高中生物素材：血型與輸血

血型與輸血輸血反應(yīng)是典型的免疫反應(yīng)。然而高中生物學(xué)選擇性必修一未作詳細(xì)介紹。愿望和困境有關(guān)血液，人類流傳很多不同看法、不乏浮想聯(lián)翩。所謂血型與性格的關(guān)系，長(zhǎng)期流傳而缺乏證據(jù)。所謂放血療法，歷史上常有人推廣而缺乏有效性的證據(jù)。十九世紀(jì)，人類理解血液由細(xì)胞和血清兩部分組成。細(xì)胞如紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板。血白細(xì)胞有粒細(xì)胞（中性、嗜酸性、嗜堿性粒細(xì)胞）、淋巴細(xì)胞、吞噬細(xì)胞、天然殺傷細(xì)胞、肥大細(xì)胞等多種起防衛(wèi)機(jī)體的作用（Ehrlich，1878；Ehrlich，1891a；EhrlichandLazarus,1898）。缺血、或缺乏血液的特定成分可導(dǎo)致人類疾病。清中含多種分子。人類從很早開(kāi)始希望輸血、或補(bǔ)充血液中特定成分，但不同時(shí)期遇到不同的實(shí)際困難。在不懂免疫學(xué)之前，輸血有很大危險(xiǎn)。1901年，ABO血型的發(fā)現(xiàn)根本地改變了輸血的安全性，在第一次世界大戰(zhàn)開(kāi)始成規(guī)模應(yīng)用，現(xiàn)在全世界幾萬(wàn)所醫(yī)院每年進(jìn)行數(shù)以百萬(wàn)至千萬(wàn)次輸血，挽救了無(wú)數(shù)人的生命。一種傳說(shuō)是教皇無(wú)辜八世（PopeInnocentVIII,原名GiovanniBattistaCybo，1432-1492）半昏迷后，醫(yī)?曾安排他與三位?歲的男孩進(jìn)?換?，結(jié)果四?都去世。1656年，英國(guó)建筑家、科學(xué)家ChristopherWren（1632-1723）給狗注射過(guò)紅酒和啤酒（Maluf,1954），1663年他和RobertBoyle(1627-1691)給狗進(jìn)?靜脈注射，雖然他們注射的是諸如酒和鴉片，但也奠定了輸?的基本技術(shù)和流程（Learoyd，2012a）。1665年2月，英國(guó)醫(yī)?RichardLower（1631-1691）在兩只狗之間輸?（Lower，1666a，1666b；Maluf,1954）。1667年6月15日，法國(guó)路易十四的御醫(yī)Jean-BaptiseDenys（1643-1704）把12盎司（約340毫升）的羊血輸給15歲的男孩，第二例是輸給勞工，兩人都活下來(lái)了。第三例是瑞典男爵GustafBonde（1620-1667），在接受第?次??后去世。當(dāng)時(shí)并不知道?液的功能，??面氧?尚未發(fā)現(xiàn)，另??面還相信?與性格的關(guān)系。1667年11月23日，Lower和EdmundKing（1630-1709）在皇家學(xué)會(huì)將??輸給ArthurCoga（LowerandKing，1667），目的是為了改善其頭腦“太熱”，所以用溫順動(dòng)物（綿?）的?（Maluf，1954）。法國(guó)Denys醫(yī)?用的第四例是經(jīng)常離家出?的瘋?AntoineMauroy，其主?和妻?先后要求Denys輸小?的?改變他，后來(lái)死亡（Maluf，1954）。這些做法以后當(dāng)然被質(zhì)疑。輸?的安全性明顯有問(wèn)題，法國(guó)、英國(guó)、教皇都禁?輸?近150年。在不懂?液功能、不懂消毒、不懂免疫的多重?知的情況下，輸?必定難以成功。雖然??世紀(jì)還有各種傳聞和不完備的記載，包括EramusDarwin（1731-1802）曾設(shè)計(jì)過(guò)輸?的儀器，但當(dāng)時(shí)非輸?的熱門(mén)時(shí)期。不過(guò)，??世紀(jì)的科學(xué)奠定了輸?的基本知識(shí)。英國(guó)的JosephPriestley（1733-1804）和法國(guó)的AntoineLavoisier（1743-1794）發(fā)現(xiàn)氧?