Hồng cầu

Hồng cầu hay còn gọi là hồng huyết cầu (tế bào máu đỏ) đóng vai trò chính trong việc vận chuyển oxy từ phổi tới các mô cơ thể. Chúng mang theo hemoglobin, enzyme carbonic anhydrase trong hồng cầu tăng tốc phản ứng giữa CO₂ và H₂O để tạo ra axit cacbonic (H₂CO₃). Nhờ vậy, CO₂ trong huyết tương được vận chuyển về phổi dưới dạng ion bicarbonat (HCO₃) để thải ra ngoài. Ở động vật bậc thấp, hemoglobin hòa lẫn trong huyết tương, nhưng ở người, hemoglobin cần được chứa trong hồng cầu để tránh bị thất thoát qua nước tiểu. Hemoglobin còn có vai trò đệm kiềm-toan, đây là chức năng quan trọng của hồng cầu. Chúng được sản xuất từ tế bào máu gốc trong tủy xương, và phần lớn bị tiêu hủy tại lách. Hồng cầu trưởng thành không có nhân, ti thể hay ribôxôm. Các kháng nguyên trên bề mặt hồng cầu giúp xác định nhóm máu, trong đó hệ thống nhóm máu ABO là hệ thống cơ bản và quan trọng nhất.

Đặc điểm hình thái

Dưới kính hiển vi quang học, hồng cầu có hình dạng tròn, điều này làm người ta nghĩ chúng có hình cầu Lưu trữ 2005-06-24 tại Wayback Machine (hình cầu nhìn từ mọi góc độ đều thấy tròn) - từ đó có tên gọi 'hồng cầu'. Qua kính hiển vi điện tử, hồng cầu có hình đĩa lõm hai mặt, đường kính khoảng 7,8 µm (1.000.000 µm = 1m), dày 2,5 µm ở điểm dày nhất và không quá 1 µm ở trung tâm. Thể tích trung bình của hồng cầu dao động từ 90-95 µm³ (có ý kiến cho rằng từ 76 - 96). Chúng có khả năng biến dạng cao mà không bị vỡ khi di chuyển qua các mao mạch hẹp nhờ vào cấu trúc màng tế bào có tính dẻo dai và khả năng chứa các thành phần bên trong.

Số lượng

Số lượng hồng cầu trong máu:

• Nam giới: 5,2 ± 0,3 G/ML
• Nữ giới: 4,7 ± 0,3 G/ML

Người sống ở vùng cao thường có mật độ hồng cầu cao hơn (sẽ được thảo luận sau).

Lưu ý: G/ML (giga/mililít) = 10⁹/ML

Số lượng hemoglobin trong hồng cầu

Nồng độ hemoglobin trong bào tương của hồng cầu có thể đạt tối đa 34 g/dL tế bào mà không gây ảnh hưởng đến chức năng sản xuất hemoglobin. Ở người khỏe mạnh, nồng độ hemoglobin trong hồng cầu thường duy trì gần mức tối đa này. Tuy nhiên, nếu chức năng tạo hemoglobin suy giảm, nồng độ này có thể giảm đáng kể và dẫn đến giảm thể tích hồng cầu.

Trung bình, nồng độ hemoglobin trong máu là:

• Nam giới: 15 g/dL (13 - 18)
• Nữ giới: 14 g/dL (11,5 - 16)

Chu trình 'sinh, sống, chết' của hồng cầu

Các cơ quan sản xuất hồng cầu

Trong những tuần đầu tiên của phôi, hồng cầu có nhân được sản xuất trong túi noãn hoàng. Vào ba tháng giữa thai kỳ, gan (chủ yếu), lách và các hạch lympho là các cơ quan chính sản xuất hồng cầu có nhân. Từ cuối thai kỳ trở đi, chỉ có tủy xương mới tiếp tục sản xuất hồng cầu.

