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摘要：
白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附是一個(gè)多步驟、序貫性的過(guò)程，進(jìn)程中的生物力學(xué)相互作用對(duì)血液流變產(chǎn)生重大影響，低剪切力環(huán)境的形成在一般炎癥中有著至關(guān)重要的意義。
上世紀(jì)80年代末，白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞相互作用的分子機(jī)制得以闡明，人們逐漸認(rèn)識(shí)到在炎癥中各種白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞之間存在著非常復(fù)雜的相互作用，白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的相互作用對(duì)機(jī)體各種功能的發(fā)揮、各種疾病的發(fā)生發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞相互作用的分子基礎(chǔ)及其臨床意義已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。
白細(xì)胞的趨邊、粘附及其運(yùn)動(dòng)的行為，都是在血液流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行的，除與生化因素有關(guān)外，力學(xué)因素也很重要。白細(xì)胞在進(jìn)入組織間隙前，需要靠近血管壁，然后穿過(guò)管壁進(jìn)入組織間隙，這樣似乎白細(xì)胞很容易在毛細(xì)血管內(nèi)皮層接觸時(shí)進(jìn)入組織間隙，但實(shí)際上白細(xì)胞卻在毛細(xì)血管后靜脈段進(jìn)入組織間隙。發(fā)生這一現(xiàn)象的原因，應(yīng)在生物流變行為中去尋找。因此，我們認(rèn)為，白細(xì)胞在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮其生理功能時(shí)，與其在血液流動(dòng)中的流變行為有密切關(guān)系。
一、激活的白細(xì)胞對(duì)炎癥灶毛細(xì)血管流變的影響
（1）內(nèi)皮細(xì)胞的激活是白細(xì)胞激活和黏附的先導(dǎo)
不同誘因造成的骨骼肌微損傷都可以通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑激活免疫系統(tǒng)，引起白細(xì)胞黏附到內(nèi)皮細(xì)胞上。其中內(nèi)皮細(xì)胞功能的變化是比較早的變化，先于內(nèi)皮細(xì)胞-白細(xì)胞的相互作用。當(dāng)損傷組織中分泌的炎性因子擴(kuò)散到血管周?chē)?，一部分可以透過(guò)血管壁釋放入血液中，還有一部分被內(nèi)皮細(xì)胞所感受，內(nèi)皮細(xì)胞因此發(fā)生一系列變化并啟動(dòng)黏附程序：一方面從自身的mRNA改變、細(xì)胞骨架的改變等一系列的胞內(nèi)變化為初始黏附做好準(zhǔn)備，另一方面分泌相關(guān)因子激活并誘導(dǎo)白細(xì)胞發(fā)生一系列改變開(kāi)始初始黏附的進(jìn)程。
（2）正常狀態(tài)下白細(xì)胞對(duì)微循環(huán)的影響
白細(xì)胞由于在血中濃度很低，對(duì)大血管中血液黏度基本不起作用。但是在毛細(xì)血管則不同，血細(xì)胞需要單個(gè)通過(guò)，且與血管內(nèi)皮十分靠近，甚至發(fā)生接觸，紅細(xì)胞和白細(xì)胞由于體積大，需要變形才能通過(guò)毛細(xì)血管。白細(xì)胞的硬度和胞漿黏度均比紅細(xì)胞高數(shù)百倍以上，由于有細(xì)胞核，不能像紅細(xì)胞那樣折疊彎曲。在正常情況下，白細(xì)胞進(jìn)入毛細(xì)血管時(shí)，血流可有短暫的停頓：白細(xì)胞進(jìn)入毛細(xì)血管時(shí)，先伸出小舌進(jìn)入管內(nèi)，偶而可見(jiàn)到細(xì)胞內(nèi)顆粒流到細(xì)胞前端，然后整個(gè)白細(xì)胞進(jìn)入腔內(nèi)。在毛細(xì)血管入口處，它由圓形變成長(zhǎng)柱形才能適應(yīng)毛細(xì)血管的口徑和形態(tài)，通過(guò)毛細(xì)血管；如果白細(xì)胞不能及時(shí)變形，白細(xì)胞將在入口處暫停；白細(xì)胞甚至已經(jīng)接觸到毛細(xì)血管入口處，但不能及時(shí)進(jìn)入管腔，引起毛細(xì)血管血流暫停。白細(xì)胞對(duì)毛細(xì)血管血流的這種干擾，是引起毛細(xì)血管間歇流的主要原因之一。
白細(xì)胞進(jìn)入毛血管時(shí)91％的停頓發(fā)生在毛細(xì)血管入口處，11％發(fā)生在毛細(xì)血管內(nèi)，平均停頓時(shí)間0．24s。一個(gè)白細(xì)胞產(chǎn)生的阻力與多個(gè)紅細(xì)胞所致的阻力等值，—個(gè)白細(xì)胞進(jìn)入微血管中，能使微循環(huán)網(wǎng)中的紅細(xì)胞發(fā)生重新分布，改變對(duì)組織氧的運(yùn)送。在血管分支處，一個(gè)白細(xì)胞進(jìn)入了一個(gè)分支，則該支血流阻力增加，致使后面來(lái)自母血管的紅細(xì)胞進(jìn)入另一分支直到兩側(cè)血流阻力相等。經(jīng)常在毛細(xì)血管中的白細(xì)胞前面可以看到血漿柱，而在白細(xì)胞后面，緊接著有一大串紅細(xì)胞堆積形成列車(chē)樣流動(dòng)。但正常情況下不發(fā)生白細(xì)胞嵌塞至血流完全停止。
