(一)发病原因
1.红细胞生成素代偿性增加
(1)新生儿红细胞增多症：正常足月的新生儿血红蛋白在180～190g/L，红细胞在5.7～6.4×1012/L，红细胞比容53%～54%，这是由于胎儿在母体内处于生理的缺氧状态，待出生后，新生儿可以直接从空气中吸收氧气，红细胞数逐渐下降，如新生儿的血红蛋白>220g/L，红细胞比容>60%，即可诊断为新生儿红细胞增多症，其发生原因可能为：
①胎盘的流血过多，双生子之间转输(胎儿转输综合征)或母亲与胎儿之间转输;
②胎盘功能不全，如过熟儿，妊娠中毒症，前置胎盘等;
③内分泌及代谢异常，如先天性肾上腺增生，新生儿甲状腺功能亢进，母亲糖尿病等。
(2)高原性红细胞增多症：该病是由于高原地区大气压降低，在缺氧的情况下，产生继发性红细胞增多，海拔越高，大气压越低，肺泡氧压也越低，红细胞数，血红蛋白及血细胞比容也越高，在海拔3500米以上，随着海拔高度的增加，高原性红细胞增多症的发病数亦相应增多。
(3)慢性肺脏疾病：肺气肿，长期支气管哮喘，脊柱严重后突，侧突，影响心，肺功能，肺源性心脏病及多发性肺栓塞，由于循环血液过肺时氧化不充分，常继发红细胞增多，约有50%的慢性肺脏疾病的患者产生红细胞容量增加;此外Ayerza综合征临床表现慢性进展性支气管哮喘，气管炎，患者有发绀，同时伴有红细胞增多，以后可合并有右心室肥厚及扩张，并发展为慢性充血性心力衰竭，其主要病理改变是肺动脉及其分支的硬化，有的是肺动脉先天性狭窄或发育不全。
(4)肺换气不良综合征(Pickwickian综合征)：由于呼吸中枢影响周围肺泡通气不良的患者，其临床特点是肥胖，高碳酸血症，红细胞增多，患者有嗜睡，抽搐，发绀，周期性呼吸，最后导致右心衰竭，个别病例体重减轻后，可使肺泡换气正常，症状消失。
(5)心血管疾病：先天性心脏病如法洛四联征，大血管完全移位，常继发红细胞增多，其发病机制是由于血液循环发生短路，使动脉血氧饱和度降低，刺激红细胞生成素增加，促进红细胞生成，非紫绀型先天性心脏病患者在发生慢性心力衰竭，肺充血及肺通气功能不良，而导致长期缺氧时，亦可发生红细胞增多，获得性心脏病中的二尖瓣病变和慢性肺源性心脏病由于有全身血液循环障碍和肺通气受阻常伴有红细胞增多，但红细胞增多的程度较轻，不如先天性心脏病显著，此外肺脏动静脉瘘，颈静脉与肺静脉血管交通等。
(6)血红蛋白病：由于异常血红蛋白的氧亲和力增加，它与氧紧密结合，保持氧合血红蛋白状态，而不易将氧释放至组织，引起组织缺氧，可使红细胞生成素增加，而发生红细胞增多，这组的病例均有氧亲和力增加，氧解离曲线左移，组织可利用氧减少，组织氧张力减低。
(7)异常血红病：这组疾病包括一些损伤性或病理条件下，血红蛋白对氧的摄入或释放异常，按照吸收光带与特性不同，可分为高铁血红蛋白血症，硫血红蛋白血症与一氧化碳血红蛋白血症等，由于血红蛋白失去与氧结合的能力，不能携带氧至组织，也可引起轻度继发性红细胞增多症，吸烟引起的红细胞增多是由于有些人大量吸烟，长期暴露在高浓度的一氧化碳中，吸入的一氧化碳对血红蛋白有较强的亲和力，一氧化碳与血红蛋白结合代替了氧，造成缺氧状态，以后可引起轻度的红细胞增多，血细胞比容与吸烟的消耗量有一定的关系，停止吸烟后血浆即可恢复。
2.红细胞生成素非代偿性增加
(1)肾脏疾病：肾脏疾病继发性红细胞增多尤以肾癌为最多，其次还有多囊肾，肾盂积水，肾良性腺瘤，肾肉瘤，肾结核等，继发性肾脏肿瘤及肾脏移植也有继发性红细胞增多的报道，红细胞增多的机制是由于肿瘤，囊肿或积水压迫肾组织，阻碍血流，引起局部组织的缺氧，使肾脏的红细胞生成素生成增加，导致红细胞生成素生成增加，此外在囊肿壁的浸出物和囊肿的液体及肿瘤的肾癌组织中有红细胞生成素的RNA存在，若将肿瘤组织粗制浸出液注射到动物体内可刺激红细胞生成，肾移植的病人可引起红细胞增多的机制可能与受者本身肾脏损害引起的红细胞生成素增加有关。
(2)其他肿瘤：肝细胞肝癌已证实有红细胞增多，在肝癌细胞中也证实有红细胞生成素的抗原存在，肝癌切除后红细胞增多可改善，转移性肝癌，肝血管瘤，肝血管肉瘤等可见红细胞增多，肝硬化的病人偶见红细胞增多，可能与合并肝细胞肝癌有关，除肝肿瘤外尚有小脑成血管细胞瘤，子宫肌瘤，嗜铬细胞瘤，卵巢癌等，个别报道胃癌，前列腺癌，肺癌，霍奇金病，食道肿瘤等可影响红细胞生成素的分泌进而并发红细胞增多。
