运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 研 究 博 士 学 位 论 文 (2006 届 ) 运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 Research on Rule of Exercise-induced Lower Hemoglobin and its Haematogenous Mechanism 苏 州 大 学 研 究 生 姓 名 指 导 教 师 姓 名 专 业 名 称 研 究 方 向 论 文 提 交 日 期 盛 蕾 冯 炜 权 姜 文 凯 体 育 教 育 训 练 学 运 动 能 力 研 究 2006 年 3 月

运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 中 文 摘 要 中 文 摘 要 近 年 的 研 究 表 明, 运 动 员 中 出 现 运 动 性 贫 血 者 已 大 为 减 少, 而 训 练 引 起 的 血 红 蛋 白 (Hb) 值 明 显 降 低 但 未 达 到 贫 血 标 准 的 现 象 却 多 见, 这 种 现 象 使 红 细 胞 运 输 O 2 和 CO 2 的 能 力 及 物 质 能 量 代 谢 能 力 下 降, 从 而 影 响 运 动 能 力 对 运 动 性 低 血 红 蛋 白 这 一 问 题, 目 前 尚 未 见 对 其 造 血 机 制 影 响 和 预 测 指 标 的 研 究 因 此, 通 过 动 物 实 验 和 人 体 试 验, 本 研 究 旨 在 探 索 运 动 性 低 血 红 蛋 白 造 血 机 制 及 其 早 期 的 诊 断 方 法 动 物 实 验 对 8 周 递 增 负 荷 游 泳 训 练 的 大 鼠, 低 血 红 蛋 白 出 现 时 造 血 因 子 铁 代 谢 及 红 细 胞 生 成 的 变 化 进 行 系 统 研 究 人 体 试 验 对 进 行 正 常 训 练 的 游 泳 运 动 员 血 细 胞 参 数 的 变 化, 进 行 为 期 一 年 多 的 纵 向 研 究 主 要 结 果 为 : 1. 研 制 了 新 型 大 鼠 运 动 流 动 水 槽 建 立 了 递 增 负 荷 流 动 水 游 泳 训 练 8 周 的 大 鼠 运 动 性 低 血 红 蛋 白 运 动 模 型 2. 当 运 动 组 大 鼠 Hb 降 低 时, 网 织 红 细 胞 的 数 量 大 幅 度 增 加, 其 中 不 成 熟 网 织 红 细 胞 % 增 加, 成 熟 网 织 红 细 胞 比 例 下 降 ; 网 织 红 细 胞 体 积 增 大 ; 网 织 红 细 胞 血 红 蛋 白 含 量 增 加, 网 织 红 细 胞 血 红 蛋 白 含 量 分 布 宽 度 增 大 在 运 动 引 起 的 Hb 降 低 过 程 中, 网 织 红 细 胞 计 数 参 数 及 其 亚 型 参 数 的 变 化 均 较 Hb 和 RBC 提 前 一 周 出 现 3. 8 周 实 验 中 的 铁 代 谢 参 数 显 示, 未 出 现 大 鼠 运 动 性 铁 缺 乏 现 象 4. 在 本 研 究 的 动 物 模 型 中, 当 Hb 显 著 降 低 时, 大 鼠 血 清 的 EPO 水 平 IL-3 和 T 未 发 生 显 著 性 变 化 同 时 相 关 性 研 究 发 现, 运 动 组 大 鼠 Hb 降 低 网 织 红 参 数 出 现 显 著 性 增 加 时,IL-6 大 幅 度 上 升,IL-6 与 网 织 红 多 项 参 数 间 存 在 较 密 切 的 正 性 线 性 关 系 提 示 我 们 注 意 在 运 动 引 起 的 红 细 胞 生 成 变 化 的 造 血 调 节 过 程 中,IL-6 等 其 它 细 胞 因 子 的 重 要 作 用 5. 人 体 试 验 表 明 : 在 运 动 训 练 引 起 的 Hb 降 低 的 早 期, 网 织 红 参 数 中 的 不 成 熟 网 织 红 细 胞 比 例 增 大, 成 熟 网 织 红 细 胞 比 例 降 低, 红 细 胞 参 数 中 平 均 红 细 胞 体 积 增 大, 平 均 红 细 胞 血 红 蛋 白 含 量 也 降 低, 但 未 发 现 铁 缺 乏 导 致 Hb 降 低 的 现 象 6. 动 物 实 验 和 人 体 试 验 的 结 果 共 同 提 示, 不 成 熟 网 织 红 细 胞 比 例 增 加 成 熟 网 织 红 细 胞 比 例 降 低 和 平 均 红 细 胞 体 积 增 大, 这 些 指 标 可 以 用 来 预 测 训 练 中 早 期 运 I

中 文 摘 要 运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 动 性 低 血 红 蛋 白 的 出 现 故 初 步 认 为, 在 运 动 性 低 血 红 蛋 白 发 生 过 程 中, 机 体 仍 处 在 对 运 动 负 荷 的 激 烈 生 理 性 代 偿 期, 故 应 及 时 调 整 运 动 负 荷 关 键 词 : 运 动 低 血 红 蛋 白 造 血 机 制 作 者 : 盛 蕾 指 导 教 师 : 冯 炜 权 教 授 姜 文 凯 教 授 II