影響白細(xì)胞通過(guò)毛細(xì)血管的因素包括：白細(xì)胞黏附性和變形性、白細(xì)胞硬度、白細(xì)胞黏度、平均毛細(xì)血管口徑(不同臟器毛細(xì)血管口徑不同)和狹窄處(如內(nèi)皮細(xì)胞核向管腔隆起部)口徑、臨界壓力(剪切力)、以及是否有紅細(xì)胞聚集等。由于白細(xì)胞的上述流變特性，使得白細(xì)胞的數(shù)量?jī)H占血細(xì)胞的百分之0．1，但卻是毛細(xì)血管灌注中的重要調(diào)節(jié)因素。
（3）在炎癥中激活后的白細(xì)胞對(duì)微循環(huán)的影響
當(dāng)白細(xì)胞流經(jīng)炎癥灶的微血管時(shí)，可以感受到多種炎性因子的刺激而進(jìn)入激活狀態(tài)，激活程度與炎癥灶炎性因子的強(qiáng)度密切相關(guān)；逐漸釋放入血的炎性因子也對(duì)血液中的白細(xì)胞有一定的激活作用。當(dāng)炎癥灶雖然面積較小但損傷程度高，或者是損傷輕微但面積比較大，在炎癥出現(xiàn)一段時(shí)間后，全身血液循環(huán)中激活的白細(xì)胞比率就逐漸上升，白細(xì)胞數(shù)量增加也會(huì)隨后增加，進(jìn)而對(duì)毛細(xì)血管的血液流變產(chǎn)生重大影響。
激活的白細(xì)胞形態(tài)出現(xiàn)多樣化，細(xì)胞硬度增加，顆粒的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)減少，但細(xì)胞有偽足伸出，使其定向變形能力增強(qiáng)。由于炎癥中的白細(xì)胞變大變圓、細(xì)胞膜的表面積相對(duì)減少，因此變形能力降低，此時(shí)如有微血管內(nèi)皮細(xì)胞的腫脹、微血管痙攣等附加因素，則白細(xì)胞易在毛細(xì)血管中發(fā)生阻塞，影響相應(yīng)區(qū)域微循環(huán)的灌流。在某些病理?xiàng)l件下，隨著毛細(xì)血管兩端血壓降的下降使得白細(xì)胞流動(dòng)變形的驅(qū)動(dòng)壓減低，從而可造成微循環(huán)中發(fā)生白細(xì)胞嵌塞。
當(dāng)末梢微循環(huán)血流嚴(yán)重阻礙時(shí)，白細(xì)胞的病理生理意義就更為突出了。不僅僅是因白細(xì)胞變形的力不足而難以強(qiáng)行快速地流過(guò)毛細(xì)血管，更糟的是此時(shí)的白細(xì)胞很容易造成毛細(xì)血管的完全阻塞：在正常時(shí)，很少見(jiàn)到圍繞細(xì)胞的幾根毛細(xì)血管同時(shí)被阻塞，白細(xì)胞流變對(duì)區(qū)域性血流的影響未必很大；但在病理情況下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)壓力較低，白細(xì)胞粘附于血管壁的傾向性增高時(shí)，此時(shí)白細(xì)胞可以構(gòu)成毛細(xì)血管血流的重要障礙物。
（4）白細(xì)胞在毛細(xì)血管中的激活
離體實(shí)驗(yàn)證明，白細(xì)胞介素8(IL-8)、趨化寡肽(fMLP)、C5a等炎性介質(zhì)在家兔血管內(nèi)注射后，與白細(xì)胞膜相應(yīng)受體結(jié)合，在0．5～2．0分鐘內(nèi)，使微絲的肌動(dòng)蛋白單體(G-肌動(dòng)蛋白)發(fā)生聚合，形成纖維狀F-肌動(dòng)蛋白，在胞漿膜下形成一個(gè)殼狀物，從而使白細(xì)胞體積增加，變形能力下降，細(xì)胞硬度增大。上述變化可被微絲組裝的抑制劑細(xì)胞松弛素B(cytochalasin B)所抑制。
在毛細(xì)血管等狹小的血管腔，白細(xì)胞膜與血管內(nèi)皮的密切靠近和接觸已能提供趨化因子、整合素作用的時(shí)機(jī)。正常流態(tài)的毛細(xì)血管在正常生理驅(qū)動(dòng)壓下可保證變形的白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞之間保留薄層液體空隙，阻止白細(xì)胞的粘附。一旦驅(qū)動(dòng)壓梯度減少，或者白細(xì)胞變形能力明顯減弱，使其不易在血流沖擊下通過(guò)比其自身尺寸小的毛細(xì)血管，不僅很容易造成白細(xì)胞在毛細(xì)血管中的堵塞，血流緩慢或暫停，形成白細(xì)胞嵌塞(Leukocyte plugging)，而且促使白細(xì)胞在炎性因子作用下的充分激活，從而與已經(jīng)激活的血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生粘附。白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞之間黏著應(yīng)力(adherence stress，δ)是阻礙白細(xì)胞通過(guò)毛細(xì)血管的重要因素，阻斷了的毛細(xì)血管血漿流產(chǎn)生的剪切力更加微弱，無(wú)法推動(dòng)白細(xì)胞，于是白細(xì)胞就扣留在毛細(xì)血管中。黏附于內(nèi)皮細(xì)胞的白細(xì)胞可進(jìn)一步激活并變形遷移進(jìn)入組織。
（5）水腫對(duì)白細(xì)胞流經(jīng)毛細(xì)血管中的影響
