呼气试验检测红细胞寿命及其临床应用进展

黎璐茜，邓慧敏，马 雯，周义文

(南方医科大学深圳医院临床检验医学中心，广东 深圳 518000)

红细胞寿命(red blood cell survival，RBCS)指红细胞在外周循环血液中的存活时间，即红细胞从骨髓释放入血液循环开始到最终破坏为止所持续的时间，不同物种和个体间差异较大。健康人体平均RBCS变化约为15%，波动在70～140 d，平均115 d[1-2]。RBCS是反映红细胞生存状态的重要基础生理指标，与多种疾病关系密切。RBCS过长或过短均属于病态，临床上许多疾病会引起RBCS异常(包括血液系统疾病和其他非血液系统疾病)，RBCS是诊断溶血性贫血的“金标准”。检测RBCS的方法有放射性15N-甘氨酸标记法、51Cr标记法和生物素标记法等，各种标记法对RBCS的测定比较直观，但由于操作繁琐、测定周期长、不良反应大和费用昂贵等原因，临床难以推广，极大地限制了RBCS异常相关疾病的检测和精准诊断。通过测定呼气中一氧化碳浓度计算RBCS的方法，称为一氧化碳呼气试验。一氧化碳呼气试验检测RBCS具有快速、准确、无创和安全等优点，为RBCS测定带来新的突破。现对一氧化碳呼气试验检测RBCS进展、原理及其临床应用的研究进展予以综述。

1 一氧化碳呼气试验原理与方法

人体肺泡呼出气体中一氧化碳主要来自内源性血红蛋白(hemoglobin，Hb)代谢和外源吸入。内源性一氧化碳的86%来自Hb降解，非Hb代谢所产生的一氧化碳不超过14%，Hb降解产生的一氧化碳中，85%来自红细胞降解，15%来自非红细胞Hb代谢，肺是机体一氧化碳的唯一排出途径，总体上约70%内源性一氧化碳来自红细胞破坏后的Hb降解[3-4]。由此可见，排除外源性一氧化碳干扰后测定肺泡气内源性一氧化碳的浓度即可推算出红细胞的代谢速度。当机体Hb合成速度等于分解速度时，机体Hb总量除以每天分解的Hb即可得到当天的平均RBCS[5]。由于Hb的4条肽链各含1个血红素亚基，而1 mmol血红素降解可产生1 mmol的一氧化碳，所以等式转化表达为红细胞Hb来源的一氧化碳总量除以每天一氧化碳肺排泄量，公式(1)如下：RBC=[(4×Hb×22 400)/(0.7×endPco×64 400×1 440)]×(Vb/Vt)[Hb：血红蛋白(g/L)；22 400：标准状态气体克分子容积(mL)；4:1 mmol血红蛋白释放4 mmol一氧化碳；0.7：来源于红细胞血红蛋白产生的一氧化碳占内源性一氧化碳的比例；64 400：血红蛋白分子量；1 440：一天的总分钟数(min)；endPCO：内源性一氧化碳分压(ppm)；Vb：血容量(mL)；Vt：静息肺泡通气量(mL/min)][3-5]。Vb和Vt的大小与体表面积相关，两者数值大致相等。公式简化后，只要提供Hb浓度和一氧化碳值即可推算出平均RBCS。公式(1)可简化为公式(2)：RBC=(Hb×K)/endPco[常数K：1 380，单位:mL/(d·g)]。选取患者上午空腹静息状态时检测，禁烟24 h，深吸气后屏气20 s后对采样装置深呼气，自动收集肺泡气样于密封铝薄袋中；手动或电动气泵采集同室空气样本1份，2份气样同时送检测定一氧化碳浓度，两者的差值即为内源性一氧化碳分压，输入当天患者Hb浓度，即可得出RBCS值。临床参考值≥75 d。

