血液的毒性反应

第14章血液的毒性反应

李永峰教授韩健研究生目录血液的基本概述1血液毒理学及检测2外源化学物对血液的毒性3红细胞的间接损伤41血液的基本概述血液的基本概述血液的理化特性血液的生成原理血液的功能什么是血液1.1什么是血液1.血液是流动在心脏和血管内的不透明红色液体，主要成分为血浆、血细胞。属于结缔组织，即生命系统中的结构层次。血液3.血液有四种成分组成：血浆，红细胞，白细胞，血小板。血浆约占血液的55%，是水，糖，脂肪，蛋白质，钾盐和钙盐的混合物。血细胞组成血液的另外45%。4.血液分静脉血和动脉血。动脉血在体循环（大循环）的动脉中流动的血液以及在肺循环（小循环）中从肺回到左心房的肺静脉中的血液。2.人或高等动物体内循环系统中的液体组织,暗赤或鲜红色,有腥气,由血浆、血球、血小板构成,对维持生命起重要作用。1.2血液的功能保持内环境稳态运输的功能防御的功能调节体温参与体液调节1.3血液的生成原理卵黄囊开始造血造血的开始肝脏负责造血人体器官开始形成脾脏负责造血人胚的第3周人胚的第6周人胚的第3个月人体器官开始形成人胚的第4个月人体最重要的造血组织骨髓开始造血出生后，肝、脾造血停止，骨髓负起造血的全部责任。红细胞、白细胞、血小板等，都来自同一种细胞——多功能干细胞。干细胞增殖、分化和成熟，形成在血管里流动的各种终末血细胞。1.3血液的生成原理血液的温度为37摄氏度，比重为1.050—1.060，红细胞的比重为1.090，血浆的比重为1.025—1.030。血液也是有粘稠度的，即血液在血管内流动的粘滞力，主要取决于红细胞的数量和血浆蛋白的浓度。全血的相对粘稠度为纯水的4—5倍；血浆为1.6—2.4倍；血清粘稠度为1.5倍。血液的PH值为7.5—4.5，静脉血因含较多的二氧化碳，PH较低，接近7.35，而动脉血则接近7.45，常人血浆在37摄氏度时渗透压为7.6大气压。

血液的颜色是有差别的，血液的红色的来自红细胞内的血红蛋白，血红蛋白含氧量多时呈鲜红色（动脉血），含氧量少的呈暗红色（静脉血）。通常献血抽的是静脉血，所以外观看上去呈暗红色。若血含较多的是高铁血红蛋白或其他血红蛋白衍生物，则呈紫黑色。血浆（或血清）因含少量胆红素，看上去呈透明淡黄色；若含乳糜微粒，则呈乳白浑浊；若发生溶血，则呈红色血浆。2血液毒理学及检测红细胞毒理学检测1造血干细胞的分化2血细胞的发生3白细胞和血小板毒理学实验4对止血功能的毒性损伤5凝血功能毒理学检测6外源化学物对骨髓的损伤7骨髓毒理学检测82血液毒理学与检测血液毒理学又称造血系统毒理学。是研究外来物质对血细胞有形成分、造血器官所致有害作用、作用机制及实验治疗的一个毒理学分支。血液毒理学血液系统包括血液、骨髓、脾、淋巴结以及分散在全身各处的淋巴和单核／吞噬细胞组织，约占体重的8%。2.1红细胞毒理学检测网织红细胞计数网织红细胞是晚幼红细胞到成熟红细胞之间的过渡型，是尚未完全成熟的红细胞。由于胞浆中残留核糖体等嗜碱性物质，经煌焦油蓝染色后呈蓝色花冠状、网状或点状结构，其在显微镜下易于识别和计数。