第二章 输血原理
输血治疗常常是现代医学中挽救患者生命和治疗血液相关性疾病的关键举措，输血医学也是现代医学的重要组成部分。然而，面对血液的大量使用[1]，血源供不应求的矛盾凸显和输血相关并发症的频频发生[2]，要提高临床输血水平，更好地发挥输血治疗效果，就必须做好科学合理的临床输血。做好科学合理输血的前提则是透彻了解和正确掌握输血原理。由于输血之主要目的是：①补充因创伤或疾病而减少的血液成分并恢复其生理功能；②消除病变的血液和造血系统的病理作用并恢复其生理功能；③调节失衡的血液生理功能，故了解血液的基本生理功能是理解输血原理的基础。本章首先介绍血液的主要生理功能，继之介绍临床输血原理的四种主要机制。
血液是生物进化到一定阶段形成的一种含有复杂成分的体液。血液在全身不停地循环流动，通过其复杂的成分及其发挥的功能，起着连接和支持体内各种器官组织和结构的重要作用。所以，认识输血治疗机制的基础首先是认识血液的各种成分及其功能。血液分为血细胞和血浆两部分。血细胞分为红细胞、白细胞和血小板三类。血浆中水分约占90%，另有10%为溶质。血浆中的溶质以血浆蛋白为主（用盐析法可分为白蛋白、球蛋白和纤维蛋白原三类），还有电解质、各种营养物质和代谢产物、酶（包括多种凝血因子）、激素、胆固醇和其他重要成分。血液依赖上述成分的正常含量和质量来实现其主要生理功能：运输、凝血与纤溶、维持内环境稳态和免疫防御。
运输O2是血液最重要的功能。红细胞内的血红蛋白（hemoglobin，Hb）是血液将O2由肺经心脏向组织输送的主要载体。95%的O2与Hb在肺泡结合，然后通过心脏的泵血将被带往全身组织。此外，另有5%的O2以物理溶解于血浆的形式被运输。由于红细胞是O2运输的主要载体，而O2供应又是保障全身细胞中线粒体能量代谢并维持全身细胞基本功能的基础，按用量计算，红细胞输注在各种输血中最常用和最多用。
除O2外，血液还将被消化道吸收的营养物质运送到全身各组织的细胞供新陈代谢所用。血浆中不稳定的小分子物质多与血浆中的蛋白质结合而被运输，例如难溶于水的胆固醇及脂类等；而溶于水的电解质等则主要被血清运输。
CO2是必须被及时排出体外的细胞能量代谢产物。化学结合途径运输的CO2占其总量的94%左右。组织代谢产生的CO2扩散入血后大部分在红细胞内生成H2CO3，H2CO3又解离成
和H+。血液中的红细胞将
运输到肺部。由于肺泡气中的CO2分压低于静脉血，以
形式运输的CO2从血中逸出，扩散到肺泡被呼出体外。除CO2外，血液还将细胞产生的各种代谢产物运送至肾脏和汗腺等排泄器官排出体外，将多种药物和毒物运输到肝脏分解。
体内多种免疫细胞和免疫分子经过血液运输，在血液和全身发挥其免疫功能。
激素由内分泌器官和组织释放后直接进入毛细血管，经血液循环运送到远距离的靶器官发挥作用。部分神经细胞合成的激素沿轴浆流动被运送到神经末梢释放入毛细血管，再由血液运送至靶细胞发挥其生理功能。
此外，经肌内注射吸收入血，或经消化道和皮肤吸收入血，或直接注射入血的药物和毒物，也多是通过血液的运输到达靶器官发挥治疗或致毒作用的。
血液中主要是血小板和凝血因子参与凝血功能。血管损伤可导致内皮下胶原暴露，激活血小板。血小板通过黏附于血管内皮下组分，并通过血小板与血小板之间的相互黏附先形成血小板血栓，再释放其内容物，促进凝血块形成和血块收缩，达到止血之目的。人体至少有13种凝血因子，除FⅢ存在于组织外，其余均存在于血浆中。血液通过内源性凝血途径（参加凝血的因子全部来自于血液）或外源性凝血途径（参加凝血的因子有来自于血液外的组织因子），以凝血瀑布学说所描述的一系列凝血因子活化的酶促反应，生成纤维蛋白，形成止血栓，实现其凝血功能。
由纤维蛋白溶解系统参加的纤溶过程也是一系列蛋白酶催化的连锁反应。其作用是将纤溶酶原转变成纤溶酶，纤溶酶再降解血管内因凝血系统被激活而沉积的纤维蛋白，使止血栓在完成止血使命后逐渐溶解，进而保持血管畅通。
血液依靠其中的多种缓冲对来调节细胞外液的电解质及酸碱平衡。血液中的缓冲对包括碳酸氢盐体系、血浆蛋白体系和磷酸盐体系等，其中碳酸氢盐体系发挥着重要作用。当酸性或碱性物质进入血液循环后，血中缓冲物质可有效减轻酸性或碱性物质对pH的影响。
由血浆中不能自由透过毛细血管的蛋白质所产生的渗透压称为胶体渗透压。血浆白蛋白分子量虽小但分子数很多，其产生的渗透压占血浆总胶体渗透压的80%。正常的血浆胶体渗透压约为3.3kPa，其主要功能是保持血液中的水分不透过毛细血管壁进入血管外组织，进而维持正常的循环血液容量。血液的晶体渗透压主要由其中的电解质等小分子维持，与所有细胞外液的晶体渗透压相等，是调节细胞内外水平衡的最重要因素。