Research on Rule of Exercise-induced Lower Hemoglobin and its Haematogenous Mechanism Abstract Research on Rule of Exercise-induced Lower Hemoglobin and its Haematogenous Mechanism Abstract It was reported that in recent years the number of athletes suffered with sports anemia has been less than it was before. Nevertheless, the reduction of hemoglobin concentration, caused by training, but not reaching the criteria of sports anemia has been often seen. This phenomenon induces the decrease of erythrocyte in O 2 and CO 2 transport as well as energy metabolism, the result of which is the decrease of exercise capacity. As for the new problem of exercise-induced lower hemoglobin, it was failed to find any report of its effects on haematogenous mechanism and methods for forecasting it. Therefore, the purpose of this study is to explore the haematogenous mechanism of exercise-induced lower hemoglobin and the diagnosis of its early changes by means of animal and human experiments. In animal experiments, when exercise-induced lower hemoglobin occurred in the rats having their incremental loading swimming training for 8 weeks its effects on hematopoietic factors, iron metabolism and erythropoiesis were studied systematically. In human experiments, the changes of haemocyte parameters were studied longitudinally for more than one year in elite swimmers having their normal training. The main results are as follows: 1. A new type of swimming apparatus with flowing water for rats has been developed. A model of rats with exercise-induced lower hemoglobin, having their incremental loading swimming training in flowing water for 8 weeks has been established. 2. In the exercise group, when the rats hemoglobin concentration decreased, the amount of their reticulocytes increased significantly. Among them, the percentage of the immature reticulocytes increased, but the fraction of the mature reticulocytes decreased. The volume of the reticulocytes increased, but the distribution width of the mean cell hemoglobin concentration decreased. The hemoglobin contents of the reticulocytes increased, and the reticulocyte cell hemoglobin distribution width also increased. In the course of the decrease of hemoglobin, induced by exercise, the reticulocyte count and their subtype parameters changed one week earlier than hemoglobin and erythrocytes did. III

Abstract Research on Rule of Exercise-induced Lower Hemoglobin and its Haematogenous Mechanism 3. In the experiment of 8 weeks the parameters of iron metabolism showed that exercise-induced iron deficiency had not occurred. 