病理情況下，內(nèi)皮細(xì)胞可以發(fā)生腫脹，甚至突向管腔。在缺血損傷時(shí)，組織切片見(jiàn)心、腎、肌肉的毛細(xì)血管內(nèi)皮腫脹。內(nèi)皮細(xì)胞腫脹主要是由于細(xì)胞缺氧和缺少能量，使Na+-K+泵功能障礙，細(xì)胞內(nèi)水、鈉增多所致；酸中毒致Na+-H+交換增加也參與其發(fā)生。內(nèi)皮細(xì)胞腫脹擠占了血液流動(dòng)的空間，毛細(xì)血管內(nèi)徑縮小到一定程度使得血細(xì)胞無(wú)法通過(guò)時(shí)，相當(dāng)于流動(dòng)阻力無(wú)限大。內(nèi)皮細(xì)胞腫脹使白細(xì)胞嵌塞是休克治療后血壓恢復(fù)而毛細(xì)血管仍然無(wú)復(fù)流和功能性毛細(xì)血管密度(functional capillary density，F(xiàn)CD)減少的重要原因。
炎癥中由于血管壁通透性增大而造成組織液生成增多，組織間隙的組織液聚積(水腫)擠壓微血管，導(dǎo)致毛細(xì)血管管徑變窄，引起血細(xì)胞通過(guò)時(shí)阻力增大，紅細(xì)胞通過(guò)時(shí)間延長(zhǎng)，白細(xì)胞通過(guò)時(shí)間延長(zhǎng)更為顯著；這就影響到毛細(xì)血管內(nèi)的血液成分流動(dòng)，出現(xiàn)停滯-再運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，甚至完全停滯在毛細(xì)血管中，可造成細(xì)靜脈的血液來(lái)源減少，流速下降。這一現(xiàn)象更易出現(xiàn)在液體在細(xì)胞間隙聚集后不易擴(kuò)張的組織，如腦、有緊密的筋膜鞘包圍的骨骼肌、腎等組織。
包括直捷通路這些細(xì)小的血管，組織水腫壓迫管壁外側(cè)引起的管徑狹窄將迅速增大血液流動(dòng)的阻力，當(dāng)小動(dòng)脈入口處的血壓不變時(shí)，這些細(xì)小血管的流量迅速減小，引起細(xì)靜脈的血液來(lái)源減少，流速下降。
二、臨近毛細(xì)血管的細(xì)靜脈中白細(xì)胞的趨邊現(xiàn)象
（1）白細(xì)胞到達(dá)細(xì)靜脈的通路之分析
骨骼肌微血管的空間架構(gòu)和血流控制機(jī)構(gòu)的分布對(duì)微循環(huán)的流變狀態(tài)具有重大的影響。新的研究一般認(rèn)為骨骼肌微循環(huán)的血流控制由基本微血管單元MVUs構(gòu)成。一個(gè)微血管單元由一個(gè)微動(dòng)脈（比較小的細(xì)動(dòng)脈）、一個(gè)毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)（或兩個(gè)）微靜脈（比較小的細(xì)靜脈）組成，一個(gè)微血管單元的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)大約包括10～20個(gè)毛細(xì)血管。骨骼肌中毛細(xì)血管灌注的調(diào)節(jié)由MVUs的控制實(shí)現(xiàn)，微動(dòng)脈控制血流的流量，而毛細(xì)血管前括約肌的開(kāi)閉調(diào)整毛細(xì)血管灌流數(shù)量，控制進(jìn)入微循環(huán)毛細(xì)血管網(wǎng)的血流量使之和物質(zhì)代謝程度相適應(yīng)，擔(dān)當(dāng)著基礎(chǔ)的控制和分配元素的功能。
直捷通路(thoroughfare channel)是微動(dòng)脈的直接延伸，其管壁平滑肌逐漸稀小以至消失，結(jié)構(gòu)與毛細(xì)血管相同，只是管徑略粗。這條通路較直，流速較快，加之直捷通路血管管壁較厚，又承受較大的血流壓力，故經(jīng)常處于開(kāi)放狀態(tài)。在組織處于靜息狀態(tài)時(shí)，微循環(huán)的血流大部由微動(dòng)脈直捷通路快速入微靜脈，只有小部分血液流經(jīng)真毛細(xì)血管。當(dāng)組織處于功能活躍時(shí)，毛細(xì)血管前括約肌開(kāi)放，大部分血液流經(jīng)真毛細(xì)血管網(wǎng)，血液與組織之間進(jìn)行充分的物質(zhì)交換。
由細(xì)動(dòng)脈主干流入“直捷通路”與“迂回通路”共同的細(xì)動(dòng)脈分支（俗稱(chēng)“微動(dòng)脈”）的血細(xì)胞，一部分由“迂回通路”流到細(xì)靜脈，而沒(méi)有流入到“迂回通路”中時(shí)，就只有通過(guò)“直捷通路”流到細(xì)靜脈。經(jīng)過(guò)“直捷通路”流到細(xì)靜脈的血細(xì)胞有更重要的意義：當(dāng)“迂回通路”血流不通暢的情況時(shí)（如水腫、毛細(xì)血管閉塞等），特別是硬度高、不易變形進(jìn)入“迂回通路”的毛細(xì)血管入口的白細(xì)胞，“直捷通路”是其通過(guò)的主要通道。白細(xì)胞穿過(guò)血管壁而進(jìn)入組織是炎癥期間的重要特征，癥狀嚴(yán)重時(shí)，單位時(shí)間穿過(guò)血管壁的白細(xì)胞數(shù)量更多，需要有通路向微靜脈不斷補(bǔ)充白細(xì)胞，才能維持炎癥的癥狀。而此刻隨著組織腫脹的加劇，毛細(xì)血管更加狹窄，紅細(xì)胞亦難以通過(guò)，更何況白細(xì)胞？因此，毛細(xì)血管是難以勝任此刻這個(gè)通路的職責(zé)的，直捷通路輸送白細(xì)胞到達(dá)微靜脈是僅有的可能性。
通過(guò)以上對(duì)微循環(huán)血管網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分析，我們認(rèn)識(shí)到“直捷通路”是在炎癥期間輸送大量白細(xì)胞到達(dá)毛細(xì)血管后段及臨近的細(xì)靜脈的重要途徑。
（2）臨近毛細(xì)血管的細(xì)靜脈中白細(xì)胞的趨邊現(xiàn)象研究
