轻度烧伤后红细胞变形性的变化
作者：宋立川 崔和勤 张硕森 刘红 李占军 张树峰
单位：宋立川 刘红 李占军 张树峰 华北煤炭医学院 物理教研室；崔和勤 生化教研室；张硕森 中心实验室，河北 唐山 063000
关键词：烧伤；红细胞；红细胞变形性
中国医学物理学杂志990416 摘要：本文用轻度烧伤动物模型研究了烧伤后红细胞变形性的变化。结果发现，轻度烧伤后红细胞变形指数随时间的变化有一先抑后扬的变化趋势。烧伤后立即取血所得结果与烧伤前比较未见显著性差异；烧伤后1、2 h时变形指数显著降低(P<0.01, P<0.05)；4、7 h时所得结果略低于烧伤前水平，但未见显著性差异(P>0.05)。对照组假性处理后各时间点的红细胞变形指数、积分变形指数与假性处理前比较均未见显著性差异。提示本模型中红细胞变形性的受损，可能只与体液因素的作用有关，而与热的直接作用无关。
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中图分类号：R331.4；R664；R862.5 文献标识码：A
文章编号：1005-202X(1999)04-
Changes in erythrocyte deformability after mild burn injury
SONG Li-chuan，CUI He-qin，ZHANG Shuo-sen，LIU Hong，LI Zhan-jun，ZHANG Shu-feng
(Physics department, North China Coal Medical College, Tangshan 063000, China)
Abstract: Changes in erythrocyte deformability after burn injury were studied with an animal model of mild burn injury. The results showed that the burn injury cause a gradually decrease with time at first and then recovery in deformability of RBCs. Deformation index [(DI)max]and integration deformation index (IDI) of RBCs that drawn just after burn were almost identical to those before burn injury. These parameters significantly decreased at 1, 2 hour but not at 4, 7 hour when compared with those before burn injury (P<0.01 or P<0.05), However, the RBCs were still less deformable at 4, 7 hour. The difference between DI, IDI at all time point and those before injury were not statistically significant (P>0.05) in sham group. These results suggested that the impaired deformability of RBCs may be related only to the body fluid factors but not to the direct effect of heat with this animal model.
, 百拇医药
Key words:burn； erythrocyte； RBC deformability
烧伤病人特别是大面积重度烧伤病人，常有溶血现象发生，说明热作用于肌体后损伤了红细胞(RBC)[1]。对于烧伤后RBC的受损机制，一些学者从不同角度进行了研究，但其所采用的多为重度烧伤动物模型[2-6]。本文用较低温度热源进行较长时间作用，复制成轻度烧伤动物模型，并对烧伤后RBC的变形性随时间的变化进行了研究，旨在对烧伤后RBC受损的微观机制进行初步探讨。
1 材料和方法
JYZ-2型自动激光衍射仪，北京医科大学与北京地质仪器厂联合研制。PVP(Polyvinypyrolidon，MW=360Kd)为美国Sigma公司产品。
1.1 动物模型：健康大白兔，体重2～2.5 kg，♀♂兼用，动物背部(约占总体表面积的20%)去毛，乌拉坦(1 g/kg体重)静脉麻醉，气管切开并插管，全身肝素化(1250 μ/kg体重)后颈动脉插管以备取血。将兔固定于烫伤架上，去毛部分在(55±1)℃的水中浸烫10分钟，复制成轻度烧伤模型。17只兔随机分组，10只为模型兔，7只为对照进行假性处理(sham)，sham组除烫伤外作同样处理。