(二)发病机制
红细胞动力学，造血细胞动力学是从定量方面研究机体造血组织中造血细胞群体增殖，分化，成熟，分布和死亡的动态变化，以及它们在生理和病理情况下对体内，外调节因素所产生的反应，机体内红细胞生成经历了造血细胞的增殖及分化，原红细胞到晚幼红细胞和骨髓网织红细胞的增殖及成熟和网织红细胞释放到外周血最后成熟为红细胞的动力学过程，在生理情况下每天有一定数量的红细胞生成，也有等量的红细胞被破坏。
1.多能干细胞
1961年，Till和Mclulloch发现，将正常小鼠的骨髓细胞输注给致死剂量化疗的小鼠，8～10天后受者小鼠脾脏上可以生成由骨髓红系，粒系和巨核细胞系的细胞组成的脾结节，Becker用标记染色体证明，每个脾结节中全部细胞均起源于单一的细胞，因此称这种脾结节生成细胞为造血干细胞或多能造血干细胞(pluripotential hematopoietic stem cell)，多能造血干细胞具有很强的增殖能力，且具有多能性分化的能力，造血干细胞通过不对称性有丝分裂，一方面维持自我数目的不变，另一方面不断产生各系祖细胞。
2.CFU-S的增殖动力学
细胞增殖动力学是指用时间和数量来研究细胞群体增殖，分化和死亡的过程，细胞的增殖是通过细胞的分裂进行的，细胞周期是指以一次细胞分裂结束后开始，到下一次分裂的终末经历的整个过程，在细胞周期各时相的过程中顺序地进行着一系列特定的生化代谢。
(1)G1期：一般指细胞分裂完成，子细胞形成开始，到细胞DNA复制之间的间隙，故又称复制前期，G1期DNA为二倍体含量，在G1期细胞内主要进行RNA和蛋白质的合成以及与DNA复制有关的代谢的准备，G1期可持续数小时，数十小时或数天，甚至数月之久。
(2)S期：从细胞由DNA复制开始，到DNA复制完成，DNA含量从二倍体连续增加到4倍体，S期时限6～8个h。
(3)G2期：从DNA复制完成，到细胞开始进入分裂期之间的间隙，G2期DNA含量为4倍体，此期细胞内进行微管蛋白合成以及线粒体的，DNA合成，G2时限变化较大，易受各种因素影响。
(4)M期：为细胞分裂期，一般0.5～2h。
3.红系祖细胞
BFU—E(burst-forming unit-erythroid，红系爆式形成单位)，为早期红系祖细胞，需在体外培养14～20天，才能形成集落，每个集落含有上百到上万个有核细胞，BFU-E形成的集落较大，形状像一颗炸开的礼花，爆式集落中可见到巨核细胞，中性或嗜酸性粒细胞及单核巨噬细胞等，因此设想早期BFU-E是双向或多向的祖细胞，与CFU-S相接近，BFU-E的生长也依赖红细胞生成素。
CFU-E(colony forming unit-erythroid，红系集落形成单位)，是红系中最晚的祖细胞，在体外培养体系中的生存和增殖都需要EPO，CFU-E接近可辨认的原红细胞，人的CFU-E体外培养7天便可形成8～64个有核红细胞组成的集落，正常人骨髓中CFU-E与BFU-E之比为5∶1～10∶1。
4.红系细胞生成的动力学参数
根据骨髓各阶段细胞的分裂指数以及放射性核素体外掺入法测定的DNA合成时间，推算人的骨髓红系细胞周期时间分别为：原，早幼红细胞各为20h，中幼红细胞约为2h，晚幼红细胞不具有合成DNA的能力，因此属非增殖性细胞，在整个过程中，细胞的分裂指数为3～5次，推算从红细胞生成到新的网织红细胞从骨髓中排出约需要5天的时间。
5.红细胞的成熟
红细胞的成熟始于细胞质中血红蛋白合成，随着红系细胞不断的成熟，每个有核细胞中血红蛋白的含量不断增加，而RNA含量却不断减少，刚从造血干细胞分化而来的人原红细胞中的血红蛋白的含量几乎为零，在以后的成熟过程中，细胞内的血红蛋白含量逐渐增加到14.4pg，经过一次细胞分裂后，虽然细胞中血红蛋白含量减少了一半，但是经过一个细胞周期以后，细胞中的血红蛋白含量又由7.2pg增加到21.6pg，细胞中的血红蛋白对红细胞的分裂期具有决定性的影响，当中，晚幼红细胞分裂后的子细胞中血红蛋白含量超过13.5pg时，细胞就失去了继续分裂的能力而成熟为晚幼红细胞，并进入脱核阶段，在红细胞成熟过程中，DNA和RNA合成逐步减低以至消失。