以前的研究一般認(rèn)為：在白細(xì)胞黏附的血管區(qū)段所出現(xiàn)的白細(xì)胞趨邊現(xiàn)象，是由于血液流速變緩、切變率下降使得軸流現(xiàn)象不能維持的緣故，或是由于紅細(xì)胞的聚集把白細(xì)胞推向周邊。但仔細(xì)分析，認(rèn)為應(yīng)用“軸流現(xiàn)象”來(lái)解釋此處的“白細(xì)胞趨邊現(xiàn)象”實(shí)在是很牽強(qiáng)，因?yàn)樵谶@個(gè)區(qū)段的血液流變是很難發(fā)生軸流現(xiàn)象；軸流這種亞穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的形成需要一段相對(duì)較長(zhǎng)的管道，并且與血液的切變率大小密切相關(guān)，后微靜脈自毛細(xì)血管端開(kāi)始的流變長(zhǎng)度不足和較低的切變率是難以達(dá)到這個(gè)條件的。而且紅細(xì)胞剛剛從毛細(xì)血管中被一個(gè)一個(gè)地序貫釋放出來(lái)，或者是由直捷通路序貫而來(lái)，不可能迅速地就發(fā)生顯著的聚集現(xiàn)象，由于出現(xiàn)顯著的聚集現(xiàn)象需要一定的的碰撞幾率和碰撞空間來(lái)實(shí)現(xiàn)，這兩個(gè)條件在細(xì)靜脈靠近毛細(xì)血管的區(qū)段都不能滿足；否則，一旦紅細(xì)胞出現(xiàn)如此強(qiáng)烈的聚集傾向，則在略大的細(xì)靜脈中更容易聚集成團(tuán)而威脅到循環(huán)系統(tǒng)的基本功能；由此，用紅細(xì)胞的聚集來(lái)解釋白細(xì)胞的趨邊現(xiàn)象，是不能使用在臨近毛細(xì)血管的細(xì)靜脈這個(gè)區(qū)段上的。
發(fā)生在毛細(xì)血管中的白細(xì)胞流變現(xiàn)象是這種情形：白細(xì)胞通過(guò)毛細(xì)血管時(shí)會(huì)出現(xiàn)停頓、甚至是嵌塞現(xiàn)象，白細(xì)胞前面出現(xiàn)血漿柱，后面則跟隨著一串象火車(chē)一樣的紅細(xì)胞，血液在毛細(xì)血管的血壓降主要集中在白細(xì)胞上。當(dāng)白細(xì)胞流出狹窄的毛細(xì)血管進(jìn)入到一個(gè)管徑較大的區(qū)域中時(shí)，白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞之間的阻力將迅速減小、甚至消失，原來(lái)施加在白細(xì)胞上的血壓降轉(zhuǎn)移到后面的紅細(xì)胞上，由于紅細(xì)胞的變形性很好，可以順利通過(guò)毛細(xì)血管，于是紅細(xì)胞及毛細(xì)血管中的血漿被快速推動(dòng)起來(lái)，紅細(xì)胞“頂”著前面的白細(xì)胞加速，后面的紅細(xì)胞又推動(dòng)前面的紅細(xì)胞加速，這樣就使得前端的血細(xì)胞不斷地被后面的紅細(xì)胞擠離流場(chǎng)中部，出現(xiàn)了白細(xì)胞的趨邊現(xiàn)象。
而由直捷通路來(lái)的白細(xì)胞進(jìn)入到細(xì)靜脈時(shí)，管徑突然變得寬闊，流速也變緩慢，其流態(tài)與從毛細(xì)血管中流出很相似，于是也表現(xiàn)出白細(xì)胞的趨邊現(xiàn)象。
三、白細(xì)胞的初步激活及在內(nèi)皮細(xì)胞表面的滾動(dòng)
當(dāng)白細(xì)胞趨邊時(shí)，一方面由于組織內(nèi)通過(guò)血管壁釋放到血液中的可溶性炎癥因子和內(nèi)皮細(xì)胞激活后釋放到血液中的可溶性炎癥因子濃度的升高而對(duì)白細(xì)胞產(chǎn)生更強(qiáng)烈的刺激，另一方面白細(xì)胞可以直接與激活的內(nèi)皮細(xì)胞的表面上的炎癥因子發(fā)生接觸而感受刺激：內(nèi)皮細(xì)胞表面的糖蛋白中富含(硫酸)肝素糖胺多糖(heparin/heparansulfate glycosaminoglycan，GAG)，可與化學(xué)激動(dòng)劑分子結(jié)合的位點(diǎn)結(jié)合，流經(jīng)血液中的趨化因子常錨泊于內(nèi)皮細(xì)胞表面，當(dāng)白細(xì)胞接觸到內(nèi)皮細(xì)胞時(shí)，錨泊于內(nèi)皮細(xì)胞表面的趨化因子可以就近、更有效的作用于白細(xì)胞上的受體可促進(jìn)趨化因子對(duì)白細(xì)胞受體的作用；組織中的巨噬細(xì)胞或肥大細(xì)胞聚集到炎癥部位并釋放IL-1、TNF、組胺和TGF-β等活性物質(zhì)激活內(nèi)皮細(xì)胞，激活后的內(nèi)皮細(xì)胞可釋放一系列的相關(guān)因子激活白細(xì)胞；另外，內(nèi)皮細(xì)胞還能通過(guò)細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)，將血管外周成纖維細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞等分泌的化學(xué)激動(dòng)劑(如IL-8)轉(zhuǎn)運(yùn)到血管內(nèi)腔表面，這就使得血管外周組織分泌的化學(xué)激動(dòng)劑也能被遞呈于血管內(nèi)側(cè)。這些都有助于加強(qiáng)白細(xì)胞的激活。激活后的白細(xì)胞還可以通過(guò)與內(nèi)皮細(xì)胞的接觸而發(fā)生信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，強(qiáng)化內(nèi)皮細(xì)胞的激活。初步激活的白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞進(jìn)入到初始黏附的進(jìn)程。
