脐带血与成人血波尔效应及协同效应差异的研究

官立彬，李晓栩，崔　宇，杨诚忠，谭小玲，蔡明春，黄　缄

脐带血与成人血波尔效应及协同效应差异的研究

官立彬，李晓栩，崔宇，杨诚忠，谭小玲，蔡明春，黄缄

目的探讨脐带血与成人血波尔效应及协同效应的差异。方法收集新鲜脐带血与成人血各3份，用氧平衡曲线仪，按先检测氧离曲线，加10 μl 1 mol/L HCl后继续检测氧离曲线，加15 μl 1 mol/L NaOH后再次检测氧合曲线的顺序，检测各样本的氧离（合）曲线，并读取各样本氧离（合）曲线的P50与希尔系数（HC）。比较两组样本P50的变化值（ΔP50）与变化率（%ΔP50）。根据各组均值用希尔方程绘制曲线比较移动幅度。结果在HCl及NaOH作用下，脐带血P50、HCHCl、HCNaOH、ΔP50HCl、%ΔP50HCl、ΔP50NaOH、%ΔP50NaOH均显著低于成人血（P＜0.05），氧离（合）曲线移动幅度不及成人血。结论在酸（碱）环境下，脐带血氧亲和力高于成人血，而波尔效应及协同效应均差于成人血。

氧离曲线；氧合曲线；脐带血；波尔效应；协同效应

氧离曲线（oxygen dissociation curve，ODC），又称氧合血红蛋白解离曲线，以氧分压（PO2）为横坐标，相应的血氧饱和度为纵坐标，得出的一条“S”形曲线，表示氧分压与血红蛋白氧饱和度的关系，通常向检测池通入氮气以降低氧分压检测曲线，其表示氧从血红蛋白解离的能力［1］。氧合曲线（oxygenation curve，OGC），又称氧离血红蛋白结合曲线，绘制方法与氧离曲线一致，但通常向检测池通入空气以升高氧分压检测曲线，其表示血红蛋白结合氧气的能力［2］。曲线“S”的形状通常由血红蛋白的氧亲和力及协同效应决定。血红蛋白氧饱和度为50%时，所对应氧分压称为P50，是反映血红蛋白氧亲和力的常用指标。P50降低，表示血红蛋白氧亲和力增加，氧易与血红蛋白结合。反之，P50增大，表示血红蛋白氧亲和力降低，氧易从血红蛋白释放［3］。希尔系数（Hill coefficient，HC）决定“S”形曲线的“陡度”。在一定氧分压范围内，“陡坡”的“陡度”越大，血氧饱和度改变的幅度越大，间接表示氧的结合或释放更多。

红细胞是将在肺部毛细血管结合的氧运输到组织毛细血管的主要载体，同时将组织产生的CO2运输到肺部排出体外［4］。1904年丹麦科学家Christian Bohr发现血液中氢离子浓度和CO2分压（PaCO2）的增加可降低细胞内的pH值，引起红细胞内血红蛋白氧亲和力下降。由红细胞运输氧和CO2的特性可知，红细胞在经过PaCO2相对较高的组织毛细管和PaCO2相对较低的肺部毛细血管时，改变了其内的pH值，进而调控血红蛋白的氧亲和力，为红细胞更好地运输氧提供了基础。现在大多数的实验是通过检测红细胞的氧离曲线得出P50，用以评估红细胞内血红蛋白的氧结合释放能力。而有研究发现，鳟鱼I型血红蛋白对酸不敏感，Ⅳ型血红蛋白对酸敏感性增强。不同类型的血红蛋白表现出不一样的酸碱敏感性［5］。人血红蛋白含有4条多肽链，有多种类型：血红蛋白A（HbA，α2β2）、血红蛋白A2（HbA2，α2δ2）、血红蛋白F（HbF，α2γ2）、血红蛋白H（HbH，β4）。新生儿脐带血HbF占60%～70%，成人血HbA占98%［6］。新生儿脐带血氧亲和力高于成人血，但二者波尔效应与协同效应是否一致尚不清楚。本研究通过在体外加酸（碱）后检测氧离（合）曲线，探讨二者的波尔效应及协同效应差异。

