Sinh lý hồng cầu máu

Hình dạng - cấu trúc

Hồng cầu chiếm hơn 99% trong các thành phần hữu hình của máu. Đó là những tế bào có hình đĩa hai mặt lõm, đường kính 7-8 mm, bề dày phần ngoại vi 2-2,5 mm và phần trung tâm 1 mm, thể tích trung bình 90-95 mm3. Hình dạng này có hai lợi điểm như sau:

Tăng diện tích bề mặt tiếp xúc làm tăng khả năng khuếch tán khí thêm 30% so với hồng cầu cùng thể tích mà có dạng hình cầu.

Làm cho hồng cầu trở nên cực kỳ mềm dẽo, có thể đi qua các mao mạch hẹp mà không gây tổn thương mao mạch cũng như bản thân hồng cầu.

Hồng cầu không có nhân cũng như các bào quan. Thành phần chính của hồng cầu là hemoglobin (Hb), chiếm 34% trọng lượng (nồng độ 34 g/dl trong dịch bào tương). Cấu trúc của hồng cầu đặc biệt thích ứng với chức năng vận chuyển khí oxy.

Số lượng

Ở người bình thường, số lượng hồng cầu trong máu ngoại vi là:

Nam: 5.400.000 ± 300.000 /mm3.

Nữ: 4.700.000 ± 300.000/mm3.

Theo kết quả bước đầu nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh học của người Việt Nam năm 1996, số lượng hồng cầu trong máu của người Việt Nam bình thường có khác nhau tuỳ theo tác giả.

Số lượng hồng cầu có thể thay đổi trong một số trường hợp sinh lý. Ở trẻ sơ sinh, số lượng hồng cầu cao trong vòng một hai tuần đầu, sau đó có hiện tượng vỡ hồng cầu gây vàng da sinh lý. Ngoài ra, số lượng hồng cầu có thể tăng ở những người lao động nặng, sống ở vùng cao.

Hình: Quá trình biệt hoá các dòng tế bào máu.

Chức năng

Chức năng chủ yếu của hồng cầu là vận chuyển oxy tới các tổ chức. Ngoài ra hồng cầu còn có các chức năng sau: vận chuyển một phần CO2 (nhờ hemoglobin), giúp huyết tương vận chuyển CO2 (nhờ enzym carbonic anhydrase), điều hoà cân bằng toan kiềm nhờ tác dụng đệm của hemoglobin.

Cấu trúc của hemoglobin

Hemoglobin còn gọi huyết sắc tố, đó là chromoprotein gồm hai thành phần là nhân heme và globin. (hình).

Heme là một sắc tố đỏ. Mỗi heme gồm một vòng porphyrin và một Fe2+ chính giữa. Một phân tử hemoglobin có bốn nhân heme, chiếm 5%.

Globin là một protein gồm bốn chuỗi polypeptid giống nhau từng đôi một. Hemoglobin người bình thường là HbA gồm hai chuỗi a và hai chuỗi b. Hemoglobin thời kỳ bào thai là HbF gồm hai chuỗi a và hai chuỗi g.

Hình: Cấu tạo phân tử hemoglobin.

Sự bất thường của các chuỗi globin sẽ làm thay đổi đặc điểm sinh lý của phân tử Hb. Ví dụ, trong bệnh thiếu máu hồng cầu hình liềm, acid amin valin thay thế cho glutamic tại một vị trí trong mỗi chuỗi b làm HbA trở thành HbS.

Nồng độ hemoglobin của người bình thường là:

Nam: 13,5-18 g/100 ml (g%).

Nữ: 12-16 g/100 ml (g%).

Trẻ em: 14-20 g/100 ml (g%).

Nồng độ hemoglobin của người Việt Nam bình thường được nghiên cứu năm 1996 có trị số khác nhau tuỳ theo từng tác giả.

Chức năng vận chuyển khí

Vận chuyển khí O2:

Hồng cầu vận chuyển O2 từ phổi đến tổ chức nhờ phản ứng sau:

Hb + O₂ ---- HbO2 (oxyhemoglobin)

Trong đó O2 được gắn lỏng lẻo với Fe2+. Đây là phản ứng thuận nghịch, chiều phản ứng do phân áp O2 quyết định. Trong phân tử Hb, O2không bị ion hoá mà nó được vận chuyển dưới dạng phân tử O2.

