röd blodcell

Röda blodkroppar
Skannaelektronmikrofotografi av mänskliga röda blodkroppar ( ca 6–8 μm i diameter)
Detaljer
Fungera	Syretransport _
Identifierare
Akronym(er)	RBC
Maska	D004912
TH	H2.00.04.1.01001
FMA	62845
Anatomiska termer för mikroanatomi

Röda blodkroppar ( RBC ), även kallade röda blodkroppar , röda blodkroppar (hos människor eller andra djur som inte har kärna i röda blodkroppar), hematider , erytroida celler eller erytrocyter (från grekiska erythros "röda" och kytos "ihåliga kärl ', med -cyte översatt som 'cell' i modern användning ) , är den vanligaste typen av blodkroppar och ryggradsdjurets huvudsakliga sätt att leverera syre (O ₂ ) till kroppsvävnaderna - via blodflödet genom cirkulationssystemet . RBC tar upp syre i lungorna , eller gälarna hos fiskar , och släpper ut det i vävnader medan de pressas genom kroppens kapillärer .

Cytoplasman i en röd blodkropp är rik på hemoglobin , en järnhaltig biomolekyl som kan binda syre och är ansvarig för den röda färgen på cellerna och blodet. Varje mänsklig röd blodkropp innehåller cirka 270 miljoner hemoglobinmolekyler. Cellmembranet är sammansatt av proteiner och lipider , och denna struktur ger egenskaper som är väsentliga för fysiologisk cellfunktion , såsom deformerbarhet och stabilitet hos blodcellen medan den korsar cirkulationssystemet och specifikt kapillärnätverket .

Hos människor är mogna röda blodkroppar flexibla bikonkava skivor . De saknar cellkärna och organeller för att rymma maximalt utrymme för hemoglobin; de kan ses som säckar med hemoglobin, med ett plasmamembran som säck. Ungefär 2,4 miljoner nya erytrocyter produceras per sekund hos vuxna människor. Cellerna utvecklas i benmärgen och cirkulerar i cirka 100–120 dagar i kroppen innan deras komponenter återvinns av makrofager . Varje cirkulation tar cirka 60 sekunder (en minut). Cirka 84% av cellerna i människokroppen är 20–30 biljoner röda blodkroppar. Nästan hälften av blodets volym ( 40% till 45% ) är röda blodkroppar.

Packade röda blodkroppar (pRBC) är röda blodkroppar som har donerats, bearbetats och lagrats i en blodbank för blodtransfusion .

Strukturera

Ryggradsdjur

Det finns en enorm storleksvariation i röda blodkroppar från ryggradsdjur, såväl som en korrelation mellan cell- och kärnstorlek. Röda blodkroppar från däggdjur, som inte innehåller kärnor, är betydligt mindre än hos de flesta andra ryggradsdjur.

Mogna röda blodkroppar från fåglar har en kärna, men i blodet från vuxna honor av pingvinen Pygoscelis papua har enucleated röda blodkroppar ( B ) observerats, men med mycket låg frekvens.

De allra flesta ryggradsdjur, inklusive däggdjur och människor, har röda blodkroppar. Röda blodkroppar är celler som finns i blodet för att transportera syre. De enda kända ryggradsdjuren utan röda blodkroppar är krokodilisfisken (familjen Channichthyidae ); de lever i mycket syrerikt kallt vatten och transporterar syre fritt löst i blodet. Även om de inte längre använder hemoglobin, kan rester av hemoglobingener hittas i deras genom .

Röda blodkroppar från ryggradsdjur består huvudsakligen av hemoglobin , ett komplext metalloprotein som innehåller hemgrupper vars järnatomer tillfälligt binder till syremolekyler (O ₂ ) i lungorna eller gälarna och frigör dem i hela kroppen. Syre kan lätt diffundera genom de röda blodkropparnas cellmembran . Hemoglobin i de röda blodkropparna bär också tillbaka en del av avfallsprodukten koldioxid från vävnaderna; Det mesta av avfallet koldioxid transporteras dock tillbaka till lungkapillärerna i form av bikarbonat ( HCO ₃ ^- ) löst i blodplasman . Myoglobin , en förening relaterad till hemoglobin, verkar för att lagra syre i muskelceller .

Färgen på röda blodkroppar beror på hemgruppen av hemoglobin. Blodplasman enbart är halmfärgad, men de röda blodkropparna ändrar färg beroende på hemoglobinets tillstånd: när det kombineras med syre är det resulterande oxihemoglobinet scharlakansrött, och när syre har frigjorts har det resulterande deoxihemoglobinet en mörkröd vinröd färg . Däremot kan blod verka blåaktigt när det ses genom kärlväggen och huden. Pulsoximetri drar fördel av hemoglobinets färgförändring för att direkt mäta den arteriella blodets syremättnad med hjälp av kolorimetriska tekniker. Hemoglobin har också en mycket hög affinitet för kolmonoxid , och bildar karboxihemoglobin som är en mycket klar röd färg. Röda, förvirrade patienter med en mättnadsavläsning på 100 % vid pulsoximetri visar sig ibland lida av kolmonoxidförgiftning.