高铁血红蛋白含量测定高铁血红蛋白在波长630nm处有一特殊吸收峰，当加入氰化物后，高铁血红蛋白即转化为氰化高铁血红蛋白，此吸收峰亦随即消失。因此，利用加入氰化物前后在波长630nm处吸光度的变化，即可计算出高铁血红蛋白含量。红细胞渗透脆性试验红细胞渗透脆性试验为简易半定量法，检测红细胞对不同浓度低渗盐溶液的抵抗力。红细胞在低渗盐溶液中，当水渗透其内部达一定程度时，红细胞发生膨胀破裂。根据不同浓度的低渗盐溶液中，红细胞溶血的情况，通过计算红细胞表面积与容积的比值，反映其对低渗盐溶液的抵抗性。比值愈小，红细胞抵抗力愈小，渗透脆性增加；反之，红细胞抵抗力增大。2.1红细胞毒理学检测变性珠蛋白小体测定变性珠蛋白小体即海因茨体，是某些化学物进入机体后，引起红细胞中珠蛋白变性，在红细胞边缘出现圆形或椭圆形、大小不等的嗜酸性折光小体。用煌焦油蓝与新鲜血液一起孵育做活体染色，变性珠蛋白小体可被染成蓝紫色，即可在油镜下计数含有变性珠蛋白小体的红细胞。铁动力学实验骨髓红细胞按照其摄入铁的情况可分为3类：①对红细胞生成因子产生反应的红系定向干细胞，它来自多能干细胞，有分化能力，但不摄入铁；②早幼红细胞和中幼红细胞，具有分化能力并摄入铁；③网织红细胞能摄入铁，但没有分化能力。各阶段的时间大致是24小时，根据化学物质影响59Fe摄入的时间即可判断毒作用的红细胞类型。碳氧血红蛋白测定碳氧血红蛋白检测是诊断一氧化碳急性中毒的重要依据。受检血液中，可含氧合血红蛋白、变性血红蛋白和碳氧血红蛋白，加入还原剂低亚硫酸钠(Na2S2O4，俗称保险粉)后，氧合血红蛋白和变性血红蛋白立即转变为还原血红蛋白，而碳氧血红蛋白仍保留于血液中。碳氧血红蛋白吸收峰在538nm，而还原血红蛋白吸收峰在578nm，从而测定两波长的吸光度即可求得血中碳氧血红蛋白含量。2.2造血干细胞的分化

造血干细胞造血祖细胞造血干细胞是生成各种血细胞的原始细胞，又称多能干细胞。造血干细胞是指骨髓中的干细胞，具有自我更新能力并能分化为各种血细胞前体细胞，最终生成各种血细胞成分，包括红细胞、白细胞和血小板，它们也可以分化成各种其他细胞。造血干细胞在一定的微环境和某些因素的调节下，增殖分化为各类血细胞的祖细胞，称造血祖细胞。它能向一个或几个血细胞系定向增殖分化，故也称定向干细胞。造血祖细胞的形态不明，主要通过骨髓细胞体外培养证实。造血祖细胞由造血干细胞分化为几种不同的造血祖细胞，造血祖细胞再分别分化为形态可辨认的各种幼稚的血细胞。2.3血细胞的发生红细胞的发生粒细胞发生单核细胞发生血小板的发生淋巴细胞的发生血细胞发生是一个连续发展的有规律的动态变化过程。各种血细胞的发育大致可分为三个阶段：原始阶段、幼稚阶段（又分早、中、晚三期）和成熟阶段。2.4白细胞和血小板毒理学实验

