第十四章红细胞代谢紊乱

第十四章红细胞代谢紊乱下一页红细胞结构与功能概述成熟红细胞的代谢血红蛋白代谢紊乱溶血机制自由基与红细胞老化红细胞代谢的异常检测成熟红细胞是血液中的主要细胞，约占全血的40％-45％,红细胞呈独特的“双凹面圆盘”形状,不含有一般细胞所具有的细胞器，如细胞质、内质网、线粒体、高尔基体、核糖体等。红细胞中的蛋白质约有95％是血红蛋白，由此决定了红细胞具有独特的生物学功能和代谢特征。下一页第一节红细胞结构与功能概述返回造血干细胞的生物化学返回下一页红细胞系统分类原始红细胞早幼红细胞中幼红细胞晚幼红细胞网织红细胞成熟红细胞含有细胞核、内质网和线粒体等，可以合成核酸和蛋白质，并可通过有氧氧化获得能量没有细胞核和DNA，不能合成核酸，仅有少量线粒体和RNA可以合成蛋白质和进行有氧氧化返回１．表面积与体积的比值较大.２．细胞膜起着维持红细胞的特有形态的作用.３．细胞质电子密度较高，含有大量的血红蛋白.返回人红细胞在成熟的过程中的代谢特点返回红细胞膜的组成膜脂质类膜蛋白质膜酶蛋白膜糖返回下一页１．磷脂磷脂酰胆碱（外层）神经鞘磷脂（外层）磷脂酰乙醇胺（内层）磷脂酰丝氨酸（内层）２．胆固醇（外层）３．游离脂肪酸４．糖脂（外层）返回①主体蛋白(integralproteins)又称为内在蛋白(intrinsicproteins),在脂质双层中，占膜蛋白总量的70%~80%，当细胞膜经过水抽提后，不会被溶解，②外周蛋白(peripheralproteins)又称为非主体蛋白或外源性蛋白,在细胞膜经过水抽提后,就被溶解而从RBC膜上分离出来。在细胞膜脂质双层的胞浆面形成纤维状的网状支架,以维持细胞膜和细胞形态的稳定，故外周蛋白可称为骨架蛋白。下一页返回十二烷基磺酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS~PAGE)可将红细胞膜蛋白质分成7条主带，按Fairbanks命名为1、2、3、4、5、6、7，另有一些小带称为2.1、2.2、4.1等返回分类：①仅位于膜上，胞浆内不存在，如ATP酶，核苷酸代谢酶类等；②在膜和胞浆中同时存在，如葡萄糖代谢中的一些酶和某些磷酸酶类。Na＋~K＋转膜泵：即为Na＋~K＋ATP酶（Na＋~K＋ATPase），是一个横贯红细胞膜的四聚体，由二对α亚基和β亚基组成，独立的ATPase可执行Ca２＋泵机能，可被一种称为钙调素或钙调蛋白（calmodulin）的胞内蛋白激活。返回主要为半乳糖、甘露醇、岩藻糖、葡萄糖、唾液酸等。红细胞的抗原性、受体反应、信息传递等均与糖蛋白的糖链有关。返回返回上一页下一页红细胞膜结构红细胞膜结构符合“流动镶嵌模型”理论其特点有：1.红细胞膜的不对称性：脂质组成和分布不均，物理性质不同，蛋白质分布及功能也不同。2.红细胞膜的特殊骨架：骨架蛋白联结形成膜骨架，具有很强的柔韧性、变形性和可塑性。上一页返回第二节成熟红细胞的代谢返回红细胞代谢特点成熟RBC内缺乏红细胞核、内质网、线粒体以及高尔基体，不能进行核酸和蛋白质的生物合成，也不能进行三羧酸循环，不能利用脂肪酸在成熟红细胞中保留有糖酵解途径、磷酸戊糖旁路、Touster通路、2，3~DPG支路和谷胱甘肽代谢等途径所必需的一套完整的酶类，其代谢过程中释放能量，终产物为乳酸，以维持其形态、结构和组成的稳定，并发挥其独特的生理功能。返回红细胞代谢途径返回糖酵解途径磷酸戊糖旁路代谢2,3~二磷酸甘油酸支路代谢途径Touster通路代谢途径糖酵解途径：是红细胞糖分解代谢的主要途径和能量来源。RBC无氧酵解1葡萄糖+2乳酸+2ATPNADH+H+Hb返回ＮＡＤＰＨ具有保护膜蛋白、血红蛋白及酶蛋白的巯基不被氧化，还原高铁血红蛋白等多种功能。参与谷胱甘肽循环，保护细胞不受各种氧化物的侵袭，保护血红蛋白，并破坏有害的氧化物。返回①NADPHGSSGGSH②C3、C4、C5、C7磷酸糖参与EMP代谢途径2,3~二磷酸甘油酸（2,3~DPG或BPG）支路代谢途径又称(Leubering～Rappaport循环,LRC),此过程没有ATP产生。