血细胞生理¶

血液有形成分处于持续生成、迁移和清除的动态通量中。红细胞在血管内完成气体载运后逐渐老化，白细胞在骨髓、血液和组织之间迁移，血小板则从巨核细胞释放并在血管受损时迅速改变状态。骨髓持续补充这些成分，脾、肝和各组织又不断清除或接纳它们；外周血所见只是这一动态通量在某一时刻留下的截面。

“血细胞”是沿用已久的总称，但三类有形成分并不具有同样的细胞结构。白细胞是有核的完整细胞；成熟哺乳动物红细胞已经去核并丢失多数细胞器；血小板则是巨核细胞释放的无核细胞质片段。把三者并列起来的依据，是它们都由造血系统产生并进入循环，而不是它们在细胞学上完全同类。¹

有形成分的循环区室与功能¶

红细胞绝大部分时间留在血管内，白细胞常把血液当作通往组织的运输通道，血小板则巡行于血管界面并在局部损伤处被激活。三者数量相差很大，通常是红细胞最多、血小板次之、白细胞最少；但功能重要性不能从数量排序推出。

红细胞比容（hematocrit，Hct）是红细胞体积占全血体积的分数，不是红细胞数量的另一种写法。它一方面随循环红细胞总量变化，另一方面也随血浆容积改变；脱水可在红细胞总量不增加时使 Hct 升高，扩容则可产生相反结果。Hct、红细胞变形能力和低剪切时的聚集共同影响全血黏度，血浆蛋白及血流条件的完整关系见血液与循环生理总论。

造血的稳态维持与需求响应¶

骨髓龛中的干细胞与祖细胞异质性¶

成年哺乳动物的稳态造血主要发生在红骨髓。少数造血干细胞（hematopoietic stem cell，HSC）具有长期自我更新和重建多种血细胞谱系的能力，其后代在增殖过程中逐渐取得红系、巨核系、粒—单核系或淋巴系偏向。经典的“共同髓系祖细胞—共同淋巴系祖细胞”分支树适合作为谱系导航，却不表示每个细胞都必经一组界限分明的中间格子；单细胞和克隆研究显示，干／祖细胞群内部存在异质性，谱系偏向常沿连续轨迹形成。HSC 也可以对称或不对称分裂，不能把每次分裂固定成“一个 HSC 加一个祖细胞”。²

造血微环境是由血管、基质细胞、造血细胞、神经和细胞外基质共同组成的主动调节网络。多数 HSC 位于血管周围，附近的窦状内皮、周血管间充质基质细胞、巨核细胞、巨噬细胞、交感神经末梢和细胞外基质共同提供 CXCL12、干细胞因子等定位、生存和静息信号。细胞可在龛中停留、进入增殖，也可少量进入循环后再次归巢；这些状态由局部接触、可溶性因子、昼夜节律和全身需求共同决定。³

造血谱系的共同起点与反馈调节¶

造血因子主要调节祖细胞的存活、增殖、成熟和释放概率，并与细胞已有的谱系偏向共同作用。促红细胞生成素（erythropoietin，EPO）、粒细胞集落刺激因子（granulocyte colony-stimulating factor，G-CSF）和促血小板生成素（thrombopoietin，TPO）是三条最容易辨认的全身反馈轴，其他集落刺激因子、白细胞介素以及局部龛信号会与它们重叠作用。

人类胚胎造血的位置会随发育阶段转换并重叠：卵黄囊先产生原始血细胞，主动脉—性腺—中肾区（aorta–gonad–mesonephros region，AGM 区）等部位出现能够长期重建的 HSC，随后胎肝成为重要扩增场所，骨髓在胎儿后期逐步接管。成年后正常造血集中在中轴骨和若干长骨近端的红骨髓。其他脊椎动物的成体造血器官可包括肾、脾或肝，因此不能把人的器官序列直接当作所有动物的通则。⁴