Att ha syrebärande proteiner inuti specialiserade celler (i motsats till att syrebärare löses i kroppsvätska) var ett viktigt steg i utvecklingen av ryggradsdjur eftersom det möjliggör mindre trögflytande blod, högre koncentrationer av syre och bättre diffusion av syre från blodet till vävnaderna. Storleken på röda blodkroppar varierar kraftigt bland ryggradsdjursarter; röda blodkroppars bredd är i genomsnitt cirka 25 % större än kapillärdiametern , och det har antagits att detta förbättrar syreöverföringen från röda blodkroppar till vävnader.

Däggdjur

Typiska röda blodkroppar från däggdjur: (a) sett från ytan; (b) i profil, bildande rouleaux; (c) gjorts sfärisk av vatten; d) har gjorts crenatat (krympt och taggigt) av salt. (c) och (d) förekommer normalt inte i kroppen. De två sista formerna beror på att vatten transporteras in i och ut ur cellerna genom osmos .

De röda blodkropparna hos däggdjur är vanligtvis formade som bikonkava skivor: tillplattade och nedtryckta i mitten, med ett hantelformat tvärsnitt och en torusformad kant på skivans kant. Denna form möjliggör ett högt förhållande mellan ytarea och volym (SA/V) för att underlätta diffusion av gaser. Det finns dock några undantag när det gäller formen i artiodaktylordningen (jämntåade hovdjur inklusive nötkreatur, rådjur och deras släktingar), som uppvisar ett brett utbud av bisarra röda blodkroppsmorfologier: små och mycket ovala celler i lamadjur och kameler (familj). Camelidae ), små sfäriska celler i mushjortar (familjen Tragulidae ), och celler som antar fusiforma, lansettlika, halvmåneformiga och oregelbundet polygonala och andra kantiga former hos kronhjortar och wapiti (familjen Cervidae ). Medlemmar av denna ordning har tydligt utvecklat ett sätt för utveckling av röda blodkroppar som väsentligt skiljer sig från däggdjursnormen. Sammantaget är röda blodkroppar från däggdjur anmärkningsvärt flexibla och deformerbara så att de kan klämma sig igenom små kapillärer , såväl som för att maximera sin yta genom att anta en cigarrform, där de effektivt frigör sin syrebelastning.

Röda blodkroppar hos däggdjur är unika bland ryggradsdjur eftersom de inte har kärnor när de är mogna. De har kärnor under tidiga faser av erytropoes , men extruderar dem under utvecklingen när de mognar; detta ger mer utrymme för hemoglobin. De röda blodkropparna utan kärnor, kallade retikulocyter , förlorar därefter alla andra cellulära organeller såsom deras mitokondrier , Golgi-apparat och endoplasmatiskt retikulum .

Mjälten fungerar som en reservoar av röda blodkroppar, men denna effekt är något begränsad hos människor . Hos vissa andra däggdjur som hundar och hästar, binder mjälten ett stort antal röda blodkroppar, som dumpas i blodet under tider av ansträngningsstress, vilket ger en högre syretransportkapacitet.

Svepelektronmikrofotografi av blodkroppar. Från vänster till höger: mänskliga röda blodkroppar, trombocyter (trombocyter), leukocyter .

Mänsklig

Två droppar blod visas med en ljusröd syresatt droppe till vänster och en mörkare röd syrefattig droppe till höger.

Animation av en typisk mänsklig cykel av röda blodkroppar i cirkulationssystemet. Denna animering sker i en snabbare takt (~20 sekunder av den genomsnittliga 60-sekunderscykeln) och visar att de röda blodkropparna deformeras när de kommer in i kapillärerna, samt att staplarna ändrar färg när cellen växlar i syresättningstillstånd längs cirkulationssystemet .

En typisk mänsklig röd blodkropp har en skivadiameter på cirka 6,2–8,2 µm och en tjocklek på den tjockaste punkten på 2–2,5 µm och en minsta tjocklek i mitten av 0,8–1 µm, vilket är mycket mindre än de flesta andra mänskliga celler . Dessa celler har en medelvolym på cirka 90 fL med en yta på cirka 136 μm ² och kan svälla upp till en sfärform som innehåller 150 fL, utan membranutvidgning.

Vuxna människor har ungefär 20–30 biljoner röda blodkroppar vid varje given tidpunkt, vilket utgör cirka 70 % av alla celler i antal. Kvinnor har cirka 4–5 miljoner röda blodkroppar per mikroliter (kubikmillimeter) blod och män cirka 5–6 miljoner; människor som bor på hög höjd med låg syrespänning kommer att ha mer. Röda blodkroppar är alltså mycket vanligare än de andra blodpartiklarna: det finns cirka 4 000–11 000 vita blodkroppar och cirka 150 000–400 000 blodplättar per mikroliter.

Mänskliga röda blodkroppar tar i genomsnitt 60 sekunder att slutföra en cirkulationscykel.