, 百拇医药
1.2 取血及血样处理：颈主动脉插管取血，取血时间为烫前、烫完时(0 h)、烫后1 h、2 h、4 h、7 h共6个时间点，每次取血2 ml。2000 rpm离心去上清液，等渗PBS洗3次，得RBC备用。
1.3 用自动激光衍射仪测定RBC变形指数：悬浮介质用4%PVP[7]，流场切变率由0～800s-1逐渐变化，仪器自动给出800s-1对应的RBC最大变形指数(DI)max、积分变形指数IDI[8]
, 
min为仪器内设的一较低流场切变率)及RBC变形指数随流场切变率变化的DI-曲线。
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1.4 数据处理：用SAS软件对所得数据进行统计学处理。对实验前后不同时间点的结果进行配对t检验。
2 结果
(1)正常(烧伤前)及烧伤后1 h时RBC的典型DI-曲线如图1所示。 
图1 烧伤前及烧伤后1 h时红细胞变形指数DI随流场切变率变化的典型曲线
(2)烧伤前后RBC变形指数(DI)max、IDI随时间的变化如图2所示。
图2 烧伤前后RBC变形指数(DI)max、IDI随时间的变化
, 百拇医药
(3)烧伤后不同时间点的RBC变形指数(DI)max、IDI与烧伤前比较(配对t检验)结果如图3所示。对照组假性处理后各时间点的所测结果与假性处理前比较未见显著性差异(图中未画出)。
图3 烧伤后不同时间点的红细胞变形指数(DI)max、IDI与烧伤前比较
3 讨论
(1)在正常测试条件下，RBC在切变流场中的流变学行为主要决定于内、外两种因素[7-9]。其内在因素包括RBC膜的粘弹性、RBC的表面积与体积比(细胞形状)及细胞的内粘度；外在因素包括流场切变率、悬浮介质粘度(影响RBC的内外粘度比)及流场稳定性等。本文中(DI)max是用高粘悬浮介质在高流场切变率下得到的最大变形指数，IDI所反映的是低切变率(低流场切应力)区与细胞膜的力学性质(粘弹性、细胞形状等)有关的指标。
, 百拇医药
由图1可见，烧伤前、后的DI-曲线存在较大差异，烧伤后DI-曲线表现得较为低平。最大变形指数(DI)max的变化，反映了RBC最大变形能力的受损；而在低流场切变率区DI的更大差异，说明此时RBC膜的粘弹性受损可能占主导地位。
(2)烧伤后RBC的损伤机制，主要归结为热的直接损伤及体液因素两个方面。就热的直接作用而言，体外研究提示[1]，50℃以上的热力，可使RBC立即溶血。故认为RBC的热力阈值温度是50℃，而(40～50)℃的热力，可使RBC发生形态及生物化学方面的变化。然而，孟凡寅等人[2]的研究结果表明，体外热损伤的RBC与烧伤后受损的体内RBC比较，两者膜生物物理特性的变化存在着本质的不同，从而揭示了其损伤机制上的本质区别。那么其结果是否否定了其模型中热力直接损伤的存在，亦或意味着热直接作用于体内RBC并对其产生直接的热损伤，需要一定的温度阈值及一定的作用时间阈值，就成了一值得探讨的问题。在本文所得结果中，烧伤后红细胞变形指数(DI)max、IDI均呈先抑后扬的变化趋势(图2)。但烧伤后立即取血得到的结果与烫前比较未见显著性差异(图3)，说明用本模型所得结果可能与热的直接作用无关。其原因可能在于，热源温度较低，机体受热后，血液循环速度加快，直接作用到RBC上的热力温度及作用时间可能都未达到损伤阈值，从而不足以对其造成直接的有效损伤。
, 百拇医药
(3)烧伤后1 h、2 h时(DI)max、IDI的显著变化(图3)应归结为烧伤后体液因素的影响。Baar[3]的研究结果表明，将烧伤病人血液中的RBC用51Cr标记后输给正常人，这些RBC的寿命可恢复正常；反之，将正常人的RBC输给烧伤病人，其寿命则缩短，提示除热的直接作用外，RBC的损伤还与体液因素有关。Bekyarava等[4]研究了烧伤后脂质过氧化与RBC流变特性的关系，发现RBC变形性下降，与自由基氧化物的升高有关。其后又指出烧伤后早期红细胞变形性的下降与激活的脂质过氧化有关[5]。Hiroshi[10]认为，自由基作用于细胞磷脂和蛋白分子的不饱和双键，可引起过氧化反应从而改变膜上分子的结构和特性。由此可以推论，本实验中RBC变形能力的受损，可能与烧伤后血液中的自由基及脂质过氧化有关。而烧伤后4～7 h时DI、IDI的恢复，可能是体液调节的结果[6]。体液的调节可能使受损的RBC发生了可逆性的变化，但此时DI、IDI仍略低于烧伤前水平。
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参考文献：
1 Sevitt S, et al. A review of the complication of burns, their origin and importance for illness and death. J. Trauma [J]. 1979，19(5): 358-369.
