文摘
红细胞长期以来视为“死亡”细胞运输氧气(O2)作为他们唯一的功能。然而,红细胞(红血球)的能力调节微循环现在被认为是一个重要的附加功能。这种能力是由rheologic过程中的一个关键元素:红细胞膜。这个膜与多个之间的相互作用是一个复杂的单位细胞外和细胞内的隔间:血液,内皮,和其他血细胞一方面,胞浆内舱可能快速适应红细胞代谢。在这篇文章中,我们回顾红细胞膜的变化观察危重病人,这些改变的影响microcirculatory异常中观察到这样的病人。机制的理解红细胞rheologic改变在脓毒症及其对血流的影响和重要的氧气输送可能有助于减少发病率和死亡率严重脓毒症。
1。介绍
包括所有血管的微循环直径< 100μ米,血细胞(红细胞cells-RBCs,白细胞cells-WBCs -和血小板),内皮微粒,在组织中起着核心作用氧化,因为它是在墙上的微血管氧气(O2)从血液扩散到细胞在每一个组织。改变在这个循环室水平经常观察危重患者,尤其是在那些有脓毒症(1- - - - - -5),和持久性的这些改变与一个贫穷的结果4,6]。
红血球以前认为是一个简单的容器(膜)一个重要的胞质蛋白:血红蛋白。膜被认为是红细胞可变形性的关键因素之一,与细胞几何和细胞质粘度。理解膜的不同组件之间的关系(分子量的脂质- 50%、蛋白质和碳水化合物- 10% - 40%)(图1)[6- - - - - -8)有助于解释可变形性的过程。所有这些组件可能会改变在脓毒症,通过直接影响细菌,或通过酶和/或活性氧(ROS)产生的白细胞和血小板。然而,很少有研究评估膜改变在脓毒症。
有趣的是,最近的一些研究报道的一个重要的角色,红细胞在微循环的调节。由于这些原因,红血球不再被认为仅仅是“死细胞”没有细胞核和膜和血红蛋白运输O2和有限公司2,但作为活细胞能够调节微循环,以应对各种各样的刺激。
本文首次报道红细胞膜成分的改变和生物化学在脓毒症和观察,其次,这些改变的可能贡献红血球中观察到的异常microcirculatory败血症(表1总结)。
2。红细胞膜的
红细胞膜是红细胞流变学的一个关键因素,特别是可变形性。它由蛋白质分子量的(52%),脂质(30%),和复杂的碳水化合物(8%)这些元素之间的交互。膜,这些交互了其他地方6- - - - - -8]。红细胞的膜组件的修改可能会改变红细胞流变学和可能也RBC生物化学。在这里,我们审查的红细胞膜的变化已经被描述在脓毒症。
2.1。蛋白质
很少有作品研究蛋白质的变化红细胞膜在脓毒症的一部分。纽兰德et al。10)测量,在患者的血清meningococcaemia,微粒的浓度由白细胞(粒细胞和单核细胞),内皮细胞和血小板。控制,这些作者测量微粒包含血型糖蛋白很红细胞膜的主要整合蛋白(图1)。这些作者观察到血药浓度的增加不同的微粒从白细胞,血小板,和内皮细胞在前36小时的败血症,但没有修改血型糖蛋白A。这些数据表明,红细胞膜血型糖蛋白含量保持不变,至少在脓毒症的早期阶段10]。
在脓毒性休克诱导的小鼠模型的盲肠结扎和穿刺,Spolarics et al。11]研究脓毒症对红细胞的影响glucose-6-phosphodehydrogenase (G-6-PD)淘汰赛老鼠。这种酶、磷酸戊糖途径中的第一个,使NADPH生产谷胱甘肽的合成和抗氧化防御系统8,18]。这些作者观察到“淘汰赛”老鼠增加溶血,红细胞可变形性的重大改变。来解释这些结果,Spolarics et al。11]提出的增加红细胞膜变得不稳定,因为乐队3 /α血影蛋白比例,表明膜的改变积分/外围蛋白质比例(图1)。有趣的是,这个乐队3 /α血影蛋白比例也增加了集团的腐败“虚假的”老鼠可变形性下降但没有溶血而“淘汰赛”G6PD老鼠(11]。