血液中的水分有很高的比热，血液循环高效地在机体各部位间传输热能，是人体将体温维持在相对恒定范围的重要环节。
人体免疫系统由免疫器官、免疫细胞、免疫分子组成，其基本功能是“清除异己、保护自身”。血液中存在多种免疫细胞，包括吞噬细胞（含中性粒细胞和单核细胞）、树突状细胞、自然杀伤（nature killers NK）细胞、嗜酸性粒细胞、嗜碱性粒细胞、T细胞和细胞等。血液中还有很多免疫分子，包括黏附分子免疫球蛋白、补体、各种细胞因子等。血液循环系统是人体免疫系统的重要组成部分，参与机体的体液免疫和细胞免疫。进入血液的病原体和同种异体的异体成分都被视为外来抗原，外来抗原进入机体后被免疫系统识别并产生免疫应答。在体液免疫中，淋巴细胞表面特异性受体与入侵抗原结合后被致敏，然后分化和增殖，产生相应抗体并释放到血液和其他体液中。抗体具有各自的特异性，能够特异性地结合对应的抗原。细胞免疫主要涉及NK细胞和T淋巴细胞。T淋巴细胞在外来抗原的刺激下发生增殖反应，转化为效应T细胞。效应T细胞不仅可以直接杀死被感染的细胞，而且释放一类能在细胞间传递信息、具有免疫调节功能的具有杀伤作用的细胞因子，如白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）等。
血液的免疫功能在临床输血中意义重大。红细胞血型抗原，尤其是ABO血型的发现，以及此后建立的临床鉴定ABO血型方法，为选择ABO血型配合的血液输注奠定了现代输血医学的基础。
血液的主要生理功能详见本书中的第三章、第五章、第六章、第七章和第十一章。
血液含有极其复杂的成分，而这些成分又都依赖其在血液中的正常含量而各司其职完成自己的功能。这些功能再有机整合形成全血的主要生理功能，输血正是要恢复因各种原因而受到损伤的血液功能。因此，输血的基本原理和机制总是与血液成分的含量以及其相应的功能有关。由于血液各成分都有自己的生成（造血）、运输、转化等代谢动力学过程，而这些代谢过程又直接决定血液中各成分的含量及其功能，故输血的基本原理也必然与血液成分的代谢动力学（特别是造血）相关联。血液的免疫功能与血液中免疫细胞和免疫分子的功能关系密切，通过输血将其调节在合理的范围常常可以有效地预防和治疗相关疾病。基于上述分析，我们将输血治疗的机制分为：输血的外源性替补机制；输血的内生性替补机制；输血的去除机制和输血的免疫调节机制。而对于一些尚未阐明或显然不属于上述机制的输血治疗方法，则暂时将其归列为“其他”。
自古以来严重创伤和产妇大失血致死的事实使人类认识到血液为“生命之河”，也很自然地产生了给那些因大失血而濒于死亡的人补充血液，挽救他们生命的想法。事实上，这就孕育了人类最初对输血替补机制的认识。在这种认识的驱动下，经历了许多曲折的尝试，终于在1818年由英国的妇产科医师James Blundell完成了将一个人的血输给另一个人的创举。此后，替补性输血在临床治疗大失血的患者中得到日益广泛的应用，并挽救了无数患者的生命。但是，在相当长的时期内，丢失全血就应该输注全血成为一种传统观念，也正是这种传统观念阻碍了成分输血的开展。后来发现，在许多血源缺乏的条件下抢救失血性休克的患者时，只要能补充足够的晶体液或胶体液，能维持正常的循环血容量就可以挽救患者的生命。即使有些患者的失血进一步增多，在补充血容量的基础上只输注已几乎没有凝血功能的库存全血，能提高血红蛋白浓度并恢复血液携氧能力，也可以挽救患者生命。经过反复的临床实践，人们逐渐认识到，尽管血液有复杂的成分及各司其职的生理功能，尽管丢失全血时血液的运输、凝血与纤溶、维持内环境稳态和免疫防御等四大功能均受到不同程度的受损，但机体对这些成分的丢失及其受损功能的耐受能力各异。一般而言，平素健康者在急性失血时，对血容量丢失而导致的血液组织灌注及其综合运输功能受损；对红细胞丢失而导致的血液携氧功能受损；对凝血因子丢失而导致的凝血功能受损；对血小板丢失并导致的止血功能受损；对血液稳定内环境功能的受损和免疫防御功能的受损，机体的耐受能力按上述顺序依次更强。替补性输血的目的主要是修复因血液及其成分丢失而受损的血液生理功能，所以，在对急性失血患者实施科学合理的替补性输血治疗时，应该是在不同的阶段补充不同的血液成分。对库存全血缺点的认识、对血液各成分分离技术的掌握，以及对血液各主要成分有效保存条件的了解和应用[3]，最终使临床常规开展按需补充单一血液成分成为可能。成分输血已成为当今输血治疗的一个基本指导思想，替补性输血的基本原则也发展为“按功能需求缺什么补什么，按最低需求缺多少补多少”。