Khi hít phải không khí nhiều CO (carbon monoxide), hemoglobin sẽ kết hợp CO để tạo ra carboxyhemoglobin theo phản ứng:

Hb + CO  ó  HbCO

Ái lực của Hb đối với CO gấp hơn 200 lần đối với O2, vì vậy một khi đã kết hợp với CO thì Hb không còn khả năng vận chuyển O2 nữa. Dấu hiệu đầu tiên là da đỏ sáng, bệnh nhân rơi vào trạng thái kích thích, rồi buồn ngủ, hôn mê và tử vong. Khí CO thường được sinh ra khi đốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn. Điều trị bằng cách đưa bệnh nhân ra khỏi môi trường nhiều CO, đồng thời cho thở O2.  Lượng CO trong không khí là chỉ số đo mức độ ô nhiễm môi trường.

Khi máu tiếp xúc với những thuốc hoặc hoá chất có tính oxy hoá, Fe2+ trong nhân heme chuyển thành Fe3+và hemoglobin trở thành methemoglobin không còn khả năng vận chuyển O2. Methemoglobin khi hiện diện trong máu nhiều sẽ gây triệu chứng xanh tím. Tình trạng này xảy ra khi ngộ độc một số dẫn chất của anilin, sulfonamide, phenacetin, nitroglycerin, nitrate trong thực phẩm ...

Vận chuyển khí CO2:

Hồng cầu vận chuyển CO2 từ tổ chức về phổi theo phản ứng sau:

Hb + CO2 --- HbCO2 (carbaminohemoglobin)

CO2 được gắn với nhóm NH2 của globin. Đây cũng là phản ứng thuận nghịch, chiều phản ứng do phân áp CO2 quyết định. Chỉ khoảng 20% CO2 được vận chuyển dưới hình thức này, còn lại là do muối kiềm của huyết tương vận chuyển.

Sự sinh sản hồng cầu

Quá trình biệt hoá dòng hồng cầu

Sơ đồ: Quá trình biệt hoá dòng hồng cầu.

Tiền nguyên hồng cầu là tế bào đầu tiên của dòng hồng cầu mà chúng ta nhận dạng được. Quá trình biệt hoá từ tiền nguyên hồng cầu diễn ra theo sơ đồ 1.

Các giai đoạn từ tế bào gốc đến hồng cầu lưới diễn ra trong tuỷ xương, sau đó hồng cầu lưới được phóng thích ra máu ngoại vi 24-48 giờ thì mạng lưới biến mất và trở thành hồng cầu trưởng thành. Tỷ lệ hồng cầu lưới trong máu ngoại vi không quá 1%. Tỷ lệ này cho phép đánh giá tốc độ sinh hồng cầu của tuỷ xương sau liệu trình điều trị thiếu máu hoặc sau khi bị mất máu cấp.

Sự tổng hợp hemoglobin xảy ra từ giai đoạn tiền nguyên hồng cầu và ngày càng tăng dần. Đến giai đoạn nguyên hồng cầu ưa acid thì đạt mức bão hoà.

Sự điều hoà sinh sản hồng cầu

Số lượng hồng cầu trong hệ thống tuần hoàn được điều hoà chặt chẽ để nó chỉ thay đổi trong một phạm vi hẹp. Số lượng hồng cầu phải đảm bảo hai yêu cầu sau:

Đủ cung cấp oxy cho tổ chức.

Không quá nhiều để tránh cản trở sự lưu thông máu.

Nồng độ oxy tổ chức là yếu tố chính kiểm soát tốc độ sinh hồng cầu. Tốc độ sinh hồng cầu sẽ tăng trong những trường hợp lượng oxy vận chuyển đến tổ chức không đáp ứng đủ nhu cầu của tổ chức và ngược lại. Tốc độ sinh hồng cầu sẽ tăng trong các trường hợp sau:

Khi thiếu máu do mất máu, tuỷ xương sẽ tăng sinh sản hồng cầu. Ngoài ra, ở những người bị thương tổn tuỷ xương một phần do liệu pháp tia X chẳng hạn, phần tuỷ xương còn lại sẽ tăng sinh sản hồng cầu để đáp ứng nhu cầu cơ thể.