正常情況下，內(nèi)皮細(xì)胞的選擇素不表達(dá)或低表達(dá)，而化學(xué)介質(zhì)的激活作用可以誘導(dǎo)其表達(dá)或調(diào)高表達(dá)。如P-選擇素素，正常位于內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)的Weibel-Palade小體，在組胺、凝血素、血小板激活因子(PAF)等介質(zhì)的作用下，P-選擇素快速(數(shù)分鐘內(nèi))分布到細(xì)胞表面，利于與白細(xì)胞結(jié)合。同樣，正常的血管內(nèi)皮細(xì)胞E-選擇素不表達(dá)，而炎性介質(zhì)(如IL-1和TNF)可以誘導(dǎo)其合成和表達(dá)，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞與白細(xì)胞結(jié)合，但此過(guò)程需要合成新的蛋白質(zhì)，并且通常在1～2個(gè)h后才開(kāi)始。L-選擇素在白細(xì)胞表面的表達(dá)較為固定，不易受其他因素的影響；L-選擇素的配體可在TNF、LPS等炎癥介質(zhì)作用下，在內(nèi)皮細(xì)胞表面表達(dá)增多，從而有利于L-選擇素介導(dǎo)的黏附。
由于選擇素與配體的動(dòng)力學(xué)不同，不同的選擇素在炎癥反應(yīng)的不同階段起作用。在早期(<20min)主要由P-選擇素介導(dǎo)，L-選擇素只是部分參與，E-選擇素幾乎不起作用，這與P-選擇素從內(nèi)皮細(xì)胞上快速釋放相一致。其后(>20min)滾動(dòng)主要由L-選擇素介導(dǎo)，P-選擇素的作用降低。E-選擇素在炎癥反應(yīng)后2～4小時(shí)起作用，其表達(dá)具有組織部位特異性。各種選擇素在作用時(shí)間上的重疊使它們能協(xié)同作用提升效率。
在體內(nèi)L-選擇素參與白細(xì)胞的快速(50～150μm/s)滾動(dòng)，E-選擇素參與慢速(3～10μm/s)滾動(dòng)，P-選擇素參與中間速率(20～50)m/s)滾動(dòng)。這種速度差異可以使白細(xì)胞在L-選擇素的介導(dǎo)下慢速滾動(dòng)，L-選擇素介導(dǎo)的滾動(dòng)使P-或E-選擇素介導(dǎo)的滾動(dòng)變得容易并增強(qiáng)了后二者的作用。然而好的、穩(wěn)定的白細(xì)胞滾動(dòng)則需要L-、E-和P-選擇素的協(xié)同作用，正是3種選擇素的共同作用，白細(xì)胞才能與內(nèi)皮細(xì)胞接觸并滾動(dòng)。這是白細(xì)胞粘附的開(kāi)始步驟，而L-選擇素在白細(xì)胞粘附中起“錨”的作用，由于L-選擇素與其配體結(jié)合的親和力低，加上白細(xì)胞活化后，L-選擇素的細(xì)胞外域會(huì)在滾動(dòng)發(fā)生的幾秒鐘后隨即脫落(shedding)，使白細(xì)胞并不與內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生牢固黏附。滾動(dòng)的白細(xì)胞流經(jīng)炎癥部位微靜脈的速度較正常流動(dòng)的白細(xì)胞慢得多，因此有更多的機(jī)會(huì)與微靜脈內(nèi)皮細(xì)胞緊密接觸，而懸浮的白細(xì)胞在各種刺激因子作用下雖然也有激活，但較與內(nèi)皮細(xì)胞接觸后受刺激激活的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間上相差很多。這種滾動(dòng)對(duì)白細(xì)胞進(jìn)一步的活化是必要的，使白細(xì)胞通過(guò)損傷區(qū)的速度持續(xù)減慢，使白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞有時(shí)間活化或獲得趨化的信號(hào)。
四、白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的初始黏附對(duì)血液流變的影響——血液黏度的上升與流速的降低
炎癥發(fā)生時(shí)，在臨近毛細(xì)血管的細(xì)靜脈中會(huì)出現(xiàn)“血液濃縮、粘滯性增加”的現(xiàn)象，以往對(duì)其原因的分析是“由于血管通透性升高，血漿從微靜脈外逸?！焙汊\(yùn)動(dòng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究認(rèn)為：導(dǎo)致血液粘稠的主要原因可能不是由于血漿從血管內(nèi)向組織間隙的流失。因?yàn)檠褐饾u變粘稠是一個(gè)持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)的過(guò)程，而流入的血液一般具有正常的黏度，如果導(dǎo)致血液變粘稠的丟失血漿全部轉(zhuǎn)變成了組織液，試想那將是一個(gè)多么大的液體總?cè)萘浚词鼓軓牧馨凸芘抛咭徊糠?，剩下的超量容積能在組織間隙中存留下來(lái)嗎？
