เม็ดเลือดแดง (เม็ดเลือดแดง): ลักษณะการทำงาน - กายวิภาคศาสตร์และสรีรวิทยา - 2026

เม็ดเลือดแดงที่เรียกว่าเซลล์เม็ดเลือดแดงจะมีความยืดหยุ่นมากและอุดมสมบูรณ์เซลล์เม็ดเลือด biconcave แผ่นดิสก์ที่มีรูปร่าง พวกมันมีหน้าที่ในการขนส่งออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อของร่างกายทั้งหมดเนื่องจากมีฮีโมโกลบินอยู่ภายในเซลล์รวมทั้งมีส่วนช่วยในการขนส่งก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และความสามารถในการบัฟเฟอร์ของเลือด

ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมภายในของเม็ดเลือดแดงโดยทั่วไปประกอบด้วยฮีโมโกลบินเนื่องจากได้สูญเสียส่วนย่อยของเซลล์ทั้งหมดรวมถึงนิวเคลียสด้วย การสร้าง ATP ถูก จำกัด ไว้ที่การเผาผลาญแบบไม่ใช้ออกซิเจน

เม็ดเลือดแดงสอดคล้องกับเกือบ 99% ขององค์ประกอบที่เป็นทางการที่มีอยู่ในเลือดในขณะที่อีก 1% ที่เหลือประกอบด้วยเม็ดเลือดขาวและเกล็ดเลือดหรือเกล็ดเลือดต่ำ ในเลือดหนึ่งมิลลิลิตรมีเม็ดเลือดแดงประมาณ 5.4 ล้านเซลล์

เซลล์เหล่านี้ผลิตในไขกระดูกและสามารถมีชีวิตอยู่ได้โดยเฉลี่ย 120 วันซึ่งสามารถเดินทางผ่านเส้นเลือดได้มากกว่า 11,000 กิโลเมตร

เซลล์เม็ดเลือดแดงเป็นหนึ่งในองค์ประกอบแรกที่สังเกตเห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์ในปี พ.ศ. 2366 อย่างไรก็ตามนักวิจัย Hoppe Seyler ได้ค้นพบความสามารถในการขนส่งออกซิเจนของเซลล์นี้จนถึงปี 1865

ลักษณะทั่วไป

เป็นเซลล์ดิสรอยด์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 7.5 ถึง 8.7 um และมีความหนา 1.7 ถึง 2.2 um ตรงกลางเซลล์จะบางกว่าที่ขอบทำให้ดูเหมือนช่วยชีวิตได้ ประกอบด้วยโมเลกุลของฮีโมโกลบินมากกว่า 250 ล้านโมเลกุลอยู่ภายใน

เม็ดเลือดแดงเป็นเซลล์ที่มีความยืดหยุ่นอย่างน่าทึ่งเนื่องจากต้องเคลื่อนที่ระหว่างการไหลเวียนผ่านหลอดเลือดที่บางมากเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2 ถึง 3 um เมื่อผ่านช่องเหล่านี้เซลล์จะเปลี่ยนรูปและในตอนท้ายของเนื้อเรื่องเซลล์จะกลับสู่รูปร่างเดิม

โดย Jerome Walker จาก Wikimedia Commons

เซลล์

ไซโทซอลของโครงสร้างนี้ประกอบด้วยโมเลกุลของฮีโมโกลบินซึ่งรับผิดชอบในการขนส่งก๊าซในระหว่างการไหลเวียนโลหิต ปริมาณของเซลล์เซลล์ประมาณ 94 ไมครอน3

เมื่อโตเต็มที่เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะขาดนิวเคลียสของเซลล์ไมโทคอนเดรียและออร์แกเนลล์ไซโตพลาสซึมอื่น ๆ ดังนั้นจึงไม่สามารถสังเคราะห์ไขมันโปรตีนหรือทำปฏิกิริยาออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชันได้

กล่าวอีกนัยหนึ่งเม็ดเลือดแดงโดยทั่วไปประกอบด้วยเมมเบรนที่ล้อมรอบโมเลกุลของฮีโมโกลบิน

มีการเสนอว่าเม็ดเลือดแดงพยายามกำจัดช่องใต้เซลล์ใด ๆ เพื่อให้แน่ใจว่ามีพื้นที่มากที่สุดสำหรับการขนส่งฮีโมโกลบิน - ในลักษณะเดียวกับที่เราต้องการนำองค์ประกอบทั้งหมดออกจากรถของเราหากเราต้องการขนส่งสิ่งของจำนวนมาก

เยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงประกอบด้วย lipid bilayer และเครือข่าย spectrin ซึ่งร่วมกับโครงร่างเซลล์ให้ความยืดหยุ่นและสอดคล้องกับโครงสร้างนี้ ส่วนประกอบมากกว่า 50% เป็นโปรตีนไขมันน้อยกว่าเล็กน้อยและส่วนที่เหลือสอดคล้องกับคาร์โบไฮเดรต

เยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงเป็นเยื่อชีวภาพที่ได้รับความสนใจมากที่สุดและเป็นที่เข้าใจกันมากที่สุดอาจเป็นเพราะความง่ายในการแยกและความเรียบง่ายแบบสัมพัทธ์

เมมเบรนประกอบด้วยชุดของโปรตีนอินทิกรัลและอุปกรณ์ต่อพ่วงที่เชื่อมต่อกับ lipid bilayer และ spectrin การเชื่อมต่อที่เกี่ยวข้องกับการจับกับโปรตีนเรียกว่าปฏิสัมพันธ์ในแนวตั้งและสิ่งที่เกี่ยวข้องกับอาร์เรย์ของสเปกตรัมสองมิติผ่านโมเลกุลของแอกตินคือปฏิสัมพันธ์ในแนวนอน

เมื่อปฏิสัมพันธ์ในแนวตั้งหรือแนวนอนล้มเหลวจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในความหนาแน่นของสเปกตรัมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางสัณฐานวิทยาของเม็ดเลือดแดง

ความชราของเซลล์เม็ดเลือดแดงสะท้อนให้เห็นในความเสถียรของเมมเบรนซึ่งลดความสามารถในการรองรับในระบบไหลเวียนโลหิต เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นระบบ monocyte-macrophage จะรับรู้ถึงองค์ประกอบที่ทำงานได้ไม่ดีโดยกำจัดออกจากการหมุนเวียนและรีไซเคิลเนื้อหา

โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์

โปรตีนที่พบในเยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดงสามารถแยกออกได้ง่ายบนเจลอิเล็กโทรโฟรีซิส ในระบบนี้แถบดังต่อไปนี้โดดเด่น: สเปกตรัมแอนไครินแบนด์ 3 โปรตีน 4.1 และ 4.2 ช่องไอออนกลูโคฟอรินและเอนไซม์ไกลเซอราลดีไฮด์ -3-phosphate-dehydrogenase

โปรตีนเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสี่กลุ่มตามหน้าที่ของมัน ได้แก่ ตัวลำเลียงเมมเบรนโมเลกุลยึดเกาะและตัวรับเอนไซม์และโปรตีนที่ยึดเมมเบรนกับส่วนประกอบของโครงร่างเซลล์

โปรตีนขนย้ายข้ามเมมเบรนหลายครั้งและที่สำคัญที่สุดของกลุ่มนี้คือแบนด์ 3 ซึ่งเป็นตัวแลกเปลี่ยนไอออนของคลอไรด์และไบคาร์บอเนต

เนื่องจากเม็ดเลือดแดงไม่มีไมโทคอนเดรียเอนไซม์ส่วนใหญ่จึงยึดติดกับเยื่อหุ้มพลาสมารวมทั้งเอนไซม์ไกลโคลิซิสฟรุกโตส - บิสฟอสเฟตอัลโดเลส A, α-enolase, ALDOC, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, phosglycerate kinase และ pyruvate kinase ไคเนส

เกี่ยวกับโปรตีนโครงสร้างที่มีอยู่มากที่สุด ได้แก่ แบนด์ 3, สเปกตรัม, แอนไคริน, แอกตินและแบนด์ 4.1 โปรตีนในขณะที่โปรตีนแบนด์ 4.2, เดมาติน, แอดดัคซิน, โทรโปโมดูลินและโทรไมโอซินถือเป็นส่วนประกอบย่อยของเมมเบรน

Spectrin

สเปกตรัมเป็นโปรตีนที่มีเส้นใยซึ่งประกอบด้วยโซ่อัลฟาและเบต้าซึ่งมีโครงสร้างเป็นแอลฟาเฮลิก

