紅細胞

血球

紅細胞red blood cell,RBC)又稱紅血球(erythrocyte)或血紅細胞,是脊椎動物中一種含血紅蛋白且呈雙凹圓盤狀的血球。成熟的紅細胞無細胞核,也無細胞器,胞質內充滿血紅蛋白,具有形態可變性。

紅細胞
掃描式電子顯微鏡下的人類紅細胞(直徑約為6-8微米)
基本資訊
功能氧氣運輸
標識字符
縮寫RBC
MeSHD004912
THH2.00.04.1.01001
FMAFMA:62845
顯微解剖學術語英語Anatomical terms of microanatomy
血液的光學顯微鏡照片,大量顯現紅細胞。中央有1個的細胞是白血球,紅細胞之間看上去像小碎片一樣的東西是血小板
血液中常見的血球。從左到右依次為:紅細胞血小板白血球

紅細胞是血液中數量最多的一種血球,主要功能是運輸和交換氧及二氧化碳,尤其是血液內運送氧氣最主要的媒介。紅細胞在脊椎動物體內通過血液將氧氣從運送到身體各個組織。

裂紅細胞schistocyte)是紅細胞因機械或物理因素破壞,導致形狀不規則,健康人血塗片中裂紅細胞<2%;若有微血管病性溶血性貧血、血栓性血小板減少性紫癜溶血尿毒症綜合症等,則其比例會增加。

歷史

1658年,荷蘭生物學家揚·斯瓦默丹應用早期的顯微鏡首先發現了紅細胞,並對其形態進行了描述[1][2]

生物學功能

紅細胞的主要功能分子是血紅蛋白,佔紅細胞的90%。血紅蛋白是一種含有血紅素蛋白質分子,它可以在肺部或鰓部與氧氣分子結合,然後在身體的組織中將結合的氧氣分子釋放。氧氣分子可以很容易地以擴散方式通過紅細胞的細胞膜。血紅蛋白也可以運送有機體使用氧氣後產生的二氧化碳(不到氧氣總量的2%,更多的二氧化碳由血漿來運輸)。另一種相關的蛋白質分子肌紅蛋白,可以在肌肉細胞中存儲氧氣。此外,血紅蛋白與一氧化碳的結合活性要遠高於氧氣,因此當空氣中存在一定量的一氧化碳時,血紅蛋白失去攜氧能力,導致一氧化碳中毒,嚴重時可致死。

紅細胞的顏色是來自於血紅蛋白中所含的血紅素。血漿本身是無色的,而紅細胞則可以根據血紅素狀態的不同而呈現不同的顏色:結合氧氣分子時,處於氧化態的血紅素分子顯鮮紅色;而當氧氣分子被釋放後,處於脫氧化態的血紅素顯暗紅色,而且會使血管壁看起來帶有藍色(這時的血管俗稱「青筋」)。脈動式氧合測量器(Pulse oximetry英語Pulse oximetry)正是利用了這一顏色變化的原理,採用比色法實現對動脈中血氧飽和度的測定。

紅細胞這種攜氧細胞(即將攜氧蛋白質包含在細胞中而不是直接包含於體液中)的出現,是脊椎動物進化過程中的重要一步,它使得血液在低黏度情況下仍具有高攜氧性。

哺乳動物中,成熟的紅細胞是無細胞核的(常常誤認為駱駝羊駝的成熟紅細胞是有細胞核的,但實際上,駱駝紅細胞並沒有細胞核,只是形狀不同[3]),這意味着它們不含有儲存於細胞核中的DNA。相比較而言,包括鳥類在內的其他幾乎所有的脊椎動物的紅細胞都是有核的(除了兩棲動物有尾目中的蠑螈[4])。哺乳動物的紅細胞也沒有線粒體,它們通過糖酵解產生能量。而且紅細胞表面也沒有胰島素受體,因此其糖攝入不能被胰島素所調控。由於缺少細胞核和細胞器,因此紅細胞不能生產結構蛋白、修復蛋白或,使得其只有有限的壽命。

哺乳動物的紅細胞為扁平狀,且兩面中心都向內凹陷。這種形狀可以最大限度的從周圍攝取氧氣。同時它還具有柔韌性,這使得它可以通過毛細血管,並釋放氧分子。哺乳動物的紅細胞基本為圓形,只有在駱駝中為橢圓形。

