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国家自然科学基金重点项目（50337020）资助。Supported by the National Natural Science Foundation of China
（50337020）.
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通讯作者。Corresponding author Tel: 022-********, E-mail: bmeren@https://www.doczj.com/doc/c516021128.html,
红细胞聚集特性阻抗谱分析法实验研究
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黄海滨 任超世2
（中国医学科学院 中国协和医科大学 生物医学工程研究所，天津 300192）
bmeren@https://www.doczj.com/doc/c516021128.html,
摘要：为了验证阻抗谱分析法测量红细胞聚集特性的正确性和可行性，本文进行了一系列有针对性的血液学实验以观察红细胞压积，悬浮介质中血浆浓度和右旋糖苷浓度对血液电阻抗参数以及红细胞聚集程度的影响。实验结果显示，低频下的血液电阻率R 0随红细胞压积的增大而增大，红细胞压积从28.9变化到48.9时，时间常数T的变化不大；随血浆浓度的增加，红细胞聚集体的半径增大；当右旋糖酐浓度约为4g/100ml时，红细胞聚集出现一最高值。表明阻抗谱分析法可为红细胞聚集特性研究提供一种简便、有效的检测手段。 关键词：阻抗谱分析法，血液测量，红细胞聚集特性，实验研究
1 引言
红细胞聚集是血液非牛顿流动性的重要原因之一。红细胞聚集的病理生理意义在于它可引起低切变率下血液粘度升高，使血流阻力增加。另一方面可引起临界毛细血管半径增大，引起微循环郁滞，血流速度降低。血流速度的降低又有利于红细胞的聚集，进一步阻碍血流，再促进红细胞聚集，由此构成恶性循环。许多疾病，特别是糖尿病，高血压，心血管退行性疾病（心肌梗塞，外周动脉疾病，脑血管梗塞）以及血管血栓栓塞，甚至某些恶性肿瘤（如黑色素瘤等），都伴随有红细胞高度聚集的现象发生[1, 2]。因此，在血液流变学的研究中，红细胞聚集特性的研究倍受人们重视，也是国内外血液流变学中一个活跃的研究领域[3,4,5]。
本文是对作者提出的一种评价红细胞聚集特性新方法——阻抗谱分析法进行离体血液的实验研究。
2 阻抗谱分析法
[6]
阻抗谱分析法将红细胞聚集体等效于一个与其大小相同的球形匀质粒子，采用多频率技术测量血液阻抗谱，经曲线拟合，由式（1）得到时间常数T
[7]
，再由式（2）计算红细胞聚
集体半径R ，以红细胞聚集过程中R 的变化实现对红细胞聚集特性的测量与评价。
T
j R R R Z ω+?+
=∞
∞10 （1）
)2
1
(/a i m R R C T R += （2） 2
/110
p p
R R a +?= （3）
式（1）、（2）、（3）中，c f T π2/1=为时间常数，为特征频率，为远低于的测量频率下的血液阻抗值，为远高于的测量频率下的血液阻抗值，c f 0R c f ∞R c f f πω2=为角频率。为特性膜电容，即每cm m C 2的膜表面上的电容，R 为红细胞聚集体的半径，p 为细胞的体积浓度，、分别为细胞内、外液电阻。
i R a R 3 实验方法
为了验证阻抗谱分析法测量红细胞聚集特性的正确性和可行性，本文安排了一系列有针对性的血液学实验，分别观察和研究红细胞压积，悬浮介质中血浆浓度和右旋糖苷浓度对血液电阻抗参数以及红细胞聚集程度的影响。
3．1 血样制备
本文实验所用血样全部取自天津市第一中心医院当日采集的新鲜健康人血。枸橼酸钠抗凝。全血离心（约1000g ）后取出血浆待用，把红细胞按实验要求制成不同组成的红细胞悬浮液。
血液学实验均在室温下完成，温度变化范围约为20－25℃。由于测量过程持续时间较短，可以不考虑测量过程中的温度变化。
3．2 测量方法
实验在阻抗谱分析法专用实验装置（图1，图2）上进行。将按不同实验要求配制的，混合均匀的血样由注射器缓缓注入测量室，以防止气泡进入，然后把测量室接入测量系统，开始测量。17个频率（50K ，100K ，200K ，400K ，600K ，800K ， 1M ，1.2M ，1.4M ，1.6M ，1.8M ，2.0M ，2.2M ，2.4M ，2.6M ，2.8M ，3.0M ）的激励信号依次通过测量室的激励电极（1、4）施加于被测血样，阻抗信息检测单元经测量室上的检测电极（2、3）提取相应的血液阻抗信号，然后进行阻抗谱拟合，得到测量样品的阻抗-频率曲线，由式（1）计算时间常数T ，最后由式（2）计算红细胞聚集体半径R 。一次测量约需2分钟。