4. In this study, according to the animal model, when the rats Hb decreased remarkably, their serum EPO, IL-3 and testosterone did not change significantly. In the relative studies it was found that when the rats Hb in the training group decreased and reticulocyte parameters increased remarkably, serum IL-6 increased significantly. There were close positive linear correlations between the parameters of IL-6 and reticulocyte parameters. It is suggested that in the course of regulating hematogenesis in which exercise induces the change of erythropoiesis, other cytokines may play the important roles, such as IL-6 etc. 5. The human experiment of this study was a tracing for more than one year in swimmers having their normal training. The results showed that in the course of the decrease of Hb induced by exercise training, the fraction of the immature Reticulocytes in early Reticulocyte parameters increased, but that of the mature ones decreased. The mean corpuscular volume (MCV) in erythrocyte parameters increased, but the mean cell hemoglobin content (CH) decreased. Nevertheless, it was failed to find the reduction of hemoglobin concentration induced by iron deficiency. 6.The results of both the animal and human experiments suggest the increase of the immature reticulocyte fraction (IRF), the decrease of the mature reticulocyte fraction and the increase of the mean corpuscular volume, which can be used to forecast the occurrence of early exercise-induced lower hemoglobin. It is considered that in the course of the occurrence of exercise-induced lower hemoglobin the body is still at the phase of physiological compensation for the training load. Therefore, it is necessary to adjust the training load in time. Key Words: exercise; lower hemoglobin; haematogenous mechanism Author: Sheng Lei Supervisor: Prof. Feng Weiquan Prof. Jiang Wenkai IV

运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 目 录 目 录 序 言 1 第 一 部 分 动 物 实 验 26 大 鼠 游 泳 训 练 血 红 蛋 白 降 低 模 型 的 建 立 运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 理 的 研 究 1. 大 鼠 运 动 流 动 水 槽 研 制 及 运 动 模 型 建 立 26 2. 长 期 游 泳 训 练 对 大 鼠 血 细 胞 参 数 的 影 响 34 3. 长 期 游 泳 训 练 对 大 鼠 铁 代 谢 参 数 的 影 响 89 4. 长 期 游 泳 训 练 对 大 鼠 造 血 因 子 的 影 响 109 5. 长 期 训 练 大 鼠 Hb 降 低 的 发 生 及 其 红 细 胞 生 成 调 节 的 特 点 136 第 二 部 分 人 体 实 验 143 长 期 游 泳 训 练 对 运 动 员 血 细 胞 的 影 响 第 三 部 分 全 文 总 结 158 参 考 文 献 160 攻 读 学 位 期 间 发 表 的 论 文 及 完 成 的 课 题 173 附 录 不 同 测 试 软 件 测 试 大 鼠 血 细 胞 对 比 实 验 174 缩 语 表 182 致 谢 183 1