Blodets röda färg beror på de spektrala egenskaperna hos hemiska järnjoner i hemoglobin . Varje hemoglobinmolekyl bär fyra hemgrupper; hemoglobin utgör ungefär en tredjedel av den totala cellvolymen. Hemoglobin ansvarar för transporten av mer än 98% av syret i kroppen (det återstående syret transporteras löst i blodplasman ) . De röda blodkropparna hos en genomsnittlig vuxen människa lagrar tillsammans cirka 2,5 gram järn, vilket motsvarar cirka 65 % av det totala järnet som finns i kroppen.

Mikrostruktur

Kärna

Röda blodkroppar hos däggdjur anukleerar när de är mogna, vilket betyder att de saknar en cellkärna . I jämförelse har de röda blodkropparna hos andra ryggradsdjur kärnor; de enda kända undantagen är salamandrar av släktet Batrachoseps och fiskar av släktet Maurolicus .

Elimineringen av kärnan i röda blodkroppar från ryggradsdjur har erbjudits som en förklaring till den efterföljande ackumuleringen av icke-kodande DNA i genomet . Argumentet lyder som följer: Effektiv gastransport kräver att röda blodkroppar passerar genom mycket smala kapillärer, och detta begränsar deras storlek. I frånvaro av nukleär eliminering begränsas ackumuleringen av upprepade sekvenser av volymen som upptas av kärnan, som ökar med genomstorleken.

Kärnförsedda röda blodkroppar hos däggdjur består av två former: normoblaster, som är normala erytropoetiska prekursorer till mogna röda blodkroppar, och megaloblaster, som är onormalt stora prekursorer som förekommer vid megaloblastisk anemi .

Membransammansättning

Röda blodkroppar är deformerbara, flexibla, kan fästa vid andra celler och kan samverka med immunceller. Deras membran spelar många roller i detta. Dessa funktioner är starkt beroende av membransammansättningen. Det röda blodkroppsmembranet består av 3 lager: glykokalyxen på utsidan, som är rik på kolhydrater ; lipiddubbelskiktet som innehåller många transmembranproteiner , förutom dess lipidiska huvudbeståndsdelar; och membranskelettet, ett strukturellt nätverk av proteiner beläget på den inre ytan av lipiddubbelskiktet. Hälften av membranmassan i mänskliga och de flesta röda blodkroppar från däggdjur är proteiner. Den andra hälften är lipider, nämligen fosfolipider och kolesterol .

Membranlipider

De vanligaste lipiderna i röda blodkroppsmembran, schematiskt fördelade när de är fördelade på dubbelskiktet. Relativa överflöd är inte i stor skala.

Det röda blodkroppsmembranet består av ett typiskt lipiddubbelskikt , liknande det som finns i praktiskt taget alla mänskliga celler. Enkelt uttryckt är detta lipiddubbelskikt sammansatt av kolesterol och fosfolipider i lika viktandelar. Lipidkompositionen är viktig eftersom den definierar många fysikaliska egenskaper såsom membranpermeabilitet och fluiditet. Dessutom regleras aktiviteten hos många membranproteiner av interaktioner med lipider i dubbelskiktet.

Till skillnad från kolesterol, som är jämnt fördelat mellan de inre och yttre broschyren, är de 5 huvudsakliga fosfolipiderna asymmetriskt disponerade, som visas nedan:

Yttre monolager

• fosfatidylkolin (PC);
• Sfingomyelin (SM).

Inre monolager

• fosfatidyletanolamin (PE);
• Fosfoinositol (PI) (små mängder).
• fosfatidylserin (PS);

Denna asymmetriska fosfolipidfördelning mellan dubbelskiktet är resultatet av funktionen hos flera energiberoende och energioberoende fosfolipidtransportproteiner . Proteiner som kallas " flippaser " flyttar fosfolipider från det yttre till det inre monoskiktet, medan andra som kallas " floppaser " gör motsatt operation, mot en koncentrationsgradient på ett energiberoende sätt. Dessutom finns det också " scramblase "-proteiner som flyttar fosfolipider i båda riktningarna samtidigt, ner sina koncentrationsgradienter på ett energioberoende sätt. Det pågår fortfarande en betydande debatt angående identiteten av dessa membranunderhållsproteiner i det röda blodkroppsmembranet.

Upprätthållandet av en asymmetrisk fosfolipidfördelning i dubbelskiktet (som en exklusiv lokalisering av PS och PIs i det inre monoskiktet) är avgörande för cellens integritet och funktion på grund av flera skäl:

