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。

人類從很早開始希望輸血、或補(bǔ)充血液中特定成分，但不同

時期遇到不同的實(shí)際困難。在不懂免疫學(xué)之前，輸血有很大危險。

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)開始成規(guī)模應(yīng)用，現(xiàn)在全世界幾萬所醫(yī)院每年進(jìn)行數(shù)

以百萬至千萬次輸血，挽救了無數(shù)人的生命。

一種傳說是教皇無辜八世(PopeInnocentVIII,原名

GiovanniBattistaCybo,1432-1492)半昏迷后，醫(yī)生曾安排他與

三位十歲的男孩進(jìn)行換血，結(jié)果四人都去世。

1656年，英國建筑家、科學(xué)家ChristopherWren(1632-1723)

給狗注射過紅酒和啤酒(Maluf,1954),1663年他和RobertBoyle

(1627-1691)給狗進(jìn)行靜脈注射，雖然他們注射的是諸如酒和鴉

片，但也奠定了輸血的基本技術(shù)和流程(Learoyd,2012a)0

1665年2月，英國醫(yī)生RichardLower(1631-1691)在兩只

狗之間輸血(Lower,1666a,1666b；Maluf,1954)。1667年6月

15日，法國路易十四的御醫(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，兩人都活下來了。第三例是瑞典男爵GustafBonde

(1620-1667),在接受第二次羊血后去世。

當(dāng)時并不知道血液的功能，一方面氧氣尚未發(fā)現(xiàn)，另一方面

還相信血與性格的關(guān)系。1667年11月23日，Lower和

EdmundKing(1630-1709)在皇家學(xué)會將羊血輸給ArthurCoga

(LowerandKing,1667),目的是為了改善其頭腦“太熱”，所

以用溫順動物(綿羊)的血(法國醫(yī)生

Maluf,1954)oDenys

用的第四例是經(jīng)常離家出走的瘋子AntoineMauroy,其主人和妻

子先后要求Denys輸小牛的血改變他，后來死亡(Maluf,1954)。

這些做法以后當(dāng)然被質(zhì)疑。

輸血的安全性明顯有問題，法國、英國、教皇都禁止輸血近

150年。在不懂血液功能、不懂消毒、不懂免疫的多重?zé)o知的情

況下，輸血必定難以成功。

雖然十八世紀(jì)還有各種傳聞和不完備的記載，包括Eramus

Darwin(1731-1802)曾設(shè)計過輸血的儀器，但當(dāng)時非輸血的熱

門時期。不過，十八世紀(jì)的科學(xué)奠定了輸血的基本知識。英國的

JosephPriestley(1733-1804)和法國的AntoineLavoisier

(1743-1794)發(fā)現(xiàn)氧氣及其功能，在此之后，人們才理解血液

給全身輸送氧氣的作用。從1242年阿拉伯學(xué)者Ibnal-Nafis

(1213-1288)至I」1628年英國的WilliamHarvey(1578-1657),人

類終于理解了血液循環(huán)、心臟與血流的關(guān)系、血流的方向(Harvey,

1628)等基本的問題，對此前認(rèn)為的血液無方向彌散全身等錯誤

觀點(diǎn)進(jìn)行了澄清與修正。

十九世紀(jì)，英國婦產(chǎn)科醫(yī)生JamesBlundell(1790-1878)進(jìn)

行了第一次有確切記載的人與人之間輸血。鑒于產(chǎn)后出血常常導(dǎo)

致死亡的發(fā)生，他提出輸血可能是有益的解決途徑。1818年，

他先用動物做實(shí)驗(yàn)，讓狗放血后，再注射來自其他動物的血液。

他證明不同種動物之間輸血導(dǎo)致死亡(但在狗的血完全放完后，

輸入羊血，狗可以恢復(fù)好幾天之后再死亡)(Blundell,1818)0

他也發(fā)現(xiàn)血液不能在體外保存太長時間(低于30秒)。他還證

明給動物輸來源于其自體的血是安全的，而且血液通過他發(fā)明的

儀器重新回到動物體內(nèi)是安全的。他實(shí)驗(yàn)了輸血過程需要防止混

入氣泡導(dǎo)致的血管阻塞。1818年12月22日，在其他醫(yī)生要

求下，他給一位瀕臨死亡的胃癌患者輸了來自幾位志愿者的血，

狀態(tài)有好轉(zhuǎn)后兩天還是去世了(Blundell,1819)。1818年至1825

年，他試過6例輸血，都不成功。1825年，他與CharlesWaller

(1802-1862)和EdwardDoubleday(1799-1882)成功地給產(chǎn)后失

血昏迷的婦女進(jìn)行輸血，并挽救她們的生命，其中第一例的血來

自患者的丈夫，有些來自醫(yī)護(hù)人員(Doubleday,1825;Waller,1825;