运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 序 言 序 言 1.1 选 题 依 据 运 动 性 贫 血 是 指 由 于 运 动 训 练 或 比 赛 造 成 单 位 容 积 血 液 中 血 红 蛋 白 浓 度 (Hb) 红 细 胞 数 量 (RBC) 低 于 正 常 值 的 现 象,Hb 指 标 水 平 的 显 著 性 下 降 说 明 运 动 性 贫 血 是 机 体 对 大 负 荷 量 运 动 训 练 的 一 种 生 理 应 答 医 学 上 判 断 贫 血 时 首 先 进 行 血 液 学 的 检 查, 检 查 的 指 标 为 Hb RBC 和 红 细 胞 比 积 (Hct), 其 中 Hb 作 为 判 断 贫 血 的 标 准, 而 RBC 和 Hct 通 常 用 于 红 细 胞 参 数 的 计 算, 红 细 胞 参 数 主 要 作 为 贫 血 类 型 以 及 作 为 反 映 机 体 铁 代 谢 状 况 的 判 断 依 据 运 动 性 贫 血 是 运 动 员 在 竞 技 体 育 训 练 中 和 营 养 失 衡 而 出 现 的 一 种 一 过 性 身 体 机 能 低 下 状 态, 当 运 动 员 真 正 处 于 运 动 性 贫 血 状 态 时 会 对 其 运 动 能 力 产 生 很 大 的 不 利 影 响 因 此, 如 何 预 防 运 动 性 贫 血 的 发 生 和 发 展 是 当 今 体 育 科 学 研 究 的 热 点, 而 预 防 运 动 性 贫 血 的 根 本 是 首 先 要 了 解 运 动 性 贫 血 发 生 的 机 制 值 得 注 意 的 是, 近 几 年 的 研 究 表 明, 由 于 训 练 水 平 的 提 高 和 膳 食 的 改 进, 由 (3,13, 运 动 而 引 起 的 贫 血 现 象 已 大 大 少 于 过 去 24) De Wijn 等 报 道, 仅 有 5-6 % 荷 兰 国 家 队 的 运 动 员 Hb 低 于 正 常 值 ( 男 性 <14g/dL, 女 性 <12 g/dl), 而 其 中 只 有 2% 的 人 达 到 真 正 意 义 的 贫 血 (28) Balanban 等 发 现, 高 水 平 耐 力 运 动 员 中 5.5 % 的 人 贫 血 (17) Weight 等 发 现 高 水 平 的 耐 力 运 动 员 只 有 2.5% 的 人 达 到 贫 血 (14) 本 课 题 先 期 的 研 究 ( 未 发 表 ), 对 江 苏 省 队 340 名 运 动 员 ( 男 205 名, 女 135 名 ) 冬 训 前 研 究 发 现, 按 照 临 床 的 诊 断 标 准, 男 运 动 员 未 检 出 贫 血 队 员, 女 运 动 员 有 4 人 Hb 低 于 120g/L, 贫 血 发 生 率 为 1.2% 虽 然, 贫 血 的 发 病 率 在 运 动 员 中 并 不 高, 而 在 运 动 实 践 中, 运 动 训 练 引 起 的 运 动 员 Hb 低 于 理 想 值 并 逐 步 下 降 至 较 低 水 平 ( 未 达 到 贫 血 标 准 ) 的 现 象 却 十 分 常 见 这 种 现 象 的 出 现 使 得 红 细 胞 的 运 输 氧 的 能 力 以 及 机 体 物 质 能 量 代 谢 能 力 下 降, 从 而 影 响 运 动 员 运 动 能 力 由 于 缺 乏 系 统 敏 感 的 检 测 方 法, 当 发 展 到 运 动 性 贫 血 时 再 进 行 补 充 调 整, 所 需 要 的 时 间 势 必 就 要 延 长, 影 响 运 动 训 练 效 果 和 运 动 能 力 的 提 高 因 此, 在 运 动 训 练 中 及 时 地 检 测 和 发 现 运 动 员 的 Hb 早 期 的 变 化 特 点, 并 较 早 预 测 其 训 练 中 的 走 向, 及 早 采 取 科 学 措 施, 对 于 提 高 训 练 效 果 和 运 动 能 力 具 有 积 极 意 义 有 关 运 动 引 起 的 运 动 性 贫 血 的 发 生 机 制 和 诊 断 方 法, 多 年 来 国 内 外 的 研 究 者 进 行 了 大 量 的 研 究 工 作 多 数 研 究 集 中 在 运 动 性 贫 血 的 发 生 原 因 铁 营 养 状 况 与 1

序 言 运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 Hb 的 关 系 运 动 对 红 细 胞 破 坏 的 影 响 运 动 对 EPO 及 其 受 体 的 影 响 几 个 方 面 而 对 于 运 动 性 Hb 降 低 的 发 生 和 发 展 过 程 中, 多 种 因 素 间 的 相 互 影 响 内 在 联 系, 反 应 不 同 造 血 因 素 的 多 种 指 标 敏 感 度 变 化 时 相 却 未 有 研 究 由 于 诸 多 结 论 的 不 一 致, 可 能 与 所 研 究 的 受 试 者 的 机 能 状 况 所 采 用 的 训 练 手 段 运 动 量 与 强 度 的 不 同 有 关 当 运 动 引 起 的 血 红 蛋 白 降 低 并 未 达 到 病 理 标 准 的 贫 血, 其 机 制 以 及 血 细 胞 铁 代 谢 等 的 特 点 可 能 与 真 正 意 义 的 运 动 性 贫 血 不 同 由 于 红 细 胞 发 生 与 发 展 过 程 中 多 种 造 血 调 控 因 子 及 营 养 因 素 对 于 红 细 胞 的 生 成 起 着 重 要 的 作 用, 而 目 前 对 于 运 动 性 Hb 降 低 的 发 生 与 发 展 过 程, 缺 乏 从 造 血 调 控 铁 营 养 状 况 到 骨 髓 造 血 能 力 诸 方 面 系 统 全 面 的 研 究, 故 而 对 于 生 物 学 指 征 的 相 关 研 究, 出 现 了 结 论 的 差 异, 即 有 可 能 不 同 的 结 论 得 自 于 运 动 性 Hb 降 低 发 展 的 不 同 阶 段 同 时, 这 种 研 究 的 欠 缺, 也 使 得 运 动 性 Hb 降 低 的 及 早 发 现 和 有 效 防 治 工 作, 未 能 很 好 的 进 行 因 而, 有 必 要 开 展 有 关 运 动 性 Hb 降 低 的 发 生 与 发 展 的 造 血 机 制 系 统 研 究, 为 运 动 性 贫 血 的 及 早 诊 断 和 防 治, 提 供 理 论 基 础 ; 为 合 理 训 练 营 养 干 预 提 供 客 观 依 据 1.2 文 献 综 述 1.2.1 红 细 胞 的 生 成 及 影 响 因 素 红 细 胞 是 最 早 被 发 现 的 血 细 胞 人 