在相当长的时间里，输注红细胞被认为可用于维持有效循环血容量和提高血液的携氧能力。但在理解血容量的维持主要是依赖于血液中胶体渗透压，使用血浆代用品就可以有效补充血容量，输注红细胞的风险远大于血浆代用品后，输注红细胞的绝对适应证被确定为提高血液的携氧能力[4]。当血液的供氧能力主要因血红蛋白浓度下降，单位容积血液的携氧能力太低而不能满足机体耗氧时，应输注红细胞以提高单位容积血液的携氧能力，进而提高血液循环的供氧能力来满足全身和重要器官的供氧耗氧平衡。
输注红细胞可以治疗先天性核苷酸代谢酶缺乏所致的免疫缺陷性疾病。这类患者由于先天性缺乏核苷酸代谢酶，造成有毒性的核苷酸代谢中间产物在淋巴细胞内大量积累，抑制淋巴细胞的增殖，发育和分化，从而使其免疫功能受损，甚至因反复感染而死亡。令人惊奇的是，这类患者可以通过定期输注浓缩红细胞而得以生存。其原因是正常人体的红细胞中富含核苷酸代谢酶。输入他们的红细胞相当于给患者的血管内输入了半存活期长的酶，使累积于淋巴细胞内的毒性代谢中间产物可以经正常途径被代谢，从而恢复患者淋巴细胞的免疫功能。许多学者仍然认为这种治疗方法实际上还是基于输血的外源性替补机制。因为，虽然红细胞和淋巴细胞是两种不同的血细胞，但实际上两者均含有功能相同的酶。输注红细胞实际上是为淋巴细胞补充了缺少的核苷酸代谢酶，使其能恢复正常的代谢功能和免疫功能，达到治疗免疫缺陷型疾病之目的。
各种原因使粒细胞减少到一定阈值，血液在外来病原体入侵后不能有效地发挥其趋化运动、吞噬作用和杀菌功能，致使感染难以有效控制时，可考虑输注浓缩白细胞。输注的浓缩白细胞中实际有治疗作用的主要是粒细胞。由于各种高效抗生素及基因重组造血生长因子更加广泛的应用、对输注浓缩白细胞引起的严重不良反应的认识加深，以及不用动员剂就难以获得足量粒细胞供临床输注等原因，目前浓缩白细胞的应用已日益减少[5]。
各种原因导致血小板数量和（或）功能下降，已出现或极可能出现致命性的大出血，或重要脏器和部位出血（如颅内出血）时，应考虑输注血小板。
研究表明，一种血细胞对其他血细胞的生长或功能也有一定的调控作用。例如，红细胞在机体的免疫防御方面也有重要的作用，有人还提出了红细胞免疫系统的概念。红细胞的免疫功能主要是以其细胞膜表面存在的Ⅰ型补体受体为基础，在清除循环免疫复合物方面起主要作用。此外，研究还发现红细胞有促进吞噬、识别和存储抗原，以及抗原呈递、增强T细胞免疫反应性等免疫功能。而以免疫防御为主要功能的白细胞，则在调节造血方面有重要作用。如T细胞产生的白细胞介素3，对红系、髓系、巨核系的祖细胞都有刺激其增殖和分化的作用。单核-巨噬细胞则通过直接或分泌多种调控因子（也可能与T细胞协同），对红系造血有重要的调控作用。血小板富含的转化生长因子β就是一种重要的造血负调控因子。这些发现提示，各种血细胞的成分输注可能不仅仅限于简单的替补作用，其作用也可能是多样性的。
现在临床使用的血浆主要是新鲜冰冻血浆（fresh frozen plasma，FFP），系单采获得的血浆或全血采集后于6～8小时内在4℃离心制备的血浆，迅速在-30℃以下冰冻成块而制成。FFP含有全部的凝血因子及血浆蛋白，其浓度与6～8小时内采集的全血相似。通过补充FFP能向循环血液中补充各种凝血因子，纠正各种原因导致的因凝血因子浓度下降而引发的凝血功能异常，维持血液的正常凝血功能。例如，机体大失血时可因大量的凝血因子丢失，出现病理性凝血功能障碍而加重失血，甚至引发弥散性血管内凝血（disseminated intravascular coagulation，DIC）。此时，应及时给患者输注FFP。
冷沉淀中含有丰富的因子Ⅷ、纤维蛋白原及血管性血友病因子等。因此，冷沉淀输注对甲型血友病患者、各种先天性或获得性纤维蛋白原缺乏症（如严重创伤大失血患者及DIC患者）、血管性血友病等，是重要的替补治疗方法。
