血液的毒性反應(yīng)

第14章血液的毒性反應(yīng)

李永峰教授韓健研究生目錄血液的基本概述1血液毒理學及檢測2外源化學物對血液的毒性3紅細胞的間接損傷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.血液是流動在心臟和血管內(nèi)的不透明紅色液體，主要成分為血漿、血細胞。屬于結(jié)締組織，即生命系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)層次。血液3.血液有四種成分組成：血漿，紅細胞，白細胞，血小板。血漿約占血液的55%，是水，糖，脂肪，蛋白質(zhì)，鉀鹽和鈣鹽的混合物。血細胞組成血液的另外45%。4.血液分靜脈血和動脈血。動脈血在體循環(huán)（大循環(huán)）的動脈中流動的血液以及在肺循環(huán)（小循環(huán)）中從肺回到左心房的肺靜脈中的血液。2.人或高等動物體內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)中的液體組織,暗赤或鮮紅色,有腥氣,由血漿、血球、血小板構(gòu)成,對維持生命起重要作用。1.2血液的功能保持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)運輸?shù)墓δ芊烙墓δ苷{(diào)節(jié)體溫參與體液調(diào)節(jié)1.3血液的生成原理卵黃囊開始造血造血的開始肝臟負責造血人體器官開始形成脾臟負責造血人胚的第3周人胚的第6周人胚的第3個月人體器官開始形成人胚的第4個月人體最重要的造血組織骨髓開始造血出生后，肝、脾造血停止，骨髓負起造血的全部責任。紅細胞、白細胞、血小板等，都來自同一種細胞——多功能干細胞。干細胞增殖、分化和成熟，形成在血管里流動的各種終末血細胞。1.3血液的生成原理血液的溫度為37攝氏度，比重為1.050—1.060，紅細胞的比重為1.090，血漿的比重為1.025—1.030。血液也是有粘稠度的，即血液在血管內(nèi)流動的粘滯力，主要取決于紅細胞的數(shù)量和血漿蛋白的濃度。全血的相對粘稠度為純水的4—5倍；血漿為1.6—2.4倍；血清粘稠度為1.5倍。血液的PH值為7.5—4.5，靜脈血因含較多的二氧化碳，PH較低，接近7.35，而動脈血則接近7.45，常人血漿在37攝氏度時滲透壓為7.6大氣壓。

血液的顏色是有差別的，血液的紅色的來自紅細胞內(nèi)的血紅蛋白，血紅蛋白含氧量多時呈鮮紅色（動脈血），含氧量少的呈暗紅色（靜脈血）。通常獻血抽的是靜脈血，所以外觀看上去呈暗紅色。若血含較多的是高鐵血紅蛋白或其他血紅蛋白衍生物，則呈紫黑色。血漿（或血清）因含少量膽紅素，看上去呈透明淡黃色；若含乳糜微粒，則呈乳白渾濁；若發(fā)生溶血，則呈紅色血漿。2血液毒理學及檢測紅細胞毒理學檢測1造血干細胞的分化2血細胞的發(fā)生3白細胞和血小板毒理學實驗4對止血功能的毒性損傷5凝血功能毒理學檢測6外源化學物對骨髓的損傷7骨髓毒理學檢測82血液毒理學與檢測血液毒理學又稱造血系統(tǒng)毒理學。是研究外來物質(zhì)對血細胞有形成分、造血器官所致有害作用、作用機制及實驗治療的一個毒理學分支。血液毒理學血液系統(tǒng)包括血液、骨髓、脾、淋巴結(jié)以及分散在全身各處的淋巴和單核／吞噬細胞組織，約占體重的8%。2.1紅細胞毒理學檢測網(wǎng)織紅細胞計數(shù)網(wǎng)織紅細胞是晚幼紅細胞到成熟紅細胞之間的過渡型，是尚未完全成熟的紅細胞。