清華新聞網(wǎng)8月22日電 通常在ECMO（體外膜肺氧合）等循環(huán)支持裝置中需要限制剪切應(yīng)力閾值以避免高剪切力下的溶血。然而，在ECMO臨床治療中溶血現(xiàn)象仍時(shí)常發(fā)生，其原因一直未明。為此，清華大學(xué)機(jī)械系微流體課題組博士研究生潘云帆以及指導(dǎo)教師李永健、陳皓生利用微流控技術(shù)開(kāi)展了深入研究，在國(guó)際頂級(jí)跨學(xué)科學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表了題為“ECMO治療過(guò)程中的紅細(xì)胞疲勞”（Fatigue of red blood cells under periodic squeezes in ECMO）的論文，該論文近日榮獲了中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)體外生命支持學(xué)會(huì)2022年度“最佳論文獎(jiǎng)”。
中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)體外生命支持學(xué)會(huì)“最佳論文獎(jiǎng)”
在該研究中，研究者首先在體外膜肺氧合患者臨床血液標(biāo)本中觀(guān)察到除了正常雙凹形態(tài)的紅細(xì)胞以外，還存在棘形和球形的異常形態(tài)紅細(xì)胞，且隨著治療時(shí)間的增加，異常紅細(xì)胞在血液中的比例逐漸上升，同時(shí)病人出現(xiàn)了游離血紅蛋白濃度緩慢升高的溶血現(xiàn)象。研究者通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的微流控芯片裝置模擬了體外膜肺氧合中循環(huán)擠壓紅細(xì)胞的過(guò)程，并通過(guò)高速相機(jī)捕獲到了紅細(xì)胞的形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞疲勞過(guò)程分為雙凹、棘形、球形和破裂溶血四個(gè)階段。并且，隨著其形態(tài)變化，紅細(xì)胞的楊氏模量增加，變形能力降低，呈現(xiàn)疲勞累積現(xiàn)象，并最終出現(xiàn)溶血。
紅細(xì)胞疲勞過(guò)程的典型形態(tài)（a）正常雙凹紅細(xì)胞（b）棘形紅細(xì)胞（c）球形紅細(xì)胞
紅細(xì)胞的疲勞示意圖
研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)這種疲勞導(dǎo)致溶血的機(jī)制主要取決于紅細(xì)胞在周期性剪切作用下的ATP釋放和恢復(fù)速度。紅細(xì)胞在每次擠壓下的變形和恢復(fù)都伴隨著三磷酸腺苷（ATP）的釋放和恢復(fù)。當(dāng)ATP釋放量大于恢復(fù)量時(shí)，ATP的消耗導(dǎo)致細(xì)胞膜和細(xì)胞骨架之間的帶3-錨蛋白鍵解離，紅細(xì)胞發(fā)生形態(tài)改變并逐漸失去變形能力，隨后紅細(xì)胞發(fā)生溶血。
紅細(xì)胞疲勞的生理機(jī)制
該研究揭示了紅細(xì)胞在低應(yīng)力高頻率擠壓誘導(dǎo)下疲勞溶血的生理機(jī)制，對(duì)于深入理解溶血現(xiàn)象，以及改進(jìn)血泵、人工瓣膜等植介入器械的設(shè)計(jì)具有重要作用。
中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)體外生命支持專(zhuān)業(yè)委員會(huì)（CSECLS）是體外生命支持領(lǐng)域的前沿專(zhuān)家團(tuán)體，長(zhǎng)期致力于提高全國(guó)體外生命支持技術(shù)水平，加強(qiáng)國(guó)際交流合作，推動(dòng)體外生命支持技術(shù)的基礎(chǔ)研究與臨床運(yùn)用。中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)體外生命支持學(xué)會(huì)“最佳論文獎(jiǎng)”每年評(píng)選一次，每次在全國(guó)范圍內(nèi)遴選出本領(lǐng)域三篇最佳論文。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1073/pnas.2210819119
供稿：機(jī)械系
編輯：李華山
審核：郭玲