Những người sống ở vùng cao.

Các trường hợp suy tim kéo dài hoặc những bệnh phổi mạn tính.

Yếu tố kích thích sinh sản hồng cầu là nội tiết tố erythropoietin. Ở người bình thường, 90% erythropoietin do thận tiết ra, phần còn lại chủ yếu do gan sản xuất. Khi thiếu oxy tổ chức, erythropoietin sẽ được tăng tiết trong máu và chính nó đã thúc đẩy quá trình tạo tiền nguyên hồng cầu từ tế bào gốc tạo máu trong tuỷ xương. Khi tiền nguyên hồng cầu đã được hình thành thì erythropoietin lại thúc đẩy nó nhanh chóng chuyển qua các giai đoạn nguyên hồng cầu để hình thành hồng cầu trưởng thành. Ngoài ra erythropoietin còn tăng tổng hợp Hb trong nguyên hồng cầu và tăng vận chuyển hồng cầu lưới ra máu ngoại vi.

Các thành phần dinh dưỡng tham gia tạo hồng cầu

Để tạo hồng cầu, cần phải cung cấp đầy đủ protein, sắt, và các vitamin B12, B9 (acid folic).

Protein cần cho sự tổng hợp các chuỗi globin và các thành phần cấu trúc của hồng cầu.

Sắt cần để tạo nhân heme: nhu cầu sắt hàng ngày là 1 mg ở nam giới và 2 mg ở nữ. Đối với phụ nữ có thai nhu cầu sắt càng tăng cao nên phải cung cấp thêm viên sắt mỗi ngày.

Vitamin B12 và acid folic cần cho quá trình tổng hợp DNA để phục vụ sự phân chia tế bào. Nhu cầu B12 mỗi ngày là 1-3 mg.

Đời sống hồng cầu

Đời sống trung bình của hồng cầu trong máu ngoại vi là 120 ngày. Theo thời gian, màng hồng cầu sẽ mất dần tính mềm dẻo và cuối cùng hồng cầu sẽ vỡ khi đi qua các mao mạch nhỏ của lách. Hemoglobin phóng thích ra từ hồng cầu vỡ sẽ bị thực bào bởi các đại thực bào cố định của gan, lách và tuỷ xương.

Đại thực bào sẽ giải phóng sắt vào máu; sắt này cùng với sắt từ thức ăn do ruột non hấp thu, được vận chuyển dưới dạng transferrin dến tuỷ xương để tạo hồng cầu mới, hoặc đến gan và các mô khác để dự trữ dưới dạng ferritin và hemosiderin.

Phần porphyrin của heme sẽ được chuyển hoá qua nhiều giai đoạn trong đại thực bào để tạo thành sắc tố bilirubin, chất này được giải phóng vào máu, đến gan rồi bài tiết vào mật. Sự chuyển hoá của bilirubin sẽ được nghiên cứu kỹ trong chương tiêu hoá.

Ngoài ra phần globin của hemoglobin được giáng hoá thành các acid amin mà sẽ được sử dụng để tổng hợp các protein cho cơ thể.

Một số rối loạn lâm sàng của dòng hồng cầu

Thiếu máu

Theo Tổ chức Y tế thế giới, thiếu máu là giảm nồng độ hemoglobin:

Nam: < 13 g/100 ml máu.

Nữ: < 12 g/100 ml máu.

Trẻ sơ sinh: < 14 g/100 ml máu.

Thiếu máu có thể do giun móc, xuất huyết, huyết tán, suy tuỷ...

Bệnh Đa hồng cầu

Còn gọi là bệnh Vaquez, gây ra do sự khiếm khuyết gen xảy ra trong dòng nguyên bào tạo máu. Những nguyên bào này không ngừng tạo hồng cầu dù số lượng đã quá đủ. Số lượng hồng cầu thường là 7-8 triệu/mm3.