储存红细胞输注并发症及可能机制的研究进展

李莲莲，芶大明

(遵义医科大学附属医院麻醉科，贵州 遵义 563000)

成分输血的比例是评估国家或地区医疗技术能力的指标之一。目前，全球成分输血的比例>90%，而输全血则不足10%，其中发达国家成分输血的比例已超过95%[1]。成分输血是指评估患者的病情需求后，将全血通过物理或化学方法分离、纯化和浓缩，制备成纯度高、容量小的各种血液成分再输注给患者，这样不仅有利于对血液成分的有效利用，还可改善患者病情，减少输血并发症的发生[1-2]。成分输血以储存红细胞(stored red blood cells，sRBC)输注为主，随着血液储存时间的延长，sRBC的结构、代谢特点和变形能力等发生一系列变化，即发生了“储存损伤”。储存损伤是造成任何可能由输注sRBC引起的器官损伤的原因[3]。在低温(4 ℃)和保存液中储存的sRBC仍存在代谢，但低温储存和保存液的添加并不能彻底解决sRBC能量需求的不足和自身代谢产物的清除等，因此无论储存时间长短，sRBC均存在不同程度的损伤[4]。现就sRBC输注并发症及可能机制的研究进展予以综述。

1 sRBC输注的并发症

1.1感染 通过对各个国家血液检测系统提供的输血相关并发症的分析发现，每10万单位红细胞输注的患者中有26例患者会发生输血相关感染，其中荷兰、新西兰、美国记录的发生率最高，分别为147/10万、167/10万和106/10万[5]。2017年，美国报道了1例输注sRBC后死于败血症休克的病例，其输注的sRBC标本中检测出假单胞菌[6]。小肠结肠炎耶尔森菌是引起红细胞相关脓毒性输血反应的常见微生物之一，其导致的败血性休克总病死率为54.5%[7]。由于革兰阴性菌中存在内毒素，革兰阴性菌引起的输血反应更严重[8]。Juffermans等[9]研究发现，控制免疫抑制等因素后，sRBC输注总量与继发感染风险直接相关。而败血症的发生常与革兰阴性杆菌的增殖有关[8]，革兰阴性杆菌、小肠结肠炎耶尔森菌等可能存在于无症状感染献血者血液中，也可能在输血过程中通过破损的皮肤、黏膜进入体内。

研究指出，输注储存时间较长(>14 d)sRBC的患者术后感染发生率高于输注储存时间较短(<14 d)sRBC的患者[10]。Prestia等[11]通过动物实验证明，输注储存时间较长的sRBC会加剧小鼠对革兰阴性杆菌(大肠埃希菌、沙门菌)的感染风险。菌血症、败血症的风险随着sRBC输注单位的增加而增加，且红细胞输血剂量与感染有关，当输注的异体红细胞>3个单位时，感染相关并发症发生率为1.7%[12]。由此推测，红细胞的储存时间和sRBC的输注量是感染发生的危险因素，同时手术创伤和应激也是感染的影响因素之一。但创伤患者对输注的sRBC的储存时间可能较其他患者更敏感，且病情较重、预后较差患者往往需要更多的sRBC输注。

1.2肺损伤 美国每年输注sRBC的总量超过1 300万个红细胞单位，但sRBC输注引起的相关性肺损伤的确切发病率尚不明确，文献报道为0.8%～15%[13-14]。我国目前尚无输血相关肺损伤发病率的权威统计数据，仅有一些个案报道，危重患者或需要机械通气患者接受sRBC输注后发生输血相关肺损伤的风险更高[14-15]。输血相关性肺损伤的概念最早于1983年由Popovsky 等[16]提出。研究表明，红细胞储存时间延长是输血相关性肺损伤和红细胞输血相关病死率升高的危险因素[17-18]。Kim等[15]研究发现，与储存时间较长(>28 d)的红细胞相比，储存时间较短(<14 d)的红细胞屏障保护作用较强。由此推测，输血相关性肺损伤的发生与输注红细胞的储存时间及患者的易感因素有关。

