Hồng cầu

Hồng cầu, hay hồng huyết cầu (có nghĩa là tế bào máu đỏ), là loại tế bào máu có chức năng chính là hô hấp, chuyên chở hemoglobin, qua đó đưa O2 từ phổi đến các mô. Enzyme carbonic anhydrase trong hồng cầu làm tăng hàng nghìn lần vận tốc của phản ứng giữa CO2 và H2O tạo ra axit cacbonic (H2CO3). Nhờ đó, nước trong huyết tương vận chuyển CO2 dưới dạng ion bicarbonat (HCO3—) từ các mô trở lại phổi để CO2 được tái tạo và thải ra dưới thể khí. Ở nhiều động vật bậc thấp, hemoglobin hòa trong dòng huyết tương. Với tổ chức của cơ thể người, hemoglobin cần phải được chứa trong hồng cầu, vì nếu ở dạng tự do, nó sẽ thấm dần qua các mao mạch và bị thất thoát qua nước tiểu. Là một protein, hemoglobin còn có chức năng đệm kiềm-toan, đây cũng là một chức năng quan trọng của hồng cầu. Hồng cầu được tạo ra từ các tế bào máu gốc trong tủy xương, đa số hồng cầu bị hủy ở lách. Tuy là một tế bào, hồng cầu trưởng thành lại không có nhân, ti thể hay ribôxôm. Các kháng nguyên trên bề mặt hồng cầu được dùng để định nghĩa nhóm máu. Nhiều hệ thống nhóm máu đã được thiết lập, trong đó sớm nhất và quan trọng nhất là hệ thống nhóm máu ABO.

Đặc điểm hình thái 

Dưới kính hiển vi quang học, hồng cầu được thấy có hình tròn; nên thời trước người ta cho rằng các tế bào đó hình cầu  (hình cầu nhìn dưới mọi góc độ đều thấy tròn) - đây là nguồn gốc tên gọi "hồng cầu". Dưới kính hiển vi điện tử như hình bên, tế bào hồng cầu có hình đĩa lõm hai mặt với đường kính khoảng 7,8 µm (1.000.000 µm = 1m), độ dày 2,5 µm ở chỗ dày nhất và không quá 1 µm ở trung tâm. Thể tích trung bình của hồng cầu vào khoảng 90-95 µm³ (có tác giả cho rằng từ 76 - 96). Hồng cầu có khả năng biến dạng rất cao mà không bị vỡ, rách khi di chuyển qua các mao mạch chật hẹp. Đó là nhờ màng tế bào hồng cầu vừa có tính dẻo dai lại có thừa khả năng chứa các thành phần bên trong (được ví như một chiếc bao đựng còn nhiều khoảng trống).

Số lượng 
Số lượng hồng cầu trong máu:
 Ở nam giới: 5,2 ± 0,3 G/ML
 Ở nữ giới: 4,7 ± 0,3 G/ML

Cư dân sống ở vùng cao sẽ có mật độ hồng cầu cao hơn (sẽ bàn sau).

Ghi chú: G/ML (giga/mililít) = 109/ML

Lượng hemoglobin trong hồng cầu 
Nồng độ hemoglobin trong bào tương của hồng cầu có thể lên đến 34 g/dL tế bào. Đó là nồng độ tối đa không làm rối loạn chức năng tạo hemoglobin trong hồng cầu. Ở người khỏe mạnh bình thường, nồng độ hemoglobin trong hồng cầu luôn ở gần mức tối đa này. Tuy nhiên, khi chức năng tạo hemoglobin bị suy yếu, nồng độ này tụt giảm đáng kể, có thể làm thể tích hồng cầu giảm theo.

Trung bình, nồng độ hemoglobin trong máu là:
 Ở nam giới: 15 g/dL (13 - 18)
 Ở nữ giới: 14 g/dL (11,5 - 16).