由于替补机制主要是将水平低下的血液成分补充到能发挥正常生理功能所需的最低水平，所以临床上常常结合疾病的病因、发病机制、血液成分的代谢动力学过程和该成分的生理功能来制订疾病的治疗方案。利用人血白蛋白的替补性机制治疗某些疾病就充分地体现了这一临床思维和决策的逻辑性。例如：①肝脏合成白蛋白需要从消化系统获得氨基酸等营养物质，故输注人血白蛋白可治疗营养不良时的低白蛋白血症及其导致的组织水肿。②白蛋白由肝脏合成，其寿命只有20余天，故输注人血白蛋白是纠正急性肝衰竭后低白蛋白血症的唯一有效措施。③白蛋白在肝脏合成后约40%分布于血管内以维持80%的血浆胶体渗透压，进而保持水分在血管内，故在成人呼吸窘迫综合征或脑水肿等重要脏器和组织水肿时，输注人血白蛋白可有效地减轻肺间质水肿和脑水肿。④在一些病理情况下白蛋白的分解会加快，当其丢失的速度超过肝脏的合成速度时，低白蛋白血症随之发生。严重感染、严重创伤和烧伤时白蛋白分解加速（如烧伤面积达50%时，白蛋白的分解速度是正常的2倍）。此时临床上常常使用人血白蛋白来治疗低白蛋白血症。⑤白蛋白异常丢失。如多种急性肾炎时肾小管的通透性增加，使大量白蛋白经肾脏和尿液丢失。给这类患者输注25%白蛋白溶液对缓解全身水肿常有满意的疗效。⑥医源性血浆低胶体渗透压。心脏手术体外循环时因使用额外的管道使循环血量增加约50%。如果体外循环前仅在管道内预充晶体液则可导致体外循环中血液的胶体渗透压下降，全身组织水肿。用晶体液和白蛋白合用作为体外循环预充液则可避免或减轻这一问题。长期接受血液透析的患者也可因白蛋白的丢失导致医源性的低白蛋白血症和血容量减少，输注25%白蛋白可治疗胶体渗透压和血容量的不足。
如前所述，尽管丢失全血时血液的所有成分及其功能均有不同程度的受损，但机体对这些成分的丢失及其受损功能的耐受能力各异。因此，利用替补机制进行成分输血时，临床医师应根据病程和病情的发展选择输注一种血液成分，或选择同期联合使用多种血液成分，或选择前后序贯使用不同的血液成分。例如，对一位平素健康但在手术中急性失血的患者，早期失血时（丢失<50%的循环血容量）只需单一使用血浆代用品以维持循环的总血容量和综合运输功能即可；若失血增加到中度失血时（丢失>50%的循环血容量），常常需要同期联合输注血浆代用品以维持有效循环血容量和输注红细胞以维持血液的携氧能力；若失血进一步增加影响到凝血功能时，需在以前成分输血的基础上，序贯联合使用FFP、纤维蛋白原和冷沉淀、甚至血小板以维持凝血功能的基本正常；如果仍然持续快速失血，则需要按照采自全血量1∶1∶1的比例将红细胞、FFP和血小板同期打包输注。
长期的临床输血实践和相关的科学研究使人们认识到，依据外源性替补性机制实施的成分输血，其主要目的是恢复血液中该成分所发挥的基本生理功能。如果能够人工合成具有某种血液成分或细胞的功能，又能安全使用和工业化批量生产的药品（特别是不传播传染病和不干扰免疫功能的药品），就应该能替代这种成分的输血。这在输血替补性机制的认识上又是一次质的飞跃。基于这种认识上的深化和积极实践，人们在血浆代用品，特别是人工胶体液的研制和生产，以及使用人工胶体液替代血浆和白蛋白治疗低血容量取得了巨大成功[6]。近年来，人们又在积极研制具有红细胞携氧功能的红细胞代用品[7]和具有止血功能的血小板代用品。当然，人工产品能完成红细胞和血小板的主要功能要比血浆代用品完成维持血容量的功能复杂得多，其研制并能成功用于临床所需的投入也要更多，所需时间也将更长。
利用再生与移植的机制，可通过给患者使用造血生长因子，或造血干细胞来修复或再建造血功能低下或病变的造血系统，将血液中的血细胞恢复到正常浓度，进而恢复其正常生理功能，达到对造血系统相关疾病进行治疗之目的。
生物学的再生（regeneration）是指生物体对失去的结构重新自我修复和替代的过程。造血生长因子（haematopoietic growth factors）是机体对造血干细胞的自我再生、增殖、分化、成熟及凋亡进行调控的一类关键物质。早年，输血的主要成分主要是来源于同种异体献血者的全血和血细胞。随着促红细胞生成素、人粒细胞集落刺激因子和血小板生成素的先后发现，以及对它们主要生理功能的确定，人们意识到使用这些造血生长因子可以自我修复患者的造血功能，达到内生性血液替代治疗之目的。自20世纪70年代以来，基因重组蛋白工程技术的飞速发展使得造血生长因子的生物工程取得了革命性的突破，可以规模化生产大量纯化的重组人促红素、重组人粒细胞集落刺激因子、重组人血小板生成素等，使造血生长因子的研究从实验室进入了临床应用，由此产生的内生性血液替代疗法取得了令人鼓舞的治疗效果[8]。
