呼氣試驗檢測紅細胞壽命及其臨床應用進展

黎璐茜，鄧慧敏，馬 雯，周義文

(南方醫科大學深圳醫院臨床檢驗醫學中心，廣東 深圳 518000)

紅細胞壽命(red blood cell survival，RBCS)指紅細胞在外周循環血液中的存活時間，即紅細胞從骨髓釋放入血液循環開始到最終破壞為止所持續的時間，不同物種和個體間差異較大。健康人體平均RBCS變化約為15%，波動在70～140 d，平均115 d[1-2]。RBCS是反映紅細胞生存狀態的重要基礎生理指標，與多種疾病關系密切。RBCS過長或過短均屬于病態，臨床上許多疾病會引起RBCS異常(包括血液系統疾病和其他非血液系統疾病)，RBCS是診斷溶血性貧血的“金標準”。檢測RBCS的方法有放射性15N-甘氨酸標記法、51Cr標記法和生物素標記法等，各種標記法對RBCS的測定比較直觀，但由于操作繁瑣、測定周期長、不良反應大和費用昂貴等原因，臨床難以推廣，極大地限制了RBCS異常相關疾病的檢測和精準診斷。通過測定呼氣中一氧化碳濃度計算RBCS的方法，稱為一氧化碳呼氣試驗。一氧化碳呼氣試驗檢測RBCS具有快速、準確、無創和安全等優點，為RBCS測定帶來新的突破。現對一氧化碳呼氣試驗檢測RBCS進展、原理及其臨床應用的研究進展予以綜述。

1 一氧化碳呼氣試驗原理與方法

人體肺泡呼出氣體中一氧化碳主要來自內源性血紅蛋白(hemoglobin，Hb)代謝和外源吸入。內源性一氧化碳的86%來自Hb降解，非Hb代謝所產生的一氧化碳不超過14%，Hb降解產生的一氧化碳中，85%來自紅細胞降解，15%來自非紅細胞Hb代謝，肺是機體一氧化碳的唯一排出途徑，總體上約70%內源性一氧化碳來自紅細胞破壞后的Hb降解[3-4]。由此可見，排除外源性一氧化碳干擾后測定肺泡氣內源性一氧化碳的濃度即可推算出紅細胞的代謝速度。當機體Hb合成速度等于分解速度時，機體Hb總量除以每天分解的Hb即可得到當天的平均RBCS[5]。由于Hb的4條肽鏈各含1個血紅素亞基，而1 mmol血紅素降解可產生1 mmol的一氧化碳，所以等式轉化表達為紅細胞Hb來源的一氧化碳總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：血紅蛋白(g/L)；22 400：標準狀態氣體克分子容積(mL)；4:1 mmol血紅蛋白釋放4 mmol一氧化碳；0.7：來源于紅細胞血紅蛋白產生的一氧化碳占內源性一氧化碳的比例；64 400：血紅蛋白分子量；1 440：一天的總分鐘數(min)；endPCO：內源性一氧化碳分壓(ppm)；Vb：血容量(mL)；Vt：靜息肺泡通氣量(mL/min)][3-5]。Vb和Vt的大小與體表面積相關，兩者數值大致相等。公式簡化后，只要提供Hb濃度和一氧化碳值即可推算出平均RBCS。公式(1)可簡化為公式(2)：RBC=(Hb×K)/endPco[常數K：1 380，單位:mL/(d·g)]。選取患者上午空腹靜息狀態時檢測，禁煙24 h，深吸氣后屏氣20 s后對采樣裝置深呼氣，自動收集肺泡氣樣于密封鋁薄袋中；手動或電動氣泵采集同室空氣樣本1份，2份氣樣同時送檢測定一氧化碳濃度，兩者的差值即為內源性一氧化碳分壓，輸入當天患者Hb濃度，即可得出RBCS值。臨床參考值≥75 d。

