在人体的各种组织细胞中，钙离子都发挥着重要的作用。在正常情况下，人的红细胞通过钙泵(Ca²⁺-Mg²⁺)ATP酶使细胞内的Ca²⁺保持在0.1～1μM的低浓度^［1］。在血液循环中产生的剪切应力会造成Ca²⁺的内流使胞内钙浓度增加，在红细胞的衰老过程中也会产生Ca²⁺的聚集：使用预先形成的梯度，并在取消粘度影响的情况下对Percoll密度梯度方法分离的最上部和最下部的7%～10%红细胞亚群(subpopulation)作分析，发现最轻的(认为是“年轻”红细胞)和最重的细胞(认为是“年老”红细胞)中自由Ca²⁺浓度分别为8.4±2.82nM和31.2±13.0nM^［2］，这种钙的随年龄的聚集会对红细胞的流变特性产生影响。在实验中，利用CaCl₂和钙离子载体A23187处理可以使红细胞内钙浓度增加^［3-9］，进而研究Ca²⁺引起的一系列复杂的生物化学变化，来揭示钙对红细胞流变特性影响的微观机制。本文将综述近年来钙离子对红细胞流变特性的影响及机制分析的研究情况。

1钙离子对红细胞流变特性的影响

当介质Ca²⁺浓度高于200μM并用A23187处理红细胞时，增加了的胞内Ca²⁺浓度会使红细胞从双凹圆盘形向棘状改变^［6］，同时细胞的表面积也减小^［7］。当细胞内Ca²⁺浓度在0～10μM之间时，红细胞表面的剪切弹性模量(μ)和表面粘度(η)分别增加20%和70%^［8］，并且红细胞在剪切力下变形部分的恢复时间有所减慢^［9］。

许多学者用不同的方法研究了Ca²⁺引起的红细胞变形能力的改变。Shiga等人^［3］利用流变仪(rheoscope)测量了人的红细胞的变形能力，它可作为ATP没有完全衰竭和没有完全棘状变形的红细胞的胞内Ca²⁺浓度的一个函数。他们发现：(1)用Ca²⁺处理完整红细胞(钙含量：16.8μmol/l packed cells)，红细胞的体积和表面电荷逐渐减少，膜脂流动性降低，但是没有膜蛋白的交联(cross-linking)。(2)用流变仪观察了红细胞的变形性受其Ca²⁺含量的影响：在140dyn/cm²的剪切力下，当红细胞Ca²⁺含量为40～50μmol/l packed cells时，约有50%的红细胞发生明显的变形，而当Ca²⁺含量为100μmol/l packed cells时，大于90%的红细胞不能变形。(3)在用Ca²⁺处理之后，用密度梯度离心把不可变形细胞作为高密度细胞分离出来，它们比低密度的可变形细胞表现出较低的G6PD活性。因此，胞内Ca²⁺浓度高的不可变形红细胞可能在体内是衰老细胞。(4)用密度梯度离心将年轻细胞和衰老细胞分离，并用Ca²⁺处理时，发现年轻细胞能较好地保持它们的体积和变形能力。另外，有的学者利用激光衍射法(ektacytometer)^{［10，11］}也发现红细胞内Ca²⁺浓度增加后它们的变形能力下降这一事实。

在1992年，Friederichs和他的同事^［4］通过细胞过滤分析仪(Cell Transit Analyzer, CTA)来测定红细胞和血影对5μm直径孔的滤过时间，由此确定它们的变形能力。他们用10μMA23187和自体血浆来提高红细胞内的Ca²⁺浓度，研究了Ca²⁺的通透性与膜连接的血红蛋白(Hbm)的关系以及对红细胞变形能力的影响。突出的结果包括：(1)在离子载体A23187处理后或随着溶血介质中Ca²⁺浓度的增加，红细胞和血影的Hbm水平显著升高，同时它们的变形能力下降，Hbm与红细胞或血影的滤过时间之间显著线性相关(P＜0.2或更好)，(2)对应于CTA滤过时间分布直方图中较高百分率的红细胞(即滤过时间较长的红细胞)，它们对离子载体处理/膜连结血红蛋白敏感性增加。Friederichs和Meiselman^［5］在1994年又用相同的方法进行了研究，结果表明：Hbm和红细胞平均硬度之间呈正线性相关，使用不同浓度的Ca²⁺介质处理红细胞，发现不同亚群红细胞的Hbm水平和流变特性受Ca²⁺的影响显著不同：“年轻”的细胞不被A23187的处理所影响，而“年老”的细胞却表现出细胞硬度的增加。这些发现证明了血红蛋白-膜相互作用作为红细胞变形能力的一个决定因素的重要性，而且它可能与红细胞衰老有关，也可能与镰刀形细胞贫血、遗传性球形红细胞症和地中海贫血有关。