促红细胞生成素主要在肾脏合成，可以促进红系细胞的生长和分化，刺激红系池的扩大并促进红细胞的成熟。重组人促红素的应用填补了在临床上利用再生机制治疗重度贫血的空白。重组人促红素的主要适应证为慢性肾衰竭引起的重症贫血和恶性肿瘤化疗中的继发性贫血。对准备接受大失血手术的患者在实施贮存式自体输血时，术前应用重组人促红素可发挥其对红细胞的动员作用，使患者自体红细胞生成和成熟的速度加快，进而实现：①提高手术期间患者血液中红细胞浓度而增强对失血的耐受力；②手术后可通过内生性血液替代机制使患者的贫血状态尽快得到纠正。
正常人体中粒细胞刺激因子由活化的单核细胞、成纤维细胞、内皮细胞等分泌，其最主要的生理作用是特异性刺激和调节粒系祖细胞的增殖、分化、成熟和功能活化。因此，重组人粒细胞集落刺激因子能增加血液中性粒细胞的浓度，其适应证为肿瘤化疗引起的中性粒细胞减少症，各种骨髓移植后的骨髓功能重建，再生障碍性贫血和骨髓增生异常综合征等各种特发性和先天性中性粒细胞减少症。
人血小板生长因子（thrombopoietin，TPO）主要由肝细胞生成，是促进巨核细胞和血小板生成最主要的特异性调节因子。TPO多用于各种肿瘤放疗和化疗导致的血小板减少症，慢性非特异性血小板减少性紫癜等。TPO还可用于提高健康献血者的血小板采集量。
造血干细胞（hemopoietic stem cell，HSCs）是一切血细胞的源头细胞，骨髓是其主要来源。当机体需要时，部分HSCs被动员并可进一步分化为各血细胞系，如红细胞系、粒细胞系、单核-巨噬细胞系、巨核细胞系以及淋巴细胞系。因此，骨髓HSCs可作为种子细胞被移植在活体来重建全部造血细胞。如果HSCs来自于患者自身或同卵双胎的孪生兄弟或姐妹，这称为同基因HSCs移植，理论上可视为前述的再生机制。但现在临床上更多应用的是异基因HSCs移植，按照供者与患者有无血缘关系分为：血缘关系供者HSCs移植和无血缘关系供者HSCs移植（即无关移植）；按照采用的HSCs来源又可分为三种：①经动员采集的外周血造血干细胞；②骨髓造血干细胞；③脐带血造血干细胞。与造血生长因子通过再生机制来修复造血系统的最本质区别在于，异基因HSCs移植是重建一个基因与受体完全不同的造血系统，最终通过新的造血系统生成与原有血细胞具有不同基因，但生理功能又是完全一样的血细胞，来治疗与原造血系统相关的疾病。HSCs移植的过程首先是“清髓或减毒预处理”，即患者先接受超大剂量（通常是致死剂量）的放疗或化疗，有时还联合使用其他免疫抑制药物，以清除患者骨髓中的肿瘤细胞和异常克隆细胞，同时也清除了患者自身原有的HSCs。此后再通过回输采自他人的HSCs，重建正常的造血系统、恢复其正常的造血功能、生成正常的血细胞。异基因HSCs移植时的HSCs来源于正常供者，无肿瘤细胞污染，且移植物有免疫抗肿瘤效应，故复发率低，长期无病生存率（也可以理解为治愈率）高，适应证广泛，甚至是某些疾患唯一的治愈方法。基于上述机制，HSCs移植可用于治疗许多造血系统疾病，包括：①HSCs异常引起的造血系统恶性肿瘤，如急性白血病、慢性粒细胞白血病、淋巴瘤、多发性骨髓瘤、骨髓增生异常综合征等。异基因HSCs移植常常是治愈这些疾病的唯一手段。②某些非恶性肿瘤的造血系统疾病，如重型再生障碍性贫血、地中海贫血等。
从认识和实践的发展规律上看，把替补人体所缺少的正常血液或血液成分的治疗原则，延伸到去除人体血液中多余的或病变的血液成分必然是顺理成章的事。从治疗机制上说，前者为替补，后者则为去除。成分输血中使用的血液成分单采技术的发展导致了基于去除机制的输血治疗，即治疗性血液成分去除或置换术（therapeutic blood components apheresis，TBCA）的出现。TBCA主要通过血细胞分离机将患者血液引入体外，经重力离心或膜分离等方法集中分离并去除病理性的血细胞或其他血液成分，再将正常的血液成分回输给患者。这样就可以减少和去除血液中多余或病变的成分，达到治疗疾病之目的。有的血细胞分离机不仅可以将血浆和血细胞分开，还能将血细胞分成红细胞、白细胞或血小板，这就为去除人体血液中多余的或发生病理变化的某一种血细胞创造了条件。在此基础上，人们还采用多克隆或单克隆抗体免疫吸附柱，以去除血液中特定的血细胞或蛋白质成分。其中最令人感兴趣的是，通过特异性去除免疫细胞亚群来控制和调节免疫系统功能。这些都可望将来在临床上有广泛的应用。
根据疾病类型、治疗目的及血细胞分离机应用程序，可将TBCA分为治疗性血细胞去除术和治疗性血浆成分置换术。这些技术已用于几十种疾病的治疗，涉及血液学、肿瘤学、产科学、心脏病学、临床免疫学、内分泌学、神经学等（详见本书第四十四章）。