一氧化碳呼氣試驗為RBCS測定帶來新的突破，采集受檢者呼氣樣本，輸入當日Hb濃度，15 min即可準確測定RBCS，且無須注射放射性核素，將耗時長(需1個月左右)、費力(需標記、回輸并每3天抽血檢測1次)、有放射性風險(輻射體進入體內)的檢測改善為快速、省力、無創的檢測項目[6-9]。一氧化碳呼氣試驗的突出優勢是“一氣呵成”，并不像標記測試那樣耗時數周甚至數月，是當前唯一可臨床常規開展的項目，改變了目前臨床上難以直接測定RBCS的現狀，使RBCS的大樣本檢測和研究成為可能。

2 一氧化碳呼氣試驗檢測RBCS

Coburn等[10]首次利用一氧化碳呼氣試驗檢測RBCS，利用隔膜密封的重復呼吸系統檢測RBCS，觀察數小時直到一氧化碳濃度穩定增加，利用此方法測定7例溶血性貧血患者一氧化碳生成與紅細胞和Hb分解代謝的關系發現，所有患者一氧化碳產生率均顯著升高；同時還發現，一氧化碳產生率法的結果與51Cr紅細胞標記金標法研究計算的RBCS密切相關(r=0.94)，一氧化碳產生率法的結果均低于51Cr紅細胞標記法結果，與非Hb分解產生一氧化碳有關，若除去多余的一氧化碳，兩種方法結果基本相同。Coburn等[10]首次闡明平均RBCS可由額外一氧化碳校正的一氧化碳產生率計算，標準誤差為±3 d。Strocchi等[11]對Coburn等[10]的方法進行改良，應用模擬機體內一氧化碳平衡裝置替代了笨重的重復呼吸系統，肺泡一氧化碳濃度中減去該裝置中的一氧化碳濃度以獲得內源性一氧化碳濃度，簡單、無創的一氧化碳呼吸測試可廣泛用于評估貧血和黃疸。Furne等[12]對Coburn等[10]的方法進行簡化改進發現，環境中一氧化碳濃度足夠恒定，采集肺泡氣的同時收集呼吸環境氣體，同時測定2份氣體的一氧化碳濃度，肺泡氣與環境一氧化碳濃度差即是校正后的內源性一氧化碳濃度，利用此方法測定40名健康個體的平均RBCS為(122±23) d，測定結果與復雜的標記方法的獲得值相當。

一氧化碳呼氣試驗測定RBCS具有準確性高、耗時短(約為標記法的1/30)、無創等優勢，但無專用儀器。隨著醫療技術的發展和進步，一氧化碳呼氣試驗技術不斷改良優化，利用一氧化碳呼氣試驗法研發出世界首臺RBCS測定儀(型號RBCS-01)，廣泛應用于臨床RBCS檢測[13-17]。Zhang等[18]利用新研發RBCS測定儀測定109名健康受試者和91例慢性溶血性貧血患者的RBCS發現，健康受試者RBCS為(126±26) d，與經典標記方法的獲得值相似，此數據是迄今為止最大樣本的RBCS平均值；溶血性貧血患者RBCS縮短為(29±14) d，明顯低于健康人(P=0.001)，由此得出，RBCS縮短的臨界值為75 d，診斷溶血性貧血的特異度為100%，靈敏度為100%，表明一氧化碳呼氣試驗是測量人體RBCS的理想方法，新研發的RBCS測定儀測定結果可靠，便于臨床應用。

3 臨床應用

RBCS是紅細胞破壞程度或紅細胞更新時間的生理標志，是反映紅細胞生存狀態的重要基礎生理指標。任何原因引起的體內紅細胞更新或破壞加速均表現為RBCS縮短。RBCS測定是反映紅細胞破壞程度最直接、最可靠的指標，對溶血相關疾病的明確診斷和不明原因的貧血鑒別均有極大價值，在血液病鑒別診斷和療效觀察[19-28]、急慢性疾病病情監控和鑒別[6,29]以及臨床診療措施的安全性評估等方面均有重要的臨床意義[30-32]。

