高原居民血红蛋白质量与血浆容量调节的海拔阈值及其对血红蛋白浓度的影响

《Physiological Reports》：Altitude thresholds for hemoglobin and plasma volume regulation in adult residents of different altitudes and their impact on hemoglobin concentration

生活在高海拔地区的特点是促红细胞生成活性增强和血红蛋白浓度（[Hb]）升高。本研究的第一目标是确定居住在不同海拔地区的居民中，血红蛋白质量（Hbmass）显著增加和血浆容量（PV）显著降低发生的海拔高度。第二目标是评估在中度海拔地区，Hbmass和PV对[Hb]变化的贡献程度。研究对象包括来自六个安第斯山脉地区（海拔范围970至2600米）的133名年轻男性和148名女性。Hbmass采用一氧化碳重复呼吸法测定，PV则通过Hbmass、[Hb]和血细胞比容计算得出。结果显示，Hbmass在海拔2600米处增加了35.9±11.6克，而PV减少了208±53毫升（两者p值均<0.01）。Hbmass首次出现显著增加的海拔高度为2180米，而PV首次出现显著降低的海拔高度为1730米。在2600米处，Hbmass和PV对[Hb]增加的贡献相等，分别为0.56克/分升和0.61克/分升，共同使[Hb]提升了1.2克/分升。安第斯山脉居民的PV降低阈值比Hbmass增加的阈值低约450米。在中度海拔地区，血液浓缩对[Hb]增加的贡献与红细胞生成的贡献相当。

研究背景与科学问题

众所周知，血红蛋白浓度（[Hb]）会随着海拔升高而增加，其最直观的机制是促红细胞生成作用增强，导致血红蛋白质量（Hbmass）增大。然而，对于长期居住在中等海拔（如1600米以下）的居民，由于氧合血红蛋白解离曲线（ODC）上段平坦，动脉血氧含量几乎不降，因此无法检测到红系生成的显著增加。尽管全球约5%的人口生活在1500米以上，且[Hb]是贫血诊断的常用指标，其阈值已针对海拔进行调整，但目前仍缺乏关于促红细胞生成呈线性或指数性增加的海拔阈值的系统性数据。

除了Hbmass，[Hb]还受血液液相部分即血浆容量（PV）的影响。短期急进高原时PV下降可导致[Hb]升高，但长期居住者中，Hbmass增加和/或PV减少各自对[Hb]的决定作用尚不明确。有趣的是，夏尔巴人相较于同海拔安第斯居民的较低[Hb]，很大程度上源于更高的PV而非更低的Hbmass，这表明在贫血诊断等应用中需考虑种族差异导致的Hbmass与PV比例变化。因此，本研究的主要目标是识别南美洲中度海拔地区居民Hbmass和PV发生显著变化的海拔阈值，次要目标是量化二者对健康非贫血安第斯人群海拔相关[Hb]变化的贡献。

研究方法概述

这是一项横断面研究，纳入哥伦比亚安第斯山脉六个海拔区域（970米至2600米）的281名参与者（133名男性，148名女性）。所有参与者出生并在各自海拔居住至少两年，无耐力运动史。研究人员采用一氧化碳（CO）重复呼吸法测定Hbmass，并根据Hbmass、静脉[Hb]和血细胞比容（Hct）计算PV、红细胞容量（RCV）和血容量（BV）。体脂量和去脂体重（LBM）通过四极生物电阻抗法测定。统计分析采用双因素方差分析（ANOVA）、单因素ANOVA、配对t检验、简单线性回归、多变量方差分析和多元线性回归等方法，校正多重比较后评估性别、海拔和LBM对各变量的影响及效应量。

研究结果

3.1 基本特征与氧饱和度

各海拔组参与者的年龄和LBM略有差异。随海拔升高，外周血氧饱和度（SpO₂）下降，在1920米及以上海拔显著降低。在2600米处，男性SpO₂（93.8%）显著低于女性（94.6%）。

3.2 血红蛋白质量（Hbmass）

绝对Hbmass在男性各组间无显著差异，但女性在2600米处最高。相对Hbmass（克/千克LBM）在2180米及以上海拔的男性和女性居民中均显著升高，从970米到2600米的增幅男性为0.8克/千克LBM（5.8%），女性为1.0克/千克LBM（8.9%）。方差分析显示，LBM（η2=0.51）和性别（η2=0.34）对Hbmass有极显著影响，而海拔的正向影响（η2=0.082）在2180米及以上达到显著水平（增加35.9±11.6克，p<0.01）。结合既往研究数据发现，Hbmass在2600米以下缓慢增长，之后急剧上升，且与SpO₂显著相关。

3.3 血浆容量（PV）

绝对PV在1730米及以上海拔的两性居民中均显著降低。相对PV（毫升/千克LBM）在女性中于更低海拔即出现下降。PV主要受LBM影响（η2=0.44），性别影响较小（η2=0.063），海拔的负向影响（η2=0.076）在1730米及以上显著（减少208±53毫升，p<0.001）。与Hbmass阈值相比，PV降低的阈值低了约450米。

3.4 血红蛋白浓度（[Hb]）

[Hb]和Hct在1920米及以上海拔居民中显著升高，从970米到2600米，男性升高1.0克/分升，女性升高1.3克/分升。除性别外（η2=0.45），海拔对[Hb]有显著影响（η2=0.22），在1730米及以上显著。多元回归分析表明，Hbmass和PV均与[Hb]强相关。进一步分析海拔相关的差值发现，ΔHbmass和ΔPV对Δ[Hb]均有显著且近乎相等的贡献。在2600米处，Hbmass和PV对[Hb]升高1.2克/分升的贡献分别为0.56克/分升和0.61克/分升。

讨论与结论总结

本研究的核心发现是确定了安第斯居民Hbmass显著增加和PV显著降低的海拔阈值，分别为2180米和1730米。在中度海拔地区，Hbmass的增加和PV的降低对[Hb]升高的贡献大致相等。研究指出，Hbmass个体变异较大，主要受LBM影响，海拔效应仅为混杂因素之一，可能被环境温度等因素掩盖。PV的慢性降低机制可能与急性暴露相似，涉及肾素-血管紧张素-醛固酮系统的适度抑制和心房利钠肽（ANP）激活导致的利尿作用，或水从血管内重新分布至血管外间隙，其生物学意义在于防止血容量过多。研究结论强调，鉴于血液浓缩在高海拔地区对[Hb]的显著贡献，在制定贫血诊断的海拔特异性[Hb]阈值时应予以考虑。