生理意义：①作为能量的贮存库，在红细胞中虽然没有糖原贮存，大量的2,3~DPG可以应急；②参与血液氧的运输，可调节血红蛋白对氧的运输，是血红蛋白氧亲和力的重要调节因子。返回Touster通路又称为Uronate循环，约占人体糖代谢的5%，在此通路中,经过葡萄糖生成五碳糖后，进入磷酸戊糖途径，并消耗2克分子NADPH，产生4克分子的NADH，以维持红细胞强大的还原作用。返回红细胞内谷胱甘肽合成与代谢返回下一页氧化还原机制返回上一页第三节血红蛋白代谢紊乱返回血红蛋白（Hb）是人和动物体内含量最多的蛋白质之一，集中存在于红细胞中，是第一个被纯化和确定有特殊生理功能的蛋白质。人类血红蛋白具有种族特异性。成熟红细胞中，Hb占红细胞内蛋白质总量的95％，是血液运输Ｏ２和CO２的重要物质。下一页血红蛋白结构及其代谢正常血红蛋白的结构与类型珠蛋白基因结构血红蛋白的功能血红蛋白的降解血红蛋白的代谢返回血红蛋白属于色蛋白中的血红素蛋白类,是一种球状的结合蛋白,分子量64456。①蛋白：珠蛋白(α、β、γ、δ、ε和ζ六种亚基）②辅基：亚铁血红素（由亚铁和原卟啉络IX合而成）返回下一页在人体发育的不同阶段，血红蛋白的组成各不相同，呈现严格的消长过程。返回1.α珠蛋白基因簇:包含有α~珠蛋白和ζ~珠蛋白基因。其基因结构为5’-ζ1-Ψζ1-Ψα2-Ψα1-α2-α1-θ1-3’。返回下一页2.β珠蛋白基因簇：其结构为5’-ε-Gγ-Aγ-Ψβ-δ-β-3’返回上一页1.可与氧可逆结合；2.血红素一血红素相互作用；3.血红蛋白与H+、CO2、DPG相互作用。返回1、血管外的红细胞降解：吞噬老化细胞打开血红素环形成胆绿蛋白除去铁和蛋白质胆红素四吡咯链Hb氨基酸池AA返回下一页2、血管内的红细胞降解：血浆游离Hb+触珠蛋白/结合珠蛋白血红蛋白触珠蛋白复合物清除肝细胞尿（巧克力－棕色）血红素+血红素结合蛋白血红素-结合蛋白+清蛋白清蛋白血红素复合物（高铁清蛋白）返回上一页血红蛋白的生物合成下一页返回l.血红素的生物合成血红素也是其他一些蛋白质，如肌红蛋白(myoglobln)、过氧化氢酶(catalase，Cat)、过氧化物酶(Peroxidase)等的辅基。因而，一般细胞均可合成血红素，且合成通路相同。在人红细胞中，血红素的合成从早幼红细胞开始，直到网织红细胞阶段仍可合成，但在成熟红细胞中不再有血红素的合成。2.基本原料甘氨酸、琥珀酰辅酶A及Fe2+返回下一页上一页3.部位起始和终末过程均在线粒体，而中间阶段在胞液中进行。4.过程①δ一氨基乙酰丙酸（ALA）的生成；②卟胆原（卟吩胆色素原）的生成；③尿卟啉原和粪卟啉原的生成；④血红素的生成。5.去向从线粒体转到细胞液中，与珠蛋白结合而成为血红蛋白。返回下一页上一页1.主要调节因素：①ALA合成酶；②ALA脱水酶与亚铁螯合酶；③造血生长因子2.铁对血红素的合成有促进作用。而血红素又对珠蛋白的合成有促进作用。血红素的合成调节返回下一页上一页胆红素代谢返回下一页上一页1.来源：①80％－85％来自循环中衰老红细胞②又称旁路性胆红素来源于骨髓和肝脏2.非结合胆红素：对中枢神经系统有特殊亲和力，能透过血脑屏障而引起黄疸，具有毒性。3.结合性胆红素：又称直接胆红素对神经系统无毒性，无水溶性。黄疸是高胆红素血症的临床表现，多见于肝脏、胆系和胰腺疾病。如果红细胞死亡过多过快，胆红素的产量超出了肝脏的处理能力，就沉积在血中，出现黄疸，称为溶血性黄疸。上一页返回血红蛋白的运氧机制氧的运输影响O2运输的因素CO2的运输返回肺PO2高O2CO2组织PCO2高O2CO2Hb返回影响O2运输的主要因素有:pH值、PCO2、温度、2,3~DPG。其中，2,3~DPG可与去氧血红蛋白特异结合，是调节血红蛋白与氧的亲和力的主要小分子物质。其浓度高低直接导致Hb的构象变化，从而影响Hb对O2亲和性。