图1 测量系统原理框图
每次测量后，均用PBS 将测量室涮洗数遍，甩干后再继续使用。每天测量完毕后，用蒸馏水涮洗数遍，用烘干机烘干后待用。
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图2测量室示意图
4 结果
采用阻抗谱分析测量方法，旨在观察和研究红细胞压积，悬浮介质中血浆浓度和右旋糖苷浓度对血液电阻抗参数以及红细胞聚集程度影响的血液学实验结果如下。
4．1 红细胞压积对阻抗谱参数的影响
抗凝全血离心，除去血浆及黄层，所得红细胞用PBS 洗三次，配置成压积分别为28.1，34.1，40.6，44.1，48.9的RBC-PBS 悬浮液。分别测量其阻抗谱（每一血样测量三次，拟合参数取平均值）。实验结果如表1和图3。 表1 不同压积RBC －PBS 悬浮液的阻抗参数
Hct R 0(Ω·cm)
R ∞(Ω·cm)
T(s)
28.9 119.3 87.9 6.85×10-634.1 131.6 91.0 6.75×10-640.6 150.0 101.3 7.11×10
-644.1 161.6 104.9 6.89×10
-6
48.9 180.3
113.5 6.91×10-6
图3压积Hct 对R 0的影响
4．2 血浆对阻抗参数与红细胞聚集的影响
红细胞用PBS 洗三次，配制成压积为40的RBC-PBS 悬浮液，取五份这种悬浮液，1000g 离心10分钟，第一份保持原样，第二、三、四份分别取出1/4、1/2，3/4的PBS ，以等量的自体血浆代替，第五份为相同压积的红细胞－自体血浆悬浮液。分别测量五份血样的阻抗谱（每一血样测量三次，拟合参数取平均值）。实验结果如表2和图4。
表2 不同血浆浓度悬浮介质的血样的阻抗参数
Plasma in medium(vol%)
R 0(Ω·cm)
R ∞(Ω·cm)
T (s)
R (μm) 0 145.2 96.3 0.674×10-7 2.65 0.25 150.7 101.5 0.834×10-7 3.26 0.5 159.1 106.6 0.970×10-7 3.76 0.75 166.0 111.0 1.241×10-7 4.78 1 175.0 115.8 1.535×10-7
5.86
3
plasma in medium ( vol% )
图4 聚集体半径R－血浆浓度关系图
4．3 右旋糖苷（分子量70,000）浓度对血样阻抗参数与红细胞聚集的影响 配制各种右旋糖苷浓度的dextran-PBS溶液，右旋糖苷的浓度为0－8g/100ml，把经PBS 洗过三次的红细胞悬浮于上述溶液中（Hct＝0.4）混匀。分别测量各血样的阻抗谱（每一血样测量三次，拟合参数取平均值）。实验结果如图5所示。
图 5 红细胞聚集体半径R－右旋糖酐浓度关系
5 讨论
基于上述血液学实验结果，以下对阻抗谱分析法中血液阻抗谱主要参数的取值及其对测量的影响，与国内外相关研究的对比以及新方法今后可能的临床应用进行讨论。
5．1 红细胞压积对阻抗谱参数的影响
红细胞压积对阻抗谱参数的影响的实验结果图3表明，低频下的血液电阻率R0随着红细胞压积的增大而增大，这一结果与其他阻抗法的结论一致[9,8]。值得注意的是，实验结果表1显示，当红细胞压积从28.9变化到48.9，时间常数T的变化不大(也即对红细胞半径R的估值影响不大)，五个不同压积值的红细胞－PBS悬浮液的时间常数T的平均值为0.690×10-7，标准偏差1.3×10-9。这符合式（2）、（3）所揭示的规律。这一点对采用阻抗谱分析法测量红细胞聚集的临床应用非常有利。
此外，由式（3）还可以计算出细胞外液（即PBS）的电阻率为R a＝74.06±0.09Ω?cm，
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这与直接测量到的PBS的电阻率75.80Ω?cm非常接近，相对误差为2.3%。如果认为细胞外液的电阻率变化不大，可以假设为一常量，则利用式（1）拟合得到的R0，再由式（3）还可
以得到红细胞压积值。因此，阻抗谱分析还可以作为一种红细胞压积的测量方法。
5．2 血浆对阻抗参数与红细胞聚集的影响
血浆中含有纤维蛋白原等大分子，这些大分子的存在是红细胞聚集形成的重要因素。已