及其功能，在此之后，?們才理解?液給全身輸送氧?的作用。從1242年阿拉伯學(xué)者Ibnal-Nafis（1213-1288）到1628年英國(guó)的WilliamHarvey（1578-1657），?類終于理解了?液循環(huán)、?臟與?流的關(guān)系、?流的?向（Harvey，1628）等基本的問(wèn)題，對(duì)此前認(rèn)為的?液??向彌散全身等錯(cuò)誤觀點(diǎn)進(jìn)?了澄清與修正。?九世紀(jì)，英國(guó)婦產(chǎn)科醫(yī)?JamesBlundell（1790-1878）進(jìn)?了第?次有確切記載的?與?之間輸?。鑒于產(chǎn)后出?常常導(dǎo)致死亡的發(fā)?，他提出輸?可能是有益的解決途徑。1818年，他先用動(dòng)物做實(shí)驗(yàn)，讓狗放?后，再注射來(lái)自其他動(dòng)物的?液。他證明不同種動(dòng)物之間輸?導(dǎo)致死亡（但在狗的?完全放完后，輸???，狗可以恢復(fù)好?天之后再死亡）（Blundell，1818）。他也發(fā)現(xiàn)?液不能在體外保存太長(zhǎng)時(shí)間（低于30秒）。他還證明給動(dòng)物輸來(lái)源于其自體的?是安全的，?且?液通過(guò)他發(fā)明的儀器重新回到動(dòng)物體內(nèi)是安全的。他實(shí)驗(yàn)了輸?過(guò)程需要防?混??泡導(dǎo)致的?管阻塞。1818年12月22日，在其他醫(yī)?要求下，他給?位瀕臨死亡的胃癌患者輸了來(lái)自?位志愿者的?，狀態(tài)有好轉(zhuǎn)后兩天還是去世了（Blundell，1819）。1818年?1825年，他試過(guò)6例輸?，都不成功。1825年，他與CharlesWaller(1802-1862)和EdwardDoubleday（1799-1882）成功地給產(chǎn)后失?昏迷的婦?進(jìn)?輸?，并挽救她們的?命，其中第?例的?來(lái)自患者的丈夫，有些來(lái)自醫(yī)護(hù)?員（Doubleday,1825;Waller,1825;Dzik,2018）。他還發(fā)明和比較了?種輸?儀器（Blundell，1824，1829b）。輸?危險(xiǎn)性和不確定性仍然很明顯。1869年，德國(guó)哥廷根?學(xué)?理研究所的醫(yī)學(xué)?AdolfCreite（1847-1921）發(fā)表他的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在法國(guó)ClaudeBernard（1859）發(fā)現(xiàn)狗?清注射到兔體內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致兔出現(xiàn)?尿。在此基礎(chǔ)上，Creite給兔分別注射約8毫升的小?、豬、狗、?、貓、雞、鴨、或???清，發(fā)現(xiàn)后5種?清的注射直接引發(fā)兔的尿中出現(xiàn)?、?病、死亡。他猜想是?清中所含蛋白質(zhì)導(dǎo)致兔的?尿。他進(jìn)?步實(shí)驗(yàn)，加熱處理?清，出現(xiàn)的蛋白質(zhì)凝聚物被過(guò)濾之后，再注射給兔，就不會(huì)有?尿和死亡的發(fā)?。因此，他提出?清蛋白質(zhì)導(dǎo)致接受輸?的動(dòng)物紅細(xì)胞溶解。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)后，他還進(jìn)?了體外實(shí)驗(yàn)，將兔?與其他動(dòng)物的?清混合，發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞凝集現(xiàn)象。他在體外也觀察到了紅細(xì)胞溶解、但對(duì)其重要性不甚明確（Creite，1869；Hughes-JonesandGardner，2002）。