เส้นใยสเปกตรัมชวนให้นึกถึงสปริงในที่นอนและส่วนของผ้าที่ล้อมรอบที่นอนจะเป็นตัวแทนของเมมเบรนพลาสม่าในตัวอย่างสมมุติฐานนี้

เฮโมโกลบิน

ฮีโมโกลบินเป็นโปรตีนเชิงซ้อนที่มีโครงสร้างควอเทอร์นารีสังเคราะห์ในเม็ดเลือดแดงและเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของเซลล์เหล่านี้ มันประกอบด้วยโซ่สองคู่อัลฟ่าสองคู่และไม่ใช่อัลฟ่าสองคู่ (อาจเป็นเบต้าแกมมาหรือเดลต้า) เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ แต่ละหน่วยมีกลุ่มฮีม

ประกอบด้วยกลุ่มฮีมในโครงสร้างและรับผิดชอบลักษณะสีแดงของเลือด เกี่ยวกับขนาดของมันมีน้ำหนักโมเลกุล 64,000 กรัม / โมล

ในบุคคลที่เป็นผู้ใหญ่ฮีโมโกลบินประกอบด้วยอัลฟา 2 ตัวและเบต้า 2 โซ่ในขณะที่ส่วนเล็ก ๆ จะแทนที่เบต้าด้วยเดลต้า ในทางตรงกันข้ามฮีโมโกลบินของทารกในครรภ์ประกอบด้วยสองสายพันธุ์อัลฟาและโซ่แกมมาสองสาย

โดย OpenStax College ผ่าน Wikimedia Commons

คุณสมบัติ

การขนส่งออกซิเจน

ออกซิเจนที่เจือจางในพลาสมาในเลือดไม่เพียงพอต่อความต้องการของเซลล์ด้วยเหตุนี้จึงต้องมีหน่วยงานที่รับผิดชอบในการขนส่ง เฮโมโกลบินเป็นโมเลกุลของโปรตีนและเป็นตัวขนส่งออกซิเจนที่ยอดเยี่ยม

หน้าที่ที่สำคัญที่สุดของเม็ดเลือดแดงคือการกักเก็บฮีโมโกลบินไว้ภายในเพื่อให้แน่ใจว่ามีการจัดหาออกซิเจนไปยังเนื้อเยื่อและอวัยวะทั้งหมดของร่างกายเนื่องจากการขนส่งและการแลกเปลี่ยนออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ กระบวนการดังกล่าวไม่จำเป็นต้องมีค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน

ผิดปกติ

โรคโลหิตจางเซลล์เคียว

โรคโลหิตจางเซลล์เคียวหรือโรคโลหิตจางชนิดเคียวประกอบด้วยกลุ่มของโรคที่มีผลต่อฮีโมโกลบินทำให้รูปร่างของเม็ดเลือดแดงเปลี่ยนไป เซลล์จะลดเวลาครึ่งชีวิตลงจาก 120 วันเป็น 20 หรือ 10

พยาธิวิทยาเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงที่ไม่ซ้ำกันของกากกรดอะมิโนกลูตาเมตสำหรับวาลีนในห่วงโซ่เบต้าของโปรตีนนี้ สภาพสามารถแสดงออกได้ในสถานะ homozygous หรือ heterozygous

เซลล์เม็ดเลือดแดงที่ได้รับผลกระทบมีรูปร่างคล้ายเคียวหรือโคม่า ในภาพเซลล์เม็ดเลือดปกติจะถูกเปรียบเทียบกับพยาธิสภาพ นอกจากนี้ยังสูญเสียความยืดหยุ่นตามลักษณะดังนั้นจึงอาจแตกได้เมื่อพยายามข้ามหลอดเลือด

ภาวะนี้จะเพิ่มความหนืดภายในเซลล์ส่งผลต่อการผ่านของเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ได้รับผลกระทบผ่านหลอดเลือดที่มีขนาดเล็กลง ปรากฏการณ์นี้ส่งผลให้ความเร็วในการไหลเวียนของเลือดลดลง

โดย OpenStax College ผ่าน Wikimedia Commons

spherocytosis ทางพันธุกรรม

spherocytosis บาดแผลเป็นความผิดปกติ แต่กำเนิดที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง ผู้ป่วยที่เป็นโรคนี้มีลักษณะเฉพาะคือมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่าในเม็ดเลือดแดงและมีความเข้มข้นของฮีโมโกลบินมากกว่าปกติ ในบรรดาโรคทั้งหมดที่มีผลต่อเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงนี้พบได้บ่อยที่สุด

