用。这一切都表明，脾脏在维持机体的正常血液流变状态中起着较为重要的作用。
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作者简介：龙天渝：女，37岁，博士，副教授。
参考文献
1 成令忠.组织学与胚胎学.1996年第四版，北京：人民卫生出版社，P131
2 Chien S,et al.Theoretical and experimental studies on viscoelastic properties of erythrocyte membrane.Biophys J,1978,24:463
3 Dintenfass L.Theoretical aspects and clinical applications of blood viscosity equation containing a term for the internal viscosity of the red cell.Blood Cell,1977,3:367
4 冯元桢.生物力学.北京：科学出版社，1983：48—62
5 Robinette C D,et al.Splenectomy and subsequent mortality in veterans of the 1939—1945 war. Lancet,1977,2:127
6 张玉新.脾功能检测方法评价与脾保留术疗效的临床研究.第三军医大学硕士论文，1994：27
(1998-08-04收稿,1998-10-05修回), http://www.100md.com
单位：重庆大学生物工程研究院教育部生物力学及生物流变学开放实验室(重庆 400044)
关键词：脾脏；红细胞；血液流变学
北京生物医学工程990209 摘 要 采用测量脾动、静脉血的血液粘度和测量脾动、静脉血中红细胞膜在微管中的变形过程的方法，研究了脾脏对红细胞和血液流变性的影响。结果表明：脾静脉血的血液粘度、红细胞变形指数和红细胞聚集指数以及血中红细胞膜的平均弹性模量和平均粘性系数都明显低于脾动脉的相应值。上述结果提示，红细胞和血液通过脾脏后，红细胞和血液的流变性得到明显改善。
The Effects of Spleen on Erythrocyte and Blood
Rheological Properties
, 百拇医药
Long Tianyu, Wang Xiang, Wang Yuanliang, Cai Shaoxi, Wu Yunpeng
(Bioengineering Research Institute,Chongqing University,Chongqing 400044)
Abstract
The effects of spleen on properties of erythrocyte and blood rheological were studyed by measuring blood viscosity of splenic arterial and venous blood as well as by measuring erythrocyte membrane deformation process in splenic arterial and venous blood.The results showed that the blood viscosity,erythrocyte deformation index and erythrocyte aggregation index as well as average elastic modulus and viscosity coefficient of erythrocyte membrane of splenic veins were significantly lower than those of splenic arteries.It is suggested that erythrocyte and blood rheological properties are improved after erythrocyte and blood flow through spleen.
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Key words:Spleen; Erythrocyte; Hemorheology
0 前 言
脾脏有滤血功能，它能够扣留衰老的红细胞，清除血流中的病理细胞，除去红细胞内液中的包含体、变性线粒体，铁颗粒等[1]。由此可以推断，从脾脏流出的血，即脾静脉血的血液流变性及血中红细胞的流变性应与脾动脉血的有所不同，但差别究竟有多大呢?或者说，脾脏对通过它的红细胞和血液的流变特性影响如何呢?到目前为止，尚未见到任何有关的报道。