德國(guó)病理學(xué)家EmilePonfick（1844-1913）于1874年向波羅的海醫(yī)?協(xié)會(huì)報(bào)告：?位34歲婦?死于輸??，他稱病理解剖發(fā)現(xiàn)其?含溶解的紅細(xì)胞。1875年，Ponfick通過(guò)?對(duì)狗輸?證明?的紅細(xì)胞溶解、尿液含?紅蛋白（?紅蛋白尿），他進(jìn)?步證明狗的?紅蛋白尿來(lái)自?，因?yàn)槿绻蛔⑸?的?清、?不是全?，狗就不會(huì)有?紅蛋白尿（Ponfick，1875）。1875年，德國(guó)生理學(xué)家LeonardLandois（1837-1902）出版了358頁(yè)的專著《輸?》，總結(jié)了1667年?1874年的478例輸?。其中129例輸動(dòng)物?給?，原作者號(hào)稱42例患者有所改善，62例沒(méi)有改善，25例暫時(shí)改善但不可靠。347例?對(duì)?輸?，150例“改善”，180例不佳，12例不明，3例結(jié)果未知，2例在輸?過(guò)程中去世（Landois，1875；Maluf，1954）。他在體外顯微鏡研究?種動(dòng)物?清對(duì)其他動(dòng)物紅細(xì)胞的作用，觀察到?種動(dòng)物的?清導(dǎo)致另?種動(dòng)物的紅細(xì)胞溶?和凝集現(xiàn)象（Landois，1875；Hughes-JonesandGardner，2002）。1894年，在Koch研究所?作的RichardPfeiffer（1858-1945）發(fā)現(xiàn)“Pfeiffer現(xiàn)象”：將霍亂弧菌注射到對(duì)霍亂有免疫?的豚鼠或兔的腹腔，霍亂弧菌會(huì)變形然后溶解；如果將霍亂弧菌與少量對(duì)霍亂免疫的抗?清注射到對(duì)霍亂沒(méi)有免疫?動(dòng)物的腹腔，霍亂弧菌也會(huì)被溶解（bacteriolysis）（Pfeiffer，1894）。當(dāng)時(shí)Pfeiffer認(rèn)為這種現(xiàn)象只能在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)?，?在法國(guó)巴斯德研究所的Metchnikoff證明在體外也?樣發(fā)?（Metchnikoff，1895）。1895年，在Metchnikoff實(shí)驗(yàn)室?作的比利時(shí)科學(xué)家JulesBordet（1870-1961）發(fā)現(xiàn)霍亂弧菌在抗?清作用下出現(xiàn)凝集現(xiàn)象（Bordet，1895）。維也納?學(xué)的MaxvonGruber（1853-1927）發(fā)現(xiàn)抗?清對(duì)霍亂和傷寒桿菌的凝集作用（GruberandDurham，1896）。1898年，Bordet在體外觀察到?種動(dòng)物?清?般都能導(dǎo)致另外?種動(dòng)物的紅細(xì)胞凝集，例如雞?清可凝集?鼠和兔的紅細(xì)胞。異種動(dòng)物?清也可以溶解紅細(xì)胞（如兔?清溶解豚鼠紅細(xì)胞），導(dǎo)致其內(nèi)含?紅蛋白外泄。55oC加熱處理?清可以滅活其溶?作用，但不影響其凝集作用。?清對(duì)紅細(xì)胞的溶?和凝集作用，與?清對(duì)細(xì)菌的作用很像，?且這兩種作用依賴的?清內(nèi)物質(zhì)對(duì)熱的敏感也類似，所以Bordet提出?清中影響紅細(xì)胞的物質(zhì)與?清中對(duì)抗細(xì)菌（如霍亂菌）的物質(zhì)類似。因此，Bordet的研究不僅明確?清對(duì)紅細(xì)胞的兩種作用，?且提出?清抗異種動(dòng)物紅細(xì)胞的機(jī)理類似于?清抗病原菌的機(jī)理（Bordet，1898，1899）。Bordet的概念很快被接受。Ehrlich指出：“很可能溶?的機(jī)理與溶菌的機(jī)理非常相似。因此溶?的研究就有相當(dāng)?shù)睦碚撘饬x”（EhrlichandMorgenroth，1899）。?