红细胞中血红蛋白是机体运输氧的主要载体,输血是临床上重要的治疗手段,输注储存红细胞主要被用于各类失血的治疗和贫血纠正,以维持或恢复体内氧的运输。现行的储存红细胞输注标准以红细胞和血红蛋白的数量为主,对储存红细胞功能质量关注较少。研究者将血红蛋白氧亲和力作为储存红细胞供氧效能变化的主要影响因素,将血红蛋白氧亲和力的主要评价指标--半氧饱和度分压(P₅₀值)用于评级储存红细胞的供氧效能。不同研究中发现,储存红细胞的P₅₀值在储存期内显著下降,但储存期长短与红细胞输注后的供氧效果并不直接对应。以上现象表明,血红蛋白氧亲和力不是储存红细胞供氧效能变化的唯一影响因素,单一P₅₀值不足以评价储存红细胞的供氧效能。血红蛋白具有特殊的四聚体结构,其与氧的结合与解离呈现先慢后快的级联反应,形成特殊的S型氧结合/解离曲线,这种级联反应称为协同效应,描述四聚体之间协同效应强弱的指标称为希尔系数（Hill coefficient,HC）。波尔效应也是红细胞供氧过程的影响因素之一。波尔效应是指H⁺增多时,氧解离曲线右移,P₅₀值升高,血红蛋白氧亲和力降低的现象。人体内存在的H⁺浓度梯度是波尔效应发生的基础。波尔效应的强弱差异,可以通过酸碱敏感指数（sensitive index,SI）来评价。协同效应和波尔效应可能与血红蛋白氧亲和力共同影响储存红细胞的供氧效能,应对以上因素的影响展开研究。本研究以课题组最新研发的血红蛋白检测装置——BLOODOX-2018携氧-释氧分析仪为基础,并对该设备的检测进行完善。通过对多类样品进行检测,探究血红蛋白氧亲和力、协同效应、波尔效应等对供氧效能的影响,结合对软件系统的升级优化,最终实现储存红细胞供氧效能多参数评价,了解各参数的变化趋势,为临床输血治疗提供新认识。第一章:供氧效能多参数评价设备完善BLOODOX-2018携氧-释氧分析仪基于可见光分光光度法和气体控制法等技术,体外模拟血红蛋白的氧结合/解离过程,描记氧结合/解离曲线,获得待测样品的P₅₀值,但目前尚不能满足供氧效能多参数的检测要求。为了对其进行优化使其符合开展下一步研究的要求,进行以下研究:明确样品影响因素对检测结果的影响。分别以牛血红蛋白（bovine hemoglobin,b Hb）和人储存红细胞作为样品,比较上样量为1.5mg、3mg、6mg、9mg和12mg血红蛋白或对应数量的红细胞时检测结果的差异。结果表明,3 mg血红蛋白或对应数量的红细胞可作为检测的最小上样量。分别以人静脉血、犬静脉血和大鼠动脉血为样品,比较肝素钠、EDTA、3.2%的枸橼酸钠和3.8%的枸橼酸钠等抗凝剂对检测结果的影响。结果表明,四种抗凝成分均可作为携氧-释氧分析仪检测的样品抗凝成分,但同一实验不能混用抗凝成分。对设备的准确性、稳定性和检测优势进行分析。利用携氧-释氧分析仪和临床常用血气分析仪同时测定人静脉血的P₅₀值。两种设备所得结果一致,证实携氧-释氧分析仪具备开展下步实验所需的检测准确性。利用携氧-释氧分析仪对b Hb进行多次重复测试,其组间变异系数（CV）均值为4.22%,符合临床检验设备CV值低于5%的要求,证实携氧-释氧分析仪具备开展下步实验所需的检测稳定性。利用携氧-释氧分析仪和血气分析仪同时测定人血红蛋白、牛原料血、b Hb及犬和大鼠的动、静脉血P₅₀值,相比于血气分析仪,携氧-释氧分析仪具有样品检测范围更广和不受其他血气指标干扰等优势。建立大鼠储存红细胞模型并验证携氧-释氧分析仪用于储存红细胞检测的可行性。建立大鼠储存红细胞模型,检测血液学指标、血氧指标、基本生化指标和溶血率等,对红细胞质量进行评价。结果表明,储存红细胞14d代谢指标与35d人储存红细胞接近。利用携氧-释氧分析仪和血气分析仪分别测定大鼠红细胞储存1d、3d和7d的P₅₀值。血气分析仪检测结果为3个时间点的P₅₀值无显著差异;而携氧-释氧分析仪检测结果为P₅₀值随储存时间延长而下降,与文献报道一致。小结:本章确定携氧-释氧分析仪检测的最小上样量为3 mg血红蛋白或对应的红细胞,明确四种抗凝剂对检测的影响,明确设备的准确性、稳定性和检测优势,并证实其可用于储存红细胞的P₅₀值检测,为下一步研究提供可用的检测设备。