体 内 红 细 胞 的 数 量 与 骨 髓 红 系 细 胞 的 增 殖 与 分 化 密 切 相 关 在 正 常 生 理 情 况 下, 红 细 胞 的 平 均 寿 命 为 120 天, 每 天 有 红 细 胞 总 数 的 1/120 的 红 细 胞 凋 亡, 同 时 有 同 样 数 量 新 生 的 红 细 胞 产 生, 在 红 细 胞 的 生 成 与 破 坏 之 间 维 持 着 一 种 动 态 平 衡 1.2.1.1 红 细 胞 的 生 成 过 程 : 正 常 人 红 细 胞 的 生 成 包 括 造 血 干 细 胞 阶 段 红 系 祖 细 胞 阶 段 红 系 前 体 细 胞 的 增 殖 与 分 化 阶 段 网 织 红 细 胞 的 增 殖 及 成 熟 过 程, 以 及 网 织 红 细 胞 向 外 周 血 释 放 成 熟 红 细 胞 的 过 程 (1) 造 血 干 细 胞 阶 段 造 血 干 细 胞 主 要 存 在 于 骨 髓 脾 肝 等 造 血 组 织 内 正 常 情 况 下,99.5% 的 干 细 胞 是 处 于 G 0 静 止 期 造 血 干 细 胞 的 基 本 特 性 是 有 自 我 更 新 能 力 一 个 造 血 干 细 胞 进 行 分 裂 后 产 生 的 两 个 子 细 胞, 只 有 一 个 立 即 分 化 形 成 为 早 期 祖 细 胞, 另 一 个 仍 然 保 持 干 细 胞 的 全 部 特 征 造 血 干 细 胞 中 存 在 3 个 亚 群 : 多 能 造 血 干 细 胞 髓 2

运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 序 言 系 干 细 胞 和 淋 巴 系 干 细 胞 红 细 胞 来 源 于 髓 系 干 细 胞 (1) (2) 红 系 祖 细 胞 阶 段 造 血 干 细 胞 在 骨 髓 造 血 微 环 境 的 影 响 下, 分 化 成 为 红 系 祖 细 胞 由 于 红 系 祖 细 胞 可 以 在 EPO 的 作 用 下 向 红 系 前 体 细 胞 的 方 向 分 化 增 殖, 最 后 成 为 成 熟 的 红 细 胞, 这 类 细 胞 也 被 称 为 EPO 反 应 细 胞 (erythropoietin reaction cell,erc) 或 EPO 敏 感 细 胞 (erythropoietin sensitive cell,esc) 这 类 细 胞 无 自 我 维 持 能 力, 故 不 能 称 为 干 细 胞 (2) 红 细 胞 谱 系 中 早 期 的 祖 细 胞 是 BFU-E 祖 细 胞, 晚 期 的 是 CFU-E 祖 细 胞 ERC 或 ESC 细 胞 在 高 浓 度 的 EPO 条 件 下, 当 培 养 延 续 到 14 16 天, 培 养 体 系 中 会 骤 然 生 成 由 30 000~40 000 个 红 系 细 胞 组 成 的 红 系 集 落, 称 为 红 系 爆 式 形 成 单 位 (burstformingunit erthroid,bfu E), 是 ESC 群 体 中 较 早 期 分 化 的 细 胞 BFU E 是 更 接 近 造 血 干 细 胞 的 红 系 祖 细 胞, 可 分 化 为 红 系 集 落 形 成 单 位 (colony forming uniterthroid,cfu-e), 其 比 重 沉 降 率 较 CFU-E 缓 慢 DNA 合 成 期 的 比 例 亦 较 少, 仅 为 0-20% 在 形 态 学 上 较 CFU E 更 不 成 熟, 呈 轻 度 卵 圆 形, 核 染 色 体 细, 具 有 多 个 大 的 核 仁, 胞 浆 呈 碱 性, 偶 有 伪 足 BFU E 的 数 量 为 5~10/L l0 5 有 核 细 胞, 与 CFU E 不 同 的 是 BFU E 可 见 于 周 围 血 中, 量 极 少, 仅 占 0.02%~0.05% ERC 或 ESC 在 加 入 EPO 的 体 外 半 固 体 培 养 环 境 中 培 养 5~8 天, 可 生 成 由 8 65 个 红 系 细 胞 组 成 的 细 胞 团, 称 为 CFU E 可 以 由 G 6PD 同 工 酶 分 析 确 定 其 形 态 学 表 现 为 核 染 色 质 细 致, 细 胞 核 大, 有 大 核 仁, 有 清 楚 的 核 周 带 及 少 量 的 嗜 碱 性 胞 浆 人 类 骨 髓 中 的 CFU E 数 量 因 不 同 的 分 离 方 法 和 培 养 条 件 而 异, 约 为 50~400/L l0 5 有 核 细 胞 大 部 分 CFU E 是 处 于 活 跃 的 DNA 合 成 期 (S 期 ), 多 数 体 外 实 验 证 实 CFU E 细 胞 表 面 带 有 较 密 的 EPO 受 体, 且 依 赖 EPO 存 活 BFU E 和 CFU E 是 红 系 祖 细 胞 群 中 两 类 性 质 不 同 的 细 胞 亚 群, 它 们 的 区 别 包 括 一 般 特 性 对 细 胞 因 子 的 反 应 以 及 抗 原 和 受 体 的 表 达 BFU E 进 入 CFU E 期 后 开 始 表 达, 可 识 别 红 系 细 胞 的 特 征, 这 些 具 有 特 征 的 蛋 白 包 括 唾 液 酸 糖 蛋 白 血 型 糖 蛋 白 A(glycophoricA) 和 Rh 抗 原 血 型 抗 原 及 ABHil 型 等 在 CFU E 细 胞 上 还 存 在 大 量 的 EPO 受 体 在 缺 乏 EPO 的 培 养 液 中 数 小 时,89% 的 CFU E 细 胞 即 不 存 在 EPO 受 体 在 CFU E 及 原 始 红 细 胞 上 表 达 最 多, 以 后 随 红 细 胞 的 成 熟 逐 渐 减 少, 到 晚 幼 红 细 胞 已 消 失 3