3.1血液病鑒別診斷和療效觀察 血液病指原發于造血系統疾病，也是貧血的常見原因[33]。溶血性疾病以RBCS顯著縮短為主要病理生理特征，RBCS的輕度至中度縮短可通過促紅細胞生成素依賴性紅細胞生成增加補償，但更嚴重的縮短導致溶血性貧血，無論溶血性貧血或溶血狀態，RBCS檢測均是溶血診斷的金標準[34]。James等[19]測量18例鐮狀細胞貧血患者、21例地中海貧血患者和62名健康對照者的呼氣末一氧化碳(end-tidal carbon monoxide，ETCO)濃度后發現，鐮狀細胞貧血患者ETCO濃度最高，地中海貧血患者次之，均高于健康對照者，Lal等[20]也得出相似的研究結果。Sylvester等[21]測量87例鐮狀細胞貧血患兒(2.3～17.6歲)和26名年齡種族匹配的健康對照者的ETCO濃度顯示，鐮狀細胞貧血患兒ETCO濃度顯著高于對照組[(4.9±1.7)×10-6比(1.3±0.4)×10-6(P<0.000 1)]。可見，溶血性貧血患者ETCO濃度升高，測量ETCO可識別貧血患者的溶血狀態。通過測定ETCO推算出RBCS同樣適用于新生兒。黃疸是新生兒期最常見的臨床問題，其中血清非結合膽紅素異常升高可導致新生兒神經系統損傷，而溶血是造成新生兒黃疸的常見病因。鄒佩佩[22]檢測10例黃疸新生兒的ETCO濃度發現，其ETCO濃度顯著高于14例非溶血組，與傳統溶血指標(網織紅細胞、總膽紅素、紅細胞脆性)相比，內源性一氧化碳對新生兒溶血有早期診斷價值，ETCO濃度可作為早期篩查手段。隨后Tidmarsh等[23]和Christensen等[24-25]的研究也得出相同的結論。此外，Blok等[26]通過檢測105例早產兒出生24 h內ETCO濃度，并隨訪其中69例到3.5歲時的神經發育情況發現，隨訪者中 3.5歲時神經發育不良者出生后24 h內的ETCO濃度顯著高于神經發育良好者，提示神經發育不良與ETCO濃度增加有關，并且ETCO濃度<2 ×10-6的早產兒神經發育情況均良好。ETCO濃度升高對預測早產兒神經系統發育不良的靈敏度和特異度分別為93%和85%，由此推測，ETCO濃度可作為預測早產兒神經發育情況的指標之一。葉蕾等[27]對51例初診重型再生障礙性貧血(severe aplastic anemia，SAA)和極重型再生障礙性貧血(very severe aplastic anemia，VSAA)患者以及77例免疫抑制治療的SAA/VSAA患者和13例健康個體進行一氧化碳呼氣試驗測定其RBCS提示，SAA/VSAA患者RBCS縮短，免疫抑制治療后患者RBCS可延長或恢復正常。

RBCS測定有助于辨別輕微溶血，可反映紅細胞的破壞程度和部位，對血液病尤其是溶血性疾病以及原因不明性貧血的診斷和鑒別診斷具有可靠價值。美國兒科學會發布的新生兒高膽紅素血癥處理指南已將一氧化碳呼氣試驗作為確認是否存在溶血(即RBCS縮短)的唯一推薦方法[28]。RBCS也可用于SAA/VSAA患者免疫抑制治療療效的預測。