应用这项技术可去除造血系统恶性增生所产生的过量红细胞，如真性红细胞增多症；治疗由于遗传等因素所致的红细胞功能异常性疾病，如遗传性血色病和镰状细胞贫血；去除有病原体寄生的红细胞，控制某些严重的寄生虫疾病，如脑型疟疾等。
本技术可去除各类造血系统恶性增生性疾病产生的过量病理性白细胞，以减轻过量粒细胞或淋巴细胞对机体的致病作用。常用于多种白血病，如慢性粒细胞白血病、慢性淋巴细胞白血病、高白细胞性白血病和毛细胞白血病等。
利用血细胞分离机通过血小板单采程序去除患者体内异常增多的血小板，可使血小板计数在短期内迅速下降，减少功能异常的血小板和改善患者血液的高黏滞状态，预防出血和血栓的发生。治疗性血小板去除术最多用于原发性血小板增多症。
治疗性血浆置换术（therapeutic plasma exchange，TPE）是先将患者血液采集到体外，通过离心、膜滤或吸附等方法分离并去除患者血浆中的关键病理性成分，再将正常血液回输给患者，达到治疗疾病之目的。使用TPE时选用不同吸附柱安装在分离机上就可以有针对性地治疗不同疾病。例如，葡萄球菌蛋白A制成的免疫吸附柱可特异性去除免疫球蛋白和免疫复合物，从而使一些自身免疫性疾病的病情得以缓解。有人把这种治疗方法称之为选择性或特异性血浆置换法，符合当今个体化和精准治疗理念的发展方向。现在，TPE已被列为吉兰-巴雷综合征、重症冷球蛋白血症、重症肌无力胸腺切除手术前、噻氯匹定导致的药物相关的血栓性微血管病等20种疾病的一线治疗方案[9]（详见第四十四章“治疗性血浆置换”）。临床上TPE常用于：
例如：①部分甲型血友病患者在接受Ⅷ因子后产生同种抗体而对输注Ⅷ因子无效。血浆置换可快速清除抗Ⅷ因子抗体，达到治疗目的。②骨髓移植时，受者与供者的ABO血型不合可使受者产生抗A或抗B抗体而引起溶血反应。对此类患者在移植时采用大剂量血浆置换来去除上述抗体，则可防止此类溶血的发生。③应用免疫吸附柱的TPE可迅速选择性降低对规范治疗无效的重症肌无力患者体内的乙酰胆碱受体的抗体（一种自身抗体）效价，恢复神经肌肉接头功能和呼吸肌及吞咽肌的正常收缩，缓解致命的呼吸困难和吞咽困难。
家族性高胆固醇血症是由于肝脏中特异性的低密度脂蛋白-受体减少或缺乏，导致肝脏对血液循环中低密度脂蛋白-胆固醇的清除能力下降，进而引起循环血液中低密度脂蛋白-胆固醇的水平明显升高而伴肌腱黄色瘤和早发冠心病。血浆置换疗法可有效降低过高的低密度脂蛋白水平，减轻其对皮肤和血管的损伤，达到缓解病程、改善症状及延长生存期之目的。
血液有运输激素的功能，因此也可以将血液设置为一个调节靶器官激素水平的关卡。应用TPE就可以清除甲状腺功能亢进危象患者循环血液中过多的甲状腺素，迅速降低其血中水平，缓解甲亢危象，提高抢救成功率。
同理，利用血液的运输功能和TPE技术，也可将血液设置为一个降低靶器官中药物和毒物水平的关卡。对急性重症有机农药中毒、重度毒菌中毒、某些药物（如镇静催眠药、麻醉药、洋地黄等）中毒以及某些中毒物不详的患者，在常规方法无效的情况下可应用TPE来降低过量药物和致毒物质在血中和靶器官中浓度，挽救患者生命。
利用输血的免疫调节机制可以抑制过强的免疫反应，也可以增强过低的免疫功能，使受血者体内的免疫功能达到新的平衡而治疗与免疫功能相关的疾病。
现在认为同种异体输血可广泛地降低患者对各种抗原攻击的免疫应答，导致免疫抑制。早期，确认输血具有免疫抑制作用与发现输血能改善肾移植的存活率有关。1973年Opelz等人首先发现，接受肾移植前输过血的患者，其移植物存活率高于未曾输过血的患者。后来，Opelz等又通过对19个国家200多个单位收集到的2014例肾移植数据分析，证明肾移植前输过血的患者存活率高于未输血患者。输血能改善肾移植存活率，可用下述机制加以解释：①输血后的非特异性免疫抑制。这包括降低辅助T细胞，抑制T细胞的比率，降低NK细胞活性，降低巨噬细胞抗原呈递功能等；②抗原特异性免疫抑制。输血可通过直接的细胞克隆灭活作用、抗独特型网络的形成和抑制性T细胞的生成，影响抗原特异性免疫抑制。基于上述临床发现和对机制理解，在过去很长一段时间，肾移植前给患者输血在许多移植中心都很普遍。近年来，由于高效免疫抑制剂，如环孢素和他罗利姆（tacrolimus）等药物的问世，术前未输血患者的移植肾存活率已大为改善，输血的“有益效应”逐步减弱。目前大多数移植中心并未特意为延长移植肾的存活期进行输血，而是根据病情需要决定是否输血[10，11]。