白细胞墨汁吞噬实验血小板黏附试验血液中的中性粒细胞及单核细胞对细菌、异物等具有吞噬作用。在一定量的肝素抗凝血中，加入一定量的墨汁，经37℃温育4小时，涂片染色后，在显微镜下观察吞噬细胞对墨汁的吞噬情况，并计算吞噬率及吞噬指数。血小板黏附试验是当血液通过一定量玻珠柱后，由于血小板黏附在玻璃珠上，形成的血小板聚集体被滞留在玻珠柱内，通过玻珠柱后的血液中血小板数减低，则比较通过玻珠柱前、后血液中血小板之差，即可计算出血小板黏附程度。2.5对止血功能的毒性损伤增加出血倾向止血功能异常主要是骨髓抑制、免疫反应使血小板数目下降且其功能受到抑制的结果。血小板栓子在超过一定的界限后就不能发生机械收缩，需要纤维蛋白及其他细胞成分的参与才能凝固。凝血因子合成异常，尤其是肝内合成受损时，凝血障碍必须得到解决。除了一些凝血因子合成的特殊抑制剂如维生素K拮抗剂外，外源化学物所致严重的肝损伤也可减少凝血因子的合成。对止血功能的毒性损伤弥漫性血管内凝血功能类似于凝血激酶，诱发凝血的物质在进入血流后，可引起弥漫性血管内凝血(DIC)。弥散性血管内凝血是一种由不同原因引起的以全身性血管内凝血系统激活为特征的获得性综合症，先发生广泛性微血栓形成，继而因大量凝血因子和血小板被消耗（有时伴有纤溶亢进），导致多部位出血、休克、器官功能障碍及微血管病性溶血性贫血。2.6凝血功能毒理学检测血浆凝血酶原时间测定血浆凝血酶时间测定活化部分凝血活酶用白陶土(激活剂)激活凝血因子Ⅺ、Ⅻ，用脑磷脂(部分凝血活酶)代替血小板第3因子，加入Ca2+离子后，测定缺乏血小板血浆凝固所需的时间即为活化部分凝血活酶时间(APTT)。在受检血浆中加入足量的凝血活酶和钙离子，测定血浆凝固所需的时间，即为血浆凝血酶原时间(PT)。受检血浆中加入“标准化”的凝血酶溶液后，测定血浆凝固所需要的时间为凝血酶时间(TT)凝血酶时间测定在生理再生状态下，骨髓中约10%的多能干细胞具有活性，因此，干细胞的减少可迅速得到补充。然而，多能干细胞数目降至正常的10%以下时，就会发生全血细胞减少。多能干细胞的急性中毒性损伤使其数目减少，可引起外周血全血细胞降低。干细胞损伤骨髓细胞成熟受损毒物可作用于发育后期骨髓细胞。再生障碍性贫血患者做骨髓穿刺检查，偶尔可见到这种骨髓相：多数细胞都无异常、个别细胞分化异常。2.7外源化学物对骨髓的损伤2.7外源化学物对骨髓的损伤外源化学物再生障碍性贫血的机制苯是研究最多的一种骨髓抑制剂。氯霉素已被确认具有骨髓抑制毒性许多外源化学物骨髓毒性的机制都尚未知道。2.8骨髓毒理学检测外源性脾结节测定脾结节是造血干细胞增殖和分化的结果。脾结节测定方法系研究多能造血干细胞以及化学毒物或电离辐射等对造血干细胞损伤效应的定量研究方法。骨髓细胞学检查骨髓是人体最大的造血器官，其细胞形态学主要研究血细胞质与量的变化，从而诊断与造血系统有关的疾病。体内扩散盒琼脂培养技术体内扩散盒琼脂培养法是将体外琼脂培养技术与体内扩散培养法结合起来的一种方法，该法的优点是：造血细胞在比较接近于体内的条件下生成，生成的细胞团可在显微镜下直接计数，避免在体外琼脂培养中必须加入刺激因子。2.8骨髓毒理学检测骨髓循环观察骨髓微循环是骨髓完成造血功能、输送血细胞不可缺少的条件。观察骨髓微循环可判断骨髓造血功能及其在外源化学物影响下的变化情况。骨髓微循环活体观察方法较常用的是刮薄骨皮质。铁动力学实验骨髓红细胞按照其摄入铁的情况可分为三类；①对红细胞生成因子产生反应的红系定向干细胞(ERC)，它来自多能干细胞，有分化能力，但不摄入铁（不合成血红蛋白）；②早幼红细胞和中幼红细胞，具有分化能力并摄入铁；③网织红细胞能摄入铁，但没有分化能力。3外源化学物对血液的毒性