相同的作者(12继续研究脓毒症和红细胞膜,尤其是带3。在相同的动物模型,他们发现脓毒症诱导显著增加酪氨酸磷酸化的乐队3。这种磷酸化改性乐队3之间的联系和其他蛋白质膜的,但是没有对阴离子的影响运输能力带3 (12]。
由于种间差异膜组成、流变学、人类和生物化学,这些观察需要确认。Piagnerelli et al。13]研究了红细胞膜蛋白从健康志愿者和患者在24小时内,没有脓毒症ICU招生和败血症的病人在3天。程序包括筛查改变红细胞膜蛋白使用cryohaemolysis和红细胞膜的分离和骨骼中使用聚丙烯酰胺凝胶电泳蛋白质dodecylsulfate钠的存在。大多数的红细胞膜蛋白比例,包括乐队,更提高危重病人比志愿者(nonseptic和败血性),但红细胞膜骨架蛋白含量在脓毒性相似,nonseptic患者(13]。在cryohaemolysis结果组间没有明显差异。作者得出的结论是,红细胞膜蛋白质含量之间有差异的入住ICU危重患者在24小时内和健康的志愿者,但是没有发生在败血症患者膜蛋白质含量的差异non-septic病人相比,表明脓毒症本身不会改变红细胞膜蛋白质含量。
ROS也可以改变细胞膜的蛋白质部分和可变形性。Uyesaka et al。19观察到红细胞表面的孵化诱导迅速和重要的红细胞膜蛋白的降解(带3和血影蛋白)和一个新的蛋白质带膜的形成。这个新组织的蛋白质膜的一部分可能会降低红细胞可变形性(19]。
另一方面,红细胞膜参与活性氧在缺氧条件下合成。Kiefmann et al。20.]最近在老鼠模型肺灌注孤立和H2O2是由红细胞表面的自氧化血红蛋白位于膜。红血球运输ROS内皮细胞。作为回应,内皮细胞增加intracytosol Ca2 +诱导P-selectin表情等离子体膜有利于白细胞粘附在小静脉和毛细血管。所有这些过程有助于炎症(20.]。
2.2。脂质
人红细胞膜的脂质部分可能会改变在脓毒症。托德等人研究,使用光谱,类毒素的粘度的影响红细胞膜的脂质部分(21]。他们指出这些粘度增加脂质在不修改意味着微粒体积或微粒血红蛋白浓度,表明没有红细胞膜的这一部分的损失21]。有趣的是,肯普et al。14)观察到孵化健康志愿者血浆从脓患者的红细胞表面诱导红细胞膜表面的磷脂酰丝氨酸表达式由固定膜联蛋白V在流式细胞术14]。这些结果都是相同的,当他们孵化红血球的上层清液细菌培养(14]。physiopathologic机制来解释这些结果,建议由肯普et al。14),是膜神经酰胺的形成,这可能导致显著增加红细胞Ca2 +浓度。这种影响反过来刺激K+ca2 +渠道,Cl−渠道,推动氯化钾的细胞。所有这些修改引起细胞脱水。事实上,根据这些作者,脓毒症诱导eryptosis-programmed红细胞死亡与核细胞凋亡(22]。
红细胞膜的脂质过氧化作用在脓毒症似乎也增加了。休伊特et al。15)通过测量ROS生产观察到了这一现象,利用硫代巴比土acid-malondialdehyde解决方案,由败血症的病人红细胞表面已经在严重脓毒症的第一天。在大鼠脓毒症引起的盲肠结扎穿孔,Baskurt等人也观察到显著增加脂质过氧化(16),但这些研究结果没有证实在贝特曼的研究等。17]。
2.3。碳水化合物
碳水化合物是一个小红细胞膜的成分,代表只有8%的人红细胞膜的分子量。加拿大皇家银行glycocalyx(图1)是由碳水化合物域糖蛋白的糖脂和积分。这些低聚糖包含,除了中性己糖,戊糖和N-acetylhexosamines,完全电离唾液酸。唾液酸(在希腊语sialon:唾液),较少的通常称为神经氨酸,是40岁以上的指定给一个家庭天然9-carbon酮糖酸来源于N-acetylneuraminic酸(Neu5AC) [23]。最丰富的导数在红细胞表面唾液酸存在于人类和N-acetylneuraminic酸(23)(SA)。