红细胞的血红蛋白封装与气体载运¶

红细胞变形能力的结构基础¶

人和其他多数哺乳动物的成熟红细胞呈双凹圆盘状。相对于同体积球体，这种几何形状保留了较大的膜面积与容积余量，使细胞能够在不显著拉伸脂质双层的条件下折叠、拉长并通过狭窄微血管和脾窦间隙。真正承受剪切并让形变可逆的，是脂质双层下方的膜骨架：血影蛋白四聚体由短肌动蛋白丝等连接成网，锚蛋白把部分血影蛋白连接到阴离子交换蛋白 1（anion exchanger 1，AE1，又称带 3），蛋白 4.1R 等则把连接复合体系锚定在血型糖蛋白 C 一侧。这个网络既要足够柔顺，又要避免膜面积在循环中持续丢失。⁵

红细胞变形能力至少取决于三个相互补充的因素：表面积／体积比决定几何余量，血红蛋白浓度与含水量影响胞质黏度，膜—骨架连接则决定黏弹性和机械稳定。遗传性球形红细胞增多症中，膜骨架或垂直连接缺陷导致膜面积逐步丢失，细胞趋于球形；它因膨胀余量减少而更易在低渗环境中溶血，也更难通过脾脏的机械筛选。双凹形的运输优势同时来自几何余量、膜骨架材料性质与血流条件的协调。⁶

哺乳动物是稳态下成熟红细胞普遍去核的脊椎动物类群；鸟、爬行类、两栖类和鱼类的成熟红细胞通常仍有核，常呈椭圆形并可保留线粒体。不同物种在细胞大小、数量、代谢和血红蛋白浓度之间各自权衡，不能用“越高等，红细胞越小、越多、分化越完全”的阶梯描述。⁷

红细胞的能量与抗氧化代谢¶

成熟哺乳动物红细胞没有线粒体和核糖体，既不以线粒体氧化磷酸化消耗所运输的氧，也难以补充已经损伤的蛋白。葡萄糖经葡萄糖转运蛋白 1（glucose transporter 1，GLUT1）进入后，糖酵解提供维持离子梯度、膜不对称和骨架状态所需的三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）；丙酮酸还原为乳酸则再生 NAD\(^+\)，使糖酵解能够持续。氧化磷酸戊糖途径生成还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH），以维持谷胱甘肽等还原系统；还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）依赖的细胞色素 b\(_5\) 还原酶系统则持续把少量高铁血红蛋白还原回可结合氧的亚铁态。

Rapoport–Luebering 旁路从 1,3-二磷酸甘油酸（1,3-BPG）分流形成 2,3-二磷酸甘油酸（2,3-BPG），再回到 3-磷酸甘油酸（3PG）。它绕过磷酸甘油酸激酶，牺牲一次原本可以生成 ATP 的机会，却让红细胞调节血红蛋白的氧亲和力。因此一份葡萄糖碳流要在 ATP、2,3-BPG 和抗氧化还原力之间分配。缺少细胞器和蛋白更新能力，使红细胞代谢集中于这几类受限任务。⁸

氧、二氧化碳运输的红细胞耦联¶

把高浓度血红蛋白封装在红细胞内，既提供大量可逆结合 O\(_2\) 的位点，也把具有强反应性的血红素与血管壁隔开。2,3-BPG 优先结合去氧血红蛋白中央腔并稳定低亲和力构象，使血红蛋白在给定氧分压下较易卸氧；H\(^+\)、CO\(_2\)、温度及胎儿血红蛋白的共同作用留在气体交换与运输中按完整氧解离曲线讨论。血红蛋白的协同结合、CO、高铁态和 HbS 聚合则由生化页给出分子基础。