本文以狗为实验动物，使用全自动连续切变血液粘度快测仪，测量了脾动、静脉血的血液粘度和血浆粘度。使用微管吸吮装置，测量了脾动、静脉血中红细胞膜在微管中的变形过程。在实验的基础上，分析了脾脏对红细胞和血液流变性的影响，探讨了脾脏在改善血液循环，减少血流阻力，维持机体的正常血液流变状态中所起的地位和作用。
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1 材料和方法
1.1 材料
1.血液和血浆样品制备：成年家犬7只，体重6～8kg，用戊巴比妥钠麻醉，沿腹中线作长切口，暴露脾脏。用注射器从脾动、静脉中各抽取血液10ml，肝素抗凝，混合均匀。先分取脾动、静脉血数滴，用于红细胞样品制备，随后，再分取5ml全血，将所取全血放入离心机内，在2000rpm下离心10min，提取血浆备用。
2.红细胞样品制备：分别将用于红细胞样品制备的脾动、静脉血加适量Hank's液，随后放入离心机内，在500～800rpm下离心5min，弃除上面的清液后加入Hank's液再离心，重复该过程3～5次，取出红细胞，制成Hank's悬浮液备用。
1.2 方法
1.血液粘度和血浆粘度的测定：将备好的血液和血浆样品放在37℃的恒温器中预热15分钟，然后用全自动连续切变血液粘度快测仪(FASCO-3010，重庆大学生物工程研究院研制)测量在高切变率(200l/s)、中切变率(30l/s)、低切变率(3l/s)三种情况下的血液粘度和血浆粘度。
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2.红细胞膜在微管中变形过程的测定：使用微管吸吮装置进行测量。该装置由倒置显微镜(Axiovert 35,Ieiss Co.德国)、显微操作器(MR5170,eppendorf Co.德国)、电视摄像与记录系统(Vidas 21,Kontron Co.,德国)、微管、压力控制和记录系统等部分组成(见图1)。其中，微管由普通国产毛细玻璃管在微管拉制器(P-87，Sutter Ins.Co.,美国)上拉制而成，内径0.53～0.73μm，压力控制与记录系统由本院自行研制。整个系统在图像监视器上的放大倍数为3500倍，并用40μm的光栅尺进行标定。按微管吸吮实验方法[2]，将约0.5ml细胞悬浮液注入一圆形小腔内，利用显微操作引导微管尖端靠近红细胞表面，通过压力控制系统产生一阶跃负压吸吮红细胞膜，使细胞膜的一小部分吸入微管(图2)，用电视摄像与记录系统摄录下红细胞膜入微管的整个时间过程。实验在室温(24℃)下进行。所记录的图像通过回放进入图像处理系统测定微管的内半径、各时刻红细胞膜吸入微管的长度。
图1 微管吸吮装置框图 图2 红细胞膜在微管中的变形, 百拇医药
2 结 果
2.1 血液粘度和血浆粘度
由于每只犬的压积不尽相同，为便于比较，采用单位压积的血液粘度作为血液粘度指标。
(1)
式中η为单位压积的血液粘度，ηb为血液粘度，H为红细胞压积。
脾动、静脉血的单位压积的血液粘度和血浆粘度见表1。从表中看到，在高、中、低三种切变率下，脾静脉血的血液粘度明显低于脾动脉血的血液粘度(P<0.01)，而两者的血浆粘度无明显差异(P>0.05)。
表1 脾动、静脉血的单位压积的血液粘度、血浆粘度、红细胞变形性指数和红细胞聚集指数
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单位压积的血液粘度η(mPa.s)
血浆粘度
ηp(mPa.s)
红细胞变形性
指数TK
红细胞聚集
指数AI
高切(200l/s)
中切
(30l/s)
低切
(3l/s)
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脾动脉血
(n=14)
9.85±1.12
13.44±1.29
23.17±2.90
1.31±0.12
0.88±0.11
2.35±0.11
脾静脉血
(n=14)
8.98±0.68
12.20±1.17
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18.83±1.59
1.33±0.08
0.83±0.07
2.09±0.24
n：测量次数(每只狗分别取两个动脉血样和两个静脉血样)
2.2 红细胞变形性指数
Dintenfass[3]根据高切变率下测定的血液粘度，导出血液的相对粘度与红细胞浓度的关系为
(2)
式中ηr为相对粘度(血液粘度与血浆粘度之比)，C为细胞浓度(可用压积代替)，T为Talor因子，K为红细胞群集指数。TK值可作为红细胞变形性指数，由式(2)有：
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(3)
TK值愈小，红细胞变形性愈好。
脾动、静脉血的红细胞变形性指数见表1。从表中看到，脾静脉血的红细胞变形性指数明显低于脾动脉血的红细胞变形性指数(P<0.05)。
2.3 红细胞聚集指数
由于红细胞在低切变率下聚集，高切变率下解聚，因此，可以采用低切变率下的血液粘度值与高切变率下的血液粘度值的比值，作为红细胞聚集指数，即