1.3循环超负荷 与输血相关的循环超负荷(transfusion-related circulation overload，TACO)是一种严重的输血并发症。目前，TACO是世界范围内输血致死的主要原因，其发病率占高危人群的1%～12%[19-20]。各国的TACO发病率存在显著差异，加拿大每5 561例接受红细胞输注患者中有1例发生TACO[21]；爱尔兰每8 000例接受红细胞输注患者中有1例发生TACO[22]。我国的TACO发病率目前尚无权威统计数据，但其高病死率值得关注。体外实验表明，红细胞储存时间与游离血红蛋白水平以及一氧化氮(nitric oxide，NO)消耗呈显著正相关；游离血红蛋白是NO的有效清除剂，红细胞储存时间越长，游离血红蛋白水平越高，NO消耗越多，同时红细胞的变形能力降低，发生TACO的风险增高[23]。

1.4急性肾损伤 急性肾损伤是大手术严重且常见的并发症。Koch等[24]发现，输注储存时间较长红细胞的患者多器官功能衰竭和肾功能不全的发生风险增加。同时，一项回顾性研究也表明，输注储存时间>14 d的sRBC可显著增加肝移植术后急性肾损伤的发生率[25]。另有研究发现，围手术期输注sRBC是急性肾损伤的一个独立危险因素[17,26]。据估计，输注2个单位的sRBC可使血浆游离血红蛋白较正常水平升高10倍，而90%的游离血红蛋白和游离铁对肾脏和其他器官具有高度毒性，可以激活炎症反应，抑制细胞的携氧能力，并加剧组织的氧化应激[27-28]。由此推测，红细胞的储存时间和sRBC的输注量是急性肾损伤的危险因素。

1.5栓塞 临床研究证明，输注sRBC的储存时间是创伤患者、危重患者以及心脏手术患者血栓形成、多器官功能衰竭和病死率增加的潜在危险因素[29]。Kim等[30]通过动物实验发现，小鼠的红细胞在储存过程中衍生的微粒可增强凝血因子的活性，导致血液呈高凝状态。

在健康人群中，由于红细胞不易黏附在血管壁上，因此能够保持血流通畅。Relevy等[31]研究发现，sRBC黏附于血管内皮细胞上，且黏附的红细胞数量随着储存时间的延长而增加，红细胞与血管内皮细胞的黏附容易破坏血流模式，减少对周围组织的供氧，严重时可导致微血管阻塞。此外，随着储存时间的延长，红细胞释放的微泡浓度增加，而微泡可释放磷脂酰丝氨酸，正常情况下磷脂酰丝氨酸存在于细胞内膜，但在衰老的红细胞中磷脂酰丝氨酸表达于细胞膜外层，成为网状内皮巨噬细胞清除红细胞的重要信号[32]。当sRBC能量缺乏时，sRBC通过胱天蛋白酶途径、蛋白激酶C信号通路、钙离子途径、血小板活化因子等途径使磷脂酰丝氨酸在红细胞膜外层表达，最终均表现为红细胞皱缩、囊泡化和细胞膜磷脂酰丝氨酸外翻[33-35]。红细胞表面的磷脂酰丝氨酸可介导红细胞与内皮细胞的黏附，并通过巨噬细胞清除衰老红细胞[36]。磷脂酰丝氨酸暴露和红细胞表面CD47表达的丧失以及膜微泡均是决定红细胞寿命的因素[32]。由此推测，去除sRBC中磷脂酰丝氨酸可能会减少与输血相关血栓栓塞事件的发生。