组织产生的 CO\(_2\) 进入红细胞后，由碳酸酐酶迅速催化为 HCO\(_3^-\) 与 H\(^+\)；H\(^+\) 可由血红蛋白缓冲，HCO\(_3^-\) 则经 AE1 与 Cl\(^-\) 交换后主要在血浆中运输。肺毛细血管中这些反应反向运行，重新生成可呼出的 CO\(_2\)。另一部分 CO\(_2\) 直接与血红蛋白等蛋白质的氨基端形成氨基甲酸化合物。红细胞在同一微小区室中耦联气体扩散、酸碱缓冲与跨膜阴离子交换。⁹

在人类，红细胞表面的补体受体 1（complement receptor 1，CR1）还可结合被补体 C3 片段调理的免疫复合物，并将其带到肝、脾由吞噬细胞移除。这个现象说明成熟红细胞虽不能转录，却仍通过膜蛋白参与血浆内容物的清除；补体激活和免疫复合物处理的主体机制见补体系统。¹⁰

红细胞聚集、沉降与渗透脆性¶

低剪切条件下，红细胞可形成钱串样叠连；剪切增强后，正常叠连多能解聚。纤维蛋白原、免疫球蛋白等血浆大分子可降低细胞间排斥或形成桥联，红细胞形态、Hct 和温度也会改变聚集与沉降。红细胞沉降率（ESR）因此是抗凝全血在规定条件下的体外物理读数，而不是红细胞自身一个固定的“悬浮稳定常数”，更不是某一种炎症分子的专一测定。¹¹

把红细胞置于低张溶液时，水进入细胞，体积增大到膜所能容纳的极限后发生溶血。渗透脆性反映膜完整性、表面积／体积比和细胞群异质性；球形细胞的膨胀余量小，往往在更高渗透浓度下就开始破裂。它与剪切下的变形能力相关，却不是同一个实验量，也不能仅按“老细胞脆、幼细胞不脆”作二分。

红细胞生成—清除的氧供反馈¶

肾脏氧感知与 EPO 轴¶

出生后，循环 EPO 主要来自肾脏血管周围的间质成纤维样细胞。氧充足时，脯氨酰羟化酶结构域蛋白（prolyl hydroxylase domain protein，PHD）促使缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor，HIF）-α 羟化并经 von Hippel–Lindau 蛋白（VHL）介导降解；肾局部氧供下降时，HIF-2α 稳定并促进 EPO 转录。EPO 到达骨髓后，重点支持红系集落形成单位（colony-forming unit-erythroid，CFU-E）和早期有核红细胞等已定向前体存活、增殖与成熟，而不是直接作用于成熟红细胞。组织氧输送改善后，肾氧张力和 EPO 刺激回落，形成跨越肾—骨髓—血液的负反馈。¹²

红系扩增还必须同步取得铁、氨基酸、叶酸和维生素 B\(_{12}\)。铁由转铁蛋白递送给红系细胞并装入血红素；叶酸与 B\(_{12}\) 参与一碳代谢和 DNA 合成，缺乏时首先妨碍快速分裂的有核前体。成熟红细胞不再合成 DNA，所以这些营养素的主要作用阶段在骨髓，而非让循环红细胞“恢复”。具体吸收位置和内因子依赖见消化与吸收。

有核红细胞在成熟过程中积累血红蛋白、缩小细胞体积并凝集染色质；晚期细胞把细胞核排出形成网织红细胞，后者在骨髓和外周血中继续清除残余 RNA、膜和细胞器。网织红细胞计数因而能反映近期红系输出，但其比例还受总红细胞数、提前释放和成熟所需时间影响。贫血时只看百分比可能高估有效产量，需结合绝对计数或校正指标解释。

红细胞清除与铁回收¶

人红细胞平均循环约 120 天，但单个细胞的寿命分布以及不同物种间差异都很大。随着时间推移，膜面积、抗氧化能力和变形能力逐渐下降；细胞通过脾红髓狭窄内皮间隙时受到反复机械检验，过硬或带有异常包涵体的红细胞容易被滞留、修整或由红髓巨噬细胞吞噬，肝和骨髓巨噬细胞也参与清除。成熟红细胞不进行有核细胞那套经典凋亡程序，却可出现 Ca\(^{2+}\) 升高、磷脂不对称改变和吞噬信号暴露；把所有清除统称为“凋亡”或断言“红细胞绝无程序性死亡样变化”都过于简单。¹³

