作者：贾豫，遵义医科大学麻醉学院；王海英，芶大明，遵义医科大学附属医院麻醉科
目前已知体内成熟红细胞的寿命为120 d，之后被巨噬细胞清除。但在体外常用的是保存液储存红细胞，在（4±2）°C下可以保存35~42 d。随着储存时间延长，库存血红细胞经历一系列形态学和生物化学的变化红细胞，这些变化通常被称为“储存损伤”。典型的红细胞储存损伤是低温储存下阳离子平衡改变、能量生成减少、带3蛋白（band3 protein,Band3）和细胞骨架的破坏、氧化应激以及细胞囊泡释放，导致红细胞变形能力降低、携氧能力下降、渗透脆性改变，输注储存损伤的红细胞可能会导致输血后清除率提高、血浆转铁蛋白饱和、一氧化氮清除以及与输血相关的潜在临床不良后果。因此，为了减少红细胞储存过程中所造成的损伤，探索提高储存红细胞保存质量的研究已经成为热点。
1.红细胞的结构与功能
红细胞直径6~8 μm，在跨膜蛋白与骨架蛋白的稳定连接下，膜脂质双层和骨架之间产生内聚力而维持其特征性双凹圆盘状。这一形状使表面积增加39%，气体交换功能提高，并有助于细胞变形而通过小于其直径的毛细血管。红细胞的功能是将氧气从肺输送到组织，为所有细胞、组织提供所需的氧气，并将CO2排出体外。
2.成熟红细胞的代谢特点
红细胞缺乏细胞核、微粒体和线粒体，因此不能从头合成核酸、蛋白质和脂质，糖酵解是红细胞产能的唯一途径。正常条件下，它依靠糖酵解通过葡萄糖的厌氧氧化产生约90%的细胞能量，糖酵解的支路产生的2,3-二磷酸甘油酸（2,3-diphosphoglycerate,2,3-DPG）可以调节Hb与氧的结合能力，另一部分葡萄糖分解代谢物通过磷酸戊糖途径生成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adeninedinucleotide phosphate, NADPH），维持谷胱甘肽稳态和抗氧化应激。红细胞经历上述代谢途径维持其生理功能和形态结构的更新。
3.储存红细胞的损伤机制
3.1 阳离子转移
在红细胞储存过程中，低温会抑制阳离子转运蛋白（如Na+-K+泵），使其活性下降，K+从细胞内逸出，同时Na+进入细胞内，胞内Na+浓度增加，细胞内渗透压增高，导致红细胞膨胀和变形性降低，并且到存储末期，保护液中K+浓度增加3倍，导致上清液K+的积累，因此大量输入库存血可能导致高钾引起的心律失常和心搏骤停。
3.2 能量减少
红细胞内三磷酸腺苷（adenosine triphosphate,ATP）和2,3-DPG的减少是储存损伤的重要变化之一，在红细胞储存过程中，ATP和2,3-DPG水平不断降低。由于胞内Ca2+通过依赖于ATP 的挤压机制（Ca2+泵）进行代谢调节，ATP的消耗促进了细胞内Ca2+的积聚，因此，细胞内Ca2+的积累触发Ca2+依赖性K+通道的开放，同时加速红细胞凋亡现象的发生。
随着时间的延长，乳酸的堆积抑制糖酵解关键酶的活性，ATP和NADPH的含量进一步减少，导致还原型谷胱甘肽含量下降，红细胞的抗氧化应激能力受损。此外，储存引起红细胞释放ATP的能力受损，促进其与内皮细胞的黏附性，使微循环受阻，造成组织供氧不足。2,3-DPG 是糖酵解代谢的中间产物，常被作为红细胞携氧能力的标志物，当其与Hb 结合时，降低了Hb 与氧的亲和力，从而促进氧合Hb 释放氧。有报道表明血液在4 ℃保存并且经过大约1周，2,3-DPG会基本消失，其下降会使氧解离曲线向左移动，影响组织对氧的利用。
3.3 Band3的结构改变
Band3是红细胞内主要的跨膜糖蛋白，通常以二聚体或四聚体的形式存在于细胞膜上，其相对分子质量约为100×103。其也是一种多功能蛋白，分为两个大小相似的不同结构域。又称阴离子交换蛋白1，占红细胞膜蛋白总量的25%，主要介导Cl−与HCO3−的交换，参与气体运输，调节糖酵解的代谢，其结构或含量的变化与红细胞膜结构的完整性和整个细胞的变形能力密切相关。其中相对分子质量为43×103 N-末端结构域是水溶性的红细胞，位于细胞内，它在连接双层和基于光谱的骨骼网络中起着至关重要的结构作用，有研究表明N-末端结构域是细胞内蛋白酶（如半胱天冬酶）和活性氧（reactive oxygenspecies, ROS）的靶向物，半胱天冬酶的激活导致Band3被分解成为不同的片段（分别为相对分子质量24×103和35×103），进一步损害了其结构和功能。