由于胞漿中殘留核糖體等嗜堿性物質(zhì)，經(jīng)煌焦油藍染色后呈藍色花冠狀、網(wǎng)狀或點狀結(jié)構(gòu)，其在顯微鏡下易于識別和計數(shù)。高鐵血紅蛋白含量測定高鐵血紅蛋白在波長630nm處有一特殊吸收峰，當加入氰化物后，高鐵血紅蛋白即轉(zhuǎn)化為氰化高鐵血紅蛋白，此吸收峰亦隨即消失。因此，利用加入氰化物前后在波長630nm處吸光度的變化，即可計算出高鐵血紅蛋白含量。紅細胞滲透脆性試驗紅細胞滲透脆性試驗為簡易半定量法，檢測紅細胞對不同濃度低滲鹽溶液的抵抗力。紅細胞在低滲鹽溶液中，當水滲透其內(nèi)部達一定程度時，紅細胞發(fā)生膨脹破裂。根據(jù)不同濃度的低滲鹽溶液中，紅細胞溶血的情況，通過計算紅細胞表面積與容積的比值，反映其對低滲鹽溶液的抵抗性。比值愈小，紅細胞抵抗力愈小，滲透脆性增加；反之，紅細胞抵抗力增大。2.1紅細胞毒理學檢測變性珠蛋白小體測定變性珠蛋白小體即海因茨體，是某些化學物進入機體后，引起紅細胞中珠蛋白變性，在紅細胞邊緣出現(xiàn)圓形或橢圓形、大小不等的嗜酸性折光小體。用煌焦油藍與新鮮血液一起孵育做活體染色，變性珠蛋白小體可被染成藍紫色，即可在油鏡下計數(shù)含有變性珠蛋白小體的紅細胞。鐵動力學實驗骨髓紅細胞按照其攝入鐵的情況可分為3類：①對紅細胞生成因子產(chǎn)生反應(yīng)的紅系定向干細胞，它來自多能干細胞，有分化能力，但不攝入鐵；②早幼紅細胞和中幼紅細胞，具有分化能力并攝入鐵；③網(wǎng)織紅細胞能攝入鐵，但沒有分化能力。各階段的時間大致是24小時，根據(jù)化學物質(zhì)影響59Fe攝入的時間即可判斷毒作用的紅細胞類型。碳氧血紅蛋白測定碳氧血紅蛋白檢測是診斷一氧化碳急性中毒的重要依據(jù)。受檢血液中，可含氧合血紅蛋白、變性血紅蛋白和碳氧血紅蛋白，加入還原劑低亞硫酸鈉(Na2S2O4，俗稱保險粉)后，氧合血紅蛋白和變性血紅蛋白立即轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原血紅蛋白，而碳氧血紅蛋白仍保留于血液中。碳氧血紅蛋白吸收峰在538nm，而還原血紅蛋白吸收峰在578nm，從而測定兩波長的吸光度即可求得血中碳氧血紅蛋白含量。2.2造血干細胞的分化

造血干細胞造血祖細胞造血干細胞是生成各種血細胞的原始細胞，又稱多能干細胞。造血干細胞是指骨髓中的干細胞，具有自我更新能力并能分化為各種血細胞前體細胞，最終生成各種血細胞成分，包括紅細胞、白細胞和血小板，它們也可以分化成各種其他細胞。造血干細胞在一定的微環(huán)境和某些因素的調(diào)節(jié)下，增殖分化為各類血細胞的祖細胞，稱造血祖細胞。它能向一個或幾個血細胞系定向增殖分化，故也稱定向干細胞。造血祖細胞的形態(tài)不明，主要通過骨髓細胞體外培養(yǎng)證實。造血祖細胞由造血干細胞分化為幾種不同的造血祖細胞，造血祖細胞再分別分化為形態(tài)可辨認的各種幼稚的血細胞。2.3血細胞的發(fā)生紅細胞的發(fā)生粒細胞發(fā)生單核細胞發(fā)生血小板的發(fā)生淋巴細胞的發(fā)生血細胞發(fā)生是一個連續(xù)發(fā)展的有規(guī)律的動態(tài)變化過程。各種血細胞的發(fā)育大致可分為三個階段：原始階段、幼稚階段（又分早、中、晚三期）和成熟階段。2.4白細胞和血小板毒理學實驗