2 sRBC输注导致机体损伤的机制

2.1铁超载假说 铁超载假说是红细胞储存损伤的机制之一，该假说认为大量的sRBC输注体内后释放出的大量铁离子超出了转铁蛋白的结合能力，导致巨噬细胞中非转铁蛋白结合铁(non-transferrin binding iron，NTBI)水平升高，过量的NTBI可通过核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3炎症小体和核因子κB信号转导[37]，进一步触发炎症小体激活和促炎细胞因子的释放，诱发氧化应激，产生细胞毒性，并促进嗜铁细菌的增殖[38-39]；同时，NTBI还可能抑制γ干扰素介导的促炎细胞因子分泌、减少辅助性T细胞1的表达，最终促进输血相关的免疫抑制；另外，NTBI还可能通过削弱T细胞、B细胞和自然杀伤细胞的增殖和活化，进一步促进免疫抑制[40]，这些效应损害了巨噬细胞的吞噬和抑菌能力。动物实验发现，sRBC释放的NTBI可促进细菌的生长，最终导致急性组织铁沉积和全身炎症反应[41-42]。同时，sRBC中潜在的有害产物(钾、无细胞血红蛋白、活性氧类)的积聚可进一步增加菌血症、败血症等感染的发生风险[3]。随着输血量以及sRBC中衰老细胞比例的增加，sRBC释放的NTBI相应增多，最终导致输血相关并发症的发生[41-42]。

2.2ATP水平降低 ATP是红细胞能量代谢的重要产物，能够维持红细胞膜的活性，使糖酵解通道启动，并促使红细胞形态、正常代谢以及红细胞血液流变学功能的维持。随着红细胞储存时间的延长，糖酵解关键酶的活性被堆积的乳酸抑制，ATP水平进一步降低，导致还原型谷胱甘肽水平降低、红细胞的抗氧化应激能力受损[43-44]。同时，红细胞的形态变化与ATP水平降低存在直接关联，随着ATP水平的降低，sRBC的形态由盘形变为棘形，且双层脂质球蛋白及溶血磷脂也不断减少、结构蛋白不断发生变化，最终导致红细胞的功能基本丧失[45]。此外，储存损伤导致红细胞释放ATP的能力受损，容易与内皮细胞黏附，使微循环受阻，造成组织供氧不足[46]。因此，在红细胞储存时，提高或维持红细胞的能量对于改善sRBC的质量较为重要。

2.3酶活性改变 超氧化物歧化酶是一种金属酶，普遍存在于生物体内，可消除生物体在新陈代谢过程中产生的有害物质，是红细胞重要的抗氧化酶以及免除自由基损伤的主要防御酶，具有维持红细胞与机体氧化平衡以及维持机体免疫力的作用，但随着红细胞储存时间的延长，超氧化物歧化酶的活性逐渐降低，自由基的清除率同时降低，在这个过程中伴随着大量活性氧类的产生，过多的活性氧类与红细胞膜内的脂质、重要活性蛋白以及结构蛋白发生过氧化反应，导致红细胞膜发生氧化损伤，且结构与功能的完整性丧失，进一步使红细胞变形性降低，渗透脆性增加，最终导致储存损伤及死亡[47-48]。临床研究发现，血液中酶的活性受温度、酸碱度及储存时间的影响，温度较低、储存时间过长以及酸碱度改变，均会导致酶的活性降低[49]。

2.4氧化应激 红细胞极易受自由基的攻击发生氧化损伤，一方面，红细胞是运输氧的载体，与氧接触频繁；另一方面，红细胞中血红蛋白富含铁，高铁血红蛋白是氧化高铁血红蛋白的产物，同时也是一种促炎激动剂，可引起内皮损伤[50-51]；而且，高铁血红蛋白形成过程中还伴随着大量活性氧类的产生，包括超氧阴离子、羟基自由基、过氧化氢等[52]。在正常情况下，红细胞依赖还原型辅酶Ⅰ的细胞色素还原酶将高铁血红蛋白还原为氧合血红蛋白，同时细胞溶质抗氧化剂(还原型谷胱甘肽)和膜抗氧化剂中和氧自由基[51,53]。但是，储存过程中活性氧类不断增加，导致高铁血红蛋白不断增加，储存高铁血红蛋白的状态不稳定，会变性为珠蛋白和游离血红素，游离血红素中的铁离子被还原生成亚铁离子，亚铁离子既可以发生Fenton反应产生过氧化氢，也可以发生Haber-Weiss反应产生高度危险的羟基自由基，而过氧化氢和羟基自由基会对膜脂和蛋白质造成氧化损伤[54]。