เกิดจากความบกพร่องของโปรตีนที่เชื่อมต่อโปรตีนในเซลล์และกระดูกในแนวตั้งกับเมมเบรน การกลายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องกับความผิดปกตินี้พบได้ในยีนที่เป็นรหัสสำหรับอัลฟาและเบต้าสเปกตรัมแอนไครินแบนด์ 3 และโปรตีน 4.2

บุคคลที่ได้รับผลกระทบมักอยู่ในกลุ่มคนผิวขาวหรือชาวญี่ปุ่น ความรุนแรงของเงื่อนไขนี้ขึ้นอยู่กับระดับของการสูญเสียการเชื่อมต่อในเครือข่ายสเปกตรัม

elliptocytosis กรรมพันธุ์

elliptocytosis ทางพันธุกรรมเป็นพยาธิสภาพที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของเม็ดเลือดแดงที่แตกต่างกันรวมถึงเซลล์รูปไข่รูปไข่หรือเซลล์ที่ยาว สิ่งนี้นำไปสู่การลดความยืดหยุ่นและความทนทานของเม็ดเลือดแดง

อุบัติการณ์ของโรคอยู่ที่ 0.03% ถึง 0.05% ในสหรัฐอเมริกาและเพิ่มขึ้นในประเทศแอฟริกาเนื่องจากมีการป้องกันปรสิตบางชนิดที่ทำให้เกิดโรคมาลาเรีย Plasmodium falciparum และ Plasmodium vivax ความต้านทานแบบเดียวกันนี้พบได้ในผู้ที่เป็นโรคเคียวเซลล์

การกลายพันธุ์ที่ก่อให้เกิดโรคนี้เกี่ยวข้องกับยีนที่เป็นรหัสของอัลฟาและเบต้าสเปกตรัมและโปรตีน 4.2 ดังนั้นการกลายพันธุ์ใน alpha spectrin จึงส่งผลต่อการสร้าง alpha และ beta heterodimer

ค่าปกติ

Hematocrit คือการวัดเชิงปริมาณที่แสดงปริมาตรของเม็ดเลือดแดงที่สัมพันธ์กับปริมาตรเลือดทั้งหมด ค่าปกติของพารามิเตอร์นี้แตกต่างกันไปตามเพศ: ในผู้ชายที่เป็นผู้ใหญ่จะอยู่ที่ 40.7% ถึง 50.3% ในขณะที่ในผู้หญิงช่วงปกติอยู่ระหว่าง 36.1% ถึง 44.3%

ในแง่ของจำนวนเซลล์ในผู้ชายช่วงปกติคือ 4.7 ถึง 6.1 ล้านเซลล์ต่อ uL และในผู้หญิงระหว่าง 4.2 ถึง 5.4 ล้านเซลล์ต่อ uL

สำหรับค่าฮีโมโกลบินปกติในผู้ชายจะอยู่ระหว่าง 13.8 ถึง 17.2 g / dL และในผู้หญิงตั้งแต่ 12.1 ถึง 15.1 g / dL

ในทำนองเดียวกันค่าปกติจะแตกต่างกันไปตามอายุของแต่ละบุคคลทารกแรกเกิดมีค่าฮีโมโกลบิน 19 g / dL และค่อยๆลดลงจนถึง 12.5 g / dL เมื่อเด็กยังเล็กและยังให้นมบุตรระดับที่คาดไว้คือ 11 ถึง 14 g / dL

ในเด็กวัยรุ่นวัยแรกรุ่นทำให้เพิ่มขึ้นจาก 14 g / dL เป็น 18 g / dL ในเด็กผู้หญิงที่กำลังพัฒนาประจำเดือนอาจทำให้ธาตุเหล็กลดลง

ระดับเม็ดเลือดแดงต่ำ

เมื่อจำนวนเม็ดเลือดแดงต่ำกว่าค่าปกติที่กล่าวมาข้างต้นอาจเป็นเพราะเงื่อนไขที่แตกต่างกันหลายประการ การลดลงของเม็ดเลือดแดงเกี่ยวข้องกับความเหนื่อยล้าหัวใจเต้นเร็วและหายใจลำบาก อาการต่างๆ ได้แก่ ซีดปวดศีรษะและเจ็บหน้าอก

พยาธิสภาพทางการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับการลดลงคือโรคของหัวใจและระบบไหลเวียนโลหิตโดยทั่วไป พยาธิสภาพเช่นมะเร็งแปลเป็นค่าเม็ดเลือดแดงต่ำ Myelosuppression และ pancytopenia ลดการผลิตเซลล์เม็ดเลือด

ในทำนองเดียวกัน anemias และ thalassemias ทำให้เซลล์เม็ดเลือดเหล่านี้ลดลง Anemias อาจเกิดจากปัจจัยทางพันธุกรรม (เช่นโรคโลหิตจางชนิดเคียว) หรือจากการขาดวิตามินบี 12 โฟเลตหรือธาตุเหล็ก สตรีมีครรภ์บางรายอาจพบอาการของโรคโลหิตจาง

ในที่สุดการมีเลือดออกมากเกินไปไม่ว่าจะเป็นแผลริดสีดวงทวารเลือดออกหนักหรือแผลในกระเพาะอาหารทำให้สูญเสียเม็ดเลือดแดง

ระดับเม็ดเลือดแดงสูง

สาเหตุของระดับเม็ดเลือดแดงสูงมีความหลากหลายเช่นเดียวกับระดับที่เกี่ยวข้องกับระดับต่ำ ภาวะที่มีเม็ดเลือดแดงจำนวนมากเรียกว่า polycythemia

สิ่งที่ไม่เป็นอันตรายที่สุดเกิดขึ้นในบุคคลที่อาศัยอยู่ในพื้นที่สูงซึ่งความเข้มข้นของออกซิเจนต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้การคายน้ำโดยทั่วไปจะทำให้เกิดความเข้มข้นของเม็ดเลือดแดง

โรคที่เกี่ยวข้องกับไตระบบทางเดินหายใจและโรคหัวใจและหลอดเลือดอาจเป็นสาเหตุของการเพิ่มขึ้น

สารภายนอกบางอย่างและนิสัยที่เป็นอันตรายเช่นการสูบบุหรี่สามารถเพิ่มจำนวนเม็ดเลือดแดงได้ การใช้บุหรี่ในระยะยาวจะช่วยลดระดับออกซิเจนในเลือดเพิ่มความต้องการและบังคับให้ร่างกายสร้างเม็ดเลือดแดงมากขึ้น

การบริโภคอะนาโบลิกสเตียรอยด์สามารถกระตุ้นการสร้างเม็ดเลือดแดงในไขกระดูกได้เช่นเดียวกับการใช้ยาสลบ erythropoietin ซึ่งใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพทางกายภาพ

ในบางกรณีของโรคโลหิตจางเมื่อผู้ป่วยขาดน้ำผลของการลดพลาสม่าจะต่อต้านการลดลงของเม็ดเลือดแดงส่งผลให้ค่าปกติที่หลอกลวง พยาธิวิทยาจะสว่างขึ้นเมื่อผู้ป่วยได้รับน้ำและค่าเม็ดเลือดแดงต่ำผิดปกติสามารถพิสูจน์ได้

อ้างอิง

1. แคมป์เบล, NA (2544). ชีววิทยา: แนวคิดและความสัมพันธ์ การศึกษาของเพียร์สัน.
2. Diez-Silva, M. , Dao, M. , Han, J. , Lim, C.-T. , & Suresh, S. (2010). รูปร่างและลักษณะทางชีวกลศาสตร์ของเม็ดเลือดแดงของมนุษย์ในด้านสุขภาพและโรค MRS Bulletin / Materials Research Society, 35 (5), 382–388
3. Dvorkin, M. , Cardinali, D. , & Iermoli, R. (2010). ฐานทางสรีรวิทยาของการปฏิบัติทางการแพทย์ที่ดีที่สุดและเทย์เลอร์ Panamerican Medical Ed.
4. Kelley, WN (1993). อายุรศาสตร์. Panamerican Medical Ed.
5. โรดัก, BF (2548). โลหิตวิทยา: ปัจจัยพื้นฐานและการประยุกต์ใช้ทางคลินิก Panamerican Medical Ed.
6. Ross, MH, & Pawlina, W. (2012). Histology: แผนที่ข้อความและสีกับชีววิทยาระดับเซลล์และโมเลกุล บทบรรณาธิการMédica Panamericana
7. Welsch, U. , & Sobotta, J. (2008). จุลกายวิภาคศาสตร์เนื้อเยื่อ Panamerican Medical Ed.