且Ehrlich與JuliusMorgenroth（1871-1924）合作研究溶?，在1899年和1900年發(fā)表六篇“溶?”的研究論?（如：EhrlichandMorgenroth，1899，1900a，1900b）。從古代將輸?作為?個(gè)特殊問(wèn)題，到19世紀(jì)末科學(xué)家終于確定輸?問(wèn)題也是免疫問(wèn)題。血型的發(fā)現(xiàn)因?yàn)镃reite（1869）發(fā)現(xiàn)體外可以觀察?清導(dǎo)致紅細(xì)胞溶解和凝集、Landois（1875）進(jìn)?步使用體外紅細(xì)胞凝集和溶解的?法，實(shí)質(zhì)上建立了體外?型檢驗(yàn)的?法學(xué)。Bordet（1898，1899）提出?清對(duì)細(xì)菌和紅細(xì)胞的作用類似?將紅細(xì)胞的?型分析明確納?免疫學(xué)。也就是說(shuō)，十九世紀(jì)末，已經(jīng)出現(xiàn)大部分有關(guān)輸血的技術(shù)和科學(xué)基礎(chǔ)，但缺一關(guān)鍵進(jìn)展：血型及其匹配。也就是一種“萬(wàn)事俱備，只欠東風(fēng)”。1900和1901年，奧地利維也納大學(xué)病理解剖研究所的KarlLandsteiner（1868-1943）發(fā)現(xiàn)了?類的?型。檢測(cè)?型的?法非常簡(jiǎn)便?實(shí)用。今天我們知道有26種主要?型，?少270種不同紅細(xì)胞表型，Landsteiner發(fā)現(xiàn)了對(duì)輸?影響最?的ABO?型和Rh?型。既然之前??知道?型，Landsteiner不可能是為了發(fā)現(xiàn)?型?研究?液，?且他也不是為了輸??研究?型。1900年，他先用動(dòng)物研究胰蛋白酶抗體的形成，希望通過(guò)抗體來(lái)研究當(dāng)時(shí)化學(xué)不能區(qū)分的蛋白質(zhì)差異，他也研究了??清對(duì)豚鼠紅細(xì)胞的沉淀和凝集作用。他用碳酸或硫酸銨沉淀??清，將?清分成被碳酸所沉淀出來(lái)的球蛋白部分和其他部分。將溶液的氯化鈉濃度調(diào)到0.6%之后，可以溶解球蛋白。Landsteiner用豚鼠紅細(xì)胞來(lái)比較??清的球蛋白部分和非球蛋白部分的凝集作用，發(fā)現(xiàn)球蛋白作用強(qiáng)于其他部分。他也比較了球蛋白部分和非球蛋白部分對(duì)紅細(xì)胞的溶解作用，發(fā)現(xiàn)兩者沒(méi)有差別。在此過(guò)程中，他有其他觀察，他加在論?的注腳中：“健康?的?液可以凝集動(dòng)物的紅細(xì)胞，?且?的?液也可以凝集其他?的紅細(xì)胞。不清楚這樣現(xiàn)象是否源于個(gè)體差異、還是損失或細(xì)菌感染影響。重病?的?清這?現(xiàn)象更明顯。這?現(xiàn)象也許與1892年Maragliano發(fā)現(xiàn)的?清可以溶解多種疾病患者紅細(xì)胞的現(xiàn)象有關(guān)”（Landsteiner，1900）。此注腳成為1901年Landsteiner研究的起點(diǎn)（Landsteiner，1901）。Landsteiner首先澄清自?的研究與Maragliano（1892）不同，最?的差別在于Maragliano觀察到的溶?在同?個(gè)?的體內(nèi)發(fā)?，可能與疾病有關(guān)，?Landsteiner發(fā)現(xiàn)的紅細(xì)胞凝集和溶?只在不同個(gè)體的?之間發(fā)?。按EhrlichandMorgenroth（1900a）的定義，Landsteiner指出自?研究的也是同種異體的凝集素和溶?素（isoagglutinins和isolysins）。他用三張表列出了做體外凝集實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，含6位成年男性之間、6位產(chǎn)后?性之間、5位產(chǎn)后?性和6個(gè)胎盤(pán)的紅細(xì)胞之間的結(jié)果，另外還做了10位成?，其結(jié)果與表格顯示的?