一氧化碳呼气试验为RBCS测定带来新的突破，采集受检者呼气样本，输入当日Hb浓度，15 min即可准确测定RBCS，且无须注射放射性核素，将耗时长(需1个月左右)、费力(需标记、回输并每3天抽血检测1次)、有放射性风险(辐射体进入体内)的检测改善为快速、省力、无创的检测项目[6-9]。一氧化碳呼气试验的突出优势是“一气呵成”，并不像标记测试那样耗时数周甚至数月，是当前唯一可临床常规开展的项目，改变了目前临床上难以直接测定RBCS的现状，使RBCS的大样本检测和研究成为可能。

2 一氧化碳呼气试验检测RBCS

Coburn等[10]首次利用一氧化碳呼气试验检测RBCS，利用隔膜密封的重复呼吸系统检测RBCS，观察数小时直到一氧化碳浓度稳定增加，利用此方法测定7例溶血性贫血患者一氧化碳生成与红细胞和Hb分解代谢的关系发现，所有患者一氧化碳产生率均显著升高；同时还发现，一氧化碳产生率法的结果与51Cr红细胞标记金标法研究计算的RBCS密切相关(r=0.94)，一氧化碳产生率法的结果均低于51Cr红细胞标记法结果，与非Hb分解产生一氧化碳有关，若除去多余的一氧化碳，两种方法结果基本相同。Coburn等[10]首次阐明平均RBCS可由额外一氧化碳校正的一氧化碳产生率计算，标准误差为±3 d。Strocchi等[11]对Coburn等[10]的方法进行改良，应用模拟机体内一氧化碳平衡装置替代了笨重的重复呼吸系统，肺泡一氧化碳浓度中减去该装置中的一氧化碳浓度以获得内源性一氧化碳浓度，简单、无创的一氧化碳呼吸测试可广泛用于评估贫血和黄疸。Furne等[12]对Coburn等[10]的方法进行简化改进发现，环境中一氧化碳浓度足够恒定，采集肺泡气的同时收集呼吸环境气体，同时测定2份气体的一氧化碳浓度，肺泡气与环境一氧化碳浓度差即是校正后的内源性一氧化碳浓度，利用此方法测定40名健康个体的平均RBCS为(122±23) d，测定结果与复杂的标记方法的获得值相当。

一氧化碳呼气试验测定RBCS具有准确性高、耗时短(约为标记法的1/30)、无创等优势，但无专用仪器。随着医疗技术的发展和进步，一氧化碳呼气试验技术不断改良优化，利用一氧化碳呼气试验法研发出世界首台RBCS测定仪(型号RBCS-01)，广泛应用于临床RBCS检测[13-17]。Zhang等[18]利用新研发RBCS测定仪测定109名健康受试者和91例慢性溶血性贫血患者的RBCS发现，健康受试者RBCS为(126±26) d，与经典标记方法的获得值相似，此数据是迄今为止最大样本的RBCS平均值；溶血性贫血患者RBCS缩短为(29±14) d，明显低于健康人(P=0.001)，由此得出，RBCS缩短的临界值为75 d，诊断溶血性贫血的特异度为100%，灵敏度为100%，表明一氧化碳呼气试验是测量人体RBCS的理想方法，新研发的RBCS测定仪测定结果可靠，便于临床应用。

3 临床应用

RBCS是红细胞破坏程度或红细胞更新时间的生理标志，是反映红细胞生存状态的重要基础生理指标。任何原因引起的体内红细胞更新或破坏加速均表现为RBCS缩短。RBCS测定是反映红细胞破坏程度最直接、最可靠的指标，对溶血相关疾病的明确诊断和不明原因的贫血鉴别均有极大价值，在血液病鉴别诊断和疗效观察[19-28]、急慢性疾病病情监控和鉴别[6,29]以及临床诊疗措施的安全性评估等方面均有重要的临床意义[30-32]。