恒怡運(yùn)動(dòng)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為：造成上述現(xiàn)象的原因需要從白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附進(jìn)程中的生物力學(xué)相互作用中去探究。選擇素發(fā)揮作用后不斷降低著白細(xì)胞的前行速度，尤其是L-選擇素的持續(xù)“黏著-脫落”產(chǎn)生的制動(dòng)力就象汽車(chē)行進(jìn)中的“點(diǎn)剎”方式一樣，所形成白細(xì)胞前進(jìn)的阻力可引起白細(xì)胞速度的持續(xù)下降，因而在相對(duì)狹窄的細(xì)靜脈中將對(duì)血液流態(tài)產(chǎn)生影響：血漿中的水分子等小分子由于個(gè)體小，與白細(xì)胞表面的黏滯阻力低，故對(duì)整體血漿所造成的速度損失較小，因而相對(duì)快速地向前流走了；紅細(xì)胞由于體形巨大而與降速的白細(xì)胞發(fā)生碰撞等過(guò)程后顯著地降低了流動(dòng)速率，相對(duì)地停滯下來(lái)。這種模式從整體上可以近似看成是紅細(xì)胞和血漿的分流，紅細(xì)胞被抑留下來(lái)，會(huì)造成單位空間中紅細(xì)胞數(shù)量增加，相當(dāng)于紅細(xì)胞的比容提高。當(dāng)紅細(xì)胞比容上升后，血液的黏度將急劇增加，導(dǎo)致血液流動(dòng)阻力增加，引起血液流速變緩慢。同樣，血漿中的大分子也存在一定程度的抑留，濃度上升，引起血漿黏度升高，也會(huì)導(dǎo)致血液流動(dòng)阻力增加。
隨著血液流速降低，紅細(xì)胞受到的剪切力下降而致使變形能力降低，也是導(dǎo)致血液黏度上升一個(gè)因素。
正常時(shí)紅細(xì)胞懸浮在血漿中，呈均勻狀態(tài)，紅細(xì)胞間不發(fā)生聚集，這是因?yàn)槊總€(gè)紅細(xì)胞表面均帶負(fù)電荷，但是炎癥時(shí)由于致炎因子直接作用于紅細(xì)胞，使紅細(xì)胞表面帶電減少，可促使紅細(xì)胞發(fā)生一定程度的輕微聚集。當(dāng)血流速度低時(shí)，紅細(xì)胞聚集的幾率升高，也是導(dǎo)致血液黏度上升一個(gè)因素。
血液在細(xì)靜脈黏度的升高造成在本段血管的血壓降的增高及細(xì)動(dòng)脈到本段的血壓降的減低，致使流入本段血管的血液量減少，進(jìn)一步促進(jìn)了本段血管中血液流速的降低和黏度的上升。血液黏度的上升與流速的降低的幅度和速度主要與白細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞的激活程度和選擇素的作用強(qiáng)度密切相關(guān)，這個(gè)進(jìn)程一直持續(xù)發(fā)展到流入的血細(xì)胞與流出的血細(xì)胞達(dá)到基本的動(dòng)態(tài)平衡。
五、血流緩慢對(duì)白細(xì)胞黏附的影響
血液流速降低后，白細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞表面滾動(dòng)的速度減緩，選擇素接觸的機(jī)會(huì)增多，使白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞充分激活。如中性粒細(xì)胞在選擇素介導(dǎo)下放慢滾動(dòng)速度時(shí)，它會(huì)更有效地與內(nèi)皮細(xì)胞上的趨化物質(zhì)IL-8、PAF等結(jié)合，使β2整合素發(fā)生變構(gòu)效應(yīng)而激活。在β2整合素的介導(dǎo)下，中性粒細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞牢固地粘附。同時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞上的ICAM-1表達(dá)上調(diào)，有利于整合素介導(dǎo)牢固粘附。
研究證明剪切力誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞IL-8 mRNA表達(dá)是時(shí)間和剪切力大小依賴(lài)性的，高剪切力可抑制IL-8 mRNA表達(dá)。血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)IL-8需要流體剪切力的作用，而且IL-8蛋白質(zhì)的表達(dá)量與剪切力的作用時(shí)間和作用強(qiáng)度有關(guān)。IL-8蛋白質(zhì)的分泌量與剪切力強(qiáng)度呈反變關(guān)系，低剪切力(2．09dyne/cm2)時(shí)，IL-8蛋白質(zhì)的表達(dá)量明顯增加，為高剪切力(18．32dyne/cm2)時(shí)IL-8蛋白質(zhì)的表達(dá)量的約6～7倍。IL-8是迄今為止發(fā)現(xiàn)的趨化細(xì)胞因子中對(duì)中性粒細(xì)胞作用特異性比較強(qiáng)的一種，也是中性粒細(xì)胞強(qiáng)的刺激劑之一。血流緩慢形成的低剪切力環(huán)境有利于增加中性粒細(xì)胞的激活程度和黏附數(shù)量。
血管壁上的內(nèi)皮細(xì)胞中編碼單核細(xì)胞趨化蛋白質(zhì)(MCP-1)蛋白的基因在沒(méi)有剪切力作用時(shí)是失活的。血液的層流剪切力會(huì)導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞的MCP-1及多種增生基因的迅速上調(diào)。低剪切力促進(jìn)了內(nèi)皮細(xì)胞分泌大量的MCP-1趨化單核細(xì)胞黏附到內(nèi)皮細(xì)胞上。
LFA-1、Mac-1屬于白細(xì)胞β2-整合素。低剪切力可使LFA-1、Mac-1表達(dá)明顯增加，而隨著剪切力的增加，LFA-1、Mac-1表達(dá)明顯減少，這些結(jié)果與內(nèi)皮細(xì)胞IL-8表達(dá)隨剪切力強(qiáng)度而變化的規(guī)律是相同的。而IL-8可以激活中性粒細(xì)胞，上調(diào)LFA-1、Mac-1的表達(dá)。因此，可以推測(cè)血流緩慢時(shí)降低剪切力可通過(guò)影響內(nèi)皮細(xì)胞分泌IL-8來(lái)增強(qiáng)中性粒細(xì)胞表面LFA-1、Mac-1的表達(dá)，進(jìn)而加強(qiáng)中性粒細(xì)胞-內(nèi)皮細(xì)胞黏附。