2.5NO水平降低 NO在红细胞中的作用主要包括扩张血管和保持红细胞的变形能力；另外，NO还具有良好的抗氧化作用，可减弱血液黏度、抑制血小板聚集。当sRBC中的NO及其衍生物水平随着储存时间的延长而降低时，红细胞的活性及变形性均降低，因此无法通过狭窄的血管[27]。随着sRBC中NO的大量流失，血管扩张出现障碍，使红细胞大量堆积在血管内，可能诱发血管收缩和内皮屏障功能障碍，进而影响机体血液循环，导致机体严重缺氧，引发严重的心脑血管疾病，甚至死亡[27,55]。邢艳粉等[56]认为，NO不仅能够增加红细胞的携氧能力，还可维持红细胞的弹性，当NO水平降低时，红细胞膜的脆性增加，且变形能力降低，因此无法进入微血管中参与血液循环，同时NO还会抑制血小板聚集，使血管内皮的黏附能力增强，进而促使血液聚集、血栓形成，导致局部组织缺血严重缺氧。

2.6细胞骨架改变 红细胞在体内处于各种复杂的力学微环境中，血流的剪应力可以调节对红细胞有保护作用的CD47的表达，还可以调节红细胞膜葡萄糖转运蛋白以及红细胞代谢等；相对于体内环境，静态、密闭的sRBC缺乏活跃的血液流动机制，这可能是红细胞发生储存损伤的机制之一[57]。红细胞的变形能力可以促进微循环，使机体重要脏器保持有效灌注，维持机体内环境的平衡。

成熟的红细胞呈双面凹陷或单面凹陷的圆盘状，而红细胞膜骨架蛋白主要包括带3蛋白、血影蛋白和血型糖蛋白A；正常的细胞骨架对维持红细胞的稳定性、变形性和形状至关重要；低温储存和糖酵解减少以及氧化应激增加引起的代谢变化会破坏红细胞膜的稳定性，使血红蛋白在红细胞内的自动氧化增加，导致结构扭曲的血红蛋白在细胞膜附近沉淀以及带3蛋白和细胞骨架膜蛋白的特定结构域被破坏[32]。血红蛋白的变性导致血红素和铁的形成，使超氧阴离子、羟基自由基、过氧化氢自由地分配到膜脂双层中，引起膜脂、蛋白质和碳水化合物的过氧化作用，而膜破裂和过氧化进一步导致膜阳离子泄漏、胆固醇与血浆比例增加、磷脂酰丝氨酸外翻以及带3蛋白聚集，同时增加了微泡的产生[58]。这些变化导致膜稳定性损害、变形性降低、红细胞形状改变以及衰老信号增加，最终损害红细胞的正常生理功能和活力[4,45]。

3 输血并发症的预防

3.1滤除白细胞 在小肠结肠炎耶尔森菌存在的情况下，滤除血液中的白细胞可以将血液中存在的细菌量从81%降至18%[59]。对于异体输血患者来说，血液中的白细胞是一种“污染物”，输注含有白细胞的sRBC会引发一系列不良反应(如非溶血性发热性输血反应、成人呼吸窘迫综合征、同种异体免疫反应)；另外，白细胞还是某些病毒和病变物质的载体(如巨细胞病毒、白血病病毒)，进入机体后的白细胞成分与其代谢产物通过细胞因子使受血者全身免疫功能发生改变，引发输血相关免疫抑制，增加术后感染风险[60]。滤除白细胞后，血液中炎症因子水平降低，红细胞形态保持良好，可降低输血并发症的发生率，尤其可降低非溶血性发热性输血反应的发生率[61-62]。对于需要长期输血及器官移植的患者，既达到了输血的目的，又提高了输注sRBC的疗效。因白细胞具有免疫活性，储存期间会释放大量炎症因子，导致红细胞的活性被破坏、临床效果降低，因此应在临床用血前滤除白细胞。滤除白细胞的方法较多，包括离心白膜法、0.9%氯化钠溶液洗涤法、过滤法、冰冻去甘油法等，目前应用范围最广的为过滤法，过滤法采用专用的过滤器滤除sRBC中的白细胞。