3.1血液病鉴别诊断和疗效观察 血液病指原发于造血系统疾病，也是贫血的常见原因[33]。溶血性疾病以RBCS显著缩短为主要病理生理特征，RBCS的轻度至中度缩短可通过促红细胞生成素依赖性红细胞生成增加补偿，但更严重的缩短导致溶血性贫血，无论溶血性贫血或溶血状态，RBCS检测均是溶血诊断的金标准[34]。James等[19]测量18例镰状细胞贫血患者、21例地中海贫血患者和62名健康对照者的呼气末一氧化碳(end-tidal carbon monoxide，ETCO)浓度后发现，镰状细胞贫血患者ETCO浓度最高，地中海贫血患者次之，均高于健康对照者，Lal等[20]也得出相似的研究结果。Sylvester等[21]测量87例镰状细胞贫血患儿(2.3～17.6岁)和26名年龄种族匹配的健康对照者的ETCO浓度显示，镰状细胞贫血患儿ETCO浓度显著高于对照组[(4.9±1.7)×10-6比(1.3±0.4)×10-6(P<0.000 1)]。可见，溶血性贫血患者ETCO浓度升高，测量ETCO可识别贫血患者的溶血状态。通过测定ETCO推算出RBCS同样适用于新生儿。黄疸是新生儿期最常见的临床问题，其中血清非结合胆红素异常升高可导致新生儿神经系统损伤，而溶血是造成新生儿黄疸的常见病因。邹佩佩[22]检测10例黄疸新生儿的ETCO浓度发现，其ETCO浓度显著高于14例非溶血组，与传统溶血指标(网织红细胞、总胆红素、红细胞脆性)相比，内源性一氧化碳对新生儿溶血有早期诊断价值，ETCO浓度可作为早期筛查手段。随后Tidmarsh等[23]和Christensen等[24-25]的研究也得出相同的结论。此外，Blok等[26]通过检测105例早产儿出生24 h内ETCO浓度，并随访其中69例到3.5岁时的神经发育情况发现，随访者中 3.5岁时神经发育不良者出生后24 h内的ETCO浓度显著高于神经发育良好者，提示神经发育不良与ETCO浓度增加有关，并且ETCO浓度<2 ×10-6的早产儿神经发育情况均良好。ETCO浓度升高对预测早产儿神经系统发育不良的灵敏度和特异度分别为93%和85%，由此推测，ETCO浓度可作为预测早产儿神经发育情况的指标之一。叶蕾等[27]对51例初诊重型再生障碍性贫血(severe aplastic anemia，SAA)和极重型再生障碍性贫血(very severe aplastic anemia，VSAA)患者以及77例免疫抑制治疗的SAA/VSAA患者和13例健康个体进行一氧化碳呼气试验测定其RBCS提示，SAA/VSAA患者RBCS缩短，免疫抑制治疗后患者RBCS可延长或恢复正常。

RBCS测定有助于辨别轻微溶血，可反映红细胞的破坏程度和部位，对血液病尤其是溶血性疾病以及原因不明性贫血的诊断和鉴别诊断具有可靠价值。美国儿科学会发布的新生儿高胆红素血症处理指南已将一氧化碳呼气试验作为确认是否存在溶血(即RBCS缩短)的唯一推荐方法[28]。RBCS也可用于SAA/VSAA患者免疫抑制治疗疗效的预测。