序 言 运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 转 铁 蛋 白 受 体 (TfR), 也 是 在 CFU E 和 红 系 前 体 细 胞 时 表 达 最 高, 到 网 织 红 细 胞 时 最 低 TfR 是 由 双 硫 键 连 结 的 双 链 跨 膜 糖 蛋 白, 分 子 量 为 180kD 每 个 受 体 可 结 合 1 个 或 2 个 分 子 的 转 铁 蛋 白 TfR 是 控 制 细 胞 摄 取 铁 的 重 要 因 素, 当 红 系 细 胞 出 现 血 红 蛋 白 合 成 后,TfR 的 表 达 明 显 增 多, 随 着 细 胞 的 成 熟 TfR 逐 渐 减 少 BFU E 和 CFU E 上 的 TfR 量 较 少, 原 始 红 细 胞 上 的 TfR 最 多, 每 个 细 胞 可 表 达 800 000 个 TfR, 至 网 织 红 细 胞,TfR 的 表 达 减 少 为 100 000 个 / 细 胞, 成 熟 红 细 胞 则 无 TfR 表 达 ERC( 或 ESC) 是 非 均 一 的 放 大 过 渡 细 胞 群 体, 随 其 放 大 而 成 熟 其 数 量 控 制 着 细 胞 进 入 CFU E 的 速 率 EPO 在 ERC 晚 期 阶 段 可 促 成 二 级 分 化, 生 成 下 一 级 放 大 的 过 渡 群 体 红 系 细 胞 其 终 末 产 物 成 熟 红 细 胞 的 数 量 通 过 组 织 氧 分 压 控 制 着 EPO 的 生 成 水 平 当 EPO 缺 乏 时,ERC 的 G1 期 延 长, 红 细 胞 的 生 成 处 于 持 续 低 水 平 在 贫 血 时 EPO 增 加,ERC 的 G1 期 明 显 缩 短, 促 进 细 胞 进 入 S 期, ERC 池 扩 大, 以 适 应 加 速 红 细 胞 造 血 的 需 要 (3) 红 系 前 体 细 胞 阶 段 红 系 前 体 细 胞 (precursorcell) 阶 段 与 BFU E 及 CFU E 不 同 的 是 可 以 用 形 态 学 标 准 区 分 包 括 原 始 红 细 胞 早 幼 红 细 胞 中 幼 红 细 胞 晚 幼 红 细 胞 及 网 织 红 细 胞 阶 段 而 达 到 成 熟 红 细 胞 CFU-E 祖 细 胞 通 过 增 殖 分 化 生 成 最 早 能 够 依 其 形 态 特 点 可 以 识 别 的 红 细 胞 谱 系 的 原 红 细 胞 它 的 细 胞 质 含 少 量 铁 蛋 白, 附 于 质 膜 的 膜 收 缩 蛋 白 (spectrin) 继 后 增 殖 分 化 的 早 幼 红 细 胞 开 始 合 成 Hb, 胞 质 有 了 嗜 酸 性 反 应 随 着 红 系 细 胞 成 熟 的 进 展, 细 胞 进 入 不 再 分 裂 的 终 端 分 化 期, 形 成 晚 幼 红 细 胞 实 验 显 示 此 期 细 胞 在 结 构 和 形 态 上 发 生 一 系 列 的 改 变 : 细 胞 核 染 色 质 急 剧 的 固 缩 偏 位, 核 主 动 地 排 出 胞 外, 形 成 网 织 红 细 胞 ; 在 此 期 DNA,RNA,LDH 同 功 酶 急 剧 降 减, 膜 收 缩 蛋 白 α,β 亚 单 位 增 多,Hb 酸 性 磷 酸 酶 水 平 增 高 (4) 细 胞 成 熟 的 过 程 是 Hb 增 加 和 细 胞 核 活 性 衰 减 的 过 程 随 着 细 胞 的 成 熟, 有 核 红 细 胞 中 的 血 红 蛋 白 含 量 不 断 增 加,RNA 的 含 量 不 断 减 少 在 中 幼 红 细 胞 后 期, 细 胞 中 的 血 红 蛋 白 含 量 13.5pg 红 细 胞 内 Hb 的 增 高 促 使 核 失 去 活 性, 不 再 合 成 DNA 或 RNA 实 验 证 实 这 是 由 于 Hb 通 过 核 膜 间 孔 进 入 核 内, 作 用 于 核 组 蛋 白 (nucleohi stones), 导 致 染 色 体 失 活 而 促 进 核 凝 缩 晚 幼 红 细 胞 已 失 去 继 续 分 裂 的 能 力, 以 后 细 胞 核 浓 缩 并 逸 出, 被 单 核 巨 噬 细 胞 吞 噬, 或 在 脾 脏 内 碎 裂 溶 解, 4

运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 序 言 成 为 无 细 胞 核 的 网 织 红 细 胞 在 成 熟 红 细 胞 阶 段 不 再 合 成 Hb 根 据 细 胞 内 Hb 浓 度 的 增 高 会 促 使 细 胞 核 失 去 活 性 的 理 论, 红 细 胞 成 熟 过 程 分 裂 的 次 数 细 胞 最 终 的 大 小 与 Hb 合 成 的 快 慢 有 一 定 的 关 系 如 缺 铁 时 的 小 红 细 胞 是 因 为 Hb 的 合 成 速 度 慢, 需 要 较 长 的 时 间 才 能 达 到 需 要 的 Hb 浓 度, 故 在 细 胞 核 停 止 活 动 ( 或 聚 缩 ) 之 前 分 裂 的 次 数 多, 造 成 细 胞 体 积 小 相 反, 在 大 细 胞 时, 过 早 地 使 细 胞 核 变 性, 分 裂 的 次 数 也 少 些 决 定 红 细 胞 外 形 及 可 变 性 的 膜 蛋 白, 如 收 缩 蛋 白 \ 血 型 糖 蛋 白 带 3 蛋 白 \4.1 蛋 白 和 锚 蛋 白 均 出 现 于 CFU E 期, 带 3 蛋 白 4,1 蛋 白 及 血 型 糖 蛋 白 特 别 是 血 型 糖 蛋 白 A 大 量 出 现 于 CFU E 的 晚 期 阶 段 或 原 始 红 细 胞 阶 段 随 着 细 胞 的 成 熟, 红 系 细 胞 的 直 径 逐 渐 缩 短, 细 胞 体 积 也 逐 渐 缩 小 这 是 因 为 细 胞 内 一 些 用 以 合 成 Hb 基 质 蛋 白 及 各 种 酶 的 细 胞 器 ( 如 线 粒 体 高 尔 基 器 \ 聚 核 糖 体 ) 逐 渐 减 