1　材料与方法

1.1实验样本选择3名年龄27～29岁健康成年男性志愿者新鲜全血各0.5 ml，3份健康男性新生儿志愿者脐带血各0.5 ml。收集后置于冰上。

1.2主要仪器及试剂TCS Hemox-Analyzer氧平衡曲线仪（美国TCS Scientific公司）；pH计（德国Sartorius公司）；缓冲液（Na2HPO4.12HO23.5 g，NaCl 4.5 g，NaH2PO4.2HO21.95 g，蒸馏水搅拌溶解后定容至500 ml，pH值调至7.45）；22%胎牛血清（澳大利亚Hyclone公司）；10%聚二甲基硅氧烷（成都楚鹰工贸有限公司），1 mol/L HCl；1 mol/L NaOH。

1.3实验方法

1.3.1检测波尔效应酸（碱）量的选取实验分为4组：1组加HCl和NaOH的量分别为6 μl、9 μl；2组酸（碱）量分别为8 μl、12 μl；3组分别为10 μl、15 μl；4组分别为12 μl，18 μl。标准液配置方法：3 ml缓冲液，12 μl胎牛血清，10 μl 10%聚二甲基硅氧烷（消泡剂）。检测标准液的pH值。按各组的酸（碱）量，在标准液中加入HCl后检测pH值，继续加入NaOH后再次检测pH值。各组重复3次。分析各组pH值，确定适合的组进行后续实验。

1.3.2氧离（合）曲线的测量和比较实验分为两组：脐带血组和成人血组。待测样品配置方法：将30 μl新鲜全血（脐带血或成人血）加入标准液（见1.3.1）中混匀。使用氧平衡曲线仪，按先检待测样品氧离曲线、加10 μl 1 mol/L HCl后继续检测氧离曲线、加15 μl 1 mol/L NaOH后再次检测氧合曲线的顺序，检测待测样品的氧离（合）曲线，并用配套软件读取其P50与HC。汇总各组数据后，计算各组样品在酸（碱）作用下P50的变化值（ΔP50）与变化率（%ΔP50）。

根据各组均值用希尔方程｛y=（P/P50）n/［1+（P/ P50）n］；P：大气氧分压；P50：血氧饱和度在50%所对应的大气氧分压；n：希尔系数｝绘制曲线，比较移动幅度。

1.4统计学方法应用SPSS13.0统计软件分析，数据以x±s表示，组间比较采用成组t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1加酸碱后各组的pH值标准液的pH值为7.45±0.01，1组加HCl后pH值为7.31±0.01，加NaOH为7.44±0.01；2组加酸碱后pH值分别为7.24±0.01，7.50±0.01；3组分别为7.16±0.01，7.56± 0.01；4组分别为6.98±0.01，7.68±0.01。

2.2脐带血加酸（碱）后氧离（合）曲线及移动幅度与成人血比较加酸（碱）后，成人血氧离（合）曲线右（左）移幅度明显大于脐带血（图1）。脐带血P50显著低于成人血（P＜0.05），二者希尔系数无统计学差异（P＞0.05）。加入HCl、NaOH后，脐带血P50、HC较成人血显著降低（P＜0.05，表1）。脐带血ΔP50HCl、ΔP50NaOH、%ΔP50HCl、%ΔP50NaOH均显著低于成人血（P＜0.05，表2）。

图1　加酸（碱）后脐带血氧离（合）曲线与成人血的比较

表1　脐带血加酸（碱）后P50及希尔系数与成人血比较（n=3）

表2　脐带血加酸（碱）后ΔP50及%ΔP50与成人血比较（n=3）

3　讨论

波尔效应是指血液pH值降低或PaCO2升高，使Hb对O2的亲和力降低，氧离曲线右移；反之，pH值升高或PaCO2降低，则Hb对O2的亲和力增加，氧离曲线左移。在无脊椎动物的昆虫，不存在波尔效应［7］。鳟鱼Ⅰ型血红蛋白对酸不敏感，Ⅳ型血红蛋白对酸敏感性增强［5］。不同类型的血红蛋白表现出不一样的波尔效应。

HbF是新生儿体内的主要血红蛋白。HbA是成人体内的主要血红蛋白。脐带血虽具有更强的氧亲和力（表1），但在酸碱刺激下，P50变化幅度显著低于成人血（图1、表2），表明成人血波尔效应强于脐带血。在酸碱刺激下，成人血希尔系数显著高于脐带血（表1），表明成人血协同效应强，利于氧的结合与释放。