• Makrofager känner igen och fagocyterar röda blodkroppar som exponerar PS på deras yttre yta. Därför är inneslutningen av PS i det inre monoskiktet väsentlig om cellen ska överleva sina frekventa möten med makrofager i det retikuloendoteliala systemet , särskilt i mjälten .
• För tidig förstörelse av röda blodkroppar från tallassem och sickle har kopplats till störningar av lipidasymmetri som leder till exponering av PS på det yttre monoskiktet.
• En exponering av PS kan potentiera vidhäftning av röda blodkroppar till vaskulära endotelceller, vilket effektivt förhindrar normal transit genom mikrovaskulaturen. Det är därför viktigt att PS bibehålls endast i den inre broschyren av dubbelskiktet för att säkerställa normalt blodflöde i mikrocirkulationen.
• Både PS och fosfatidylinositol 4,5-bisfosfat (PIP2) kan reglera membranets mekaniska funktion, på grund av deras interaktioner med skelettproteiner som spektrin och protein 4.1R . Nyligen genomförda studier har visat att bindning av spektrin till PS främjar membranets mekaniska stabilitet. PIP2 förbättrar bindningen av proteinband 4.1R till glykoforin C men minskar dess interaktion med proteinband 3 och kan därigenom modulera kopplingen av dubbelskiktet till membranskelettet.

Förekomsten av specialiserade strukturer som kallas " lipidflottar " i membranet av röda blodkroppar har beskrivits av nyare studier. Dessa är strukturer anrikade på kolesterol och sfingolipider associerade med specifika membranproteiner, nämligen flotilliner , STOmatiner (band 7), G-proteiner och β-adrenerga receptorer . Lipidflottar som har varit inblandade i cellsignaleringshändelser i icke-erytroida celler har visats i erytroida celler förmedla β2-adregen receptorsignalering och öka cAMP -nivåerna och därmed reglera inträde av malariaparasiter i normala röda blodkroppar.

Membranproteiner

Röda blodkroppsmembranproteiner separerade med SDS-PAGE och silverfärgade

Proteinerna i membranskelettet är ansvariga för de röda blodkropparnas deformerbarhet, flexibilitet och hållbarhet, vilket gör att den kan pressa sig genom kapillärer som är mindre än halva diametern av de röda blodkropparna (7–8 μm) och återställer den diskoida formen så snart som möjligt. eftersom dessa celler slutar ta emot tryckkrafter, på ett liknande sätt som ett föremål av gummi.

Det finns för närvarande mer än 50 kända membranproteiner, som kan finnas i några hundra upp till en miljon kopior per röd blodkropp. Ungefär 25 av dessa membranproteiner bär de olika blodgruppsantigener, såsom A-, B- och Rh-antigener, bland många andra. Dessa membranproteiner kan utföra en mängd olika funktioner, såsom att transportera joner och molekyler över det röda blodkroppsmembranet, adhesion och interaktion med andra celler såsom endotelceller, som signalreceptorer, såväl som andra för närvarande okända funktioner. blodtyper beror på variationer i ytglykoproteiner hos röda blodkroppar . Störningar av proteinerna i dessa membran är förknippade med många störningar, såsom ärftlig sfärocytos , ärftlig elliptocytos , ärftlig stomatocytos och paroxysmal nattlig hemoglobinuri .

De röda blodkropparnas membranproteiner organiserade efter deras funktion:

Huvudproteiner från röda blodkroppar

Transport

• Band 3 – Anjontransportör, också en viktig strukturell komponent i det röda blodkroppsmembranet, utgör upp till 25 % av cellmembranets yta, varje röd blodkropp innehåller ungefär en miljon kopior. Definierar Diego Blood Group ;
• Aquaporin 1 – vattentransportör, definierar Colton Blood Group ;
• Glut1 – glukos- och L-dehydroaskorbinsyratransportör ;
• Kidd antigenprotein – ureatransportör;
• RHAG – gastransportör, troligen av koldioxid, definierar Rh Blood Group och den tillhörande ovanliga blodgruppsfenotypen Rh _null ;
• Na ⁺ /K ⁺ – ATPas ;
• Ca2 ⁺ - ATPas ;
• Na ⁺ K ⁺ 2Cl ^- - samtransportör ;
• Na ⁺ -Cl ^- - samtransportör ;
• Na-H-växlare ;
• K-Cl – samtransportör ;
• Gardos kanal .

Cellvidhäftning

• ICAM-4 – interagerar med integriner ;
• BCAM – ett glykoprotein som definierar den lutherska blodgruppen och även känt som Lu eller lamininbindande protein.

Strukturell roll – Följande membranproteiner etablerar kopplingar med skelettproteiner och kan spela en viktig roll för att reglera kohesion mellan lipiddubbelskiktet och membranskelettet, vilket troligen gör det möjligt för den röda blodkroppen att behålla sin gynnsamma membranyta genom att förhindra att membranet kollapsar (vesikulerar) .