2 孟凡寅，等. 热损伤与烧伤后红细胞膜特性改变的差异[J]. 生物化学与生物物理进展. 1993, 20(1)：39.
3 Baar S. The functional significance of red cell deformability and its significance in burns [J]. Burns 1979，6(2): 85-90.
4 Bekyarova G, et al. Erythrocyte rheology and lipid peroxidation in burns [J]. Biomed. Biochim.Acta. 1991，50: 71-76.
, http://www.100md.com
5 Bekyarova G, et al. Reduced erythrocyte deformability related to activated lipid peroxidation during the early postburn period [J]. Burns. 1996，22(4): 291-294.
6 Endoh Y, et al. Causes and time course of acute hemolysis after burn injury in the rat [J]. J Burn Care Rehabil. 1992，13(2): 203-209.
7 宋立川, 等. 切变流场中红细胞取向与变形行为的研究[J]. 生物物理学报. 1996，12(2)：321-326.
8 Wen Zongyao, et al. Biophysical meaning of orientation and deformation of RBCs in shear flow field of low viscosity with new Ektacytometry [J]. Science in china. 1998，41(2):195-202.
, 百拇医药
9 Groner W, et al. New optical technique for measuring erythrocyte deformability with the ektacytometer [J]. Clin Chem. 1980，26: 1435-42.
10 Watanabe H, et al. Alterations of human erythrocyte membrane fluidity by oxygen-derived free radial and calcium [J]. Free Radical Biology Medicine. 1990，9:507-514.
收稿日期：1999-01-22, 百拇医药
单位：宋立川 刘红 李占军 张树峰 华北煤炭医学院 物理教研室；崔和勤 生化教研室；张硕森 中心实验室，河北 唐山 063000
关键词：烧伤；红细胞；红细胞变形性
中国医学物理学杂志990416 摘要：本文用轻度烧伤动物模型研究了烧伤后红细胞变形性的变化。结果发现，轻度烧伤后红细胞变形指数随时间的变化有一先抑后扬的变化趋势。烧伤后立即取血所得结果与烧伤前比较未见显著性差异；烧伤后1、2 h时变形指数显著降低(P<0.01, P<0.05)；4、7 h时所得结果略低于烧伤前水平，但未见显著性差异(P>0.05)。对照组假性处理后各时间点的红细胞变形指数、积分变形指数与假性处理前比较均未见显著性差异。提示本模型中红细胞变形性的受损，可能只与体液因素的作用有关，而与热的直接作用无关。
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中图分类号：R331.4；R664；R862.5 文献标识码：A
文章编号：1005-202X(1999)04-
Changes in erythrocyte deformability after mild burn injury
SONG Li-chuan，CUI He-qin，ZHANG Shuo-sen，LIU Hong，LI Zhan-jun，ZHANG Shu-feng
(Physics department, North China Coal Medical College, Tangshan 063000, China)
Abstract: Changes in erythrocyte deformability after burn injury were studied with an animal model of mild burn injury. The results showed that the burn injury cause a gradually decrease with time at first and then recovery in deformability of RBCs. Deformation index [(DI)max]and integration deformation index (IDI) of RBCs that drawn just after burn were almost identical to those before burn injury. These parameters significantly decreased at 1, 2 hour but not at 4, 7 hour when compared with those before burn injury (P<0.01 or P<0.05), However, the RBCs were still less deformable at 4, 7 hour. The difference between DI, IDI at all time point and those before injury were not statistically significant (P>0.05) in sham group. These results suggested that the impaired deformability of RBCs may be related only to the body fluid factors but not to the direct effect of heat with this animal model.