Dzik,2018)。他還發(fā)明和比較了幾種輸血儀器(Blundell,1824,

輸血危險性和不確定性仍然很明顯。

1829b)0

1869年，德國哥廷根大學(xué)生理研究所的醫(yī)學(xué)生AdolfCreite

(1847-1921)發(fā)表他的觀察和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在法國ClaudeBernard

(1859)發(fā)現(xiàn)狗血清注射到兔體內(nèi)，會導(dǎo)致兔出現(xiàn)血尿。在此基

礎(chǔ)上，Creite給兔分別注射約8毫升的小牛、豬、狗、羊、貓、

雞、鴨、或山羊血清，發(fā)現(xiàn)后5種血清的注射直接引發(fā)兔的尿

中出現(xiàn)血、生病、死亡。他猜想是血清中所含蛋白質(zhì)導(dǎo)致兔的血

尿。他進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，加熱處理血清，出現(xiàn)的蛋白質(zhì)凝聚物被過濾

之后，再注射給兔，就不會有血尿和死亡的發(fā)生。

因此，他提出血清蛋白質(zhì)導(dǎo)致接受輸血的動物紅細(xì)胞溶解。

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)后，他還進(jìn)行了體外實(shí)驗(yàn)，將兔血與其他動物的血清混

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

對其重要性不甚明確(Creite,1869；Hughes-JonesandGardner,

2002)0

德國病理學(xué)家EmilePonfick(1844-1913)于1874年向波

羅的海醫(yī)生協(xié)會報告：一位34歲婦女死于輸羊血，他稱病理解

剖發(fā)現(xiàn)其血含溶解的紅細(xì)胞。1875年，Ponfick通過羊?qū)份斞?/p>

證明羊的紅細(xì)胞溶解、尿液含血紅蛋白(血紅蛋白尿)，他進(jìn)一

步證

明狗的血紅蛋白尿來自羊，因?yàn)槿绻蛔⑸溲虻难?、而不是?/p>

血，狗就不會有血紅蛋白尿

(Ponfick,1875)O

1875年，德國生理學(xué)家LeonardLandois(1837-1902)出版

了358頁的專著《輸血》，總結(jié)了1667年至1874年的478例

輸血。其中129例輸動物血給人，原作者號稱42例患者有所

改善，62例沒有改善，25例暫時改善但不可靠。347例人對人

輸血，150例“改善。180例不佳,12例不明，3例結(jié)果未知，

例在輸血過程中去世；他在體

2(Landois,1875Maluf,1954)0

外顯微鏡研究八種動物血清對其他動物紅細(xì)胞的作用，觀察到一

種動物的血清導(dǎo)致另一種動物的紅細(xì)胞溶血和凝集現(xiàn)象(Landois,

；

1875Hughes-JonesandGardner,2002)0

1894年，在Koch研究所工作的RichardPfeiffer

(1858-1945)發(fā)現(xiàn)"Pfeiffer現(xiàn)象”：將霍亂弧菌注射到對霍亂

有免疫力的豚鼠或兔的腹腔，霍亂弧菌會變形然后溶解；如果將

霍亂弧菌與少量對霍亂免疫的抗血清注射到對霍亂沒有免疫力

動物的腹腔，霍亂弧菌也會被溶解(bacteriolysis*Pfeiffer,1894)0

當(dāng)時Pfeiffer認(rèn)為這種現(xiàn)象只能在動物體內(nèi)發(fā)生，而在法國巴斯

德研究所的Metchnikoff證明在體外也一樣發(fā)生(Metchnikoff,

年，在實(shí)驗(yàn)室工作的比利時科學(xué)家

1895)01895Metchnikoff

JulesBordet(1870-1961)發(fā)現(xiàn)霍亂弧菌在抗血清作用下出現(xiàn)凝集

現(xiàn)象(Bordet,1895)0

維也納大學(xué)的MaxvonGruber(1853-1927)發(fā)現(xiàn)抗血清對

霍亂和傷寒桿菌的凝集作用(GruberandDurham,1896)。

1898年，Bordet在體外觀察到一種動物血清一般都能導(dǎo)