第二章:供氧效能多参数评价体系完善为研究血红蛋白氧亲和力、协同效应和波尔效应等因素对供氧效能的实际影响,本章通过对汉族人血、藏族人血、b Hb和Dex20-b Hb等四种样品的P₅₀值、希尔系数与酸碱敏感指数进行计算分析结合构建基于不同环境条件与参考因素的供氧效能计算方法的构建与并计算,初探血红蛋白氧亲和力、协同效应、波尔效应对供氧效能的影响,初步构建供氧效能多参数评价体系。具体研究内容如下:分别对汉族人血、藏族人血、b Hb和Dex20-b Hb样品进行血红蛋白氧亲和力(P₅₀值)、协同效应（希尔系数）、波尔效应（酸碱敏感指数）的计算和分析。由大到小分别为:b Hb 29.75 mm Hg±2.37 mm Hg、汉族人血24.23 mm Hg±2.56 mm Hg、藏族人血19.77 mm Hg±1.22 mm Hg和Dex20-b Hb 16.35 mm Hg±0.47 mm Hg,p<0.05。利用汉族人血样品对希尔方程的氧饱和度拟合区间进行了选择,比较1%-99%、20%-80%和40%-60%三种氧饱和度区间拟合结果。20%-80%的氧饱和度拟合范围所得的拟合方程的决定系数更高并与文献报道结果更为接近。随后在20%-80%氧饱和度拟合区间对以上四种样品进行分析,由大到小分别为:b Hb2.51±0.31、藏族人血2.46±0.07、汉族人血2.27±0.21和Dex20-b Hb 1.45±0.09,p<0.05。利用不同p H值的缓冲体系模拟波尔效应发生,选择p H=7.2和p H=7.6分别模拟组织细胞和肺部的酸碱环境,p H=7.4模拟体内一般酸碱环境,分别获取P₅₀值并选择酸碱敏感指数以评价波尔效应,SI=(P_{50（p H=7.2）}-P_{50（p H=7.6）})/P_{50（p H=7.4）}*100%对四种样品的酸碱敏感指数进行计算,由大到小分别为:b Hb41.15%±6.31%、藏族人血35.28%±3.55%、汉族人血29.51%±3.19%和Dex20-b Hb19.35%±2.28%,p<0.05。对样品在不同环境中的供氧效能进行计算值的方法构建与计算。首先,构建模拟平原环境和高原环境的氧分压区间,100mm Hg-40mm Hg和60mm Hg-30mm Hg分别对应平原环境和高原环境的肺部氧分压和组织细胞氧分压,以肺部和组织细胞间的氧饱和度差值ΔSO₂作为供氧效能计算值。其次,构建不同的计算体系,考虑单一P₅₀影响下和基于多参数体系下分别计算不同样品的在不同环境中的供氧效能,明确两种体系本身的差异。结果如下:在考虑单一P₅₀影响下,模拟平原环境的供氧效能计算值:汉族人血27.00%±1.73%,藏族人血20.24%±2.25%,p<0.01;b Hb 31.91%±0.53%,Dex20-b Hb12.04%±0.43%,p<0.01。高原环境的供氧效能计算值:汉族人血24.34%±2.11%,藏族人血22.27%±0.93%,p>0.05;b Hb 35.62%±0.44%,Dex20-b Hb 15.95%±0.99%,p<0.01。基于多参数评价体系进行供氧效能分析,模拟平原环境的供氧效能计算值:汉族人血29.51%±1.82%,藏族人血27.40%±3.32%,p>0.05;b Hb 48.78%±1.74%,Dex20-b Hb 21.40%±1.81%,p<0.01。模拟高原环境下的供氧效能计算值:汉族人血26.51%±1.45%,藏族人血30.42%±2.73%,p<0.05;b Hb 53.78%±2.01%,Dex20-b Hb 30.42%±1.79%,p<0.01。根据结果进一步分析,考虑单一P₅₀影响下,藏族人血的平原、高原供氧效能计算值无统计学差异,而基于多参数体系的供氧效能分析则显示出其高原供氧效能计算值高于平原供氧效能计算值,与文献报道一致;同时,基于多参数评价体系的供氧效能分析体系同时涵盖血红蛋白氧亲和力、协同效应和波尔效应对供氧效能的影响。进一步对四种样品的血红蛋白氧亲和力、协同效应、波尔效应和供氧效能关系进行分析,平原环境和高原环境得到的供氧效能计算值分别与P₅₀值、希尔系数和酸碱敏感指数等进行多元回归分析,多元线性模型为:Y=5.501+0.588X₁+10.839X₂+0.032X₃（平原环境）Y’=4.493+0.146X₁+2.152X₂+0.511X₃（高原环境）注:X₁,P₅₀;X₂,希尔系数;X₃,酸碱敏感指数;Y,ΔSO₂;Y’,ΔSO₂’上述结果表明,血红蛋白氧亲和力、协同效应和波尔效应共同影响供氧效能,形成供氧效能多参数评价体系。