"Sinh, trụ, diệt" của hồng cầu

Cơ quan sản xuất hồng cầu 
Trong những tuần đầu tiên của phôi, những tế bào hồng cầu có nhân được tạo ra trong túi noãn hoàng. Ba tháng giữa thai kì, gan (chủ yếu), lách và các hạch lympho là những cơ quan tạo hồng cầu (tạo hồng cầu có nhân). Từ những tháng cuối thai kì về sau, chỉ có tủy xương là nơi tạo hồng cầu.

Dưới 5 tuổi, hầu như tủy xương nào cũng tạo hồng cầu. Lớn lên, tủy các xương ống (trừ đoạn gần của xương cánh tay và xương chày) dần dần mỡ hóa và không sản xuất hồng cầu nữa. Sau tuổi 20, hồng cầu được tạo ra trong tủy các xương dẹt (như xương đốt sống, xương ức, xương sườn, xương vai, xương chậu, xương sọ). Càng lớn tuổi, chức năng sinh hồng cầu càng giảm.

Quá trình tạo hồng cầu 
Các tế bào máu gốc đa năng là nguồn tạo ra tất cả các loại tế bào máu, bao gồm hồng cầu. Các tế bào đa năng sinh sôi, một số tế bào con sẽ tiếp tục làm nguồn tế bào gốc đa năng, còn đa số sẽ biệt hóa qua nhiều giai đoạn để thành các dòng hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu.

Chi tiết của các quá trình biệt hóa này được trình bày trong bài tế bào máu.

Riêng về dòng hồng cầu, các giai đoạn phát triển sau tế bào gốc đa năng 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 đích danh)
 Nguyên hồng cầu ưa base (bắt màu khi nhuộm với chất kiềm), bắt đầu sự tích lũy hemoglobin.
 Nguyên hồng cầu đa sắc
 Nguyên hồng cầu ưa acid
 Hồng cầu lưới (nhân hồng cầu đã bị cô đặc và trục ra khỏi tế bào từ các giai đoạn trước, hệ lưới nội mô cũng bị hấp thu, trong hồng cầu lưới chỉ còn sót một phần chưa tiêu hủy hết của các bào quan như bộ máy Golgi, ti thể v.v.)
 Hồng cầu trưởng thành

Sự tăng trưởng và sinh sản của các tế bào gốc được điều khiển bởi các protein gọi là các chất cảm ứng tăng trưởng, mỗi chất có những đặc điểm riêng. Interleukin-3 là chất cảm ứng tăng trưởng tác động lên hầu hết các dòng tế bào máu, trong khi các chất cảm ứng tăng trưởng khác chỉ ảnh hưởng đến một vài loại tế bào mà thôi.

Các chất cảm ứng tăng trưởng không có vai trò trong sự biệt hóa các dòng tế bào máu. Đây là nhiệm vụ của loại protein khác - các chất cảm ứng biệt hóa.

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

Hồng cầu lưới xuyên mạch, rời tủy xương đi vào máu tuần hoàn. Tàn dư của các bào quan cũng tiêu hết trong vòng 1 đến 2 ngày.

Điều hòa hoạt động tạo hồng cầu - vai trò của erythropoietin 
Lượng hồng cầu trong cơ thể cần được giữ ở mức thích hợp, không quá ít nhằm đảm bảo chức năng cung cấp oxy cho cơ thể, nhưng cũng không quá nhiều làm cản trở sự tuần hoàn của máu.

Yếu tố chủ yếu điều hòa sản xuất hồng cầu: mức độ oxy hóa của cơ thể 
Bất kỳ lý do nào làm giảm lượng oxy chuyên chở tới các mô cũng kích thích sự tạo hồng cầu. Bởi vậy, khi cơ thể bị thiếu máu, tủy xương sẽ tăng sinh hồng cầu. Khi phần lớn tủy xương bị hủy hoại (chẳng hạn do xạ trị ung thư), các phần tủy còn sót lại cũng sẽ tăng dưỡng để bù đắp cho cán cân cung - cầu.

Càng lên cao so với mực nước biển, nồng độ oxy trong không khí càng loãng. Sự tạo hồng cầu ở cư dân các vùng cao (như Đà Lạt, Sa Pa, La Paz v.v.) cũng nhiều hơn so với cư dân các vùng thấp. Trong trường hợp này, sự thiếu oxy chứ không phải thiếu máu đã kích thích tạo hồng cầu mới.