3.2急性和慢性疾病病情的監控和鑒別 RBCS可作為鑒別急性和慢性疾病的指標。一氧化碳呼氣試驗研究發現，某些急慢性疾病(如肺損傷、心臟瓣膜病變、肝硬化、糖尿病血糖控制不佳等)可伴發RBCS縮短，提示RBCS測定可用于肝硬化監測以減少胃鏡檢查，也用于彌補糖化血紅蛋白(glycosylated hemoglobin，HbA1c)監控糖尿病的不足等[6,16]。Cohen等[1]通過測定23例2型糖尿病患者的RBCS和HbA1c發現，HbA1c每增加1%，RBCS縮短6.9 d。Huang等[16]通過測定38例糖尿病患者和40名健康個體的RBCS、HbA1c等多項指標發現，與對照組相比，糖尿病患者的RBCS顯著下降[(86.08±18.13) d比(103.6±22.02) d，P<0.01]，主要受空腹血糖水平影響，與HbA1c無關，該結果與Cohen等[1]的研究結果不一致，但均認為若不調整RBCS，則RBCS的縮短將低估2型糖尿病患者的血糖實際控制水平和疾病進展，故HbA1c測定時建議行RBCS校正。此外，Mitlyng等[29]利用一氧化碳呼氣試驗檢測骨關節炎、類風濕關節炎和其他慢性疾病造成的慢性貧血患者的RBCS發現，骨關節炎患者RBCS與正常人比較差異無統計學意義；類風濕關節炎患者RBCS顯著低于貧血患者[(90±15) d比(87±33) d，P<0.05]；類風濕關節炎患者Hb與正常人相近，可能是骨髓增生代償RBCS的減少，提示RBCS測定對類風濕關節炎的早期發現和診斷有重要意義。

3.3治療措施安全性的評估 RBCS可作為治療措施安全性評估的指標。Medina等[30]測定9例慢性病透析患者RBCS發現，透析前平均RBCS為(70±9) d，約為32名健康受試者[(101±3.5) d]的50%。透析過程中，內源性一氧化碳濃度增加14%，相同時間未行透析患者內源性一氧化碳濃度減少6%，表明血液透析可增加人體內20%的紅細胞降解，Vos等[31]的研究結果與上述研究一致。Mitlyng等[6]進行了一項關于置換心臟瓣膜對RBCS影響的研究，通過檢測20例置換機械性心臟瓣膜患者和18例置換生物心臟瓣膜患者的一氧化碳濃度計算RBCS顯示，20例機械瓣膜受試者和18例生物瓣膜的受試者的RBCS分別為(98.8±23) d和(103±15) d，差異無統計學意義(P>0.05)，均顯著小于健康受試者[(122±23) d](P<0.01)，兩組患者平均Hb濃度均在正常范圍內，提示植入心臟瓣膜會引起輕微溶血，可通過骨髓造血系統代償增加來彌補。貧血是利用利巴韋林治療病毒性丙型肝炎最常見的不良反應，不同研究均對接受利巴韋林治療和未接受利巴韋林治療的丙型肝炎患者利用一氧化碳呼氣試驗測定其RBCS，結果均為接受利巴韋林治療的丙型肝炎患者RBCS顯著降低，提示利巴韋林導致的貧血是紅細胞破壞增加所致[12,32]。James等[19]通過縱向監測7例地中海貧血患者在2個例行輸血周期間的實驗室常規指標和ETCO濃度發現，輸血后第1～2周地中海貧血患者的ETCO濃度顯著減少，第3～4周后又明顯增加，由此可見，測量ETCO濃度可作為Hb測量的輔助指標，幫助確定輸血的適當時機。綜上所述，利用一氧化碳呼氣試驗檢測RBCS有利于發現某些治療措施(如慢性腎功能不全血液透析、機械性心臟瓣膜置換術和利巴韋林用藥等抗病毒治療等)引起的RBCS縮短，RBCS可作為其安全性評估指標和改進依據。

4 小 結

一氧化碳呼氣試驗具有無創傷、無輻射、操作簡單、結果準確等優點，為RBCS測定帶來了新的突破，是目前唯一可以臨床常規開展的RBCS測定項目，可迅速反映患者病情，對于疾病生理、病理的研究和臨床診斷具有重要的臨床意義，可廣泛應用于臨床。一氧化碳呼氣試驗檢測RBCS的臨床價值不僅為修訂貧血的鑒別診斷思路提供了明確有效的檢測手段，還簡化了糖尿病血糖監控效果的評估以及心臟人工瓣膜、利巴韋林藥物、肝硬化等監測和新生兒溶血等疾病對紅細胞破壞程度的評估。一氧化碳呼吸試驗無創診斷技術的推廣，將進一步提高臨床診斷效率，并有望改變現有的貧血診斷流程，帶來更好的臨床診斷新思路，更好地造福人類。