致?？梢?jiàn)，Sturli和Landsteiner本?（L）的紅細(xì)胞不會(huì)被其他五位的?清所凝集；Pletsching和Z兩位互相不凝集，也不凝集Sturli和L，但凝集Sturli和E；Sturli和E也互相不凝集，不凝集Sturli和L，但凝集Pletsching和Z。所以六位成年男性按紅細(xì)胞凝集情況可以分成三組?？梢?jiàn)，六位產(chǎn)后?性也分成三組：Linsm不與其他五位發(fā)?凝集；Seil、Mittelb和Tomsch三位互相不凝集，也不凝集Linsm，但凝集Lust和Graupn；Lust和Graupn也互相不凝集，不凝集Linsm，但凝集Seil、Mittelb和Tomsch?？梢?jiàn)，產(chǎn)后?性的?清與胎盤(pán)的紅細(xì)胞在凝集反應(yīng)中，就不如以上這么簡(jiǎn)單。Landsteiner提出以前Halban就發(fā)現(xiàn)嬰??清在凝集反應(yīng)也常常陰性。JosefHalban（1870-1937）是維也納?學(xué)的婦產(chǎn)科醫(yī)?，他讀過(guò)1900年Landsteiner?章的注腳后，用產(chǎn)婦和嬰?的?做過(guò)凝集實(shí)驗(yàn)（Halban，1900）。Landsteiner提出不考慮胎盤(pán)的紅細(xì)胞結(jié)果，可以看到成??清和紅細(xì)胞的凝集反應(yīng)呈三類：A、B、C。他將對(duì)其他不起反應(yīng)的稱為C，另外兩類為A和B。當(dāng)時(shí)所謂的C型，他后來(lái)改稱O型。他沒(méi)有交叉檢測(cè)六位男性和六位?性，所以并不確切知道男性的三類與?性的三類是否相同。因?yàn)樗玫?數(shù)太少，所以沒(méi)有發(fā)現(xiàn)AB型。?章結(jié)尾指出：“最后，不妨提到這些觀察可能協(xié)助解釋治療性輸?的各種后果”。Landsteiner（1901）的研究相當(dāng)簡(jiǎn)單，但意義重?。基本技術(shù)非他發(fā)明，他實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的均為已有技術(shù)，但他有創(chuàng)新性的想法。實(shí)驗(yàn)的操作也很簡(jiǎn)單，不需要實(shí)驗(yàn)??。實(shí)驗(yàn)需要的時(shí)間也很短，?周做???恐怕很容易，?天做???也并非難事。說(shuō)明：在?物學(xué)，有時(shí)候，想法也比技術(shù)、?段、努?要更重要。當(dāng)時(shí)為什么沒(méi)有其他?用同樣?法研究?型？在他之前，已知不同個(gè)體之間輸?有問(wèn)題，在?定程度上等于已經(jīng)用輸?技術(shù)從體內(nèi)角度監(jiān)測(cè)到個(gè)體差異，但沒(méi)有科學(xué)家用體外實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)不同個(gè)體來(lái)源的?清和紅細(xì)胞之間的反應(yīng)。與Landsteiner研究最接近的是回到比利時(shí)的Bordet以及德國(guó)的Ehrlich和Morgenroth。Bordet在Landsteiner之前已經(jīng)做了很多體外?清和紅細(xì)胞的溶解和凝集反應(yīng)，?Ehrlich和Morgenroth接連發(fā)表了六篇體外?清和紅細(xì)胞的溶解和凝集反應(yīng)，每?篇都比Landsteiner（1901）的長(zhǎng)。Ehrlich和Morgenroth當(dāng)時(shí)集中探尋免疫的規(guī)律，特別是“側(cè)鏈學(xué)說(shuō)”，可能忽視了從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作上都更容易解決的?型分析和匹配問(wèn)題。在知道Landsteiner（1901）結(jié)果后，Ehrlich持反對(duì)態(tài)度：?