Sumihare Noji等人^［1］使用电子顺磁共振(EPR)自旋标记的方法研究了Ca²⁺引起的红细胞变形能力的丢失。由于已证明了悬浮介质流动前后电子顺磁共振谱的变化与细胞变形和取向的能力紧密相关^［1］，因此可以用标准强度差Δh/h来估计细胞的变形和取向(h,Δh分别为静态时EPR谱中央峰的高度和流动时它的改变量)。当细胞在Ca²⁺(30μM)介质中孵育时，在加入A23187后35min，Δh/h在0.1ml/s的流速下下降到0.11，表明细胞变得变形减少也相应地较少取向。Tadahiro oonishi等人^［13］使用一种镍网过滤法(nickel mesh filtration method)研究了红细胞在含有Ca²⁺的介质中受机械剪切后变形能力(滤过能力)的变化。他们发现在形态和体积不发生变化的情况下红细胞变形能力的降低表现出一种依赖细胞外Ca²⁺浓度的V状曲线，并且在～50μM处变形能力减少得最多。并且Ca²⁺通道抑制剂nifedipine和felodipine可以抑制由机械剪切力引起的红细胞滤过能力的降低。这表明：滤过能力的改变可以归因于红细胞膜特性的改变。

2钙离子对红细胞流变特性影响的微观机制

从上述现象可以看出，钙离子对红细胞的流变特性有复杂的影响，其中最主要的影响是使红细胞的变形能力或滤过能力下降，而研究Ca²⁺引起的红细胞变形能力的下降对于研究在体内红细胞衰老后的清除具有重要的意义。红细胞的变形能力一般由下列因素决定：(a)膜和细胞膜骨架的物理特性，如弹性；(b)胞浆的状态，如粘度，血红蛋白的浓度和聚集；(c)细胞的几何特性，如形态，细胞表面积与体积之比(s/v)^［1］。Chien Shu曾指出，Ca²⁺是通过影响许多变形的决定因素而对红细胞变形能力产生复杂的影响^［7］，也即：Ca²⁺通过与红细胞的膜脂、膜蛋白相互作用使细胞的膜特性、胞浆状态和细胞形态发生变化，引起红细胞变形能力等流变特性的改变。

2.1钙离子对红细胞胞浆的影响

有许多研究者认为Ca²⁺引起的红细胞变形能力的下降主要是由于Gardos效应造成的，即：Ca²⁺激活了红细胞膜上的K⁺通道，使K⁺和水外流，红细胞脱水从而内粘度增加^{［1，3，7］}，并且他们为此作了实验来证明。Sumihare Noji等人^［1］用EPR自旋标记得到随Ca²⁺处理时间的增加Δh/h降低的结果，同时发现平均细胞血红蛋白浓度(MCHC)与Δh/h呈反相变化(即：MCHC逐渐增加)，并且在高K⁺介质(140mM，存在Na⁺)中，当存在Ca²⁺载体时并没有观察到Δh/h的减少，也没看到MCHC的增加，因此对于Ca²⁺聚集的红细胞变形能力的损失可以由Gardos效应来解释。Takeshi Shiga等人^［3］也发现了红细胞内Ca²⁺的聚集引起的平均细胞体积的减小和血红蛋白的浓缩(即MCHC的增加)，他们将这归于Ca²⁺引起的细胞脱水。

2.2钙离子对红细胞膜脂的影响

许多学者都证明了Ca²⁺的进入(loading)确实引起红细胞形态和膜脂组成的变化。Chandra和他的同事^［14］使用bee venom、胰腺磷脂酶A2，以Merocyamine 540和fluorescamine作为外部的膜探针来分析增加的胞浆Ca²⁺水平对膜脂组成的影响。在对照细胞中大约20%的磷脂酰乙醇胺(PE)和0%的磷脂酰丝氨酸(PS)被磷脂酶水解，然而在Ca²⁺处理后的红细胞中这种酶依赖于胞浆Ca²⁺浓度很容易降解20%～30%PE和7%～30%PS，而且Merocyamine 540不能染对照的红细胞，但却能标记Ca²⁺处理的细胞，同时fluorescamine在对照细胞中标记了大约20%PE，而在Ca²⁺处理的细胞中被修饰的PE量显著增加。Sansan Lin等人^［15］研究了在Ca²⁺-钝锯齿形和恢复的红细胞中磷脂分布与形状改变的关系。对于细胞内Ca²⁺引起的细胞钝锯齿化，使用放射性标记的二月桂酸磷脂的类似物(DLPL)，他们观察到了红细胞膜上PS和PE的外翻，同时有磷脂酰胆碱(PC)的向内叶扩散，在EGTA除去Ca²⁺之后，暴露的PS又重新分布到膜的内叶，但随机化分布的PC和PE并没有重新恢复到它们原来的状态。Ute Henseleit等人^［16］用10μMA23187和0.05～0.5mMCa²⁺处理红细胞，结果使插在膜外叶的探针MPPC和palmitoylcamitine向内叶翻转(flip-flop)，并依赖于Ca²⁺和A23187的浓度而加速。若用EDTA除去Ca²⁺，它们可以被逆转回来。用磷脂酶A2检测到在Ca²⁺处理之后的5min，内叶的PS就迅速暴露在外叶。这些结果都说明：Ca²⁺会引起红细胞跨双层膜磷脂不对称性的丢失。Ca²⁺改变膜脂双层的原因主要有：(i)Ca²⁺可能通过与脂双层的直接作用来引起磷脂的重新分布：Sansan Lin^［15］证明：Ca²⁺引起的红细胞钝锯齿化的恢复独立于膜骨架和PI的代谢，其它Ca²⁺介导的生物化学变化如二酰基甘油和脂肪酸的产生对于Ca²⁺钝锯齿形或它的恢复后任何磷脂的跨膜分布没有影响。(ii)Ca²