对血小板的毒作用1234对血液的毒性外源化学物所致粒细胞毒性对红细胞系的毒性外源化学物所致白血病3.1外源化学物所致白血病外源化学物所致骨髓性白血病最早是在苯接触工人中发现的。发病前数月多出现贫血、中性粒细胞减少、血小板减少，表明骨髓功能异常。淋巴细胞和骨髓细胞一般出现不可逆性染色体畸变，且多发生在5号、7号染色体。另外，1，3-丁二烯、苯乙烯、环氧乙烷及氯乙烯均被认为可引起急性白血病。苯以及含苯等有机物可导致白血病3.1外源化学物所致白血病生物学机制母体化合物生物活化生成活性中间物，破坏骨髓正常的生理活动，抑制拓扑酶，形成DNA加合物，使染色体异常，活化癌基因，使抑癌基因失活等。苯致急性白血病的发生包括一系列连续性改变，如骨髓反复受损、骨髓受抑制、染色体异常等发生，最终发生急性白血病。与5号、7号染色体损伤有关的急性骨髓性白血病对治疗存在一定的抗性。3.1外源化学物所致粒细胞毒性1外源化学物可降低粒细胞的数目及生理功能。2临床上，血液中粒细胞数目小于500个/μL即被称作粒细胞缺乏症。3多形核白细胞主要为中性粒细胞，这些细胞数目的减少具有非常重要的意义。4毒物可作用于干细胞、前体细胞及成熟粒细胞。5外源化学物在活性粒细胞内活化后，共价结合于大分子而获得抗原性，从而可能发生免疫反应，引起粒细胞缺乏症。3.2对红细胞系的毒性红细胞可阻止攻击性活性氧如羟基自由基、单态氧的产生红细胞无多种细胞质；血红蛋白占红细胞干重的90%以上。红细胞缺乏再生、蛋白质合成、氧化磷酸化的能力。但红细胞含多种酶。可清除H2O2、超氧自由基等物质红细胞的抗氧化应激的防御体系3.2对红细胞系的毒性

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶异常1234抗氧化酶遗传缺陷过氧化氢酶缺陷谷胱甘肽还原酶和谷胱甘肽过氧化物酶缺陷高铁血红蛋白还原酶缺陷3.2对红细胞系的毒性高铁血红蛋白还原酶缺陷此类病例50%以上的血红蛋白以氧化形式存在。高铁血红蛋白的绝对含量决定了由肤色变化进行诊断的难易度。贫血时，只有高铁血红蛋白含量很高时才易被诊断为高铁血红蛋白血症。这种缺陷通常可由红细胞生成增多而得到弥补。过氧化氢酶缺陷过氧化氢酶，是催化过氧化氢分解成氧和水的酶，存在于细胞的过氧化物体内。该病例的症状为H2O2清理伤口并不出现O2释放时所常见的泡沫，而是出现褐色或黑色斑点，表明有高铁血红蛋白和高铁肌红蛋白生成。3.2对红细胞系的毒性谷胱甘肽还原酶和谷胱甘肽过氧化物酶缺陷谷胱甘肽还原酶严重缺陷病人对那些使红细胞遭受氧化应激、溶血增加的外源化学物所致反应，与葡萄糖-6-磷酸脱氢酶缺陷者相似。谷胱甘肽过氧化物酶还原有机氢过氧化物为乙醇；酶缺陷者对氧化应激的反应将更强烈。