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红细胞（RBC）寿命的测量对于临床诊疗和研究具有重要意义。然而，传统的同位素或生物素标记技术操作繁琐且耗时。本研究基于内源性一氧化碳（CO）主要来自降解的红细胞的原理，采用了一种创新的呼气试验技术，利用基于NDIR红外光谱法来精确测量红细胞寿命。研究结果显示，该技术在健康受试者和慢性溶血性贫血患者中的测量结果可靠，且与经典标准标记法得出的值相似。此外，该技术还具有操作简便、快速、无创等优点，有望成为红细胞寿命测量的常规临床方法。
一、引言
红细胞寿命是指红细胞从骨髓中释放出来后在血液循环中存活的时间。红细胞存活特征对临床和研究都至关重要。通常所说的正常成人红细胞寿命约为120天，这一数据是通过输血后异体红细胞的存活时间得出的。然而，传统的红细胞寿命测量技术，如同位素或生物素标记法，操作繁琐且耗时，限制了其在临床实践中的广泛应用。
内源性CO主要来自红细胞破裂后血红蛋白降解过程中发生的血红素氧化。早在1966年，Courn等人就报告称，相对于51Cr标记法标准，内源性CO生成率是溶血性贫血患者红细胞存活率的准确指标。然而，由于测量方法的复杂性，高浓度呼出CO测量方法的使用主要局限于对儿科溶血性贫血患者进行定性评估。
1992年，Levitt的研究团队开发出第一种快速一氧化碳呼气试验，用于根据呼出的肺泡内源性一氧化碳和血液中的血红蛋白浓度计算红细胞寿命。该方法具有无创、快速等优点，为红细胞寿命的测量提供了新的思路。然而，传统的莱维特一氧化碳呼气试验仍存在操作繁琐、需要精密仪器和专业人员操作等缺点。因此，本研究旨在开发一种全新仪器，利用一氧化碳呼气试验原理，实现对红细胞寿命的精确测量。
二、材料与方法
2.1 研究对象
本研究共招募了109名健康受试者和91名慢性溶血性贫血患者。健康受试者包括46名广州市妇女儿童医疗中心医务人员的子女和63名来自社区的健康成人，年龄从7岁到70岁不等。溶血性贫血患者包括89名地中海贫血患者、1名遗传性球形红细胞增多症患者和1名自身免疫性溶血性贫血患者。所有受试者均签署了知情同意书，并按照研究方案进行了相关检查和采样。
2.2 采样
肺泡空气样本在上午（8:00-11:30）采集，无需空腹。每个受试者在深吸气后屏住呼吸10秒钟，然后通过特制的口罩向收集系统呼气。收集系统会丢弃最初的300毫升死腔气体，然后将随后的肺泡空气自动导入铝箔收集袋。如有必要，可重复该步骤，直到收集的空气样本达到收集袋的1000毫升容量。装满的袋子被分离并密封，然后在室温下保存，并在5天内进行分析。在采集肺泡空气样本的同一天，采集外周静脉血样本进行常规血红蛋白测量。
2.3 仪器与测量
本研究使用新开发仪器进行一氧化碳呼气试验。该仪器通过非色散红外光谱法测定肺泡和空气配对气体样本中的肺泡内源性CO浓度，并以该测量值为基础，利用Levitt公式测定红细胞寿命。仪器操作简便，只需将成对的空气-肺泡气体样本连接到入口，输入受试者的血液血红蛋白浓度数据，然后按下启动按钮，仪器就会自动完成一系列测量步骤。
仪器的测量步骤包括：首先，通过测量二氧化碳浓度来检查采集的肺泡样本的质量；其次，使用去干扰系统消除可能干扰二氧化碳红外检测的分子；第三，使用配对测量技术来确定肺泡和大气中的CO浓度差；第四，将任何被发现稀释的内源性肺泡样本归一化为二氧化碳含量为5%的状态；最后，根据预先估算的血红蛋白浓度参数和校正后的内源性肺泡二氧化碳浓度，通过Levitt公式计算出红细胞寿命。
2.4 Levitt公式
代谢型一氧化碳主要是在血红素分解为胆红素的过程中，通过将卟啉环的α-甲烯碳转化为一氧化碳而产生的。因此，CO 的产生率会影响红细胞的周转率。由于一氧化碳完全通过肺部排出，因此肺部气体样本可用于测量一氧化碳的产生。基于这些原理，莱维特团队于 1992 年开发了一种简单的无创 CO 呼气测试，用于估算人体红细胞的寿命。同一团队于 2003 年对该测试进行了改进 . 肺泡呼气 CO 的内源性成分是通过从肺泡 Pco 中减去大气 PCO 来确定的。红细胞寿命（天数）是根据 CO 测量值按以下公式计算得出的，即红细胞平均寿命等于血红蛋白的 CO 总容量除以每天释放的 CO 量。