致另外一種動物的紅細(xì)胞凝集，例如雞血清可凝集大鼠和兔的紅

細(xì)胞。異種動物血清也可以溶解紅細(xì)胞(如兔血清溶解豚鼠紅細(xì)

胞)，導(dǎo)致其內(nèi)含血紅蛋白外泄。55oC加熱處理血清可以滅活

其溶血作用，但不影響其凝集作用。血清對紅細(xì)胞的溶血和凝集

作用，與血清對細(xì)菌的作用很像，而且這兩種作用依賴的血清內(nèi)

物質(zhì)對熱的敏感也類似，所以Bordet提出血清中影響紅細(xì)胞的

物質(zhì)與血清中對抗細(xì)菌(如霍亂菌)的物質(zhì)類似。因此，Bordet

的研究不僅明確血清對紅細(xì)胞的兩種作用，而且提出血清抗異種

動物紅細(xì)胞的機(jī)理類似于血清抗病原菌的機(jī)理(Bordet,1898,

1899)□

Bordet的概念很快被接受。Ehrlich指出：“很可能溶血的機(jī)

理與溶菌的機(jī)理非常相似。因此溶血的研究就有相當(dāng)?shù)睦碚撘饬x”

(EhrlichandMorgenroth,1899)。而且Ehrlich與Julius

Morgenroth(1871-1924)合作研究溶血，在1899年和1900年

發(fā)表六篇“溶血”的研究論文(如：EhrlichandMorgenroth,1899,

1900a,1900b)0

從古代將輸血作為一個特殊問題，到19世紀(jì)末科學(xué)家終于

確定輸血問題也是免疫問題。

血型的發(fā)現(xiàn)

因?yàn)镃reite(1869)發(fā)現(xiàn)體外可以觀察血清導(dǎo)致紅細(xì)胞溶解

和凝集、Landois(1875)進(jìn)一步使用體外紅細(xì)胞凝集和溶解的方

法，實(shí)質(zhì)上建立了體外血型檢驗(yàn)的方法學(xué)。

Bordet(1898,1899)提出血清對細(xì)菌和紅細(xì)胞的作用類似

而將紅細(xì)胞的血型分析明確納入免疫學(xué)。

也就是說，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)了人類的血型。檢測血型的方

法非常簡便而實(shí)用。今天我們知道有26種主要血型，至少270

種不同紅細(xì)胞表型，Landsteiner發(fā)現(xiàn)了對輸血影響最大的ABO

血型和Rh血型。

既然之前無人知道血型，Landsteiner不可能是為了發(fā)現(xiàn)血

型而研究血液，而且他也不是為了輸血而研究血型。1900年，

他先用動物研究胰蛋白酶抗體的形成，希望通過抗體來研究當(dāng)時

化學(xué)不能區(qū)分的蛋白質(zhì)差異，他也研究了牛血清對豚鼠紅細(xì)胞的

沉淀和凝集作用。他用碳酸或硫酸鏤沉淀牛血清，將血清分成被

碳酸所沉淀出來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)胞來比較牛血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紅細(xì)胞的溶解作用，發(fā)現(xiàn)兩者

沒有差別。在此過程中，他有其他觀察，他加在論文的注腳中：

“健康人的血液可以凝集動物的紅細(xì)胞，而且人的血液也可以凝

集其他人的紅細(xì)胞。

不清楚這樣現(xiàn)象是否源于個體差異、還是損失或細(xì)菌感染影

響。重病人的血清這一現(xiàn)象更明顯。這一現(xiàn)象也許與1892年

Maragliano發(fā)現(xiàn)的血清可以溶解多種疾病患者紅細(xì)胞的現(xiàn)象有

關(guān)”