Dưới 5 tuổi, hầu hết các tủy xương đều sản xuất hồng cầu. Khi trưởng thành, các xương ống (trừ phần gần của xương cánh tay và xương chày) dần chuyển thành mô mỡ và không còn sản xuất hồng cầu nữa. Sau tuổi 20, hồng cầu được sản xuất chủ yếu trong các xương dẹt như xương đốt sống, xương ức, xương sườn, xương vai, xương chậu và xương sọ. Theo tuổi tác, khả năng tạo hồng cầu giảm dần.

Quá trình tạo hồng cầu

Tế bào gốc đa năng là nguồn gốc của tất cả các loại tế bào máu, bao gồm hồng cầu. Các tế bào này phân chia, một số sẽ tiếp tục làm nguồn tế bào gốc, trong khi đa số sẽ biệt hóa qua nhiều giai đoạn để trở thành các dòng hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu.

Chi tiết về các giai đoạn biệt hóa này được trình bày trong bài viết về tế bào máu.

Về dòng hồng cầu, các giai đoạn phát triển sau tế bào gốc đa năng bao gồm:

• CFU-S (chung cho hồng cầu và bạch cầu, trừ bạch cầu lympho)
• CFU-B
• CFU-E
• Nguyên tiền hồng cầu (từ giai đoạn này trở đi là dòng hồng cầu cụ thể)
• Nguyên hồng cầu ưa base (nhuộm màu với chất kiềm), bắt đầu tích lũy hemoglobin.
• Nguyên hồng cầu đa sắc
• Nguyên hồng cầu ưa acid
• Hồng cầu lưới (nhân hồng cầu đã bị cô đặc và loại bỏ, hệ lưới nội mô cũng bị hấp thu, trong hồng cầu lưới chỉ còn lại phần chưa tiêu hủy hết của các bào quan như bộ máy Golgi, ti thể v.v.)
• Hồng cầu trưởng thành

Sự phát triển và nhân đôi của các tế bào gốc được điều chỉnh bởi các protein gọi là chất cảm ứng tăng trưởng, mỗi loại có những đặc điểm riêng biệt. Interleukin-3 là chất cảm ứng tăng trưởng tác động lên hầu hết các dòng tế bào máu, trong khi các chất cảm ứng khác chỉ ảnh hưởng đến một số loại tế bào.

Các chất cảm ứng tăng trưởng không ảnh hưởng đến quá trình biệt hóa các dòng tế bào máu. Điều này thuộc về nhiệm vụ của loại protein khác - các chất cảm ứng biệt hóa.

Các chất cảm ứng (biệt hóa và tăng trưởng) được sản xuất bên ngoài tủy xương.

Hồng cầu lưới đi qua thành mạch, rời khỏi tủy xương và vào dòng máu tuần hoàn. Các phần dư của bào quan sẽ được tiêu hủy hoàn toàn trong vòng 1 đến 2 ngày.

Điều hòa quá trình tạo hồng cầu - vai trò của erythropoietin

Số lượng hồng cầu trong cơ thể cần được duy trì ở mức hợp lý: không quá ít để đảm bảo cung cấp đủ oxy, cũng không quá nhiều để không gây cản trở tuần hoàn máu.

Bất kỳ nguyên nhân nào làm giảm lượng oxy đến các mô sẽ kích thích quá trình tạo hồng cầu. Vì vậy, khi cơ thể thiếu máu, tủy xương sẽ gia tăng sản xuất hồng cầu. Khi phần lớn tủy xương bị tổn thương (như do xạ trị ung thư), các phần tủy còn lại sẽ hoạt động tích cực hơn để bù đắp cho sự thiếu hụt.

Khi độ cao so với mực nước biển tăng lên, nồng độ oxy trong không khí giảm dần. Điều này dẫn đến việc cư dân sống ở các khu vực cao như Đà Lạt, Sa Pa, La Paz, v.v., có số lượng hồng cầu nhiều hơn so với cư dân ở vùng thấp. Trong những trường hợp này, chính sự thiếu oxy chứ không phải thiếu máu kích thích sản xuất hồng cầu.