血型糖蛋白,最重要的跨膜蛋白,是高度糖基化的,大约60%的重量由碳水化合物。大部分的碳水化合物的形式15 O-glycosidically四糖有关。这些许多的两个SA残留O-glycosidically有关寡糖占60%到90%,取决于物种,红细胞膜表面的负电荷(24),占红细胞表面的事实通常互相排斥和不总6,7]。
Piagnerelli et al。9)观察,已经入住ICU的第一个24小时内,一个重要的逆红细胞形状之间的关系,评估通过流式细胞仪技术,和红细胞膜SA含量危重患者,没有脓毒症。他们观察到更多的球形红细胞表面的感染性non-septic患者和健康志愿者相比,与红细胞膜SA含量下降有关。排除在炎症过程中膜的可能损失,他们测量的固定antiglycophorin红细胞的抗体膜血型糖蛋白内容。他们观察一个血型糖蛋白的固定增加红血球的感染性nonseptic患者和健康志愿者(相比9]。这些结果排除膜和确认的损失减少败血症的病人红细胞膜SA含量促进antibody-glycophorin a。这些结果之间的联系是在协议与纽兰德等人的结果。10]。有趣的是,non-septic病人也有修改的红细胞形状(球形)和降低膜SA含量相比,红细胞表面健康的志愿者。这组患者是一个“中间”人口表现出适度的炎症过程可能改变红细胞膜和形状。来解释这些红细胞膜SA的修改内容,Piagnerelli等人提出了一个可能的活动和/或一种酶的浓度增加,神经氨酸酶,它在炎症过程中泄漏SA (9]。事实上,这些作者也研究了desialylation过程在一个循环protein-transferrin-in危重患者,没有脓毒症(25]。在人类中,循环转铁蛋白是由不同的改变。最大的代表是tetrasialotransferrin,结合4 SA);最小的代表是disialotransferrin 2 SA占不到1%的浓度。转铁蛋白被认为是一个“负面”急性期蛋白的浓度随炎症过程(26]。
由于半衰期长,大约16天在人类中,SA模式的修改,以患者由于血液退化而不是合成的变化。在ICU的患者没有脓毒症,这些作者(25)观察到的浓度增加disialotransferrin感染性(18.3%[1.3 - -30.5])相比non-septic病人(0.7%[0.5 - -0.9])和健康志愿者(0.9% (0.5 - -1.1);P< 0.05)。他们还测量浓度的增加蛋白结合的SA和自由SA浓度在败血症的病人。证明这些修改在SA新陈代谢迅速发生败血症,自由的时间进程SA浓度也测量模型中结扎引起的脓毒性休克和盲肠的穿孔的羊。免费SA浓度的增加15个小时后观察脓毒症的动物模型(25]。
所有这些修改可以解释神经氨酸酶的浓度和/或活动增加。为了证明这个假设,同一组测量了神经氨酸酶活动没有危重患者脓毒症(27]。他们观察到显著增加感染性神经氨酸酶活动相比nonseptic患者和健康志愿者。评估的影响降低红细胞膜SA流式细胞术在可变形性评估的内容,这些作者孵化神经氨酸酶perfringens梭状芽胞杆菌在几个浓度(0.125,0.25,和0.5 U /毫升)与健康的志愿者,并测量了红细胞表面自由SA在上层清液浓度。经过2小时的孵化与神经氨酸酶的浓度越高,这些研究者观察到同样的修改发生在败血症患者红细胞形状被观察到(9,27]。此外,红细胞膜含有神经氨酸酶与磷脂酰肌醇链接(28]。孵化的红细胞表面健康的志愿者与磷脂酰肌醇磷脂酶C (PIPLC)复制相同的改变红细胞形状和SA浓度增加观察败血症的患者(27]。这些数据表明可能解放红细胞膜唾液酸苷酶在脓毒症。然而,神经氨酸酶已报告的几个来源:红细胞膜如上所述,在其他的研究29日- - - - - -31日),白细胞(32- - - - - -34),血小板(35)、细菌(36- - - - - -39),和病毒(40,41]。事实上,一些研究表明,红细胞表面能够回收自由SA发布的神经氨酸酶(42,43)通过胞质sialate丙酮酸裂解酶,特别是和可逆催化作用的乳沟SA形成N-acetylmannosamine和丙酮酸(42,43]。