(4)
式中ηL为低切变率下的血液粘度，ηH为高切变率下的血液粘度。
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脾动、静脉血的红细胞聚集指数见表1。从表中看到，脾静脉血的红细胞聚集指数明显低于脾动脉血的红细胞聚集指数(P<0.01)。
2.4 红细胞膜的粘弹性
应用Kelivin粘弹性模型，其应力—应变关系为[4]
(5)
按照Shu Chien方法[2]拟合实验结果，得出表征红细胞膜粘弹性的参数：平均弹性模量
和平均粘性系数。所得结果见表2。表中数据表明，脾静脉血中红细胞膜的平均弹性模量和平均粘性系数都明显低于脾动脉血中红细胞膜的平均弹性模量和平均粘性系数(P<0.05)。, http://www.100md.com
表2 脾动、静脉血中红细胞膜的平均弹性模量和
平均粘性系数
平均弹性模量
(10-3dyn/cm)平均粘性系数
(10-3dyn.s/cm)脾动脉血中红细胞膜
(n=140)
6.105±0.427
1.825±0.104
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脾静脉血中红细胞膜
(n=140)
5.413±0.856
1.473±0.531
n：测量的红细胞数(每只狗分别取两个动脉血样和两个静脉血样，每个血样取10个红细胞)其中，Tij：膜张力，p：压力，εij：柯西应变；Vij：应变率，μ：弹性模量，η：粘性系数。
3 分析与讨论
近十年来，随着力学理论引入医学研究领域，血液流变学理论得以建立并迅猛发展，使人们认识到血液粘度是一个不可忽视的循环阻力因素，在许多生理、病理过程中可能有着重要意义。红细胞是血液中的主要有形成分，其数量和流变性的改变极大地影响血液粘度。其良好的变形能力不仅是微循环灌注、完成气体和物质交换功能的基础，而且由于在微循环中存在血液流变学特有规律：法林氏效应及其逆转现象，红细胞的流变性决定着上述两现象的临界血管半径的大小。成年人约有5%的心输出量通过脾脏，每天大约有250升血液经过脾脏过滤。我们的研究表明，脾静脉血的血液粘度、红细胞变形性指数和红细胞聚集指数都明显低于脾动脉血的相应值，说明血液通过脾脏后，血液粘度降低，血液的流变性得到改善。
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红细胞膜的粘弹性和红细胞内液粘度是决定红细胞流变性的主要因素[4]，红细胞膜的粘弹性是脂双层与膜骨架蛋白综合作用的结果。脂双层和膜骨架蛋白流变性的变化，必将引起膜粘弹性的改变。我们的研究表明，红细胞通过脾脏后，膜的平均弹性模量和平均粘性系数降低，膜的变形性增强。另外，脾脏能“剔除”红细胞内液中的异常成分，使内液粘度降低。因此，红细胞通过脾脏后，由于红细胞膜流变性增强和内液粘度降低，必然带来红细胞流变性增强，使流过脾脏的血液的粘度降低。
Robinette等[5]对第二次世界大战中因外伤切脾的740名官员的长期随访中发现，患缺血性疾病致死者较多。国内也有人[6]对晚期血吸虫病脾肿大门脉高压症及外伤脾切除后长期随访，发现其心血管疾病发病率为8.4%，而未切脾者为5.15%，这些发现提示脾切除后血液流变性有所改变，可使血液呈高凝滞趋势，有增加心血管疾病的可能性，我们的研究也证实，脾脏有改善血液流变性和红细胞流变性的作用。这一切都表明，脾脏在维持机体的正常血液流变状态中起着较为重要的作用。
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作者简介：龙天渝：女，37岁，博士，副教授。
参考文献
1 成令忠.组织学与胚胎学.1996年第四版，北京：人民卫生出版社，P131
2 Chien S,et al.Theoretical and experimental studies on viscoelastic properties of erythrocyte membrane.Biophys J,1978,24:463
3 Dintenfass L.Theoretical aspects and clinical applications of blood viscosity equation containing a term for the internal viscosity of the red cell.Blood Cell,1977,3:367
4 冯元桢.生物力学.北京：科学出版社，1983：48—62
5 Robinette C D,et al.Splenectomy and subsequent mortality in veterans of the 1939—1945 war. Lancet,1977,2:127
6 张玉新.脾功能检测方法评价与脾保留术疗效的临床研究.第三军医大学硕士论文，1994：27
(1998-08-04收稿,1998-10-05修回), http://www.100md.com