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Key words:burn； erythrocyte； RBC deformability
烧伤病人特别是大面积重度烧伤病人，常有溶血现象发生，说明热作用于肌体后损伤了红细胞(RBC)[1]。对于烧伤后RBC的受损机制，一些学者从不同角度进行了研究，但其所采用的多为重度烧伤动物模型[2-6]。本文用较低温度热源进行较长时间作用，复制成轻度烧伤动物模型，并对烧伤后RBC的变形性随时间的变化进行了研究，旨在对烧伤后RBC受损的微观机制进行初步探讨。
1 材料和方法
JYZ-2型自动激光衍射仪，北京医科大学与北京地质仪器厂联合研制。PVP(Polyvinypyrolidon，MW=360Kd)为美国Sigma公司产品。
1.1 动物模型：健康大白兔，体重2～2.5 kg，♀♂兼用，动物背部(约占总体表面积的20%)去毛，乌拉坦(1 g/kg体重)静脉麻醉，气管切开并插管，全身肝素化(1250 μ/kg体重)后颈动脉插管以备取血。将兔固定于烫伤架上，去毛部分在(55±1)℃的水中浸烫10分钟，复制成轻度烧伤模型。17只兔随机分组，10只为模型兔，7只为对照进行假性处理(sham)，sham组除烫伤外作同样处理。
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1.2 取血及血样处理：颈主动脉插管取血，取血时间为烫前、烫完时(0 h)、烫后1 h、2 h、4 h、7 h共6个时间点，每次取血2 ml。2000 rpm离心去上清液，等渗PBS洗3次，得RBC备用。
1.3 用自动激光衍射仪测定RBC变形指数：悬浮介质用4%PVP[7]，流场切变率由0～800s-1逐渐变化，仪器自动给出800s-1对应的RBC最大变形指数(DI)max、积分变形指数IDI[8]
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1.4 数据处理：用SAS软件对所得数据进行统计学处理。对实验前后不同时间点的结果进行配对t检验。
2 结果
(1)正常(烧伤前)及烧伤后1 h时RBC的典型DI-
曲线如图1所示。 图1 烧伤前及烧伤后1 h时红细胞变形指数DI随流场切变率变化的典型曲线
(2)烧伤前后RBC变形指数(DI)max、IDI随时间的变化如图2所示。
图2 烧伤前后RBC变形指数(DI)max、IDI随时间的变化
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(3)烧伤后不同时间点的RBC变形指数(DI)max、IDI与烧伤前比较(配对t检验)结果如图3所示。对照组假性处理后各时间点的所测结果与假性处理前比较未见显著性差异(图中未画出)。
图3 烧伤后不同时间点的红细胞变形指数(DI)max、IDI与烧伤前比较
3 讨论
(1)在正常测试条件下，RBC在切变流场中的流变学行为主要决定于内、外两种因素[7-9]。其内在因素包括RBC膜的粘弹性、RBC的表面积与体积比(细胞形状)及细胞的内粘度；外在因素包括流场切变率、悬浮介质粘度(影响RBC的内外粘度比)及流场稳定性等。本文中(DI)max是用高粘悬浮介质在高流场切变率下得到的最大变形指数，IDI所反映的是低切变率(低流场切应力)区与细胞膜的力学性质(粘弹性、细胞形状等)有关的指标。
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由图1可见，烧伤前、后的DI-
曲线存在较大差异，烧伤后DI-曲线表现得较为低平。最大变形指数(DI)max的变化，反映了RBC最大变形能力的受损；而在低流场切变率区DI的更大差异，说明此时RBC膜的粘弹性受损可能占主导地位。(2)烧伤后RBC的损伤机制，主要归结为热的直接损伤及体液因素两个方面。就热的直接作用而言，体外研究提示[1]，50℃以上的热力，可使RBC立即溶血。故认为RBC的热力阈值温度是50℃，而(40～50)℃的热力，可使RBC发生形态及生物化学方面的变化。然而，孟凡寅等人[2]的研究结果表明，体外热损伤的RBC与烧伤后受损的体内RBC比较，两者膜生物物理特性的变化存在着本质的不同，从而揭示了其损伤机制上的本质区别。那么其结果是否否定了其模型中热力直接损伤的存在，亦或意味着热直接作用于体内RBC并对其产生直接的热损伤，需要一定的温度阈值及一定的作用时间阈值，就成了一值得探讨的问题。在本文所得结果中，烧伤后红细胞变形指数(DI)max、IDI均呈先抑后扬的变化趋势(图2)。但烧伤后立即取血得到的结果与烫前比较未见显著性差异(图3)，说明用本模型所得结果可能与热的直接作用无关。其原因可能在于，热源温度较低，机体受热后，血液循环速度加快，直接作用到RBC上的热力温度及作用时间可能都未达到损伤阈值，从而不足以对其造成直接的有效损伤。