• Ankyrin -baserat makromolekylärt komplex – proteiner som länkar dubbelskiktet till membranskelettet genom interaktionen av deras cytoplasmatiska domäner med Ankyrin .
  • Band 3 – sätter också ihop olika glykolytiska enzymer, den presumtiva CO ₂ -transportören och kolsyraanhydras till ett makromolekylärt komplex som kallas en " metabolon ", som kan spela en nyckelroll för att reglera röda blodkroppars metabolism och jon- och gastransportfunktion .
  • RHAG – även involverad i transport, definierar associerad ovanlig blodgruppsfenotyp Rh _mod .
• Protein 4.1R -baserat makromolekylärt komplex – proteiner som interagerar med Protein 4.1R .
  • Protein 4.1R – svagt uttryck av Gerbich- antigener;
  • Glykoforin C och D – glykoprotein, definierar Gerbich Blood Group ;
  • XK – definierar Kell Blood Group och Mcleods ovanliga fenotyp (brist på Kx-antigen och kraftigt reducerat uttryck av Kell-antigener);
  • RhD/RhCE – definierar Rh-blodgruppen och den tillhörande ovanliga blodgruppens fenotyp Rh _null ;
  • Duffy protein – har föreslagits vara associerat med kemokinclearance ;
  • Adducin – interaktion med band 3;
  • Dematin - interaktion med Glut1 glukostransportören.

Ytelektrostatisk potential

Zetapotentialen är en elektrokemisk egenskap hos cellytor som bestäms av den elektriska nettoladdningen av molekyler som exponeras på ytan av cellmembranen i cellen . Den normala zetapotentialen för de röda blodkropparna är -15,7 millivolt ( mV ). Mycket av denna potential tycks ha bidragit från de exponerade sialinsyraresterna i membranet: deras avlägsnande resulterar i en zetapotential på -6,06 mV.

Fungera

Roll i CO ₂ transport

Kom ihåg att andning , som illustreras schematiskt här med en enhet kolhydrat, producerar ungefär lika många molekyler koldioxid, CO ₂ , som den förbrukar syre, O ₂ .

${\ce {HCOH + O2 -> CO2 + H2O}}$

Cirkulationssystemets funktion handlar alltså lika mycket om transporten av koldioxid som om transporten av syre. Som nämnts på andra ställen i denna artikel är det mesta av koldioxiden i blodet i form av bikarbonatjon. Bikarbonatet ger en kritisk pH-buffert . Sålunda, till skillnad från hemoglobin för O ₂ -transport, finns det en fysiologisk fördel med att inte ha en specifik CO ₂ -transportörmolekyl.

Röda blodkroppar spelar ändå en nyckelroll i CO ₂ -transportprocessen av två skäl. För det första eftersom de, förutom hemoglobin, innehåller ett stort antal kopior av enzymet kolsyraanhydras på insidan av deras cellmembran. Kolsyraanhydras, som namnet antyder, fungerar som en katalysator för utbytet mellan kolsyra och koldioxid (som är anhydriden av kolsyra). Eftersom det är en katalysator kan det påverka många CO ₂ -molekyler, så det utför sin väsentliga roll utan att behöva så många kopior som behövs för O ₂ -transport med hemoglobin. I närvaro av denna katalysator når koldioxid och kolsyra en jämvikt mycket snabbt, medan de röda blodkropparna fortfarande rör sig genom kapillären. Det är alltså RBC som säkerställer att det mesta av CO ₂ transporteras som bikarbonat. Vid fysiologiskt pH gynnar jämvikten starkt kolsyra, som mestadels dissocieras till bikarbonatjon.

${\ce {CO2 + H2O <=>> H2CO3 <=>> HCO3- + H+}}$

H+-jonerna som frigörs av denna snabba reaktion inom RBC, medan de fortfarande är i kapillären, verkar för att minska hemoglobinets syrebindningsaffinitet, Bohr- effekten .

Det andra stora bidraget från RBC till koldioxidtransport är att koldioxid reagerar direkt med globinproteinkomponenter i hemoglobin för att bilda karbaminohemoglobinföreningar . När syre frigörs i vävnaderna binder mer CO ₂ till hemoglobinet, och när syre binder i lungan tränger det undan hemoglobinbunden CO ₂ , detta kallas Haldane-effekten . Trots att endast en liten mängd av CO ₂ i blod är bunden till hemoglobin i venöst blod, kommer en större andel av förändringen i CO ₂ -halt mellan venöst och arteriellt blod från förändringen i denna bundna CO ₂ . Det vill säga, det finns alltid ett överflöd av bikarbonat i blod, både venöst och arteriellt, på grund av dess tidigare nämnda roll som pH-buffert.

Sammanfattningsvis diffunderar koldioxid som produceras av cellulär andning mycket snabbt till områden med lägre koncentration, särskilt till närliggande kapillärer. När det diffunderar in i en RBC omvandlas CO ₂ snabbt av kolsyraanhydraset som finns på insidan av RBC-membranet till bikarbonatjon. Bikarbonatjonerna lämnar i sin tur RBC i utbyte mot kloridjoner från plasman, vilket underlättas av band 3-anjontransportproteinet samlokaliserat i RBC-membranet. Bikarbonatjonen diffunderar inte tillbaka ut ur kapillären, utan förs till lungan. I lungan gör det lägre partialtrycket av koldioxid i alveolerna att koldioxid diffunderar snabbt från kapillären in i alveolerna. Kolsyraanhydraset i de röda blodkropparna håller bikarbonatjonen i jämvikt med koldioxid. Så när koldioxid lämnar kapillären, och CO ₂ förskjuts av O ₂ på hemoglobin, omvandlas tillräckligt med bikarbonatjon snabbt till koldioxid för att upprätthålla jämvikten.