在形态学方面随着细胞的成熟，核糖体逐渐减少，细胞器又逐渐退化消失，由于细胞连续分裂以及胞核的变小，浓集和消失，细胞胞体相对增加。
6.红细胞脱核和释放
晚幼红细胞的脱核在生物学和形态学上与细胞分裂相似，脱核可看做两个不等分的分裂，一部分是网织红细胞，一部分是不分裂的浓缩的核，在脱核之前，晚幼红细胞的波状运动增加，经过几次收缩，把核挤到胞质一极而后脱出，脱出的裸核大部分为巨噬细胞所吞噬，或在脾脏裂解溶解。
成熟红细胞的释放是骨髓红细胞造血的最后一个过程，电镜观察证明，红细胞是通过骨髓的窦壁，内皮细胞联合处的胞质而入血的，当红细胞进入血窦时易变形胞质先进入，胞核留在血窦外，红细胞进入血窦后，内皮细胞即收缩而使血窦孔闭合，低氧状态下可以引起骨髓窦壁的扩张和血流量增加，外周血中偶尔见少量有核红细胞逸出。
7.红细胞破坏
正常的红细胞生存时间为100～130天，因此体内红细胞每天1/120被破坏，6.25g血红蛋白分解，同时又有相应量红细胞及血红蛋白的生成，以保持体内红细胞数量的动态平衡，红细胞的生理破坏主要由于衰老所致，红细胞衰老时，红细胞内己糖激酶，磷酸葡萄糖异构酶等逐渐失去活力，使依赖这些酶的代谢过程减弱，红细胞存活60天后，三磷腺苷(ATP)含量开始降低，因而导致能量代谢的障碍，衰老红细胞渗透脆性增加，可变形性减少，在形态上逐渐由盘形变成球形，这些衰老的红细胞在血循环中受血流的冲击或红细胞受机械性损伤而发生破碎，最后被单核巨噬细胞或中性粒细胞吞噬，或由于各种因素使红细胞膜受损失渗透性改变而引起红细胞溶解，正常时，衰老的红细胞约10%在血管内被破坏，其中脾脏起着重要的作用，除脾脏外，肝脏也是破坏红细胞的主要场所之一，其他器官中的单核巨噬细胞也有清除异常红细胞的能力，但效率较小。
8.红细胞的生成调节
在生理情况下，循环红细胞的总量通过对红细胞生成速率的反馈调节而维持衡定，在造血干细胞到成熟红细胞之间，构成了互相联系，互相制约的一个复杂的动态平衡，在红细胞生成中，红细胞生成素起着重要的作用，红细胞生成素(erythropoietin，简称EP)为分子量6万～7万的糖蛋白，在血清蛋白电泳中，EP位于α球蛋白的区带上，EP对红细胞造血的作用主要是：
①刺激前期红系定向干细胞的增殖;
②促红系定向干细胞向原红细胞分化;
③刺激骨髓幼稚红细胞增殖，这3个作用均受上述过程终末产物的负反馈制约，雄激素可刺激EP的产生增多，并刺激正铁血红素合成，同时有增加EP敏感细胞数目的作用，促使G0期的CFU-S进入DNA合成期的作用，此外，也可直接作用于红细胞生成。
大剂量的雌激素有抑制EP生成的作用，雌激素可能通过减低造血干细胞对EP的反应抑制红细胞的生成。
一般认为初抵高原时红细胞增多与脾脏收缩，释放出储存的红细胞至外周血液中有关，久居高原红细胞增多与高原地区氧压减低，处于缺氧状态，以及与下列因素有关：
(1)红细胞2，3-二磷酸甘油酸水平增加：氧解离曲线右移，可使动脉血氧饱和度减低，有利于血液向组织释放氧。
(2)血浆及尿中红细胞生成素水平增加：使血浆铁更新率增高，网织红细胞增多，红细胞容量与血容量增加。
(3)过多的抗利尿激素及肾上腺皮质激素分泌减退，恢复至正常水平。
(4)骨髓中红细胞生成增多：以代偿缺氧的一种适应机制，以增加携氧能力，保证组织对氧的需要。
但红细胞增多有一定生理范围，过度增生可引起血容量增加，血浆容量相对减少，血液黏度增加，血流缓慢，这些情况又使血液氧合作用减少，组织缺氧，心脏负担增加，由生理反应转为病理状态，在慢性缺氧环境中，动脉血氧饱和度下降，又可刺激红细胞生成素大量生成，使红细胞过度增生，又使红细胞内2，3-二磷酸甘油酸过量增加，使肺部摄氧困难，动脉血氧饱和度进一步下降，形成恶性循环，终于发展为本病。
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