巨噬细胞拆解血红蛋白后，珠蛋白回到氨基酸池，血红素经血红素加氧酶释放铁并形成胆绿素，随后转为胆红素交给肝胆系统排出；铁则经铁输出蛋白进入血浆、装载到转铁蛋白，再供骨髓红系使用。稳态下，红细胞回收贡献的铁通量远大于每日膳食净吸收，因此红细胞生成与清除实际上共享同一铁循环。若红细胞在血管内破裂，游离血红蛋白先由触珠蛋白结合，逸出的游离血红素则由血红素结合蛋白（hemopexin）捕获；这些清除容量饱和后才更容易出现游离 Hb、氧化损伤和肾滤过负担。¹⁴

白细胞的骨髓—血液—组织迁移¶

外周白细胞的迁移与效应类型¶

外周血涂片常把白细胞分为中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、单核细胞和淋巴细胞。前三者因含显著胞质颗粒而称粒细胞，单核细胞和淋巴细胞在传统形态学中称“无颗粒白细胞”，但后者并非真的没有任何颗粒。形态分类适合辨认血样，谱系和功能关系则更复杂。

外周白细胞计数的动力学因素¶

中性粒细胞尤其能说明“血中计数不等于全身总量”。一部分随血流自由循环，另一部分在小血管中减慢、滚动或与内皮发生可逆接触，形成不能被普通静脉采血完整取样的边集池。运动、儿茶酚胺或糖皮质激素可在较短时间内改变两个池的分配；感染还会促进骨髓释放，随后又有细胞进入组织。因此一次中性粒细胞升高可能包含生成增加、储备释放、去边集和组织清除减慢等不同成分。¹⁶

白细胞离开血管通常经历选择素介导的滚动，趋化因子使整合素转为高亲和状态，随后出现牢固黏附、跨内皮迁移和沿化学梯度的组织内运动。不同白细胞使用的受体组合、进入部位和返回路线不同；变形、趋化和游走共同构成由内皮信号与细胞骨架连续组织的迁移过程。血液中的短暂停留也不能代表细胞总寿命：有些中性粒细胞很快被清除，记忆淋巴细胞和部分组织巨噬细胞却可维持多年。¹⁷

中性粒细胞颗粒中的乳铁蛋白等分子可通过结合铁或直接作用于微生物参与防御，但这只是庞大效应网络的一例。补体、吞噬、抗原呈递、淋巴细胞克隆应答和超敏反应见免疫学；循环生理关注这些细胞怎样被生成、运输并送到作用场所。

巨核细胞来源的血小板¶

巨核细胞多倍体化与血小板释放¶

巨核细胞在骨髓中经历核内有丝分裂：DNA 多次复制而细胞不完成胞质分裂，形成多倍体大细胞。成熟巨核细胞靠近骨髓窦状血管，将长的前血小板突起伸入管腔；突起中的微管、肌动蛋白和颗粒被重新分配，末端及中间段进一步裂解为大量血小板。巨核细胞依靠细胞骨架重组与膜储备有序形成前血小板并释放血小板。

TPO 是最重要的巨核—血小板生成调节因子，主要由肝细胞产生并通过 MPL 受体支持 HSC、巨核祖细胞和巨核细胞。循环血小板与巨核细胞可以结合、内吞并降解 TPO，使可利用信号随 MPL 总量改变；衰老血小板丢失部分末端唾液酸后，还可由肝脏 Ashwell–Morell 受体（AMR）识别，并通过肝细胞信号提高 TPO 转录。TPO 可利用量由肝脏生成、MPL 介导的结合清除及衰老血小板反馈共同决定。¹⁸