Sự sản xuất hồng cầu cũng gia tăng trong một số bệnh lý. Đặc biệt là các bệnh liên quan đến hệ tuần hoàn và hô hấp, làm giảm khả năng bơm máu đến mô hoặc khả năng hấp thụ oxy ở phổi.

Erythropoietin (EPO) là hormon chính kích thích quá trình tạo hồng cầu để đáp ứng với tình trạng thiếu oxy. Đây là một glycoprotein có khối lượng phân tử 34 KDa. Nếu thiếu hormon này, tình trạng thiếu oxy không làm tăng hoặc chỉ làm tăng rất ít hoạt động tạo hồng cầu. Thông thường, sự thiếu oxy sẽ làm tăng đáng kể sản xuất erythropoietin, dẫn đến sự gia tăng sản xuất hồng cầu cho đến khi tình trạng thiếu oxy được cải thiện.

Trong cơ thể người bình thường, khoảng 90% erythropoietin được sản xuất tại thận, phần còn lại chủ yếu từ gan. Tuy nhiên, vị trí cụ thể của thận sản xuất hormon này vẫn chưa được xác định rõ.

Một giả thuyết cho rằng các tế bào biểu mô ống thận tiết ra erythropoietin vì ống thận có nhu cầu oxy rất cao. Khi thiếu oxy, khu vực này sẽ gia tăng tiết EPO.

Dù vậy, ngay cả khi có tình trạng thiếu oxy cục bộ ở các cơ quan khác mà thận vẫn được cấp máu đầy đủ, chức năng tạo erythropoietin của thận vẫn được kích thích. Do đó, có thể còn các cảm thụ quan ngoài thận gửi tín hiệu đến thận. Thực nghiệm cho thấy norepinephrin, epinephrin và một số prostaglandin có vai trò kích thích sản xuất erythropoietin.

Khi cả hai thận bị mất chức năng do bệnh lý hoặc bị cắt bỏ, bệnh nhân có thể bị thiếu máu nghiêm trọng, vì lượng erythropoietin sản xuất bởi gan và các mô khác chỉ đáp ứng được khoảng 1/3 đến 1/2 nhu cầu sản xuất hồng cầu.

Chức năng chính của erythropoietin

Erythropoietin thúc đẩy quá trình phát triển của các nguyên hồng cầu qua các giai đoạn biệt hóa tiếp theo. Tuy nhiên, tác động của erythropoietin được điều chỉnh theo cơ chế phản hồi.

Trưởng thành của hồng cầu - yêu cầu về vitamin B12 và axit folic

Với tuổi thọ chỉ khoảng 120 ngày, hồng cầu là một trong những tế bào có tỷ lệ thay thế cao nhất trong cơ thể. Do đó, dinh dưỡng đóng vai trò thiết yếu trong sự phát triển và trưởng thành của hồng cầu.

Vitamin B12 và axit folic là hai dưỡng chất cực kỳ quan trọng cho sự trưởng thành của hồng cầu. Cả hai đều góp phần vào việc tạo thymidin triphosphat, một trong bốn thành phần cơ bản của DNA. Thiếu vitamin B12 và axit folic sẽ dẫn đến thiếu hụt DNA hoặc tạo ra DNA không bình thường, ảnh hưởng đến sự trưởng thành của nhân và phân chia tế bào. Các tủy bào sẽ không phát triển đúng cách, dẫn đến sự xuất hiện của hồng cầu bất thường (đại bào) trong máu, có hình dạng và lớp màng không bình thường. Mặc dù vẫn thực hiện chức năng cung cấp oxy, các đại bào này có tuổi thọ chỉ bằng 1/3 đến 1/2 so với hồng cầu bình thường.