3.2急性和慢性疾病病情的监控和鉴别 RBCS可作为鉴别急性和慢性疾病的指标。一氧化碳呼气试验研究发现，某些急慢性疾病(如肺损伤、心脏瓣膜病变、肝硬化、糖尿病血糖控制不佳等)可伴发RBCS缩短，提示RBCS测定可用于肝硬化监测以减少胃镜检查，也用于弥补糖化血红蛋白(glycosylated hemoglobin，HbA1c)监控糖尿病的不足等[6,16]。Cohen等[1]通过测定23例2型糖尿病患者的RBCS和HbA1c发现，HbA1c每增加1%，RBCS缩短6.9 d。Huang等[16]通过测定38例糖尿病患者和40名健康个体的RBCS、HbA1c等多项指标发现，与对照组相比，糖尿病患者的RBCS显著下降[(86.08±18.13) d比(103.6±22.02) d，P<0.01]，主要受空腹血糖水平影响，与HbA1c无关，该结果与Cohen等[1]的研究结果不一致，但均认为若不调整RBCS，则RBCS的缩短将低估2型糖尿病患者的血糖实际控制水平和疾病进展，故HbA1c测定时建议行RBCS校正。此外，Mitlyng等[29]利用一氧化碳呼气试验检测骨关节炎、类风湿关节炎和其他慢性疾病造成的慢性贫血患者的RBCS发现，骨关节炎患者RBCS与正常人比较差异无统计学意义；类风湿关节炎患者RBCS显著低于贫血患者[(90±15) d比(87±33) d，P<0.05]；类风湿关节炎患者Hb与正常人相近，可能是骨髓增生代偿RBCS的减少，提示RBCS测定对类风湿关节炎的早期发现和诊断有重要意义。

3.3治疗措施安全性的评估 RBCS可作为治疗措施安全性评估的指标。Medina等[30]测定9例慢性病透析患者RBCS发现，透析前平均RBCS为(70±9) d，约为32名健康受试者[(101±3.5) d]的50%。透析过程中，内源性一氧化碳浓度增加14%，相同时间未行透析患者内源性一氧化碳浓度减少6%，表明血液透析可增加人体内20%的红细胞降解，Vos等[31]的研究结果与上述研究一致。Mitlyng等[6]进行了一项关于置换心脏瓣膜对RBCS影响的研究，通过检测20例置换机械性心脏瓣膜患者和18例置换生物心脏瓣膜患者的一氧化碳浓度计算RBCS显示，20例机械瓣膜受试者和18例生物瓣膜的受试者的RBCS分别为(98.8±23) d和(103±15) d，差异无统计学意义(P>0.05)，均显著小于健康受试者[(122±23) d](P<0.01)，两组患者平均Hb浓度均在正常范围内，提示植入心脏瓣膜会引起轻微溶血，可通过骨髓造血系统代偿增加来弥补。贫血是利用利巴韦林治疗病毒性丙型肝炎最常见的不良反应，不同研究均对接受利巴韦林治疗和未接受利巴韦林治疗的丙型肝炎患者利用一氧化碳呼气试验测定其RBCS，结果均为接受利巴韦林治疗的丙型肝炎患者RBCS显著降低，提示利巴韦林导致的贫血是红细胞破坏增加所致[12,32]。James等[19]通过纵向监测7例地中海贫血患者在2个例行输血周期间的实验室常规指标和ETCO浓度发现，输血后第1～2周地中海贫血患者的ETCO浓度显著减少，第3～4周后又明显增加，由此可见，测量ETCO浓度可作为Hb测量的辅助指标，帮助确定输血的适当时机。综上所述，利用一氧化碳呼气试验检测RBCS有利于发现某些治疗措施(如慢性肾功能不全血液透析、机械性心脏瓣膜置换术和利巴韦林用药等抗病毒治疗等)引起的RBCS缩短，RBCS可作为其安全性评估指标和改进依据。

4 小 结

一氧化碳呼气试验具有无创伤、无辐射、操作简单、结果准确等优点，为RBCS测定带来了新的突破，是目前唯一可以临床常规开展的RBCS测定项目，可迅速反映患者病情，对于疾病生理、病理的研究和临床诊断具有重要的临床意义，可广泛应用于临床。一氧化碳呼气试验检测RBCS的临床价值不仅为修订贫血的鉴别诊断思路提供了明确有效的检测手段，还简化了糖尿病血糖监控效果的评估以及心脏人工瓣膜、利巴韦林药物、肝硬化等监测和新生儿溶血等疾病对红细胞破坏程度的评估。一氧化碳呼吸试验无创诊断技术的推广，将进一步提高临床诊断效率，并有望改变现有的贫血诊断流程，带来更好的临床诊断新思路，更好地造福人类。