白細胞墨汁吞噬實驗血小板黏附試驗血液中的中性粒細胞及單核細胞對細菌、異物等具有吞噬作用。在一定量的肝素抗凝血中，加入一定量的墨汁，經(jīng)37℃溫育4小時，涂片染色后，在顯微鏡下觀察吞噬細胞對墨汁的吞噬情況，并計算吞噬率及吞噬指數(shù)。血小板黏附試驗是當血液通過一定量玻珠柱后，由于血小板黏附在玻璃珠上，形成的血小板聚集體被滯留在玻珠柱內(nèi)，通過玻珠柱后的血液中血小板數(shù)減低，則比較通過玻珠柱前、后血液中血小板之差，即可計算出血小板黏附程度。2.5對止血功能的毒性損傷增加出血傾向止血功能異常主要是骨髓抑制、免疫反應(yīng)使血小板數(shù)目下降且其功能受到抑制的結(jié)果。血小板栓子在超過一定的界限后就不能發(fā)生機械收縮，需要纖維蛋白及其他細胞成分的參與才能凝固。凝血因子合成異常，尤其是肝內(nèi)合成受損時，凝血障礙必須得到解決。除了一些凝血因子合成的特殊抑制劑如維生素K拮抗劑外，外源化學物所致嚴重的肝損傷也可減少凝血因子的合成。對止血功能的毒性損傷彌漫性血管內(nèi)凝血功能類似于凝血激酶，誘發(fā)凝血的物質(zhì)在進入血流后，可引起彌漫性血管內(nèi)凝血(DIC)。彌散性血管內(nèi)凝血是一種由不同原因引起的以全身性血管內(nèi)凝血系統(tǒng)激活為特征的獲得性綜合癥，先發(fā)生廣泛性微血栓形成，繼而因大量凝血因子和血小板被消耗（有時伴有纖溶亢進），導致多部位出血、休克、器官功能障礙及微血管病性溶血性貧血。2.6凝血功能毒理學檢測血漿凝血酶原時間測定血漿凝血酶時間測定活化部分凝血活酶用白陶土(激活劑)激活凝血因子Ⅺ、Ⅻ，用腦磷脂(部分凝血活酶)代替血小板第3因子，加入Ca2+離子后，測定缺乏血小板血漿凝固所需的時間即為活化部分凝血活酶時間(APTT)。在受檢血漿中加入足量的凝血活酶和鈣離子，測定血漿凝固所需的時間，即為血漿凝血酶原時間(PT)。受檢血漿中加入“標準化”的凝血酶溶液后，測定血漿凝固所需要的時間為凝血酶時間(TT)凝血酶時間測定在生理再生狀態(tài)下，骨髓中約10%的多能干細胞具有活性，因此，干細胞的減少可迅速得到補充。然而，多能干細胞數(shù)目降至正常的10%以下時，就會發(fā)生全血細胞減少。多能干細胞的急性中毒性損傷使其數(shù)目減少，可引起外周血全血細胞降低。干細胞損傷骨髓細胞成熟受損毒物可作用于發(fā)育后期骨髓細胞。再生障礙性貧血患者做骨髓穿刺檢查，偶爾可見到這種骨髓相：多數(shù)細胞都無異常、個別細胞分化異常。2.7外源化學物對骨髓的損傷2.7外源化學物對骨髓的損傷外源化學物再生障礙性貧血的機制苯是研究最多的一種骨髓抑制劑。氯霉素已被確認具有骨髓抑制毒性許多外源化學物骨髓毒性的機制都尚未知道。2.8骨髓毒理學檢測外源性脾結(jié)節(jié)測定脾結(jié)節(jié)是造血干細胞增殖和分化的結(jié)果。脾結(jié)節(jié)測定方法系研究多能造血干細胞以及化學毒物或電離輻射等對造血干細胞損傷效應(yīng)的定量研究方法。骨髓細胞學檢查骨髓是人體最大的造血器官，其細胞形態(tài)學主要研究血細胞質(zhì)與量的變化，從而診斷與造血系統(tǒng)有關(guān)的疾病。體內(nèi)擴散盒瓊脂培養(yǎng)技術(shù)體內(nèi)擴散盒瓊脂培養(yǎng)法是將體外瓊脂培養(yǎng)技術(shù)與體內(nèi)擴散培養(yǎng)法結(jié)合起來的一種方法，該法的優(yōu)點是：造血細胞在比較接近于體內(nèi)的條件下生成，生成的細胞團可在顯微鏡下直接計數(shù)，避免在體外瓊脂培養(yǎng)中必須加入刺激因子。