其中，[Hb] 是血红蛋白浓度（克/毫升-1），Vb 是总血量，22 400 是一氧化碳摩尔量（毫升），4 是每摩尔血红蛋白结合一氧化碳的摩尔数。分母中，endoPco 是肺泡 CO 浓度（以 ppm 为单位），Vt 是静息肺泡通气量，0.7 是循环血红蛋白周转产生的 CO 的大致比例，64 400 是血红蛋白的分子量，1440 是 1 天中的分钟数。由于血容量和静息肺泡通气量都会直接随肺泡表面积而变化，并且当血容量以毫升为单位、通气量以毫升/分钟为单位时，两者的大小大致相同，因此这两个值在此公式中相抵。因此，该方程可简化为以下表达式，称之为莱维特公式。
2.5 统计数据
从正常受试者组获得的数据以平均值±SD表示，变异系数通过将SD除以相关平均值计算得出。数据正态性通过矩法确定。通过学生t检验比较不同性别和年龄组的红细胞寿命平均值。相关系数通过斯皮尔曼相关检验确定。正常值范围被认为是正态分布数据集范围的95%。对于溶血性贫血的诊断结论，使用接收者操作特征曲线（ROC）来确定最佳判别值。诊断准确率的计算方法是正确诊断的病例数除以（正常和溶血性）受试者总数。
三、结果
3.1 正常红细胞寿命
健康志愿者组的平均红细胞寿命为126±26天（范围为82-215天；变异系数=0.21）。儿童和成人以及男性和女性之间的平均红细胞寿命没有显著差异。红细胞寿命与年龄无关（r=0.05）。数据经证实呈正态分布；95%的范围（75-177天）在平均值的1.96SDs之内。没有红细胞寿命小于75天的数据点，但有四个数据点（3.8%）超过了177天（即184天、187天、189天和216天）。
3.2 溶血性贫血的诊断性能
溶血性贫血患者的红细胞寿命明显短于正常人（29±14天对126±26天，p=0.001）。ROC曲线分析表明，区分正常组和溶血性贫血组的最佳临界值是75天，这个时间间隔与正常组数值95%范围的下限相吻合。根据这一临界值，研究样本中溶血性贫血的诊断准确率为100%。
四、讨论
4.1 技术的创新性与可靠性
本研究采用新开发的仪器，利用一氧化碳呼气试验原理，实现了对红细胞寿命的精确测量。该仪器具有操作简便、快速、无创等优点，能够自动完成一系列测量步骤，并自动计算红细胞寿命。与传统的同位素或生物素标记法相比，该技术显著提高了测量效率和准确性。
4.2 与经典标准标记法的比较
本研究的结果显示，新开发的仪器在测量红细胞寿命方面与经典标准标记法得出的值相似。在健康受试者中，红细胞寿命为126±26天，与经典标准标记法得到的值相似。红细胞寿命在男性和女性之间、青少年和成年人之间没有显著差异，也与年龄无关。这一数据代表了迄今为止最大样本的红细胞寿命平均值。溶血性贫血患者的红细胞寿命为29±14天，明显短于健康人（p=0.001）。这些结果表明，新开发的自动仪器在测量红细胞寿命方面具有与经典标准标记法相当的可靠性。
4.3 技术的临床应用前景
新开发的仪器在红细胞寿命测量方面具有显著的临床应用前景。首先，该技术具有无创、快速等优点，能够实现对红细胞寿命的实时监测，为临床诊断和治疗提供了有力支持。其次，该技术具有操作简便等优点，能够降低医护人员的工作负担，提高测量效率。因此，该技术有望成为红细胞寿命测量的常规临床方法，为临床诊断和治疗提供新的思路和方法。
4.4 研究的局限性和未来方向
尽管本研究取得了一定的成果，但仍存在一些局限性。首先，本研究招募的健康受试者主要为广州市妇女儿童医疗中心医务人员的子女和来自社区的健康成人，样本代表性可能存在一定的局限性。未来研究可以进一步扩大样本量，并涵盖更广泛的人群。其次，本研究在测量红细胞寿命时，未考虑其他可能影响红细胞寿命的因素，如遗传因素、环境因素等。未来研究可以进一步探讨这些因素对红细胞寿命的影响。最后，本研究在测量过程中，可能存在一些误差和偏差。未来研究可以进一步优化测量方法和仪器设计，提高测量准确性和可靠性。
五、结论
本研究采用新开发的仪器，利用一氧化碳呼气试验原理，实现了对红细胞寿命的精确测量。研究结果显示，该技术在健康受试者和慢性溶血性贫血患者中的测量结果可靠，且与经典标准标记法得出的值相似。此外，该技术还具有操作简便、快速、无创等优点，有望成为红细胞寿命测量的常规临床方法。