少, 细 胞 器 也 逐 渐 退 化 消 失 基 因 活 性 在 红 细 胞 成 熟 过 程 中 是 由 珠 蛋 白 的 表 达 所 支 配 珠 蛋 白 在 原 始 红 细 胞 中 仅 占 蛋 白 质 的 0.1%, 到 网 织 红 细 胞 时 达 95% 已 知 成 年 人 珠 蛋 白 的 合 成 主 要 是 HbA(02p2), 少 量 的 HbA2(Q282) 及 HbF(Q2Y2) 应 用 方 向 性 核 素 标 记 细 胞 增 殖 周 期 DNA 合 成 能 力 作 为 指 标, 可 以 推 算 红 系 细 胞 的 增 殖 时 间, 原 始 红 细 胞 的 增 殖 时 间 约 为 20 小 时, 早 幼 红 细 胞 约 为 16 小 时, 中 幼 红 细 胞 为 25~30 小 时, 晚 幼 红 细 胞 不 具 备 合 成 DNA 的 能 力, 属 非 增 殖 性 细 胞 故 正 常 红 系 前 体 细 胞 由 骨 髓 生 成, 经 过 增 殖 分 化 直 到 新 生 网 织 红 细 胞 从 骨 髓 中 逸 出 约 需 3~5 天 在 贫 血 应 激 时 采 用 跳 跃 式 分 裂, 此 段 时 间 仅 为 2 天 网 织 红 细 胞 以 后 又 在 脾 内 停 留 l 一 2 天, 继 续 成 熟 且 改 变 膜 脂 质 成 分 后 再 进 入 血 循 环 (2) (4) 红 细 胞 的 脱 核 与 释 放 晚 红 细 胞 通 过 增 加 本 身 的 波 状 运 动, 再 经 过 几 次 收 缩, 把 核 挤 到 胞 浆 的 一 极 而 后 脱 出 网 织 红 细 胞 通 过 骨 髓 血 液 屏 障 亦 是 一 个 复 杂 的 过 程 骨 髓 血 液 屏 障 由 一 层 薄 的 内 皮 和 一 层 不 连 续 的 外 膜 组 成 在 骨 髓 的 血 窦 间 隙 处 尚 有 大 量 巨 噬 细 胞 分 布 ( 窦 周 巨 噬 细 胞 ) 它 能 吞 噬 脱 出 的 红 细 胞 核, 筛 过 和 移 去 缺 陷 细 胞 ( 约 占 2%)o 红 细 胞 的 释 放 是 通 过 骨 髓 的 窦 壁 \ 内 皮 细 胞 联 合 处 的 胞 浆 而 入 血 的 当 红 细 胞 进 入 血 窦 时, 易 变 形 的 胞 浆 先 进 入, 把 细 胞 核 留 在 血 窦 处, 红 细 胞 进 入 血 窦 后, 内 皮 细 胞 即 收 缩 而 使 血 窦 孔 闭 合 5

序 言 运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 网 织 红 细 胞 在 骨 髓 中 成 熟 需 持 续 4 天 成 人 在 正 常 情 况 下, 所 有 红 系 细 胞 以 网 织 红 细 胞 形 式 从 骨 髓 中 释 放 他 们 在 外 周 血 中 完 成 最 后 成 熟 过 程, 大 约 24 小 时 内 可 辨 认 (31) 网 织 红 细 胞 较 正 常 成 熟 红 细 胞 略 大, 直 径 8-9.5um, 根 据 网 状 结 构 密 度 可 分 为 五 型 0 型 :( 有 核 型 ) 嗜 碱 性 物 质 在 有 核 红 周 围 呈 较 浓 的 蓝 色 网 织 结 构, 此 型 存 在 于 骨 髓 I 型 :( 丝 球 型 ) 嗜 碱 性 物 质 位 于 细 胞 中 央 似 致 密 之 线 团, 此 型 一 般 存 在 于 骨 髓 中, 正 常 人 周 围 血 中 偶 见 II 型 :( 鱼 网 状 ) 网 织 物 由 密 逐 渐 变 松 散 为 大 网 眼 的 鱼 网 状, 此 型 大 量 在 骨 髓 中, 周 围 血 中 少 见 III 型 :( 破 网 状 ) 网 状 物 减 少, 形 成 残 破 不 全 的 网 状, 周 围 血 中 可 见 到 少 量 IV 型 :( 点 粒 型 ) 嗜 碱 性 物 质 呈 数 量 不 一 的 颗 粒 或 丝 状 体, 多 位 于 细 胞 的 边 缘, 此 型 在 周 围 血 中 常 见 [6,7] 正 常 时 仅 Ⅲ 及 IV 级 网 织 红 细 胞 见 于 外 周 血 中 (5) 血 红 蛋 白 的 合 成 血 红 素 合 成 细 胞 内, 血 红 素 合 成 的 初 始 和 终 末 过 程 均 发 生 于 线 粒 体, 而 中 间 阶 段 在 细 胞 液 中 进 行 血 红 素 的 生 物 合 成 共 分 为 八 个 步 骤 ( 部 分 学 者 也 将 其 分 为 四 个 步 骤 ), 每 一 步 骤 有 一 种 催 化 酶, 如 图 -7 表 示 了 血 红 素 合 成 的 过 程 ALAS(δ- 氨 基 -γ- 酮 戊 酸 合 成 酶 ) 血 红 素 生 物 合 成 路 径 中 的 限 速 酶 是 δ - 氨 基 乙 酰 丙 酸 合 成 酶 (δ - aminolevulinate synthase, δ-alas), 它 受 血 红 素 的 反 馈 抑 制 正 常 生 理 条 件 下, 血 红 素 合 成 后 会 与 珠 蛋 白 结 合 成 为 Hb 的 一 个 亚 基, 不 会 有 过 多 的 血 红 素 堆 积, 且 血 红 素 结 合 成 Hb 后 对 ALAS 不 再 有 反 馈 抑 制 作 用, 如 果 血 红 素 的 合 成 速 度 大 于 珠 蛋 白 的 合 成 速 度, 过 多 的 血 红 素 可 以 氧 化 成 高 铁 血 红 素, 后 者 对 ALA 合 酶 也 有 明 显 的 抑 制 作 用 红 细 胞 特 有 的 ALAS(ALA-S2) 被 动 地 调 节 血 红 素 的 合 成 代 谢 非 红 细 胞 内 ALA-S1 的 合 成 受 血 红 素 的 反 馈 抑 制, 而 人 体 ALA-S2 基 因 的 启 动 子 上 含 有 的 顺 式 作 用 元 件 表 现 出 铁 反 应 成 分 (IRE) 特 点, 当 负 性 调 节 蛋 白 IRP-1 结 合 时, 就 抑 制 核 糖 体 的 结 合 因 此, 当 细 胞 内 铁 缺 乏 时, 血 红 素 的 生 物 合 成 由 于 第 一 步 骤 被 IRP-1 阻 断 翻 译 控 制 而 降 低 因 此, 细 胞 摄 取 转 铁 蛋 白 内 铁 的 利 用 速 率 间 接 调 节 血 红 素 的 生 成 ALA-S2 是 被 动 地 调 节 血 红 素 的 合 成 代 谢 6