血液pH高,DPGM受抑制,而DPGP活性强,红细胞内2,3~DPG浓度下降,有利于Hb与O2结合血液pH下降2,3~DPG浓度上升，利于HbO2释放氧调节氧的运输和利用肺泡毛细血管外周组织毛细血管返回下一页HHb2,3~DPGCO2+O2HbO2+CO2+2,3~DPG+h+上式表明，H+、2，3－DPG或CO2等物质浓度的变化对Hb氧合作用有相同的影响,其中任一物质浓度的变化都将影响Hb的R型与T型之间的平衡从而改变Hb与O2的亲和力，反应式如下：Hb(T型)+2,3~DPGHb~DPG(T型)Hb(R型)O2+HbO2(R型)返回三种形式：①物理溶解；②HCO3结合；③与Hb结合成氨基甲酸血红蛋白(HbNHCOO3－)返回（一）血红素代谢障碍与卟啉病由于血红素合成代谢的调控发生异常而引起代谢途径中某些卟啉化合物或其前体的堆积，称为卟啉症。1.原发性：可根据临床表现的不同分为四类：神经型（急性发作型）、皮肤型（光敏型）、混合型和无症群型。2.继发性：类卟啉症和原卟啉血症。返回下一页（二）异常血红蛋白与血红蛋白病1.异常血红蛋白(1)病因：珠蛋白基因突变或核酸、蛋白质的生物合成缺陷而引起的血红蛋白分子结构改变(2)主要表现为：①血红蛋白多肽链分子的某一氨基酸被取代；②肽链中一个或几个氨基酸的缺陷；③肽链中有额外氨基酸插入等；最常见的是单一氨基酸的取代。这些变异的结果是使血红蛋白分子的功能和稳定性发生异常，从而导致血红蛋白病的发生。返回下一页上一页异常血红蛋白的理化特征和生物学特性与正常血红蛋白相比均存在不同程度的差异，异常血红蛋白的主要特点为：溶解度下降；稳定性下降；氧携带能力改变；合成减少等。返回下一页上一页2.血红蛋白病分类：①异常血红蛋白病：珠蛋白链上氨基酸顺序发生了改变②地中海贫血：珠蛋白链合成速率降低，导致一部分珠蛋白链合成过多；一部分珠蛋白链合成过少或者缺失。返回下一页上一页返回下一页上一页返回下一页上一页(三)铁和叶酸、维生素B12缺乏的血红蛋白病返回上一页第四节溶血机制返回在正常状况下，Na+~K+泵将二个K+吸入细胞内，同时排出三个Na+到细胞外液，由此在红细胞的膜内外建立一个阳离子梯度,泵的转运必须在膜上的Na+~K+~ATPase作用下,依靠ATP的直接供能。实验表明,一旦红细胞的糖酵解无法正常进行，ATP含量减少，将会导致Na+~K+泵失灵，红细胞内K+减少，Na+增加,则水将进入细胞内，从而使红细胞肿胀成球形红细胞,最终崩溃溶血。返回返回亨氏小体(Heinzbody)是血红蛋白以变性产物，在不稳定血红蛋白症及G-6-PD缺乏症患者的红细胞中容易产生。此小体附着于红细胞膜上，使膜基质中的卷曲球形蛋白分子中的SH被消耗，膜被破坏，导致溶血。返回红细胞膜磷脂的组成成分发生改变就会导致一系列的病理改变：①红细胞膜磷脂中磷脂酰丝氨酸含量增高时，红细胞的促凝血活性可明显加强，镰刀状细胞贫血和夜间阵发性血红蛋白尿症即为此类疾患；②膜磷脂成分异常时，单核细胞对其粘附能力显著加强，容易发生血管内溶血，使红细胞寿命缩短；③红细胞膜内氨基磷脂含量增高时，可使之细胞膜表面特性改变，脂质体易于粘附，红细胞能摄取更多的脂质体。返回下一页①口形红细胞增多症②细胞干燥症③遗传性高磷脂酰胆碱溶血性贫血④Rh~nuLL表型和Mcleod表型⑤遗传性无β-脂蛋白血症⑥遗传性血浆LCAT缺乏⑦遗传性球形细胞症⑧脂溶剂可使细胞膜上的脂质溶解，导致膜破坏溶血。返回上一页其他的诸如物理、化学、毒素以及补体－抗体等因素均可能使红细胞膜蛋白破坏，导致红细胞崩溃溶血。返回(1)临床特点：慢性过程伴急性发作的溶血性贫血与黄疸，血中红细胞以球形居多，伴脆性增高。(2)RBC破裂原因：①红细胞膜蛋白成分改变或其磷酸化过程发生障碍；②红细胞膜对Na+的通透性增加；③球形红细胞易受机械损伤；④因Ca2+易于进入球形红细胞，从而增加了其硬度；⑤红细胞易在脾内滞留，导致其能量物质和ATP来源减少等。(3)分类：根据其遗传方式，可分为常染色体隐性遗传和常染色体显性遗传，前者为定形素的缺失，后者为