红细胞在组织间时，由于组织PCO2高，弥散到红细胞内，经碳酸酐酶水解成氢离子（H+）和碳酸酸氢根离子（HCO3－），80%的HCO3－经红细胞膜上的阴离子交换蛋白与胞外的氯离子（Cl－）交换，在红细胞内形成HCl，降低其胞内pH值。H+与Cl－结合到血红蛋白上，引起血红蛋白氧亲和力降低，导致P50增高，氧离曲线右移［4］。波尔效应强，血红蛋白氧亲和力下降低幅度大，如贫血、镰状红细胞贫血或创伤失血时，可为组织释放更多的氧［8-9］。红细胞在肺部时，由于肺部PCO2低，H+和HCO3－经碳酸酐酶作用向生成水和CO2方向进行，胞外HCO3－经阴离子交换蛋白与胞内的Cl－交换进入红细胞，消耗红细胞内H+，H+与Cl－从血红蛋白上脱落，引起血红蛋白氧亲和力增高，导致P50降低，氧合曲线左移［4］。波尔效应强，血红蛋白氧亲和力增加幅度大，有利于红细胞在肺部氧的结合［3］。成人血波尔效应强于脐带血，在肺部摄取更多的氧；当到达组织时将释放更多的氧，有利于组织获取更多的氧。在特殊环境下（如高原），强波尔效应的红细胞将更为有益，同时解决了氧摄取和释放两个问题，为机体在高原低氧习服提供了更有效的解决方法，也为新药物的开发提供了一个新方向。脐带血氧亲和力高，可能与胎儿在母体低氧环境中摄氧有关，因其在母体内不需剧烈运动，组织氧耗不用强大的波尔效应来维持，因此弱于成人血的波尔效应。

红细胞内pH值的规律变化有一定的限度，太小的变化不足以达到为组织供给氧的目的，太大的变化将影响红细胞结构。本研究选取第3组的酸碱量，虽超出了正常的生理值范围，但由于红细胞本身存在离子交换产生HCl，红细胞内pH值并不与生理值一致。另外，因在体外并不存在CO2交换，所以提高胞外环境的pH值变化幅度，在一定程度上更能模拟红细胞的内环境。

［1］罗炎杰.氧离曲线偏移的判断及其临床应用［J］.四川医学，1998，1998:6.

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Study on difference of Bohr effects and synergistic effects between umbilical cord blood and adult peripheral blood

Guan Libin，Li Xiaoxu，Cui Yu，Yang Chengzhong，Tan Xiaoling，Cai Minchun，Huang Jian Teaching and Research Section of High Altitude Physiology and Biology，Department of High Altitude Military Medicine，Third Military Medical University；Key Laboratory of High Altitude Medicine of Ministry of Education of the P.R.C；Key Laboratory of High Altitude Medical of PLA，Chongqing，400038，China

ObjectiveTo explore the difference of Bohr effects and synergistic effects between umbilical cord blood and adult peripheral blood.MethodsThree samples of umbilical cord blood and adult peripheral blood were collected respectively.The oxygen dissociation curve（ODC）was detected firstly with oxygen balance curvometer，and then，10 μl 1 mol/L HCl was added and the ODC was detected；next，15 μl 1 mol/L NaOH was added to detect the oxygenation curve（OGC），and the ODC and OGC in each sample were detected and P50 and hill coefficient（HC）of such curved were read.The change（ΔP50）and rate of change（%ΔP50）of P50 of the samples of umbilical cord blood and adult peripheral blood were compared.Curves were drawn with Hill equation and based on the mean of the two groups.ResultsUnder the effects of HCl and NaOH，the P50，HCHCl，HCNaOH，ΔP50HCl，%ΔP50HCl，ΔP50NaOH，%ΔP50NaOHof umbilical cord blood were significantly lower than those of adult peripheral blood（P＜0.05）.The shift of ODC and OGC of umbilical cord blood was less than that of adult peripheral blood.ConclusionIn acid（alkali）environment，the oxygen affinity of umbilical cord blood is higher than that of adult peripheral blood.However，the Bohr effects and synergistic effects of umbilical cord blood are inferior to those of adult peripheral blood.

ODC；OGC；umbilical cord blood；Bohr effect；synergistic effect

R 331.1

A

1004-0188（2016）08-0829-04

10.3969/j.issn.1004-0188.2016.08.001

国家973计划项目（2012CB518201）；国家自然科学基金（81370150，30973446）

400038重庆，第三军医大学高原军事医学系高原生理学与高原生物学教研室，高原医学教育部重点实验室，全军高原医学重点实验室

黄缄，电话：023-68772383；E-mail:huang3red@163. com

（2015-09-23）