运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 序 言 图 -7 血 红 素 的 生 物 合 成 途 径 ( 引 自 Cox et al 1990) 铁 鳌 合 酶 铁 螯 合 酶 的 活 性 直 接 限 制 红 细 胞 内 血 红 素 的 合 成 量 和 速 率 铁 螯 合 酶 是 血 红 素 生 物 合 成 过 程 中 的 最 后 一 个 酶, 它 催 化 二 价 铁 离 子 与 原 卟 啉 IX 的 结 合 反 应 在 红 细 胞 中 铁 的 摄 取 是 血 红 素 合 成 的 关 键,Fadigan 和 Dailey 根 据 其 关 于 Friend 细 胞 的 研 究 结 果, 认 为 铁 螯 合 酶 是 血 红 素 合 成 的 限 速 酶, 胞 浆 内 铁 通 过 对 该 酶 的 调 节 而 影 响 血 红 素 的 合 成 1.2.1.2 红 细 胞 生 成 的 影 响 因 素 体 内 红 细 胞 的 生 成 受 到 多 种 调 节 因 子 及 相 关 营 养 水 平 的 影 响 7

序 言 运 动 性 血 红 蛋 白 降 低 规 律 及 造 血 机 制 的 研 究 红 细 胞 生 成 的 调 节 因 素 较 为 复 杂 一 般 认 为 外 周 血 中 红 细 胞 的 数 量 和 生 理 性 平 衡, 主 要 是 通 过 骨 髓 内 红 细 胞 生 成 的 自 身 调 节 取 得 的 在 生 理 情 况 下, 循 环 中 的 红 细 胞 总 量 是 通 过 对 红 细 胞 生 成 速 率 的 反 馈 调 节 而 维 持 衡 定 在 造 血 干 细 胞 与 成 熟 红 细 胞 之 间 形 成 了 互 相 关 联 互 相 制 约 的 一 个 复 杂 的 动 态 平 衡 当 机 体 内 的 红 细 胞 数 量 改 变 时, 造 血 组 织 通 过 各 种 途 径 不 断 对 这 种 动 态 平 衡 起 着 自 身 调 节 的 作 用 大 量 实 验 证 明, 维 持 和 促 进 红 系 造 血 谱 系 细 胞 的 存 活 增 殖 和 分 化 也 象 其 他 各 型 血 细 胞 谱 系 一 样 是 依 赖 其 特 异 造 血 生 长 因 子 (hematopoietic growth factors, HGFs) 与 其 相 应 的 受 体 (4) (1) 红 细 胞 生 成 的 调 控 因 子 红 系 造 血 的 正 性 调 控 因 子 包 括 干 细 胞 因 子 (SCF) 集 落 刺 激 因 子 (CSF) 促 红 细 胞 生 成 素 (EPO) 白 细 胞 介 素 (IL) IGFs 干 细 胞 增 殖 因 子 (SCPF) 血 小 板 生 成 素 (TPO) 及 雄 激 素 等 实 验 显 示 它 们 的 协 同 效 应 强 过 单 个 因 子 的 效 应, 不 同 家 族 成 员 之 间 的 协 同 效 应 胜 过 同 一 家 族 成 员 之 间 的 协 同 效 应, 而 有 的 因 子 之 间 是 没 有 协 同 效 应 的 ; 并 随 着 祖 细 胞 由 多 向 性 向 单 一 定 向 型 分 化, 分 化 的 早 期 或 晚 期 的 不 同 对 HGFs 的 需 要 也 不 同 但 是, 不 与 HGFs 相 接 触 的 造 血 细 胞 是 要 凋 亡 的. (4) 红 系 造 血 的 负 性 调 控 因 子 包 括 肿 瘤 坏 死 因 子 (TNF) 转 化 生 长 因 子 (TGF) γ 干 扰 素 (γ-ifn) IL-1 NO 巨 噬 细 胞 炎 症 蛋 白 等 目 前 研 究 较 透 彻 的 调 节 因 子 是 EPO 促 红 细 胞 生 成 素 促 红 细 胞 生 成 素 (Erythropoietin, EPO) 是 维 持 正 常 红 细 胞 生 长 所 必 需 的 体 液 因 素, 是 一 种 由 肾 脏 分 泌 的 调 节 红 系 祖 细 胞 生 长 的 细 胞 因 子 Carnot(1906) 在 实 验 中 给 动 物 放 血 造 成 贫 血 和 缺 氧 后, 将 该 动 物 的 血 浆 输 入 正 常 动 物 体 内, 结 果 引 起 正 常 动 物 红 细 胞 数 量 增 加 由 此 而 设 想, 该 动 物 在 放 血 后 体 内 产 生 了 一 种 促 进 红 细 胞 生 成 的 物 质, 这 种 活 性 物 质 后 来 被 证 实 就 是 促 红 细 胞 生 成 素 (E rythropietin, EPO) 1957 年 Jacoson 首 次 发 现 双 侧 肾 切 除 的 成 年 鼠 对 缺 氧 后 红 细 胞 增 多 的 反 应 受 到 抑 制 肾 衰 竭 后 期 病 人 或 严 重 贫 血 病 人 血 清 中 EPO 浓 度 很 低, 但 肾 移 植 后 又 恢 复 1986 年 Bbondurant 应 用 杂 交 技 术 发 现 动 物 贫 血 时, 肾 脏 中 EPO mrna 1.5h 后 开 始 增 加,4h 后 增 加 至 正 常 的 200 倍 这 说 明 肾 脏 是 直 接 产 生 EPO 的 器 官 产 生 EPO 的 细 胞 的 定 位 是 使 用 EPO mrna 放 射 活 性 探 针 的 原 位 杂 交, 通 过 定 位 EPO mrna 而 实 现 的 发 现 肾 小 管 周 围 间 质 细 胞 有 EPO 8