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(3)烧伤后1 h、2 h时(DI)max、IDI的显著变化(图3)应归结为烧伤后体液因素的影响。Baar[3]的研究结果表明，将烧伤病人血液中的RBC用51Cr标记后输给正常人，这些RBC的寿命可恢复正常；反之，将正常人的RBC输给烧伤病人，其寿命则缩短，提示除热的直接作用外，RBC的损伤还与体液因素有关。Bekyarava等[4]研究了烧伤后脂质过氧化与RBC流变特性的关系，发现RBC变形性下降，与自由基氧化物的升高有关。其后又指出烧伤后早期红细胞变形性的下降与激活的脂质过氧化有关[5]。Hiroshi[10]认为，自由基作用于细胞磷脂和蛋白分子的不饱和双键，可引起过氧化反应从而改变膜上分子的结构和特性。由此可以推论，本实验中RBC变形能力的受损，可能与烧伤后血液中的自由基及脂质过氧化有关。而烧伤后4～7 h时DI、IDI的恢复，可能是体液调节的结果[6]。体液的调节可能使受损的RBC发生了可逆性的变化，但此时DI、IDI仍略低于烧伤前水平。
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参考文献：
1 Sevitt S, et al. A review of the complication of burns, their origin and importance for illness and death. J. Trauma [J]. 1979，19(5): 358-369.
2 孟凡寅，等. 热损伤与烧伤后红细胞膜特性改变的差异[J]. 生物化学与生物物理进展. 1993, 20(1)：39.
3 Baar S. The functional significance of red cell deformability and its significance in burns [J]. Burns 1979，6(2): 85-90.
4 Bekyarova G, et al. Erythrocyte rheology and lipid peroxidation in burns [J]. Biomed. Biochim.Acta. 1991，50: 71-76.
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5 Bekyarova G, et al. Reduced erythrocyte deformability related to activated lipid peroxidation during the early postburn period [J]. Burns. 1996，22(4): 291-294.
6 Endoh Y, et al. Causes and time course of acute hemolysis after burn injury in the rat [J]. J Burn Care Rehabil. 1992，13(2): 203-209.
7 宋立川, 等. 切变流场中红细胞取向与变形行为的研究[J]. 生物物理学报. 1996，12(2)：321-326.
8 Wen Zongyao, et al. Biophysical meaning of orientation and deformation of RBCs in shear flow field of low viscosity with new Ektacytometry [J]. Science in china. 1998，41(2):195-202.
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9 Groner W, et al. New optical technique for measuring erythrocyte deformability with the ektacytometer [J]. Clin Chem. 1980，26: 1435-42.
10 Watanabe H, et al. Alterations of human erythrocyte membrane fluidity by oxygen-derived free radial and calcium [J]. Free Radical Biology Medicine. 1990，9:507-514.
收稿日期：1999-01-22, 百拇医药