Vitamin B12 chủ yếu có trong thịt, trứng và sữa. Mặc dù đậu nành lên men có một lượng nhỏ vitamin B12, nhiều loại thực vật không chứa hoặc chứa dạng không sử dụng được. Trong chế độ ăn chay, thường cần bổ sung vitamin B12 tổng hợp. Thiếu máu ác tính không phải do thiếu B12 trong chế độ ăn mà do cơ thể không hấp thu được vitamin này, thường là do các bệnh ảnh hưởng đến niêm mạc dạ dày như teo niêm mạc dạ dày.

Hấp thu vitamin B12 cần một glycoprotein gọi là yếu tố nội tại, được tiết ra bởi các tế bào niêm mạc dạ dày. Quá trình hấp thu diễn ra qua 3 bước cơ bản:

1. Yếu tố nội tại kết hợp với vitamin B12, bảo vệ B12 khỏi sự phân hủy trong môi trường dạ dày.
2. Tại hồi tràng, phức hợp B12 + yếu tố nội tại gắn vào các thụ thể trên tế bào nhầy ở bờ bàn chải.
3. Vitamin B12, vẫn gắn với yếu tố nội tại, được hấp thu vào các tế bào thành ruột qua cơ chế ẩm bào và sau đó được đưa vào máu.

Vitamin B12 di chuyển qua tĩnh mạch cửa từ hồi tràng đến gan, nơi được dự trữ và cung cấp cho tủy xương khi cần. Bình thường, để trưởng thành hồng cầu cần khoảng 1-3 µg vitamin B12 mỗi ngày. Gan có thể dự trữ vitamin B12 gấp khoảng 1000 lần nhu cầu hàng ngày, vì vậy thiếu máu ác tính chỉ xuất hiện sau 3-4 năm khi có vấn đề hấp thu vitamin B12.

Axit folic (hay axit pteroylglutamic) có mặt trong rau xanh, trái cây, gan và thịt động vật. Tuy nhiên, axit folic dễ bị phân hủy khi nấu nướng. Các vấn đề hấp thu axit folic thường đi kèm với các rối loạn hấp thu vitamin B12, như trong bệnh sprue (viêm loét ruột). Thiếu axit folic cũng ảnh hưởng đến sự trưởng thành của hồng cầu.

Vận chuyển oxy là nhiệm vụ của hemoglobin

Bài học về hemoglobin

Quá trình tổng hợp hemoglobin bắt đầu từ giai đoạn nguyên hồng cầu đa sắc và tiếp tục đến giai đoạn hồng cầu lưới. Khi hồng cầu vào hệ tuần hoàn, nó vẫn có thể sản xuất một lượng nhỏ hemoglobin cho đến khi hoàn toàn trưởng thành. Các bước cơ bản của quá trình tổng hợp hemoglobin như sau:

1. Succynil-CoA (được tạo ra từ chu trình Krebs) kết hợp với glycin để tạo ra phân tử pyrrol.
2. 4 phân tử pyrrol kết hợp lại thành protoporphyrin IX.
3. Protoporphyrin IX kết hợp với sắt để hình thành hem.
4. Phân tử hem liên kết với một chuỗi polypeptid gọi là globin, tạo thành một tiểu đơn vị hemoglobin với khối lượng 16 KDa mỗi chuỗi.
5. 4 chuỗi hemoglobin liên kết với nhau để tạo thành phân tử hemoglobin.

Có nhiều loại tiểu đơn vị khác nhau (alpha, beta, gamma, delta). Ở người lớn, hemoglobin thường có 4 tiểu đơn vị gồm 2 chuỗi alpha và 2 chuỗi beta, gọi là hemoglobin A (khác với nhóm máu A). Hemoglobin A có khối lượng phân tử 68.458 Da.

Mỗi phân tử hemoglobin chứa 4 nguyên tử sắt, và mỗi nguyên tử sắt có khả năng gắn với 1 nguyên tử oxy, vì vậy mỗi phân tử hemoglobin có thể gắn tối đa 4 nguyên tử oxy. Đặc tính của các chuỗi hemoglobin xác định ái lực của nó với oxy.