Sự sản xuất hồng cầu cũng được đẩy mạnh trong một số bệnh. Nhất là các bệnh của hệ tuần hoàn và hệ hô hấp làm giảm chức năng bơm máu đến các mô, hoặc giảm khả năng hấp thu oxy tại phổi.

Erythropoietin và đáp ứng với tình trạng thiếu oxy 
Một hormon tên gọi erythropoietin (EPO) là chất kích thích chính yếu của quá trình tạo hồng cầu để đáp ứng với tình trạng thiếu oxy. Đó là một glycoprotein có khối lượng phân tử 34 KDa. Thiếu vắng hormon này, tình trạng thiếu oxy không làm tăng hoặc làm tăng không đáng kể hoạt động tạo hồng cầu. Bình thường, tình trạng thiếu oxy sẽ làm tăng đáng kể sự sản xuất erythropoietin, kéo theo là sự tăng sản xuất hồng cầu cho đến khi tình trạng thiếu oxy được giải quyết.

Erythropoietin được sản xuất chủ yếu tại thận 
Ở người bình thường, 90% lượng erythropoietin trong cơ thể được sản xuất ở thận (phần còn lại chủ yếu được sản xuất ở gan). Hiện nay người ta chưa biết chính xác phần nào của thận sản xuất hormon này.

Có giả thuyết cho rằng các tế bào biểu mô ống thận tiết erythropoietin, bởi ống thận có nhu cầu oxy rất cao, sự thiếu oxy sẽ kích thích khu vực này tiết EPO.

Tuy nhiên, khi có tình trạng thiếu oxy cục bộ tại những cơ quan khác (khi thận vẫn được cấp máu đầy đủ), chức năng tạo erythropoietin của thận vẫn được kích thích. Do đó người ta tin rằng còn có những cảm thụ quan ngoài thận đã gửi tín hiệu đến thận. Thực nghiệm đã cho thấy norepinephrin, epinephrin và vài prostaglandin có vai trò kích thích sản xuất erythropoietin.

Khi cả hai thận bị mất chức năng do bệnh hoặc bị cắt bỏ, bệnh nhân sẽ bị thiếu máu nặng, do lượng erythropoietin sản xuất bởi gan và các mô khác chỉ đảm bảo cho sự sản xuất hồng cầu được có 1/3 đến 1/2 nhu cầu.

Tác động của erythropoietin trong sự tạo sinh hồng cầu 
Bài chính erythropoietin

Người ta biết rằng erythropoietin đẩy nhanh sự phát triển của các nguyên hồng cầu qua các giai đoạn biệt hóa tiếp theo. Dĩ nhiên, tác động của erythropoietin cũng có kiểm soát, tuân theo cơ chế phản hồi.

Sự trưởng thành của hồng cầu - nhu cầu vitamin B12 và axit folic 
Với một đời sống chỉ độ 120 ngày, hồng cầu là một trong những loại tế bào được thay thế nhiều nhất của cơ thể. Lẽ dĩ nhiên, vai trò của dinh dưỡng rất quan trọng trong sự sinh sản và trưởng thành của hồng cầu.

Vitamin B12 và axit folic là các chất dinh dưỡng hết sức cần thiết cho sự trưởng thành của hồng cầu. Cả hai đều tham gia (bằng hai cơ chế khác nhau) vào việc tạo thymidin triphosphat, một trong 4 thành phần chính của DNA. Do đó, thiếu vitamin B12 và axit folic gây thiếu DNA hoặc tạo ra các DNA bất thường, ảnh hưởng đến sự trưởng thành của nhân và sự phân chia tế bào. Lúc đó, các tủy bào thay vì phát triển nhanh chóng, chúng lại đi vào máu tuần hoàn dưới dạng hồng cầu bất thường (đại bào), với lớp màng mong manh và thường có dạng trứng, to thay vì dạng đĩa lõm hai mặt. Các đại bào vẫn thực hiện được chức năng chở oxy nhưng với hình dạng và lớp màng như vậy, chúng rất yểu mệnh, tuổi thọ chỉ bằng 1/3 đến 1/2 so với hồng cầu bình thường.