Sekundära funktioner

När röda blodkroppar utsätts för skjuvspänning i sammandragna kärl, frisätter de ATP , vilket får kärlväggarna att slappna av och vidgas för att främja normalt blodflöde.

När deras hemoglobinmolekyler är deoxygenerade frisätter röda blodkroppar S-Nitrosothioler , som också verkar för att vidga blodkärlen, vilket leder mer blod till områden i kroppen som är utarmade på syre.

Röda blodkroppar kan också syntetisera kväveoxid enzymatiskt, med L-arginin som substrat, liksom endotelceller . Exponering av röda blodkroppar för fysiologiska nivåer av skjuvstress aktiverar kväveoxidsyntas och export av kväveoxid, vilket kan bidra till regleringen av vaskulär tonus.

Röda blodkroppar kan också producera svavelväte , en signalgas som verkar för att slappna av kärlväggarna. Man tror att de hjärtskyddande effekterna av vitlök beror på att röda blodkroppar omvandlar dess svavelföreningar till vätesulfid.

Röda blodkroppar spelar också en roll i kroppens immunsvar : när de lyseras av patogener som bakterier, frigör deras hemoglobin fria radikaler , som bryter ner patogenens cellvägg och membran och dödar den.

Cellulära processer

Som ett resultat av att de inte innehåller mitokondrier använder röda blodkroppar inget av det syre de transporterar; istället producerar de energibäraren ATP genom glykolys av glukos och mjölksyrafermentering på det resulterande pyruvatet . Dessutom pentosfosfatvägen en viktig roll i röda blodkroppar; se glukos-6-fosfatdehydrogenasbrist för mer information.

Eftersom röda blodkroppar inte innehåller någon kärna, antas proteinbiosyntes för närvarande saknas i dessa celler.

På grund av bristen på kärnor och organeller innehåller mogna röda blodkroppar inte DNA och kan inte syntetisera något RNA , och kan följaktligen inte dela sig och har begränsad reparationsförmåga. Oförmågan att utföra proteinsyntes innebär att inget virus kan utvecklas för att rikta in sig på röda blodkroppar från däggdjur. Men infektion med parvovirus (som humant parvovirus B19 ) kan påverka erytroida prekursorer medan de fortfarande har DNA, vilket känns igen av närvaron av gigantiska pronormoblaster med viruspartiklar och inklusionskroppar , vilket temporärt tömmer blodet på retikulocyter och orsakar anemi .

Livscykel

Mänskliga röda blodkroppar produceras genom en process som kallas erytropoes , som utvecklas från engagerade stamceller till mogna röda blodkroppar på cirka 7 dagar. När de mognat lever dessa celler hos en frisk individ i blodcirkulationen i cirka 100 till 120 dagar (och 80 till 90 dagar hos ett fullgånget barn ). I slutet av sin livslängd tas de bort från cirkulationen. Vid många kroniska sjukdomar minskar livslängden för de röda blodkropparna.

Skapande

Erytropoes är den process genom vilken nya röda blodkroppar produceras; det varar ca 7 dagar. Genom denna process produceras röda blodkroppar kontinuerligt i den röda benmärgen i stora ben. (I embryot är levern den huvudsakliga platsen för produktion av röda blodkroppar.) Produktionen kan stimuleras av hormonet erytropoietin (EPO) , som syntetiseras av njuren. Strax före och efter att de lämnat benmärgen kallas de utvecklande cellerna retikulocyter ; dessa utgör cirka 1 % av de cirkulerande röda blodkropparna.

Funktionell livslängd

Den funktionella livslängden för en röd blodkropp är cirka 100–120 dagar, under vilken tid de röda blodkropparna kontinuerligt förflyttas av blodflödets tryck (i artärer ), drag (i vener ) och en kombination av de två när de pressas igenom mikrokärl såsom kapillärer. De återvinns också i benmärgen.

Begynnande ålderdom

Den åldrande röda blodkroppen genomgår förändringar i sitt plasmamembran , vilket gör den mottaglig för selektiv igenkänning av makrofager och efterföljande fagocytos i det mononukleära fagocytsystemet ( mjälte , lever och lymfkörtlar ), vilket tar bort gamla och defekta celler och rensar blodet kontinuerligt. Denna process kallas eryptos , röda blodkroppar programmerad död. Denna process sker normalt med samma produktionshastighet genom erytropoes, vilket balanserar det totala antalet cirkulerande röda blodkroppar. Eryptos ökar vid en mängd olika sjukdomar inklusive sepsis , hemolytiskt uremiskt syndrom , malaria , sicklecellanemi , betatalassemi , glukos-6-fosfatdehydrogenasbrist , fosfatbrist, järnbrist och Wilsons sjukdom . Eryptos kan framkallas av osmotisk chock, oxidativ stress och energiutarmning, såväl som av en mängd olika endogena mediatorer och xenobiotika . Överdriven eryptos observeras i röda blodkroppar som saknar det cGMP-beroende proteinkinaset typ I eller det AMP-aktiverade proteinkinaset AMPK. Hämmare av eryptos inkluderar erytropoietin , kväveoxid , katekolaminer och höga koncentrationer av urea .