(Landsteiner,1900)0

此注腳成為1901年Landsteiner研究的起點(diǎn)(Landsteiner,

首先澄清自己的研究與

1901)oLandsteinerMaragliano(1892)

不同，最大的差別在于Maragliano觀察到的溶血在同一個人的

體內(nèi)發(fā)生，可能與疾病有關(guān)，而Landsteiner發(fā)現(xiàn)的紅細(xì)胞凝集

和溶血只在不同個體的人之間發(fā)生。按EhrlichandMorgenroth

(1900a)的定義，Landsteiner指出自己研究的也是同種異體的

凝集素和溶血素(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)后女性

之間、5位產(chǎn)后女性和6個胎盤的紅細(xì)胞之間的結(jié)果，另外還

做了10位成人，其結(jié)果與表格顯示的一致。

TAMEI.ConcerningtheBloodofSixApparentlyHealthyMen

Sera

Dr.St.....................++++-

Dr.Plecn..................—+

Dr.Sturl...................—+—-+-

Dr.Erdh......................—+—一+一

Zar..........................…。―—++--

Landy....................,?????-++++-

Rbc'so(:Dr.S(.Dr.Plecn.Dr.Sturl,Dr.Erdh.Zar.Landst.

可見，Sturli和Landsteiner本人（L）的紅細(xì)胞不會被其他

五位的血清所凝集；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。

TABLE2.ConceniinfIheBloodofSixApparentlyHealthyPuerperalWomen

Sen

Sell.?????????????.?????■?——+―—+

Linsm..............................+-++++

Lust................................+--++-

Mittdb4................—一+一一+

Tomsch........................——+―—+

Gmiipn............................+--++-

Rbc,sof:SeiLLimm.Lust.Mhtdb.Tomich.Gnupn.

可見，六位產(chǎn)后女性也分成三組：Linsm不與其他五位發(fā)生

凝集；Seii、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Seii、Mittelb和Tomsch。

TABLES.ConcerningtheBloodofFivtPuerperalandSixPlacentae(CordBlood)

Sera

Lust.....................，…++———+

Tomsch..................—+———

Mittelb..................,.--+—.一-

Seii......................，…--+—一—

Linsm...................????+4-+——+

Rbcsof:Trauim.Linsm.Seii.Freib.Graupn.Mittelb.

可見，產(chǎn)后女性的血清與胎盤的紅細(xì)胞在凝集反應(yīng)中，就不

如以上這么簡單。Landsteiner提出以前Halban就發(fā)現(xiàn)嬰兒血清

在凝集反應(yīng)也常常陰性。JosefHalban(1870-1937)是維也納大

學(xué)的婦產(chǎn)科醫(yī)生，他讀過1900年Landsteiner文章的注腳后，

用產(chǎn)婦和嬰兒的血做過凝集實(shí)驗(yàn)(Halban,1900)。

Landsteiner提出不考慮胎盤的紅細(xì)胞結(jié)果，可以看到成人

血清和紅細(xì)胞的凝集反應(yīng)呈三類：A、B、Co他將對其他不起反

應(yīng)的稱為C,另外兩類為A和Bo當(dāng)時所謂的C型，他后來

改稱0型。他沒有交叉檢測六位男性和六位女性，所以并不確

切知道男性的三類與女性的三類是否相同。因?yàn)樗玫娜藬?shù)太少,

所以沒有發(fā)現(xiàn)AB型。

文章結(jié)尾指出：“最后，不妨提到這些觀察可能協(xié)助解釋治

療性輸血的各種后果”。

Landsteiner(1901)的研究相當(dāng)簡單，但意義重大。基本技

術(shù)非他發(fā)明，他實(shí)驗(yàn)設(shè)計中應(yīng)用的均為已有技術(shù)，但他有創(chuàng)新性

的想法。實(shí)驗(yàn)的操作也很簡單，不需要實(shí)驗(yàn)高手。實(shí)驗(yàn)需要的時

間也很短，一周做幾十人恐怕很容易，一天做幾十人也并非難事。

說明：在生物學(xué)，有時候，想法也比技術(shù)、手段、努力要更重要。

當(dāng)時為什么沒有其他人用同樣方法研究血型？在他之前，已

知不同個體之間輸血有問題，在一定程度上等于已經(jīng)用輸血技術(shù)