有大量的实验证明，纤维蛋白原等大分子浓度的增加将使得红细胞聚集的程度增大[1, 2, 10]。
实验结果表2和图4表明，本实验中随着血浆浓度的增加，由于纤维蛋白原等促进红细胞聚
集的大分子浓度增加，确实使红细胞聚集体的半径增大。实验结果还表明，当悬浮介质为自
体血浆时，本血样红细胞聚集体的半径值为单个红细胞半径的2.21倍，与其他方法获得的
结果一致[10, 9]。
5．3 右旋糖苷（分子量70,000）浓度对血样阻抗参数与红细胞聚集的影响
右旋糖苷浓度对红细胞聚集特性影响的实验结果图5表明，当分子量为70,000的右旋糖酐浓度约为4g/100ml时，红细胞聚集程度有一最高值，一旦离开最高值，无论右旋糖酐浓度增加或是减小，红细胞聚集程度均下降。这一结果和Brooks等人通过相对粘度法[12]， Boynard等人通过超声散射法[13]得到的结果相吻合。这一实验再次证明阻抗谱分析法用于研究红细胞聚集特性的正确性。
本文进行的实验研究验证了阻抗谱分析法的正确性和可行性。阻抗谱分析法通过对血液中红细胞及红细胞聚集体半径的检测评价红细胞的聚集特性，依据红细胞聚集体半径的变化研究红细胞的聚集过程，为医学研究与临床提供一种简便、有效的血液学检测手段。本文进行的实验同时提示，阻抗谱分析法还能提供红细胞压积，红细胞内外液的电阻率，以及细胞膜电容等参数的测量结果[14]，具有多指标，多功能，综合检测的突出优点，应用空间广阔。
参考文献
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6 黄海滨，任超世。一种评价红细胞聚集特性的新方法—阻抗谱分析法。中国科技论文在线，2005,7,
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Experiment study of the impedance spectroscopy analysis method measuring erythrocyte aggregation1
Hung Haibin Ren Chaoshi2
Institute of Biomedical Engineering, CAMS and PUMC, Tianjin 300192, China
Abstract
In order to test validity and feasibility of the impedance spectroscopy analysis method proposed by authors, a series of blood experiments have been carried out to study influences of the hematocrit, the plasma concentration and the dextran concentration in suspend medium on the blood impedance and the erythrocyte aggregation. The results show that the blood impedance of lower frequency R0 increases with increase of Hct, the time constant T has little change when Hct changes from 28.9 to 48.9; With the increase of plasma concentration, the erythrocyte aggregate radius increase; When the dextran concentration is about 4g/100ml, the erythrocyte aggregate reaches its maximum. It suggests that the impedance spectroscopy analysis method is a new, effective method to study erythrocyte aggregation.
Keywords:impedance spectroscopy analysis, blood measurement, erythrocyte aggregation property, experiment study
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