3.2控制保存温度 在超低温(-140 ℃)的情况下，sRBC的细胞代谢停止，可防止红细胞储存损伤的进行性恶化，使红细胞可以长时间保存。在冷冻储存期间，ATP和2，3-二磷酸甘油酸的水平保持不变，且解冻后的ATP和2，3-二磷酸甘油酸水平与解冻前无显著变化[63]。Henkelman等[64]将超低温保存的红细胞与常规液体储存的红细胞及新鲜红细胞进行比较发现，超低温保存的红细胞解冻后较常规液体储存的红细胞和新鲜的红细胞更脆弱，然而，冻融洗涤过程并未对经过超低温保存的解冻红细胞的聚集性和变形性或ATP水平产生不利影响。基于sRBC的流变特性，推测超低温保存的红细胞是一种有价值的红细胞的替代品。

20世纪50年代，Smith[65]首次成功地将人红细胞冷冻保存在甘油中。至20世纪60年代初，已经有几千个红细胞单位被冷冻、解冻和输血[63]。一方面，冷冻保存的洗涤红细胞上清液中几乎不含任何生物活性物质，使红细胞在储存过程中受到攻击的概率显著降低；另一方面，超低温保存对红细胞的变形能力没有损害[66]。然而，冷冻过程复杂、成本高，因此解冻后的产品数量有限。目前，冷冻保存的红细胞主要用于红细胞供应有限或特殊的环境中：①军事战场；②储存稀有血型的红细胞；③在短期红细胞缺乏(如自然灾害或民事灾害中)时过渡供应；④应用于免疫球蛋白A缺乏的患者[63,66-67]。

3.3改良血液保存液 除了保存时间外，用于sRBC的保存液也会影响红细胞的性质。即使在冷藏期间，红细胞新陈代谢也会产生乳酸，这会降低细胞外的pH值，导致糖降解活性和ATP水平均降低，可见这种保护不够完善。AS-7保存液是美国食品药品管理局批准的一种无氯碱性保存液，含有碳酸氢钠、腺嘌呤、葡萄糖、甘露醇和磷酸盐，旨在通过增加酸碱平衡的缓冲能力来改善储存期间红细胞的新陈代谢[68]。Lagerberg等[69]比较了5种不同添加剂对sRBC的保护作用，结果发现，储存在AS-7保存液中的红细胞具有更稳定的代谢物水平，可以减轻代谢损伤，减少溶血的发生，而且能够促进输血后的恢复。何永勋[70]在红细胞保存液中加入5%氨基酸，储存126 d后仍未见红细胞溶血现象，且sRBC的pH值波动较小，对sRBC的活性影响也小。可见，在红细胞保存液中加入氨基酸可维持红细胞功能的稳定性，延长sRBC的保存时间。

3.4应用抗氧化剂 氧化损伤是导致储存期间红细胞损害的一个重要因素，也是导致不良事件或输血效果降低的原因之一。因此，在血液储存过程中，通过添加抗氧化剂来抵御氧自由基对红细胞造成的损伤是一种改善sRBC质量的方法，在维持红细胞生物能量的同时，保护红细胞骨架结构的完整性。添加抗氧化剂可维持sRBC功能及膜的完整性、降低溶血率、防止脂质过氧化，提高其变形能力，从而提高悬浮红细胞的保存质量[71]。Czubak等[72]对制备红细胞的研究显示，与含有抗坏血酸钠(维生素C，25 μmol/L)、水溶性维生素E(125 μmol/L)保存液中的红细胞相比，维生素C+水溶性维生素E保存液中红细胞的溶血率以及乳酸脱氢酶、丙二醛水平降低20%以上；保存20 d时，与不含抗氧化剂的sRBC相比，维生素C+水溶性维生素E保存液中的红细胞的谷胱甘肽水平仍较高，表明维生素C+水溶性维生素E抑制了储存损伤导致的乳酸脱氢酶泄漏，防止了脂质过氧化，并减少了谷胱甘肽的消耗。