3.4 氧化损伤
氧化损伤通常被认为是储存期间对红细胞造成损害的一个重要因素，并被认为是不良事件的来源或输血效果降低的原因之一。其中，Hb中铁的化学氧化是引起氧化应激的中心反应，在这个过程中伴随着ROS的产生，如O2−、H2O2。正常情况下，细胞内的多种抗氧化系统可以抵消ROS的影响（包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶），但当氧化应激发生时，还原型谷胱甘肽含量降低，红细胞的抗氧化能力不足以清除过多的ROS，过多的ROS与红细胞膜内的脂质、重要活性蛋白以及结构蛋白发生过氧化反应，导致红细胞膜氧化损伤，丧失其结构与功能的完整性，进一步使红细胞变形性降低，渗透脆性增加。
值得注意的是，储存的红细胞中的氧化还原和能量代谢紧密地交织在一起。最近的证据表明，由于ATP分解生成次黄嘌呤，次黄嘌呤在储存的红细胞中积累超过100 μmol/L时可能足以引起氧化应激，对输血后的受体产生不良反应。
3.5 微囊泡的形成及膜的丢失
微粒（microparticle, MP）或微囊泡是从细胞质膜释放的磷脂涂层的小颗粒，其大小不同，从50 nm到1 μm不等。MP被认为是红细胞储存损害的标志，储存过程中引发MP 形成的因素有：剪切应力（由红细胞在储存袋中的紧密接触）、抗凝血依赖效应、氧化应激和促凋亡刺激等。
有研究表明，随着储存时间的延长，ATP含量的下降、乳酸的堆积、胞内Ca2+的增加会导致MP的形成，使红细胞从光滑的双凹圆盘型变成凹凸不平的球形的棘突细胞，到了储存末期，连续的膜降解会导致膜锯齿状的增加，使红细胞失去其膜支撑结构的大部分。最终变成球形棘皮细胞，此时红细胞的形态结构和变形能力受到损害。最近的一项研究显示，红细胞在储存过程中产生的MP会引起受体的促炎反应，这既与其数量有关，也与储存时间有关。此外，MP具有较强的促凝血活性，可能导致输血后血栓形成。
4.红细胞保存液的成分
1913年，研究者发现柠檬酸盐可以阻止人类血液的凝结，这使血液储存成为可能。1916年Rous和Turner提出在保护液中添加葡萄糖。有研究指出可以对酸柠檬酸盐-葡萄糖溶液进行高压灭菌，制造出“封闭系统”（如无菌采血瓶），这个重要步骤促使了现代血库的发展。目前常用的抗凝剂包括：枸橼酸-枸橼酸钠-葡萄糖（acid citrate dextrose,ACD）、枸橼酸-枸橼酸钠-葡萄糖-磷酸盐（citratephosphate dextrose solution, CPD）、枸橼酸-枸橼酸钠-葡萄糖-磷酸盐-腺嘌呤（citrate phosphate dextroseadenine solution, CPD-A）。其中ACD和CPD的保存期是21 d，CPD-A保存期是35~42 d。
红细胞储存液的添加剂主要为盐水-腺嘌呤-葡萄糖-甘露醇、甘露醇-腺嘌呤-磷酸二氢钠等。葡萄糖为红细胞能量的提供者，腺嘌呤可提高血液在4 ℃贮存期间ATP的水平，为红细胞的新陈代谢提供高能化合物来源，氯化钠用于维持渗透压，甘露醇可以稀释红细胞黏稠度，防止溶血。这些介质使储存红细胞达最长时间的主要标准是：输注24 h后，至少75%的红细胞在体内存活，溶血率小于单位内总Hb的1%。
5.储存红细胞保护的措施
5.1 抗氧化剂