六、白細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞表面的滾動(dòng)中的再次激活
當(dāng)緩慢滾動(dòng)的白細(xì)胞暴露在內(nèi)皮細(xì)胞快速表達(dá)的PAF、白三烯等因子的環(huán)境下，可提高L-selectin的脫落水平。L-選擇素與配體的結(jié)合在白細(xì)胞起始黏附過(guò)程中的作用不僅表現(xiàn)為它們作為錨定分子將白細(xì)胞捕獲到活化的內(nèi)皮細(xì)胞上，同時(shí)，L-選擇素作為信號(hào)受體還可向白細(xì)胞內(nèi)傳遞信號(hào)，參與白細(xì)胞的活化。隨著L-selectin的脫落，白細(xì)胞表面β2-整合素的表達(dá)和活化也相應(yīng)增加。受激表達(dá)的CD11/CD18結(jié)合內(nèi)皮細(xì)胞表面上的ICAM-1，而β2-整合素/ICAM-1的粘附作用在數(shù)分鐘內(nèi)促使白細(xì)胞牢固粘附并游行到炎癥組織中。
觸發(fā)是白細(xì)胞整合蛋白的激活，只有活化的整合蛋白才能促進(jìn)強(qiáng)烈的粘附，從而使?jié)L動(dòng)的白細(xì)胞停止下來(lái)，使一過(guò)性的滾動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫o密黏附，發(fā)展到牢固黏附。白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞固定黏著后，觸發(fā)了一系列信號(hào)事件：活化的白細(xì)胞在內(nèi)皮表面變得扁平，微管重新組裝，在偽足部充填了肌動(dòng)蛋白，用微吸管技術(shù)證明偽足比細(xì)胞體有更高的硬度；而且白細(xì)胞變得扁平，增加整合蛋白介導(dǎo)的連接的接觸面積，降低血流的牽引力；黏附以后也激發(fā)了血管內(nèi)皮細(xì)胞之間信號(hào)傳遞，如白細(xì)胞CD11/CD18黏附蛋白與內(nèi)皮細(xì)胞相應(yīng)配基(ICAM-1)結(jié)合后，引起內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞骨架重建(remodeling)，增加了內(nèi)皮細(xì)胞的黏度。內(nèi)皮細(xì)胞和白細(xì)胞在促炎細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)的作用下被進(jìn)一步激活，細(xì)胞粘附分子表達(dá)增多，如內(nèi)皮細(xì)胞激活后其表面的ICAM-1可增加30倍，而E-選擇素可增加100倍。白細(xì)胞被激活后，不僅膜表面的整合素家族黏附分子LFA-1和VLA-4增多，整合素構(gòu)象也發(fā)生變化，使其與配體結(jié)合的親和力增高。激活的白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞依賴(lài)于表面黏附分子對(duì)的結(jié)合(如α1β2-ICAM-1，2，3、α4β1-VCAM-1)發(fā)生牢固黏附。
七、牢固黏附形成對(duì)血液流變的影響：
當(dāng)牢固黏附出現(xiàn)后，這種粘附力可達(dá)0．004N/cm2(400dyn/cm2)，在低血流狀態(tài)時(shí)，不可能有足夠大的剪切力驅(qū)開(kāi)牢固粘附的白細(xì)胞。白細(xì)胞粘附到血管的管壁上，猶如河床底部鋪上了許多石頭塊一樣，嚴(yán)重時(shí)貼壁粘附的白細(xì)胞沿微血管壁“成隊(duì)排列”，臨床上可觀察到炎癥引起的微循環(huán)紊亂往往有一層相當(dāng)厚的中性粒細(xì)胞位于靜脈壁處。而且已黏附于內(nèi)皮細(xì)胞的白細(xì)胞可以像活化的內(nèi)皮細(xì)胞一樣支持白細(xì)胞的滾動(dòng)。
由于白細(xì)胞粘附于管壁，使得該處的有效管腔明顯減小，尤其在細(xì)靜脈分叉處，粘附的白細(xì)胞使管腔變窄。平時(shí)這些血管段的流動(dòng)阻力較低，但此時(shí)也表現(xiàn)出較高的阻力。毛細(xì)血管后的細(xì)靜脈的血流阻力將顯著增加，據(jù)Eriksson計(jì)算可增高200多倍。毛細(xì)血管前段與后段的阻力比值的偏移可引起毛細(xì)血管內(nèi)壓力的自動(dòng)升高，隨后又造成向組織間隙滲濾的增加。這些情況也可導(dǎo)致前已述及的局部血液濃縮現(xiàn)象，這是解釋燒傷后細(xì)靜脈淤血和水腫發(fā)生的一種新的機(jī)制，也是促成毛細(xì)血管淤血的原因之一。當(dāng)末梢微循環(huán)血流嚴(yán)重阻礙時(shí)，白細(xì)胞的病理生理意義就更為突出了：不僅僅是使細(xì)胞變形的剪切力不足以強(qiáng)迫白細(xì)胞快速地流過(guò)毛細(xì)血管，更糟的是此時(shí)的白細(xì)胞很容易造成毛細(xì)血管的完全阻塞，從而促進(jìn)微循環(huán)血流淤滯的發(fā)生，造成細(xì)胞和組織的缺氧性損傷。而血流緩慢，引起血液的剪切力下降，進(jìn)一步促進(jìn)了白細(xì)胞黏附數(shù)量的增多，結(jié)果可使血流停滯。微循環(huán)明顯紊亂使局部組織營(yíng)養(yǎng)障礙，這些現(xiàn)象如果發(fā)生在心、腦、肺等重要臟器，則可以作為致死原因之一。
八、低剪切力環(huán)境的形成與炎癥的發(fā)展和持續(xù)：