葡萄糖-6-磷酸脱氢酶异常这是最常见的红细胞内酶病。这种X染色体连锁隐性遗传病尤其常见于地中海地区、中东地区和非洲地区的人民。我国广东、四川一带也有流行。到目前为止，可以检测到50多种突变体。男性患者比女性多10倍。3.2对红细胞系的毒性有氧条件下形成高铁血红蛋白的化合物直接氧化血红蛋白的化合物生物转化后形成高铁血红蛋白的化合物引起高铁血红蛋白血症有氧条件下形成高铁血红蛋白的化合物大土壤动此类化合物极化亚铁血红蛋白结合氧，与亚铁血红蛋白铁发生共氧化，初生成的是外源化学物的自由基和中间产物高铁血红蛋白-H2O2复合体HbFeⅢ-OOH。HbFeⅢⅢ-OOH或降解为HbFeⅢ和H2O2，或发生分子重排，伴有从配体到亚铁血红素和珠蛋白部分的氧化当量转移。此类化合物反应机理直接氧化血红蛋白的化合物铁氰化物、亚硝酸盐、三氟化氮、过氧化氢、四硝基甲烷、氯酸盐、苯醌、NO、NO2、硝普钠、铜盐(Ⅱ)、醌类染料（维生素K3、甲苯胺蓝、甲基蓝）、铬酸盐、苯醌（二酰）亚胺、苯胲等直接氧化血红蛋白的化合物生物转化后形成高铁血红蛋白的化合物工业化学物氨基苯甲醚、对二氨基联苯苯胺、氯苯胺、硝基苯胺、甲苯胺、二甲代苯胺、、萘胺、偶氮类染料，用于爆破剂、涂料、稀释剂的硝基苯衍生物（四硝基甲基苯胺、三硝基甲苯）等；生物转化后形成高铁血红蛋白的化合物药物退热止痛剂非那西丁、抗疟药伯氨喹，对乙酰氨基酚，苯坐卡因、丙胺卡因、局部麻醉剂普鲁卡因、尿路局麻药非那吡啶，抗菌药氨苯砜、卡铁卡因、利多卡因，磺胺、磺胺嘧啶、呋喃妥因，止吐剂甲氧氯普胺等高铁血红蛋白血症的症状生存率非常低头痛、疲乏、打哈欠、注意力分散，轻体力运动即出现呼吸急促、心动过速。高铁血红蛋白大于80%高铁血红蛋白大于50%高铁血红蛋白≥30%高铁血红蛋白的比例大于20%若总血红蛋白维持正常，多数病人还可忍受危及生命高铁血红蛋白的形成活性氧化剂可进一步氧化高铁血红蛋白，攻击铁一卟啉复合体及球蛋白基质，产生一些绿色色素。高铁血红蛋白生成剂和硝基苯的中间代谢物易与红细胞膜、酶蛋白、血红蛋白上的-SH共价结合，从而损害其功能。氧化应激引起的中毒性溶血红细胞的氧化性损伤氧化应激引起的中毒性溶血红细胞的氧化性损伤所致免疫性溶血性贫血免疫介导的溶血性贫血

外源化学物与红细胞膜结合免疫复合物的形成可由IgM抗体所识别的形成于红细胞外膜的稳定复合物，最终可引起溶血。青霉素、头孢菌素、四环素类（抗生素），卡波麻（镇静催眠药）等均以这种形式引起溶血。外源化学物或其蛋白加合物诱导产生的IgM抗体附着于红细胞形成免疫复合物后，补体结合，细胞溶解。外源化学物并不与细胞膜以化学形式结合，抗体也并不直接作用于红细胞。红细胞被免疫复合物所攻击。3.4对血小板的毒作用血小板是由骨髓中成熟的巨核细胞裂解、胞质脱落而成，但它并非只是细胞碎片，它有一定的结构，能进行新陈代谢血小板受刺激而活动时，伸出伪足，成为不规则形或棘球状。血小板具有粘附、聚集、分泌、收缩血块等活动，在止血和凝血过程中起重要作用，在血管破损时，它引起血栓形成而又溶解的两方面作用，还参与血管内皮细胞的修复，保持血管壁的完