基于现有数据获得的回归方程的标准化回归系数进行推测,协同效应对平原环境供氧效能影响较高,波尔效应对高原环境供氧效能影响较高。但这一结论目前只限于现有数据的统计学推导分析。针对上述建立的方法,对软件进行升级优化。在原有数据采集和控制端软件基础上,基于Visual Basic.NET开发语言形成数据集和数据转换,通过原始信号的转导,构建希尔系数的拟合模块、酸碱敏感指数的计算模块和区间供氧效能计算值的计算模块,实现结果智能化输出。构建统一坐标系和结果数据库,将任意氧解离曲线按同一比例转换于统一的坐标系中,使其可智能存储、调用和对比任意氧解离曲线和数据结果。小结:本章通过表征协同效应、波尔效应、供氧效能的计算方法,利用不同类型的样品进行基于氧亲和力(P₅₀值)、协同效应（希尔系数）、波尔效应（酸碱敏感指数）的供氧效能多参数评价体系的建立,与原有的单一考虑P₅₀影响相比能够获得更为准确的反映供氧效能的变化。优化软件系统,使之可直接获取并输出全部结果。第三章:基于多参数评价体系对大鼠储存红细胞供氧效能进行分析基于建立的大鼠红细胞储存模型,利用多参数评价体系对其供氧效能进行分析,结果显示:P₅₀值:0d 56.42 mm Hg±5.24 mm Hg;1d 49.11 mm Hg±7.02 mm Hg;3d 38.89mm Hg±9.29 mm Hg;7d 28.21 mm Hg±3.27 mm Hg和14d 25.69 mm Hg±4.88 mm Hg。0d-7d快速下降（p<0.05）,7d-14d趋于稳定（p>0.05）,与文献报道基本一致。希尔系数:0d 1.98±0.11;1d 2.11±0.06;3d 2.32±0.14;7d 1.99±0.07和14d1.88±0.12。0d-3d逐渐上升（p<0.05）,3d时达到最高,3d-14d逐渐下降（p<0.05）。酸碱敏感指数:0d 34.82%±1.17%;1d 46.73%±2.28%;3d 46.73%±2.61%;7d55.82%±3.95%和14d 24.01%±6.42%。0d至7d逐渐上升（p<0.05）,7d时达到最高,14d下降（p<0.05）。供氧效能计算值:模拟平原环境（100mm Hg-40mm Hg）的供氧效能计算值:0d64.69%±4.62%;1d 60.18%±4.71%;3d 53.10%±7.03%;7d 41.18%±1.19%和14d30.63%±6.95%。0d-1d基本不变,3d-14d下降,14d时仅为0d的46.88%。模拟高原环境（60mm Hg-30mm Hg）中储存红细胞的供氧效能整体低于平原环境,其随时间变化的结果分别为:0d 48.72%±5.88%;1d 47.94%±5.78%;3d 45.08%±7.83%;7d43.77%±7.58%和14d 35.32%±2.31%。0d-7d基本不变（p>0.05）,7d-14d下降（p<0.05）,14d时下降至0d的70%。小结:储存红细胞在储存前期具有稳定的供氧效能,储存中后期开始下降,整体趋势与P₅₀值的变化不同。与平原环境相比,高原环境下储存红细胞的供氧效能整体下降,但维持相对稳定的时间延长。大鼠储存红细胞在储存前3d和7d存在协同效应和波尔效应增强的现象,与供氧效能计算值的变化趋势一致。总结:本研究基于课题组新近研发的BLOODOX-2018携氧-释氧分析仪,从供氧效能多参数评价设备的优化与评价和供氧效能多参数评价参数体系的建立两方面入手,评价了大鼠储存红细胞供氧效能多参数评价体系下的变化情况。首先,对设备进行完善,研究样品检测的影响因素和设备的准确性、稳定性和检测优势等特性。随后,通过对汉族人血、藏族人血、b Hb和Dex20-b Hb等样品进行检测分析,明确了血红蛋白氧亲和力(P₅₀值)不能完全反映供氧效能的变化,协同效应（希尔系数）和波尔效应（酸碱敏感指数）同时作为供氧效能的影响因素,应建立供氧效能多参数评价体系,利用多元线性回归方程对影响因素进行了验证,并优化形成智能化参数输出软件,基于以上设备和多参数评价体系,对大鼠储存红细胞供氧效能进行检测分析,明确大鼠储存红细胞的供氧效能变化趋势,为下一步深入研究储存红细胞的供氧效能及输血效果提供了新认识。