為什么有個(gè)體間的免疫反應(yīng)？其他?不是病原菌，?個(gè)?用不著通過(guò)免疫系統(tǒng)對(duì)付其他?。這個(gè)問(wèn)題當(dāng)然不是Landsteiner帶來(lái)的，因?yàn)樵缇椭?對(duì)?輸?經(jīng)常不成功，雖然以前可能有如操作不當(dāng)、?液保存不妥等多種其他非免疫的原因，但到了1900年，應(yīng)該可以提出個(gè)體間的差異導(dǎo)致的免疫反應(yīng)是輸?困難的原因之?。但是，Ehrlich問(wèn)題的簡(jiǎn)化版：為什么?個(gè)?在?理上要有機(jī)制破壞另??的紅細(xì)胞？?jī)蓚€(gè)?的?從來(lái)不見(jiàn)面，自然界設(shè)計(jì)這種機(jī)理豈非多此?舉？1900年Landsteiner的課題并非?清與紅細(xì)胞的關(guān)系，他最初試圖用?清來(lái)檢測(cè)蛋白質(zhì)的特征（包括來(lái)自不同動(dòng)物種屬的同?蛋白質(zhì)的差別）。他在1900年的注腳，燃起了自?的興趣，很快用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)揭示了?型的規(guī)律，?且立即提供了可以用于臨床實(shí)踐的?法。但他那時(shí)?論?液學(xué)還是免疫學(xué)的研究并未達(dá)到Bordet、Ehrlich、Morgenroth等的程度。Landsteiner的研究雖然簡(jiǎn)單，但想法明確。他只研究了???個(gè)?，結(jié)論主要依賴12?。表1的六位成年男性屬于三類?型（兩位O型、兩位A型、兩位B型），表2的六位成年?性也屬于三類（?位O型、三位A型、兩位B型）。這種數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)上也不典型。當(dāng)然他說(shuō)還做了10位，結(jié)果與此類似。應(yīng)該做??例、上百例，才能確定?概多少類。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)便性，只能推測(cè)他實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有?缺，?沒(méi)有花?、兩個(gè)月的時(shí)間做?百例。從基礎(chǔ)回應(yīng)用Landsteiner的樣本量太少，只發(fā)現(xiàn)了ABO血型的A、B和O。1902年，他的學(xué)生AdrianoSturli（1873-1964）與維也納?學(xué)第?醫(yī)學(xué)診所的實(shí)習(xí)醫(yī)?AlfredvonDecastello（1872-1960）合作研究了155?（121位病?、34位常?），他們發(fā)現(xiàn)其中4?很特別，他們的?清和紅細(xì)胞不互相凝集，其中任意?位的?清不凝集其他154?的紅細(xì)胞，但他們的紅細(xì)胞被所有這151?的?清所凝集（DecastelloandSturli，1872-1960）。Decastello和Sturli當(dāng)時(shí)把這4?稱為沒(méi)有特別的型（noparticulartype）。后?將AB?型的發(fā)現(xiàn)歸功于他們，因?yàn)檫@4位應(yīng)該是AB?型。他們還發(fā)現(xiàn)凝集素不會(huì)被疾病所改變，驗(yàn)證了6個(gè)月內(nèi)的新??沒(méi)有?型反應(yīng)，這樣完成了ABO?型的發(fā)現(xiàn)。美國(guó)醫(yī)生ReubenOttenberg(1882-1959)從五個(gè)家庭的樣本注意到同一家的血型相似性更高(EpsteinandOttenberg，1908)。在德國(guó)海德堡實(shí)驗(yàn)癌癥研究所工作的醫(yī)生EmilvonDungern（1867-1961）和波蘭科學(xué)家LudwigHirszfeld（1884-1954）分析了來(lái)自72個(gè)家