随着储存时间的延长，内源性抗氧化系统，即还原型谷胱甘肽浓度和谷胱甘肽过氧化物酶活性下降，进一步使储存红细胞发生损伤。因此在储存过程中，改善红细胞质量的一种方法是通过添加抗氧化剂来降低氧化应激。近年来，有报道在血液保存液中添加抗氧化剂以提高血液保存质量。Packirisamy等发现山茱萸提取物可以抑制脂质过氧化，维持红细胞膜的完整。Antosik等报道了向保存液中加入0.125~3.125 mmol/L的Trolox（维生素E类似物）能抑制储存所致的乳酸脱氢酶渗漏、清除氧自由基、降低溶血率以及防止脂质过氧化，使贮存红细胞保持较好的完整性。虽然这些抗氧化剂对储存红细胞有一定的保护作用，但在临床上的应用还受到一定的限制。
5.2 滤除白细胞
在红细胞储存过程中，白细胞裂解产生的代谢物质（如过氧化氢、溶酶体）会引起红细胞发生氧化应激，从而导致红细胞的储存损伤，并且输入人体后可能会引起非溶血性发热反应及人白细胞抗原同种免疫等不良反应。因此，滤除白细胞不仅可以改善红细胞的保存质量，还可以减少输血后的并发症。
红细胞储存过程中生物活性脂质的积累被认为是脆弱人群输血后后遗症的潜在来源，一项有针对性的代谢组学研究旨在量化去白细胞的红细胞和非去白细胞的红细胞在储存过程中的生物活性脂质的产生，结果表明，去白细胞组生物活性脂质的产生大大减少。但是另外一些学者认为保存前去除白细胞对于血液保存的效果并不明确。
Sonker等的研究显示储存期末期，虽然未过滤白细胞的红细胞比过滤过白细胞的红细胞表现出更大程度的溶血，但所有单位红细胞的溶血水平仍远低于国际标准所建议的0.8%。
5.3 厌氧保存
红细胞厌氧储存已被证明降低了储存病变的总体发展速度（溶血、MP 产生和磷脂酰丝氨酸暴露）。红细胞的厌氧或低氧储存可防止或降低氧化应激，包括蛋白质的不可逆变性和随后的自由基催化裂解及聚集，从而减少红细胞储存损害。Zolla和D'Alessandro在保存期间将血液通过氦气脱氧装置，使红细胞Hb完全脱氧（PaO2
5.4 血液保存袋的作用
应用塑料血袋更有利于血液运输。但溶血也是包装红细胞中最常见的储存病变之一。目前储存红细胞通常保存在添加了30%~40%邻苯二甲酸二乙基己酯［di（2-ehylhalate）phthalate, DEHP］的聚氯乙烯制成的血袋中，DEHP降低储存过程中红细胞的溶血率，并最大限度地减少棘细胞和MP的形成。然而，由于担心DEHP对人体健康有害，开发了DEHP替代品，Morishita 发现储存于添加了4-环己烯-1，2-二甲酸二烯酸酯的聚氯乙烯制成的血袋中的红细胞表现出更好的柔韧性和更大的灵活性。这些研究都进一步证实了增塑剂可降低红细胞的溶血，提高了红细胞的保存质量。
5.5 其他方法
邓刚等用Amberlite FPA90C1 和AmberchromCG 300树脂制备的吸附材料置于全血中，分别在血液储存的1、7、14、21、28、35 d检测乳酸、丙酮酸以及炎症因子，发现树脂吸附技术能有效地清除有害物质，缓解红细胞的储存损伤。Liu等制造三维聚二甲基硅氧烷模拟体内肺泡和血液循环，并将红细胞悬浮液循环通过三维聚二甲基硅氧烷多孔结构，发现穿过多孔结构的红细胞悬浮液具有较高的pH值和氧分压，以及较低的K+浓度和二氧化碳分压。同时，相对于静态样品，它们具有更好的生化特性，即杨氏模量分布更均匀，为缓解红细胞储存损伤提供了一种新的技术。
红细胞的长期低温保存受到渗透压力和冷冻或解冻过程中冰损伤的限制。有研究报道将海藻糖功能肽引入冷冻保护剂中，通过糖肽与海藻糖的协同作用，可以促进膜保护，防止渗透胁迫和冰损伤，虽然这种方法还仅限于动物实验，未应用于临床，但是生物相容性的冷冻保护剂具有良好的细胞冷冻保存前景。
6.结语
综上所述，红细胞悬浮液在维持人机体的血容量和供给细胞组织氧需中发挥着重要作用，但它在储存过程中会发生一系列的损伤，输注后对患者的预后也会产生不利影响，并且红细胞在全世界都出现资源稀缺的现象。为此，需要进一步了解红细胞的储存损伤以及输血相关不良反应，需要将组学数据与从其他分析平台（如成像、生物物理和纳米生物学技术）收集的生物相关信息结合起来，应用于保存液、血袋和受体环境中，以保证血液的安全性和有效性。
来源：贾豫,王海英,芶大明.储存红细胞保护的研究进展[J].国际麻醉学与复苏杂志,2020,41(7):727-731.