Mycket av de resulterande nedbrytningsprodukterna återcirkuleras i kroppen. Hembeståndsdelen i hemoglobin bryts ner till järn (Fe ³⁺ ) och biliverdin . Biliverdin reduceras till bilirubin , som frisätts i plasman och recirkuleras till levern bundet till albumin . Järnet frigörs i plasman för att recirkuleras av ett bärarprotein som kallas transferrin . Nästan alla röda blodkroppar avlägsnas på detta sätt från cirkulationen innan de är gamla nog att hemolysera . Hemolyserat hemoglobin är bundet till ett protein i plasma som kallas haptoglobin , som inte utsöndras via njurarna.

Klinisk signifikans

Sjukdom

Påverkad av sickle-cell disease ändrar röda blodkroppar form och hotar att skada inre organ.

Blodsjukdomar som involverar de röda blodkropparna inkluderar:

• Anemier (eller anemier) är sjukdomar som kännetecknas av låg syretransportkapacitet i blodet, på grund av lågt antal röda blodkroppar eller någon abnormitet i de röda blodkropparna eller hemoglobinet.

• Järnbristanemi är den vanligaste anemin; det uppstår när intaget eller absorptionen av järn via kosten är otillräckligt och hemoglobin, som innehåller järn, inte kan bildas.

• Perniciös anemi är en autoimmun sjukdom där kroppen saknar inneboende faktor , som krävs för att absorbera vitamin B ₁₂ från mat. Vitamin B ₁₂ behövs för produktionen av röda blodkroppar och hemoglobin.

• Sickle-cell disease är en genetisk sjukdom som resulterar i onormala hemoglobinmolekyler. När dessa frigör sin syrebelastning i vävnaderna blir de olösliga, vilket leder till felformade röda blodkroppar. Dessa skärformade röda blodkroppar är mindre deformerbara och viskoelastiska , vilket betyder att de har blivit stela och kan orsaka blockering av blodkärl, smärta, stroke och andra vävnadsskador.

• Thalassemi är en genetisk sjukdom som resulterar i produktionen av ett onormalt förhållande av hemoglobinsubenheter.

• Ärftliga sfärocytossyndrom är en grupp av ärftliga sjukdomar som kännetecknas av defekter i de röda blodkropparnas cellmembran , vilket gör att cellerna blir små, sfärformade och ömtåliga istället för munkformade och flexibla. Dessa onormala röda blodkroppar förstörs av mjälten . Flera andra ärftliga störningar i det röda blodkroppsmembranet är kända.

• Aplastisk anemi orsakas av benmärgens oförmåga att producera blodkroppar.

• Aplasi av ren röda blodkroppar orsakas av oförmågan hos benmärgen att endast producera röda blodkroppar.

Effekt av osmotiskt tryck på blodkroppar

Mikrofotografier av effekterna av osmotiskt tryck

• Hemolys är den allmänna termen för överdriven nedbrytning av röda blodkroppar. Det kan ha flera orsaker och kan resultera i hemolytisk anemi .

• Malariaparasiten tillbringar en del av sin livscykel i röda blodkroppar, livnär sig på deras hemoglobin och bryter sedan isär dem, vilket orsakar feber . Både sicklecellssjukdom och talassemi är vanligare i malariaområden, eftersom dessa mutationer ger ett visst skydd mot parasiten.

• Polycytemier (eller erytrocytoser) är sjukdomar som kännetecknas av ett överskott av röda blodkroppar. Blodets ökade viskositet kan orsaka ett antal symtom.

• Vid polycythemia vera beror det ökade antalet röda blodkroppar på en abnormitet i benmärgen.

• Flera mikroangiopatiska sjukdomar , inklusive disseminerad intravaskulär koagulation och trombotiska mikroangiopatier , förekommer med patognomoniska (diagnostiska) fragment av röda blodkroppar som kallas schistocyter . Dessa patologier genererar fibrinsträngar som bryter röda blodkroppar när de försöker gå förbi en tromb .

Transfusion

Huvudartikel: Blodtransfusion

Röda blodkroppar kan ges som en del av en blodtransfusion . Blod kan doneras från en annan person eller lagras av mottagaren vid ett tidigare tillfälle. Donerat blod kräver vanligtvis screening för att säkerställa att donatorer inte innehåller riskfaktorer för förekomsten av blodburna sjukdomar, eller inte själva lider av att ge blod. Blod samlas vanligtvis in och testas för vanliga eller allvarliga blodburna sjukdomar inklusive Hepatit B , Hepatit C och HIV. Blodgruppen , AB eller O) eller blodprodukten identifieras och matchas med mottagarens blod för att minimera sannolikheten för akut hemolytisk transfusionsreaktion , en typ av transfusionsreaktion . Detta hänför sig till närvaron av antigener på cellens yta. Efter denna process lagras blodet och används inom en kort tid. Blod kan ges som en hel produkt eller de röda blodkropparna separeras som packade röda blodkroppar .