從細(xì)胞流變學(xué)角度分析，白細(xì)胞貼壁黏附受兩種力的影響，一為血液流動(dòng)在管壁引起的剪切力，它阻礙白細(xì)胞貼壁；另一為白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞之間的黏附力，它促進(jìn)白細(xì)胞貼壁。白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附能力的變化是引起白細(xì)胞在血管內(nèi)膜黏附的主要因素，其主要途經(jīng)是依賴(lài)于白細(xì)胞表面的CD11/CD18復(fù)合體抗原體系所形成的牢固黏附。當(dāng)機(jī)體出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p傷時(shí)，如燒傷、典型的缺血-再灌注損傷等病理中，內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞感受到高濃度炎性因子的刺激而激活程度高，造成黏附能力迅速增強(qiáng)，可以在毛細(xì)血管后的細(xì)靜脈內(nèi)的流速尚未明顯下降、剪切力尚未明顯降低的短時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)大量的白細(xì)胞黏附在內(nèi)皮細(xì)胞上。然而，常見(jiàn)的病理大多是輕微的損傷，如運(yùn)動(dòng)造成的骨骼肌微損傷、非典型性缺血-再灌注損傷等，損傷部位產(chǎn)生的炎性因子濃度不高，內(nèi)皮細(xì)胞、白細(xì)胞激活程度有限，黏附力的增強(qiáng)并未形成克服剪切力的固有優(yōu)勢(shì)，往往需要通過(guò)剪切力的降低來(lái)輔助完成黏附和游出的進(jìn)程。這就是在一般炎癥過(guò)程中可以觀測(cè)到的低剪切力環(huán)境的形成和炎癥的發(fā)展。
白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附是一個(gè)多步驟、序貫性的過(guò)程，上一步驟完成后需要具備一定的條件才能進(jìn)展到下一步驟，白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞的相應(yīng)激活是這些一定條件中的關(guān)鍵因素。白細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞的激活也是一個(gè)多步驟的過(guò)程，并不是一次就完成了“激活”，而是分步驟、有條件的激活。需要特別引起關(guān)注的是：白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞在激活中具有相互促進(jìn)和相互依賴(lài)的特征，尤其是白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞靠近時(shí)和充分接觸時(shí)，相互的影響更為顯著。
從白細(xì)胞黏附到內(nèi)皮細(xì)胞的過(guò)程來(lái)看，低剪切力環(huán)境的形成有著至關(guān)重要的意義。一方面，白細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)部的分子機(jī)制具備了促成低剪切力環(huán)境的形成的能力；另一方面，低剪切力環(huán)境的形成促進(jìn)了白細(xì)胞黏附到內(nèi)皮細(xì)胞的過(guò)程。這個(gè)促進(jìn)表現(xiàn)在以下方面：
（1）在白細(xì)胞的起始黏附進(jìn)程中，低剪切力環(huán)境使白細(xì)胞趨邊并與內(nèi)皮細(xì)胞靠近的幾率大大增加，促進(jìn)了白細(xì)胞的初步激活，提高了白細(xì)胞黏附的數(shù)量；低剪切力環(huán)境使白細(xì)胞滾動(dòng)緩慢，可與內(nèi)皮細(xì)胞充分接觸以加強(qiáng)激活程度，加快了白細(xì)胞黏附的進(jìn)程；低剪切力環(huán)境減少了在起始黏附進(jìn)程中的白細(xì)胞被沖走的比率，促成了更多的白細(xì)胞進(jìn)入到牢固黏附的步驟中。
（2）內(nèi)皮細(xì)胞在低剪切力環(huán)境可以成倍地增加IL-8、MCP-1等炎性因子的分泌總量，促進(jìn)了白細(xì)胞的激活，促使白細(xì)胞盡快地進(jìn)展到牢固黏附中。
通過(guò)上述分析，我們可以知道：在一般炎癥中，低剪切力環(huán)境的形成是大量白細(xì)胞黏附和游出的前提條件，是炎癥得以發(fā)展和持續(xù)的關(guān)鍵因素。單個(gè)的白細(xì)胞要經(jīng)歷初始黏附到牢固黏附并游出血管，而隨著炎癥的進(jìn)展，初始黏附和牢固黏附表現(xiàn)為并發(fā)的事件，共同促進(jìn)低剪切力環(huán)境的形成和維持。當(dāng)血液流速下降、剪切力降低時(shí)，初始黏附發(fā)生的幾率更高、進(jìn)程加快，牢固黏附的進(jìn)程也加速，因此，炎癥灶血液流變的變化和低剪切力環(huán)境的形成無(wú)疑是促進(jìn)炎癥發(fā)展和持續(xù)的重要因素。尤其是對(duì)于骨骼肌微損傷、骨骼肌勞損等輕微損傷誘因引起的輕微炎性反應(yīng)，低剪切力環(huán)境是控制炎癥強(qiáng)度的杠桿性要素。這種指導(dǎo)性認(rèn)識(shí)的突破是調(diào)控炎癥研究上一個(gè)飛躍，從而可以將生物力學(xué)因素作為調(diào)節(jié)炎癥的一種手段來(lái)發(fā)揮抗炎作用，并將在未來(lái)獲得更加廣泛和更加深入的應(yīng)用。