3所示。加拿大皇家银行改变之间的联系和微循环
尽管一些研究在脓毒症动物模型和人类败血症报道改变红细胞流变学(44- - - - - -56),没有研究证明红细胞表面的影响改变微循环在脓毒症。几项研究已经报道的有害影响输血改变红细胞表面的虚假的动物。在镇静老鼠,Simchon et al。57]显示红细胞表面输血的影响被孵化与戊二醛和神经氨酸酶。这些作者分析了红细胞表面的间隙改变固定的Cr51而在111年。他们观察下降约70%,红细胞表面的改变在几分钟内的地区(肝、脾、肺、肾),网状内皮系统是最代表。此外,神经氨酸酶血流量比率,衡量microsphera技术(15μm值在正常范围内),是脾脏明显下降(0.4±0.05),肝脏()、肺(),肾脏(0.78±0.09)。这些数据表明neuraminidase-altered红细胞可变形性的有害影响血液流动(57]。
勒克斯et al。58]研究红细胞表面的影响,通过不同浓度的戊二醛与可变形性改变老鼠肺循环。这些作者观察肺动脉压力增加红细胞可变形性改变的严重程度有关。Baskurt在包括腿的老鼠模型演示了相同的红细胞表面改变对血管阻力的影响。他们测量的电阻增加78%的更多改变红细胞悬浮液(59]。卡布拉尔(60)相比,在一个模型isovolaemic稀释的仓鼠,红血球被戊二醛改变的影响,相比之下,6%右旋糖酐70 kda,红细胞表面和“新鲜”,皮肤微循环观察窗”室。“他观察到一个流和直径减少,尤其是小动脉的微循环的一部分,输血的改变与新鲜红血球相比,没有修改的血液粘度。有趣的是,微血管密度明显减少老鼠身上红血球与降低小动脉的改变,组织,和小静脉的阿宝2(60]。
有几个可能的假说来解释改变红血球对组织氧合的影响。首先,低流速导致小动脉的O的损耗2阿宝和降低的小动脉的血2。同样的效果观察的小静脉的血液循环的一部分,因此降低流速的红细胞表面与刚性交换后导致低PO2。因此,容器内的红细胞表面的停留时间,严重影响O2扩散到周围组织,影响O2交付到毛细管网。改变红细胞相关部分增加表面area-to-volume比例,支持减少O的概念2上传的红细胞表面刚性肺。这种效果,结合相关的小动脉的流和功能性毛细血管密度减少,应该解释为什么组织和小静脉的阿宝2值显著降低。最后,由微血管血管收缩功能降低毛细血管密度可以解释由于减少红细胞表面ATP释放的改变。然而,这些假设仍然投机,特别是腐败情况减少ATP释放改变红血球从未被研究过。
上述研究表明微循环改变红细胞表面的有害影响,但并没有被评估的机制。此外,这些研究并不表现在脓毒性模型。
4所示。改变红细胞流变学之间的关系、微循环和结果
很少有调查研究红细胞流变学和败血症的患者的微循环。Donadello et al。61年)显示64年败血症的病人恶化红细胞可变形性在第三天,评估的激光辅助光学旋转细胞分析仪(洛尔卡、机电一体化仪器BV、Zwaag荷兰),与一个贫穷的结果。相比之下,这些患者的红细胞聚集不随时间变化(61年]。进一步的研究调查微循环和红细胞流变学在同一病人和与死亡率之间的关系这些方面需要在未来。
总之,红细胞膜的组成部分被修改在脓毒症和可能导致观察到的改变红细胞流变学。更好的理解这些过程有助于改善红细胞流变学和识别策略,因此,患者的微循环在这个特定的人口。