Chức năng hô hấp yêu cầu liên kết giữa hemoglobin và oxy có tính thuận nghịch (dễ dàng gắn và tách rời).

Oxy không liên kết với hai hóa trị dương của nguyên tử sắt. Thay vào đó, oxy gắn lỏng lẻo qua cái gọi là 'liên kết đồng hàng' với nguyên tử sắt.

Điều đáng lưu ý là oxy không bị ion hóa; nó được vận chuyển dưới dạng phân tử O₂. Ở các mô, oxy sẽ được giải phóng nguyên dạng vào dịch ngoại bào.

Sự phân hủy hồng cầu

Một hồng cầu trung bình có tuổi thọ khoảng 120 ngày kể từ khi rời tủy xương và vào dòng máu tuần hoàn. Ngoài ra, hồng cầu còn có thể bị tấn công và tiêu diệt bởi một số nguyên sinh vật như trùng kiết lị và trùng sốt rét.

Mặc dù không có nhân, ti thể, và hệ lưới nội chất, trong bào tương của hồng cầu vẫn tồn tại một số enzyme giúp chuyển hóa glucose và tạo ra một lượng nhỏ ATP. Các enzyme này cũng có nhiệm vụ:

• Giữ cho màng hồng cầu được dẻo dai.
• Đảm bảo sự trao đổi ion qua màng tế bào.
• Giữ sắt trong hemoglobin ở dạng hóa trị 2 thay vì hóa trị 3.
• Ngăn chặn phản ứng oxy hóa của các protein trong hồng cầu.

Theo thời gian, hệ thống chuyển hóa của hồng cầu ngày càng giảm hiệu quả, làm cho màng hồng cầu trở nên mỏng manh và dễ bị vỡ. Các hồng cầu già sẽ bị vỡ khi di chuyển qua các tổ chức chật hẹp của hệ tuần hoàn, đặc biệt là tại lách và gan. Lách có cấu trúc vách hẹp mà hầu hết các hồng cầu đều phải đi qua, với chiều rộng chỉ khoảng 3 µm (trong khi đường kính hồng cầu khoảng 7,5 µm). Ở những người đã cắt lách, số lượng hồng cầu bất thường trong máu tăng lên rõ rệt.

Khi hồng cầu bị vỡ và giải phóng hemoglobin, hemoglobin nhanh chóng được hấp thụ bởi các đại thực bào trên toàn cơ thể, chủ yếu là bởi tế bào Kupffer ở gan và các đại thực bào ở lách và tủy xương.

Sau vài giờ đến vài ngày, các đại thực bào sẽ trả lại sắt từ hemoglobin vào máu. Sắt sau đó được vận chuyển (như đã mô tả trong bài về chuyển hóa sắt) đến tủy xương để sản xuất hồng cầu mới hoặc lưu trữ ở gan và các mô khác.

Thành phần porphyrin trong hemoglobin trải qua một loạt biến đổi và trở thành sắt tố mật (bilirubin). Chất này theo tĩnh mạch lách vào tĩnh mạch cửa và đến gan, nơi nó được sử dụng để tổng hợp mật phục vụ cho quá trình tiêu hóa.

• Nhóm máu, công thức máu, bệnh thiếu máu, truyền máu
• Tế bào máu
• Hemoglobin, các bệnh liên quan đến hemoglobin, Thalassemia (thiếu máu Địa Trung Hải)
• Hô hấp
• Chuyển hóa sắt
• Tủy xương
• Lách
• Các phương pháp bị cấm trong thể thao (doping).

Các liên kết bên ngoài

Tiếng Anh:

• Sự hình thành tế bào máu
• Vận chuyển O2 bởi Hemoglobin
• Vai trò của Erythrocytes trong vận chuyển CO2
• Mẫu máu nhuộm May-Giemsa, x1000 Lưu trữ 2005-06-24 tại Wayback Machine