3.5厌氧保存 红细胞的厌氧或低氧储存可防止或降低氧化应激(包括蛋白质的不可逆变性和随后的自由基催化裂解及聚集)，减少红细胞储存损害，维持红细胞膜的完整性和红细胞的形态[73]。Zolla和D′alessandro[74]在储存红细胞时，通过氦气脱氧装置去除氧气，并维持整个储存过程中的无氧储存[氧分压<0.002 1 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)]，然后用流式细胞术和扫描电镜检测红细胞形态，结果发现，红细胞溶血及其囊泡化均减少，有效缓解了红细胞的储存损伤。Yoshida等[75]发现，将红细胞置于厌氧条件(血红蛋白的氧饱和度<4%)下保存，红细胞的溶血率低于0.8%，输血后24 h内的红细胞存活率高于75%，从根本上有效避免了氧化应激的发生。另有研究表明，厌氧储存可提高红细胞浓缩的均匀度和综合质量[76]。厌氧储存涉及的机制主要包括：①降低氧合血红蛋白水平，从而减少氧合血红蛋白自氧化产生的高铁血红蛋白；②防止血红素、珠蛋白引起的细胞膜和细胞骨架的破坏，从而减少溶血；③防止游离血红素和游离铁的产生；④减少超氧阴离子和羟基自由基的产生；⑤减少脂质过氧化反应[77]。

3.6红细胞洗涤 输血前红细胞经过0.9%氯化钠溶液洗涤3～6次后，可以去除80%以上的白细胞和98%的血浆蛋白，降低不良反应的发生率，还可以去除大量的细胞碎片、代谢产物、抗凝剂、乳酸盐、钾、氨和微粒等[78]。一项前瞻性临床试验将心脏外科手术输血患者分为洗涤组和未洗涤组，结果发现，与未洗涤组相比，洗涤组患者的白细胞数量、C反应蛋白水平、总输血量及病死率均降低，但差异无统计学意义[79]，证明在输血前洗涤红细胞的潜在优势。国内大多采用开放式洗涤法制备洗涤红细胞，由于不能长时间保存，应尽可能在洗涤后6～8 h内输注。

3.7其他 将血清学检测与严格的献血者筛查相结合对高危和流行地区的居住或旅行献血者进行筛查，是保证血液安全的方法之一。目前用于细胞血液制品的筛选方法很多，包括但不限于目视检查、内毒素检测、革兰染色、核糖核酸检测、核酸检测以及各种直接培养技术。如果怀疑有细菌污染，应立即停止输血，并对血袋和受血者进行革兰染色和血液培养。目前最优的储存对策为“先进先出”，这一对策可最大限度地减少血液制品的浪费，并保证血液的质量。为减少血液的浪费，临床需要充分协调与配合，血库工作者应将陈旧的血液发放到需求量大的病区。随着存储管理模式的出现，红细胞的存储时间缩短，大部分患者能输注到新鲜血液。另外，紫外线照射可用于适度灭活的细菌和病毒污染，波长为200～280 nm的紫外光被用作病原体灭活剂，因其可导致嘧啶复合物的形成，从而阻断核酸转录物的延伸[8]。

4 小 结

红细胞输注适用于因急、慢性失血以及红细胞生成不足或红细胞大量被破坏而导致的器官和组织供氧不足的患者。输注sRBC可挽救患者生命，但储存损伤的逐渐积累可能会减少输血带来的积极影响，甚至会引发输血相关并发症。随着对输血并发症认识的加深以及临床对库存血规范化管理要求的日益严格细致，减轻红细胞储存损伤、提高红细胞储存质量是目前亟待解决的重要问题。同时，也期待未来高质量、大样本、多中心的临床随机对照试验为sRBC的输注提供有力的数据支持。