血小板的静息结构与激活储备¶

静息血小板呈小的双凸盘状，边缘微管环帮助维持形态，肌动蛋白—肌球蛋白网络支持激活后的铺展和收缩。开放管道系统是与表面相通的膜性通道，增加膜面积并为摄取与分泌提供通路；致密管系统参与 Ca\(^{2+}\) 储存和脂质介质合成。α 颗粒含黏附蛋白、生长因子和多种凝血调节蛋白，致密颗粒富含二磷酸腺苷（ADP）、ATP、Ca\(^{2+}\) 和 5-羟色胺（5-HT）。血小板没有细胞核，却保留线粒体、核糖体和一部分 mRNA；有限的蛋白合成与代谢调节能力，使其能够在既有颗粒之外继续调整反应状态。¹⁹

未受损内皮产生的一氧化氮（nitric oxide，NO）、前列环素和表面抗凝信号使血小板保持静息，同时循环血小板参与维护微小血管的屏障完整性。内皮破损后，von Willebrand 因子（VWF）—糖蛋白 Ib（GPIb）、胶原受体、整合素、颗粒释放和凝血酶信号把血小板转成黏附、聚集并提供促凝膜面的状态；受体序列、聚集相及其制动机制见生理性止血。

人血小板反应性随年龄呈连续梯度，在约 7–10 天的循环寿命中持续保有功能，随后随去唾液酸和膜信号变化而被肝、脾中的细胞清除；脾内还存在与循环交换的血小板池。

哺乳动物用无核血小板完成这一任务，而鸟、爬行类、两栖类和鱼类多有较大的有核血栓细胞（thrombocyte）。两者共享许多黏附、凝血和免疫相关功能，却在大小、变形、颗粒和剪切下聚集能力上存在差异；血栓细胞不是“低等版血小板”，也不能把哺乳动物的巨核细胞路线原样套用。²⁰

血常规的生成、分布、清除与稀释因素¶

全血细胞计数（complete blood count，CBC）把细胞浓度、血红蛋白（hemoglobin，Hb）和若干计算指标放在同一份报告中。它适合发现系统哪一层发生变化，变化的来源还需结合生成、分布、清除和稀释因素判断。参考区间须按实验室方法、人群、年龄、生理状态、海拔和物种选取，并注明采样条件。²¹

外周血涂片补充了自动计数器容易丢失的形态信息，例如红细胞大小与中央淡染区、白细胞成熟度、血小板大小及细胞聚集。ESR、渗透脆性、凝血和血小板功能实验则询问另外的问题，不能因都使用血样就把它们当作 CBC 的同义测量。

参考资料与延伸阅读¶

• Alberts, B. et al., Renewal by Multipotent Stem Cells: Blood Cell Formation. Molecular Biology of the Cell, 4th ed.
• Cheng, H. et al., New paradigms on hematopoietic stem cell differentiation. Protein & Cell, 2020。
• Watts, D. et al., Hypoxia Pathway Proteins are Master Regulators of Erythropoiesis. International Journal of Molecular Sciences, 2020。
• Kuhn, V. et al., Red Blood Cell Function and Dysfunction. Antioxidants & Redox Signaling, 2017。
• Klei, T. R. L. et al., The Multiple Facets of Iron Recycling. Nutrients, 2021。
• Patel, A. A. et al., Monocytes, macrophages, dendritic cells and neutrophils: an update on lifespan kinetics. Immunology, 2021。
• Grozovsky, R. et al., Novel mechanisms of platelet clearance and thrombopoietin regulation. Current Opinion in Hematology, 2015。
• Connolly, K. M. et al., Across species: A comparative perspective on red cell homeostasis. British Journal of Haematology, 2026。
• OpenStax, Production of the Formed Elements、Erythrocytes 与 Leukocytes and Platelets。
• NCBI Bookshelf, Normal and Abnormal Complete Blood Count With Differential。