用静脉注射免疫球蛋白（intravenous immunoglobulin，IVIG）治疗原因不明的习惯性流产，也可以用其抑制孕妇的某种特异性免疫反应来解释。原因不明的习惯性流产占流产的70%以上，通常被认为与免疫因素有关。按免疫学观点，妊娠也属一种异体移植。正常情况下，孕妇在妊娠过程中受到来自异体（丈夫和胎儿）的人类白细胞抗原（human leukocyte antigen，HLA）致敏，其B淋巴细胞可产生针对丈夫淋巴细胞的HLA抗体，形成了复杂的保护性免疫应答，可保护胎儿不受排斥。而原因不明习惯性流产的妇女，常常缺乏HLA抗体和这种保护性免疫应答。由于IVIG制品是从上万份健康人群混合血浆中分离得到的，含多价的完整抗体谱，自然也包括HLA抗体，因此能有效地治疗原因不明的习惯性流产。
IVIG治疗自身免疫性中性粒细胞减少症和原发免疫性血小板减少症（immunologic thrombocytopenic purpura，ITP），也被认为是其能通过调节机体免疫功能而治疗自身免疫性疾病的例子。以ITP为例，患者的血小板先被自身免疫性血小板相关抗体特异性结合并覆盖，然后巨噬细胞通过其表面的Fc受体和覆盖在血小板上的IgG结合，将血小板迅速但是又有限度地从循环血液中吞噬清除，导致血小板减少并出现自发性出血。大剂量IVIG输注后，有数量比血小板更多的红细胞被IgG覆盖，致使大量巨噬细胞的Fc受体被饱和，相对减少了巨噬细胞与覆盖IgG的血小板结合的机会，从而减慢了血小板被廓清的速度，延长了血小板在循环中的生存时间，血小板迅速升高，出血症状得到很好控制。
这种疗法主要是将患者自体的免疫细胞分离采集，在体外培养、增殖、激活，再回输到患者体内，以增强这些免疫细胞杀伤肿瘤细胞和一些病毒的功能。免疫细胞治疗中可使用NK细胞、树突状细胞和T淋巴细胞等。
NK细胞是一种细胞质中具有大颗粒的细胞，因其非专一性的细胞毒杀作用而被命名。NK细胞识别靶细胞是非特异性的，活化的NK细胞可合成和分泌多种能杀伤靶细胞的细胞因子，包括：①能溶解多种肿瘤细胞的穿孔素；②可选择性杀伤和裂解靶细胞的NK细胞毒因子；③能改变靶细胞溶酶体的稳定性，导致多种水解酶外漏的TNF等。所以，NK细胞可用于：抗病毒感染，选择性地杀伤被病毒感染的靶细胞，而对正常细胞有保护作用；免疫监视和增强免疫功能，杀伤突变的白血病和骨髓瘤等肿瘤细胞。
树突状细胞（dendritic cell，DC）是由加拿大学者Steinman于1973年发现的，因其成熟时伸出许多树突样或伪足样突起而得名。未成熟DC具有较强的迁移能力和抗原吞噬能力，在摄取抗原或受到某些因素刺激时即分化为成熟DC。成熟DC由接触抗原的外周组织迁移进入次级淋巴器官，与T细胞接触后可有效激活初始型T细胞。以DC为基础的细胞治疗是目前肿瘤生物治疗的发展方向之一。应用肿瘤相关抗原或抗原多肽在体外冲击致敏DC，再回输于载瘤宿主，可诱发特异性的抗肿瘤免疫反应。DC在治疗乙型肝炎方面也有报道。
CAR-T免疫治疗的概念虽已出现多年，但近几年才被改良使用到临床上。CART的基本原理是在体外对肿瘤患者自身的T细胞经过嵌合抗原受体的改造，赋予这些T细胞以HLA非依赖方式的识别肿瘤抗原的能力后再回输给患者，进而实现对相应肿瘤的特异性治疗。当前，CAR-T被认为是最有广阔前景的肿瘤治疗方式之一，在急性白血病和非霍奇金淋巴瘤的治疗上有着显著的疗效，也有治疗肺癌、卵巢癌和前列腺癌等肿瘤的报道。
应用单克隆抗体蛋白或单克隆抗体融合蛋白，调节免疫细胞与肿瘤细胞交互反应的信号系统，可阻断“负性”信号传递，解除免疫抑制；或增加“正性”信号传递，增强对免疫效应细胞的活性激发。免疫调节性单克隆抗体治疗能明显提升免疫系统对恶性淋巴瘤等多种实体肿瘤杀灭的深度和广度，提升治疗效果和延长患者的生存时间。
免疫球蛋白是正常人体血液中存在的具有抗体活性的免疫分子。临床上常用的IVIG是从上万份健康人群混合血浆中分离得到的浓缩免疫球蛋白制品，含有正常人的107种特异性IgG，具有针对非自身抗原和自身抗原完整功能的正常抗体谱。IVIG是临床用量较大的血液制品之一，静脉注射后能在短时间内使血液循环中的IgG水平高达健康人水平的3～6倍，而发挥较好的抗感染效果和免疫调节效果。经静脉注射体内的IVIG常用于各种免疫缺陷性疾病，如艾滋病；细菌、病毒、真菌等多种病原体导致的各种感染性疾病，特别是重症病毒性感染、新生儿感染，防治干细胞移植和器官移植后感染。
现在临床上最为多用的具有免疫功能的细胞因子有干扰素和IL-2。