Thiếu máu ác tính và vitamin B12 
Nguồn vitamin B12 trong thức ăn chủ yếu là thịt, trứng, sữa. Đậu nành lên men được cho là có chứa một ít vitamin B12, tuy nhiên nhiều loại thực vật không chứa B12 hoặc có dưới dạng không thích hợp với người. Trong thức ăn chay, người ta thường phải bổ sung B12 tổng hợp. Bệnh thiếu máu ác tính thật ra không phải do chế độ ăn thiếu B12 mà do cơ thể không thể hấp thụ được vitamin này, thường là do các bệnh ảnh hưởng đến tế bào thành (như teo niêm mạc dạ dày).

Sự hấp thu vitamin B12 phụ thuộc vào một loại glycoprotein gọi là yếu tố nội tại do các tế bào thành trong dạ dày tiết ra. Đại khái sự hấp thu này trải qua 3 bước như sau:
 Yếu tố nội tại gắn chặt vào vitamin B12, qua đó bảo vệ B12 khỏi sự phân hủy bởi môi trường khắc nghiệt của dạ dày.
 Xuống đến hồi tràng, cặp B12 + yếu tố nội tại này bám vào các vị trí thụ thể trên các tế bào nhầy tại bờ bàn chải.
 Trong vài giờ tiếp theo, qua cơ chế ẩm bào vitamin 12 (vẫn luôn dưới dạng liên kết với yếu tố nội tại) được hấp thu vào các tế bào ở thành ruột rồi đưa vào máu.

Theo dòng máu từ hồi tràng đổ vào gan qua tĩnh mạch cửa, vitamin B12 được dự trữ ở gan và cung cấp dần vào tủy xương theo nhu cầu. Bình thường, quá trình trưởng thành của hồng cầu đòi hỏi mỗi ngày khoảng 1-3 µg vitamin B12. Gan dự trữ được khoảng 1000 lần nhu cầu hàng ngày, do đó 3-4 năm sau khi có rối loạn hấp thu B12, thiếu máu ác tính mới xuất hiện.

Rối loạn hấp thu axit folic 
Axit folic (hay axit pteroylglutamic) có trong các loại rau xanh, nhiều loại trái cây, cũng như gan, thịt động vật. Tuy vậy, nó rất dễ bị hủy trong khi đun nấu. Các rối loạn hấp thu axit folic thường kèm với rối loạn hấp thụ vitamin B12, chẳng hạn trong bệnh sprue (viêm ruột loét miệng). Không hấp thu được axit folic cũng dẫn đến rối loạn sự trưởng thành của hồng cầu.

Vận chuyển oxy là chức năng của hemoglobin 
Bài chính hemoglobin

Sinh tổng hợp hemoglobin bắt đầu ở giai đoạn nguyên hồng cầu đa sắc cho đến giai đoạn hồng cầu lưới. Khi vào dòng máu tuần hoàn, hồng cầu có thể tiếp tục tạo một lượng nhỏ hemoglobin cho đến khi nó trở thành hồng cầu trưởng thành. Sự sinh tổng hợp hemoglobin gồm các bước cơ bản sau:
 Succynil-CoA (tạo ra từ chu trình Krebs) gắn với glycin tạo ra phân tử pyrrol.
 4 pyrrol hợp lại thành protoporphyrin IX.
 Protoporphyrin IX gắn với sắt tạo nên hem.
 Phân tử hem gắn với một chuỗi polypeptid gọi là globin để tạo thành một tiểu đơn vị gọi là chuỗi hemoglobin, khối lượng mỗi chuỗi là 16 KDa.
 4 chuỗi hemoglobin gắn với nhau tạo thành phân tử hemoglobin.