從體內(nèi)角度監(jiān)測到個體差異，但沒有科學(xué)家用體外實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)不同

個體來源的血清和紅細(xì)胞之間的反應(yīng)。與Landsteiner研究最接

近的是回到比利時的Bordet以及德國的Ehrlich和

MorgenrothoBordet在Landsteiner之前已經(jīng)做了很多體外血清

和紅細(xì)胞的溶解和凝集反應(yīng)，而Ehrlich和Morgenroth接連發(fā)

表了六篇體外血清和紅細(xì)胞的溶解和凝集反應(yīng)，每一篇都比

Landsteiner(1901)的長。Ehrlich和Morgenroth當(dāng)時集中探尋

免疫的規(guī)律，特別是“側(cè)鏈學(xué)說”，可能忽視了從實(shí)驗(yàn)設(shè)計和操

作上都更容易解決的血型分析和匹配問題。

在知道Landsteiner(1901)結(jié)果后，Ehrlich持反對態(tài)度:

人為什么有個體間的免疫反應(yīng)？其他人不是病原菌，一個人用不

著通過免疫系統(tǒng)對付其他人。這個問題當(dāng)然不是Landsteiner帶

來的，因?yàn)樵缇椭廊藢θ溯斞?jīng)常不成功，雖然以前可能有如

操作不當(dāng)、血液保存不妥等多種其他非免疫的原因，但到了1900

年，應(yīng)該可以提出個體間的差異導(dǎo)致的免疫反應(yīng)是輸血困難的原

因之一。但是，Ehrlich問題的簡化版：

為什么一個人在生理上要有機(jī)制破壞另一人的紅細(xì)胞？兩

個人的血從來不見面，自然界設(shè)計這種機(jī)理豈非多此一舉？

1900年Landsteiner的課題并非血清與紅細(xì)胞的關(guān)系，他

最初試圖用血清來檢測蛋白質(zhì)的特征(包括來自不同動物種屬的

同一蛋白質(zhì)的差別)。他在1900年的注腳，燃起了自己的興趣，

很快用簡單的實(shí)驗(yàn)揭示了血型的規(guī)律，而且立即提供了可以用

于臨床實(shí)踐的方法。但他那時無論血液學(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

究雖然簡單，但想法明確。他只研究了二十幾個人，結(jié)論主要依

賴12人。表1的六位成年男性屬于三類血型(兩位。型、兩

位A型、兩位B型)，表2的六位成年女性也屬于三類(一位

0型、三位A型、兩位B型)。這種數(shù)據(jù)在統(tǒng)計上也不典型。

當(dāng)然他說還做了10位，結(jié)果與此類似。應(yīng)該做幾十例、上百例，

才能確定大概多少類。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的簡便性，只能推測他實(shí)驗(yàn)

設(shè)計有欠缺，而沒有花一、兩個月的時間做幾百例。

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

Oo1902年，他的學(xué)生AdrianoSturli(1873-1964)與維也納大

學(xué)第二醫(yī)學(xué)診所的實(shí)習(xí)醫(yī)生AlfredvonDecastello(1872-1960)

合作研究了155人(121位病人、34位常人)，他們發(fā)現(xiàn)其中4

人很特別，他們的血清和紅細(xì)胞不互相凝集，其中任意一位的血

清不凝集其他154人的紅細(xì)胞，但他們的紅細(xì)胞被所有這151

人的血清所凝集

(DecastelloandSturli,1872-1960)0Decastello

和當(dāng)時把這人稱為沒有特別的型

Sturli4(noparticulartype)o

后人將AB血型的發(fā)現(xiàn)歸功于他們，因?yàn)檫@4位應(yīng)該是

AB血型。他們還發(fā)現(xiàn)凝集素不會被疾病所改變，驗(yàn)證了6個月

內(nèi)的新生兒沒有血型反應(yīng)，這樣完成了ABO血型的發(fā)現(xiàn)。

美國醫(yī)生ReubenOttenberg(1882-1959)從五個家庭的樣本

注意到同一家的血型相似性更高

(EpsteinandOttenberg,1908)o

在德國海德堡實(shí)驗(yàn)癌癥研究所工作的醫(yī)生Emil