在大血管中,有時紅細胞可以以扁平的側面互相堆積在一起,形成錢串狀。當特定血清蛋白含量提高時(如炎症反應時),這一堆積情況發生的幾率會增大。

脾臟是紅細胞的儲存器官。在一些哺乳動物,如中,脾臟積存了大量的紅細胞,在必要時可以釋放到血液中,以提供更大的攜氧量。但在人類中,其作用有限。

人類的紅細胞

 
人類紅細胞形態簡圖。a.從頂面上觀察;b.從側面觀察,多個紅細胞堆積在一起,形成錢串狀;c.在水中吸水脹大;d.在鹽溶液中失水萎縮。

人類的紅細胞同其他哺乳動物相似,也是扁平的卵狀,中間凹陷。紅細胞的直徑通常是6~8µm,比大多其他類型的人類細胞要小。成人體內大約有2~3×1013個紅細胞(女性大約為4~5百萬/微升血液,男性為5~6百萬/微升血液;生活在高海拔地區的人由於低氧壓力,會有更高的紅細胞含量)。相比於其他血球(白血球含量為4000~11000/微升,血小板為15萬~40萬/微升),紅細胞在血液中更為常見。一個紅細胞中含有約2.7億個血紅蛋白,每個血紅蛋白中含有4個血紅素分子;因此血液中的紅細胞中共存儲了約3.5克,比其他組織中的鐵含量多5倍。

紅細胞生成

紅細胞生成,即 Erythropoiesis ,需要以下養分作為原料:

  1. :維持血紅素數值的主要物質。
  2. 維他命B12及內因子:維他命B12在紅細胞的成熟與製造扮演重要的角色。
  3. 葉酸
  4. 紅細胞生成素
  5. 睪固酮

生命周期

產生紅細胞的過程叫做紅血球生成。紅細胞是由大骨中的紅骨髓中的造血幹細胞持續製造,產率為每秒兩百萬個(在胚胎中,肝臟是主要的紅細胞生產地)。促紅細胞生成素(一種荷爾蒙,主要由腎臟產生,在肝臟中亦可生成小量)可以促進紅細胞生成;其經常在體育比賽中被用作興奮劑。在離開骨髓前後,初生的紅細胞被稱為網狀紅細胞,約佔循環紅細胞數量的1%。紅細胞由幹細胞到網狀紅細胞,再到成熟的紅細胞,需要約7天;此後,還能夠存活約120天。衰老的紅細胞被脾臟、肝臟等處的巨噬細胞吞噬並破壞,殘餘物質被釋放到血液中。組成血紅蛋白的血紅素則最終被分解為膽紅素

表面蛋白質

紅細胞表面的蛋白質主要有兩類:

人類的不同血型正是來自於紅細胞表面所含的不同的血型醣蛋白。

血液分離與回輸

人類紅細胞可以通過離心血漿中分離出來。在獻血過程中,紅細胞被很快回輸到獻血者體內,而血漿則被收集。

一些運動員通過血液回輸技術(或稱「血液興奮劑」)來提高比賽成績。這一技術是首先從自身體內抽取約一升血液,然後將紅細胞分離出來,並冷凍保存(紅細胞在-79 °C下可以保存三個星期),在比賽之前再重新輸回體內。這種作弊很難被檢測,但這一方法不僅會導致血液黏度過高,而且對於使用者的循環系統會有極大的損害。

疾病與診斷

 
鐮刀型紅細胞疾病對紅細胞的影響:紅細胞外形變為鐮刀型,嚴重影響其內部構造,導致其生物學功能喪失

與紅細胞相關的血液疾病包括:

紅細胞相關的血檢包括紅細胞計數(單位體積的血液中紅細胞數量)和紅細胞比積(血液中紅細胞所佔的體積百分比)。在輸血或進行器官移植前,需要進行血型檢測。

參見

參考文獻

  1. ^ "Swammerdam, Jan (1637–1680)", McGraw Hill AccessScience, 2007. Accessed 27 December 2007.
  2. ^ Red Gold - Blood History Timeline頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), PBS 2002. Accessed 27 December 2007.
  3. ^ 骆驼独特的红细胞-骆驼网-内蒙古骆驼研究院. www.china-camel.com. [2021-04-20]. (原始內容存檔於2021-04-20). 
  4. ^ W. D. Cohen. The cytomorphic system of anucleate non-mammalian erythrocytes.[永久失效連結] Protoplasma, vol 113 no 1, February 1982

外部連結