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

Mỗi phân tử hemoglobin có 4 nguyên tử sắt, mỗi nguyên tử sắt lại có khả năng gắn với 1 nguyên tử oxy, do đó mỗi phân tử hemoglobin gắn được tối đa 4 nguyên tử oxy. Bản chất của các chuỗi hemoglobin quyết định ái lực của nó với oxy.

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

Oxy không liên kết với hai hóa trị dương của nguyên tử sắt. Ngược lại, nó gắn lỏng lẻo qua cái gọi là "liên kết đồng hàng" với nguyên tử sắt.

Điều đáng chú ý là oxy không bị ion hóa, nó được vận chuyển dưới dạng phân tử O2. Tại các mô, phân tử oxy được phóng thích nguyên dạng vào dịch ngoại bào.

Sự hủy hồng cầu 
Trung bình một hồng cầu người sống được 120 ngày kể từ khi rời tủy xương đi vào máu tuần hoàn. Hồng cầu cũng có thể bị các nguyên sinh vật tấn công và phá hủy, điển hình là trùng kiết lị và trùng sốt rét.

Tuy không có nhân, ti thể và hệ lưới nội chất, trong bào tương hồng cầu vẫn có một số enzym thực hiện chức năng chuyển hóa glucose và tạo ra một lượng nhỏ ATP. Đồng thời, các enzyme đó cũng giúp:
 Gìn giữ sự dẻo dai của màng hồng cầu.
 Đảm bảo trao đổi ion qua màng tế bào.
 Giữ sắt trong hemoglobin dưới dạng hóa trị 2 thay vì hóa trị 3.
 Ngăn chặn phản ứng oxy hóa của các protein trong hồng cầu.

Mặc dầu vậy, theo thời gian, hệ chuyển hóa của hồng cầu ngày càng kém hiệu quả, khiến cho màng hồng cầu trở nên mong manh, dễ vỡ. Do đó, các hồng cầu già sẽ bị vỡ khi đi qua tổ chức chật chội của hệ tuần hoàn, chủ yếu là tại lách và gan. Tủy đỏ của lách có cấu trúc vách mà hầu hết các hồng cầu đều phải đi qua. Cấu trúc này chỉ rộng vẻn vẹn có 3 µm (trong khi hồng cầu có đường kính trên dưới 7,5 µm). Ở những người bị cắt bỏ lách, lượng hồng cầu bất thường lưu thông trong máu tăng lên đáng kể.

Sự hủy hemoglobin 
Khi hồng cầu vỡ ra và phóng thích hemoglobin chứa bên trong, hemoglobin gần như lập tức được hấp thụ bởi các đại thực bào tại khắp nơi trong cơ thể, nhưng chủ yếu là bởi các tế bào Kupffer ở gan và các đại thực bào ở lách và tủy xương.

Vài giờ đến vài ngày sau, các đại thực bào sẽ "nhả" sắt lấy từ hemoglobin trở lại máu. Sắt được chuyên chở (như miêu tả trong bài chuyển hóa sắt) đến tủy xương để tạo hồng cầu mới hoặc đến gan và các mô khác để dự trữ.

Thành phần porphyrin của hemoglobin sau khi trải qua một loạt các biến đổi, trở thành sắt tố mật (tức bilirubin), chất này theo tĩnh mạch lách đổ vào tĩnh mạch cửa vào gan, được gan sử dụng để tổng hợp mật phục vụ tiêu hóa.

Xem thêm 
 Nhóm máu, công thức máu, thiếu máu, truyền máu
 Tế bào máu
 Hemoglobin, Bệnh hemoglobin, Thalassemia (thiếu máu vùng Địa Trung Hải)
 Hô hấp
 Chuyển hóa sắt
 Tủy xương
 Lách
 Những phương pháp bị cấm trong thể thao (doping).

Tham khảo

Liên kết ngoài 
Tiếng Anh:
 Blood Cell Formation
 Transport of O2 by Hemoglobin
 Erythrocytes's rôle in CO2 Transport
 Blood smear May-Giemsa stain, x1000 

Tế bào máu
Hô hấp
Huyết học
Tế bào người