干扰素是特异性信号糖蛋白，能激发免疫系统连锁性的保护性免疫，清除病原和肿瘤。Ⅰ型干扰素可诱导其他细胞产生一些生物活性分子，抑制病毒DNA和RNA的生成及复制，进而干扰病毒的复制，保护细胞避免病毒的继续感染。Ⅰ型干扰素常用于治疗乙型和丙型肝炎。Ⅱ型干扰素具有调节免疫系统的功能，激活巨噬细胞和NK细胞清除肿瘤的作用。Ⅱ型干扰素可与其他规范治疗方法合用于多种肿瘤，如慢性粒细胞白血病，多发性骨髓瘤和皮肤T细胞淋巴瘤等。
IL-2是细胞因子家族中白细胞介素36个亚家族的一个成员。IL-2由活化的T细胞产生，能与T细胞、B细胞、NK细胞、树突状细胞和巨噬细胞上相应的受体结合，刺激这些细胞增殖和成熟而发挥各自的功能。IL-2对血液肿瘤，特别是白血病的治疗有一定作用。
紫外线照射自身血的回输。先抽取患者少量的自身静脉血（2.0ml/kg），经紫外线照射后再输回体内。该治疗技术的机制尚未完全阐明，一般认为紫外线为高能量的光量子，经其照射后血液中的酶类和其他大分子产生能量跃迁，诱发体内一系列化学反应后产生以下三种生物效应：①杀菌消炎、提高机体免疫功能；②增加血氧饱和度和组织供氧；③改善微循环和纠正脂质代谢。紫外线照射自体血回输在临床上有一定的适应证，尤其是治疗败血症和感染性休克。对各型白血病和恶性淋巴瘤等可提高抗癌药物的疗效，减轻化疗和放疗后的各种不良反应。也有报道对缺血缺氧性疾病、神经系统及心血管疾病的治疗效果显著。在此需要指出的是，上述治疗作用目前均尚无强有力的循证医学证据。
人血白蛋白治疗胆红素脑病（核黄疸）。白蛋白的分子中带有19个负电荷，能结合血中的药物和内源性物质，如胆红素、脂肪酸及激素等。新生儿溶血病时血中胆红素增高，主要是未结合胆红素增高。后者可透过血脑屏障进入中枢神经系统，在大脑基底核、视丘下核、苍白球等部位引起病变。给新生儿溶血病患者输注的白蛋白可以结合血液中游离的未结合胆红素，减少其进入中枢神经系统而降低胆红素脑病的发生率。
中医学虽然在传统上没有西方医学的输血，但中医学以“调和”为医治目标，仍然有很多治疗方法同样能达到现代西医输血治疗的一些目的。如中医的“补血载气和补气活血”就是一种有效的内生性造血替代疗法；“清热凉血”可以减少血小板的破坏；“疏肝健脾”能促进凝血因子的生成；“养肝固肾”可提升血浆蛋白。
依据本章对输血治疗机制的分类可以看出，有些输血技术防治疾病的原理可被归类为不同的机制。如使用治疗性血浆置换术去除某些抗体来治疗甲型血友病、骨髓移植后的溶血、或重症肌无力，按照使用的基本技术可归类于输血的去除机制，而按治疗目的又都可以归类于输血的免疫调节机制。
同其他事物一样，基于任何机制的输血治疗都有其优点和局限性。临床医师应根据疾病的发病机制、病程进展和是否合并其他疾病等特点，利用不同机制输血方法之间的优点互补，科学地采取同期联合使用不同机制的输血治疗方法，或前后序贯使用不同机制的输血治疗方法，来获得对疾病的最佳治疗效果。如采用血浆置换术治疗血栓性血小板减少性紫癜（thrombotic thrombocytopenia purpura，TTP）时，选用正常人FFP为置换液会有更好的疗效。因为这样既可通过血浆置换术（利用去除机制）减少患者血浆中聚集血小板的成分，又可通过使用正常人的FFP（利用外源性替补机制）增加患者血浆中所缺少的、可抑制血小板聚集的活性成分，最终使患者的血液组成趋于正常，取得良好的治疗效果。
输血治疗与非输血方法的联合应用也十分重要。如抢救大失血患者时，输注FFP和血小板可利用外源性替补机制恢复血液的凝血功能，但同时必须与患者保温措施相结合。因为，大失血极易导致体温下降，而凝血是一系列的酶促反应，所有凝血因子在正常体温才能发挥其最大的作用。又如，现已认识到对于很多恶性肿瘤，任何一种单一方法的治疗方案都难以达到满意的治疗效果。人们正在探讨如何在规范的化疗、放疗和手术治疗的基础上，科学地结合输血领域的免疫细胞治疗、单克隆抗体治疗和细胞因子治疗，制订更加优化的组合治疗方案，获得更佳的治疗效果。
与现代医学的其他分支相比，输血医学毕竟是一门年轻的学科。虽然在临床的实际应用方面已有了长足的进步，但输血医学的基础研究还较薄弱，有关输血治疗机制的研究更少，目前也还没有提出一个满意的归类方法。随着临床实践经验和基础科学研究成果的积累，对输血机制的认识必将更加全面和深入，这必将为科学安全输血奠定更好的基础，为输血医学的发展开拓更为广阔的空间，为患者带来更多的福音。
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