2.8骨髓毒理學檢測骨髓循環(huán)觀察骨髓微循環(huán)是骨髓完成造血功能、輸送血細胞不可缺少的條件。觀察骨髓微循環(huán)可判斷骨髓造血功能及其在外源化學物影響下的變化情況。骨髓微循環(huán)活體觀察方法較常用的是刮薄骨皮質(zhì)。鐵動力學實驗骨髓紅細胞按照其攝入鐵的情況可分為三類；①對紅細胞生成因子產(chǎn)生反應(yīng)的紅系定向干細胞(ERC)，它來自多能干細胞，有分化能力，但不攝入鐵（不合成血紅蛋白）；②早幼紅細胞和中幼紅細胞，具有分化能力并攝入鐵；③網(wǎng)織紅細胞能攝入鐵，但沒有分化能力。3外源化學物對血液的毒性

對血小板的毒作用1234對血液的毒性外源化學物所致粒細胞毒性對紅細胞系的毒性外源化學物所致白血病3.1外源化學物所致白血病外源化學物所致骨髓性白血病最早是在苯接觸工人中發(fā)現(xiàn)的。發(fā)病前數(shù)月多出現(xiàn)貧血、中性粒細胞減少、血小板減少，表明骨髓功能異常。淋巴細胞和骨髓細胞一般出現(xiàn)不可逆性染色體畸變，且多發(fā)生在5號、7號染色體。另外，1，3-丁二烯、苯乙烯、環(huán)氧乙烷及氯乙烯均被認為可引起急性白血病。苯以及含苯等有機物可導致白血病3.1外源化學物所致白血病生物學機制母體化合物生物活化生成活性中間物，破壞骨髓正常的生理活動，抑制拓撲酶，形成DNA加合物，使染色體異常，活化癌基因，使抑癌基因失活等。苯致急性白血病的發(fā)生包括一系列連續(xù)性改變，如骨髓反復受損、骨髓受抑制、染色體異常等發(fā)生，最終發(fā)生急性白血病。與5號、7號染色體損傷有關(guān)的急性骨髓性白血病對治療存在一定的抗性。3.1外源化學物所致粒細胞毒性1外源化學物可降低粒細胞的數(shù)目及生理功能。2臨床上，血液中粒細胞數(shù)目小于500個/μL即被稱作粒細胞缺乏癥。3多形核白細胞主要為中性粒細胞，這些細胞數(shù)目的減少具有非常重要的意義。4毒物可作用于干細胞、前體細胞及成熟粒細胞。5外源化學物在活性粒細胞內(nèi)活化后，共價結(jié)合于大分子而獲得抗原性，從而可能發(fā)生免疫反應(yīng)，引起粒細胞缺乏癥。3.2對紅細胞系的毒性紅細胞可阻止攻擊性活性氧如羥基自由基、單態(tài)氧的產(chǎn)生紅細胞無多種細胞質(zhì)；血紅蛋白占紅細胞干重的90%以上。紅細胞缺乏再生、蛋白質(zhì)合成、氧化磷酸化的能力。但紅細胞含多種酶。可清除H2O2、超氧自由基等物質(zhì)紅細胞的抗氧化應(yīng)激的防御體系3.2對紅細胞系的毒性

葡萄糖-6-磷酸脫氫酶異常1234抗氧化酶遺傳缺陷過氧化氫酶缺陷谷胱甘肽還原酶和谷胱甘肽過氧化物酶缺陷高鐵血紅蛋白還原酶缺陷3.2對紅細胞系的毒性高鐵血紅蛋白還原酶缺陷此類病例50%以上的血紅蛋白以氧化形式存在。高鐵血紅蛋白的絕對含量決定了由膚色變化進行診斷的難易度。貧血時，只有高鐵血紅蛋白含量很高時才易被診斷為高鐵血紅蛋白血癥。這種缺陷通?？捎杉t細胞生成增多而得到彌補。過氧化氫酶缺陷過氧化氫酶，是催化過氧化氫分解成氧和水的酶，存在于細胞的過氧化物體內(nèi)。該病例的癥狀為H2O2清理傷口并不出現(xiàn)O2釋放時所常見的泡沫，而是出現(xiàn)褐色或黑色斑點，表明有高鐵血紅蛋白和高鐵肌紅蛋白生成。3.2對紅細胞系的毒性谷胱甘肽還原酶和谷胱甘肽過氧化物酶缺陷谷胱甘肽還原酶嚴重缺陷病人對那些使紅細胞遭受氧化應(yīng)激、溶血增加的外源化學物所致反應(yīng)，與葡萄糖-6-磷酸脫氫酶缺陷者相似。