Blod transfunderas ofta när det finns känd anemi, aktiv blödning eller när det finns en förväntan om allvarlig blodförlust, till exempel före en operation. Innan blod ges testas ett litet prov av mottagarens blod med transfusionen i en process som kallas korsmatchning .

2008 rapporterades det att mänskliga embryonala stamceller framgångsrikt hade lyckats locka till att bli röda blodkroppar i labbet. Det svåra steget var att få cellerna att skjuta ut sin kärna; detta uppnåddes genom att odla cellerna på stromaceller från benmärgen. Man hoppas att dessa konstgjorda röda blodkroppar så småningom kan användas för blodtransfusioner.

En prövning på människa genomförs 2022, med blod odlat från stamceller från donatorblod.

Tester

Variationer av röda blodkroppars form, generellt kallad poikilocytos .

Flera blodprov involverar röda blodkroppar. Dessa inkluderar ett RBC-antal (antal röda blodkroppar per volym blod), beräkning av hematokrit (procentandel av blodvolymen som upptas av röda blodkroppar) och erytrocytsedimentationshastigheten . Blodgruppen måste bestämmas för att förbereda sig för en blodtransfusion eller en organtransplantation .

Många sjukdomar som involverar röda blodkroppar diagnostiseras med en blodfilm (eller perifert blodutstryk), där ett tunt lager blod smetas ut på ett objektglas. Detta kan avslöja poikilocytos , som är variationer i formen av röda blodkroppar. När röda blodkroppar ibland uppstår som en stapel, platt sida bredvid platt sida. Detta är känt som rouleaux -bildning , och det inträffar oftare om nivåerna av vissa serumproteiner är förhöjda, som till exempel vid inflammation .

Separation och bloddopning

Röda blodkroppar kan erhållas från helblod genom centrifugering , som separerar cellerna från blodplasman i en process som kallas blodfraktionering . Packade röda blodkroppar , som på detta sätt tillverkas av helblod med plasman borttagen, används i transfusionsmedicin . Under plasmadonation pumpas de röda blodkropparna tillbaka in i kroppen direkt och bara plasman samlas upp.

Vissa idrottare har försökt att förbättra sin prestation genom bloddopning : först extraheras cirka 1 liter av deras blod, sedan isoleras de röda blodkropparna, fryses och lagras, för att återinjiceras strax före tävlingen. (Röda blodkroppar kan bevaras i 5 veckor vid -79 °C eller -110 °F, eller över 10 år med hjälp av kryoskyddsmedel) Denna praxis är svår att upptäcka men kan äventyra det mänskliga kardiovaskulära systemet som inte är utrustat för att hantera blod av den resulterande högre viskositeten . En annan metod för bloddopning innebär injektion med erytropoietin för att stimulera produktionen av röda blodkroppar. Båda metoderna är förbjudna av World Anti-Doping Agency .

Historia

Den första personen som beskrev röda blodkroppar var den unge holländska biologen Jan Swammerdam , som hade använt ett tidigt mikroskop 1658 för att studera blodet från en groda. Omedveten om detta arbete Anton van Leeuwenhoek en annan mikroskopisk beskrivning 1674, denna gång med en mer exakt beskrivning av röda blodkroppar, till och med ungefärlig storlek, "25 000 gånger mindre än ett fint sandkorn".

På 1740-talet kunde Vincenzo Menghini i Bologna påvisa närvaron av järn genom att föra magneter över pulvret eller askan som fanns kvar från uppvärmda röda blodkroppar.

År 1901 publicerade Karl Landsteiner sin upptäckt av de tre huvudsakliga blodgrupperna - A, B och C (som han senare döpte om till O). Landsteiner beskrev de regelbundna mönstren i vilka reaktioner inträffade när serum blandades med röda blodkroppar, vilket identifierade kompatibla och motstridiga kombinationer mellan dessa blodgrupper. Ett år senare identifierade Alfred von Decastello och Adriano Sturli, två kollegor till Landsteiner, en fjärde blodgrupp - AB.

1959, med hjälp av röntgenkristallografi , kunde Dr Max Perutz reda ut strukturen hos hemoglobin , det röda blodkroppsproteinet som bär syre.

De äldsta intakta röda blodkropparna som någonsin upptäckts hittades i Ötzi the Iceman, en naturlig mumie till en man som dog omkring 3255 f.Kr. Dessa celler upptäcktes i maj 2012.

Se även

• Höjdträning
• Blodersättning
• Röda blodkroppsindex
• Serum (blod)
• Er blodgruppssamling

externa länkar

• Blodgrupper och röda blodkroppsantigener av Laura Dean. Sökbar och nedladdningsbar onlinelärobok i allmän egendom.
• Databas över erytrocytstorlekar hos ryggradsdjur .
• Red Gold , PBS- webbplats som innehåller fakta och historia