谷胱甘肽過氧化物酶還原有機氫過氧化物為乙醇；酶缺陷者對氧化應(yīng)激的反應(yīng)將更強烈。葡萄糖-6-磷酸脫氫酶異常這是最常見的紅細胞內(nèi)酶病。這種X染色體連鎖隱性遺傳病尤其常見于地中海地區(qū)、中東地區(qū)和非洲地區(qū)的人民。我國廣東、四川一帶也有流行。到目前為止，可以檢測到50多種突變體。男性患者比女性多10倍。3.2對紅細胞系的毒性有氧條件下形成高鐵血紅蛋白的化合物直接氧化血紅蛋白的化合物生物轉(zhuǎn)化后形成高鐵血紅蛋白的化合物引起高鐵血紅蛋白血癥有氧條件下形成高鐵血紅蛋白的化合物大土壤動此類化合物極化亞鐵血紅蛋白結(jié)合氧，與亞鐵血紅蛋白鐵發(fā)生共氧化，初生成的是外源化學物的自由基和中間產(chǎn)物高鐵血紅蛋白-H2O2復合體HbFeⅢ-OOH。HbFeⅢⅢ-OOH或降解為HbFeⅢ和H2O2，或發(fā)生分子重排，伴有從配體到亞鐵血紅素和珠蛋白部分的氧化當量轉(zhuǎn)移。此類化合物反應(yīng)機理直接氧化血紅蛋白的化合物鐵氰化物、亞硝酸鹽、三氟化氮、過氧化氫、四硝基甲烷、氯酸鹽、苯醌、NO、NO2、硝普鈉、銅鹽(Ⅱ)、醌類染料（維生素K3、甲苯胺藍、甲基藍）、鉻酸鹽、苯醌（二酰）亞胺、苯胲等直接氧化血紅蛋白的化合物生物轉(zhuǎn)化后形成高鐵血紅蛋白的化合物工業(yè)化學物氨基苯甲醚、對二氨基聯(lián)苯苯胺、氯苯胺、硝基苯胺、甲苯胺、二甲代苯胺、、萘胺、偶氮類染料，用于爆破劑、涂料、稀釋劑的硝基苯衍生物（四硝基甲基苯胺、三硝基甲苯）等；生物轉(zhuǎn)化后形成高鐵血紅蛋白的化合物藥物退熱止痛劑非那西丁、抗瘧藥伯氨喹，對乙酰氨基酚，苯坐卡因、丙胺卡因、局部麻醉劑普魯卡因、尿路局麻藥非那吡啶，抗菌藥氨苯砜、卡鐵卡因、利多卡因，磺胺、磺胺嘧啶、呋喃妥因，止吐劑甲氧氯普胺等高鐵血紅蛋白血癥的癥狀生存率非常低頭痛、疲乏、打哈欠、注意力分散，輕體力運動即出現(xiàn)呼吸急促、心動過速。高鐵血紅蛋白大于80%高鐵血紅蛋白大于50%高鐵血紅蛋白≥30%高鐵血紅蛋白的比例大于20%若總血紅蛋白維持正常，多數(shù)病人還可忍受危及生命高鐵血紅蛋白的形成活性氧化劑可進一步氧化高鐵血紅蛋白，攻擊鐵一卟啉復合體及球蛋白基質(zhì)，產(chǎn)生一些綠色色素。高鐵血紅蛋白生成劑和硝基苯的中間代謝物易與紅細胞膜、酶蛋白、血紅蛋白上的-SH共價結(jié)合，從而損害其功能。氧化應(yīng)激引起的中毒性溶血紅細胞的氧化性損傷氧化應(yīng)激引起的中毒性溶血紅細胞的氧化性損傷所致免疫性溶血性貧血免疫介導的溶血性貧血

外源化學物與紅細胞膜結(jié)合免疫復合物的形成可由IgM抗體所識別的形成于紅細胞外膜的穩(wěn)定復合物，最終可引起溶血。青霉素、頭孢菌素、四環(huán)素類（抗生素），卡波麻（鎮(zhèn)靜催眠藥）等均以這種形式引起溶血。外源化學物或其蛋白加合物誘導產(chǎn)生的IgM抗體附著于紅細胞形成免疫復合物后，補體結(jié)合，細胞溶解。外源化學物并不與細胞膜以化學形式結(jié)合，抗體也并不直接作用于紅細胞。紅細胞被免疫復合物所攻擊。3.4對血小板的毒作用血小板是由骨髓中成熟的巨核細胞裂解、胞質(zhì)脫落而成，但它并非只是細胞碎片，它有一定的結(jié)構(gòu)，能進行新陳代謝血小板受刺激而活動時，伸出偽足，成為不規(guī)則形或棘球狀。血小板具有粘附、聚集、分泌、收縮血塊等活動，在止血和凝血過程中起重要作用，在血管破損時，它引起血栓形成而又溶解的兩方面作用，還參與血管內(nèi)皮細胞的修復，保持血管壁的完