Bugün öğrendim ki: İnsan vücudundaki hücrelerin yaklaşık %84'ü kırmızı kan hücreleridir.

---

Oksijen taşıyan kan hücresi ve en yaygın kan hücresi türü

Kırmızı kan hücreleriAyrıntılarİşlevOksijen taşımaTanımlayıcılarKısaltma(lar)KKHEng. kısaltması (RBC)MeSHD004912THH2.00.04.1.01001 FMA62845Mikroskobik anatomi terimleri

Akademik ve tıp yayınlarında eritrosit (Eski Yunanca erythros 'kırmızı' ve kytos 'boş kap' kelimelerinden türetilmiş olup, -cyte modern kullanımda 'hücre' olarak çevrilmiştir) olarak da adlandırılan kırmızı kan hücreleri (KKH), kırmızı hücreler,[1] eritroid hücreler ve nadiren hematidler olarak da bilinir ve en yaygın kan hücresi türüdür ve omurgalılarda oksijeni (O2) dokuya ulaştırmanın başlıca aracıdır—dolaşım sistemi yoluyla kan akışı ile.[2] Eritrositler akciğerlerde veya balıklarda solungaçlarda oksijeni alır ve vücuttaki kılcal damarlardan geçerken dokulara bırakır.

Bir kırmızı kan hücresinin sitoplazması, oksijene bağlanabilen ve hücrelerin ve kanın kırmızı renginden sorumlu demir içeren bir biyomolekül olan hemoglobin (Hb) açısından zengindir. Her insan kırmızı kan hücresi yaklaşık 270 milyon hemoglobin molekülü içerir.[3] Hücre zarı protein ve lipitlerden oluşur ve bu yapı, dolaşım sistemi ve özellikle kılcal damar ağında dolaşırken fizyolojik hücre fonksiyonu için esneklik ve kan hücresinin kararlılığı gibi temel özellikleri sağlar.

İnsanlarda olgun kırmızı kan hücreleri esnek bikonkav disklerdir. Maksimum hemoglobin alanı sağlamak için bir hücre çekirdeği (gelişme sırasında atılır) ve organel eksikliğine sahiptirler; bir zar olarak plazma zarına sahip hemoglobin keseleri olarak görülebilirler. İnsan yetişkinlerinde saniyede yaklaşık 2,4 milyon yeni eritrosit üretilir.[4] Hücreler kemik iliğinde gelişir ve bileşenleri makrofajlar tarafından geri dönüştürülmeden önce vücutta yaklaşık 100–120 gün dolaşır. Her dolaşım yaklaşık 60 saniye (bir dakika) sürer.[5] İnsan vücudundaki hücrelerin yaklaşık %84'ü 20–30 trilyon kırmızı kan hücresidir.[6][7][8][9] Kan hacminin yaklaşık yarısı (%40 ila %45'i) kırmızı kan hücrelerinden oluşur.

Konsantre kırmızı kan hücreleri, bağışlanmış, işlenmiş ve kan transfüzyonu için bir kan bankasında saklanmış kırmızı kan hücreleridir.

Yapı

Omurgalılar

Memeliler ve insanlar dahil olmak üzere omurgalıların büyük çoğunluğunda kırmızı kan hücreleri bulunur. Bu eritrositler, oksijen taşımak için kanda bulunan hücrelerdir. Kırmızı kan hücresi olmayan tek bilinen omurgalılar timsah buz balıklarıdır (Channichthyidae familyası); çok oksijenli soğuk sularda yaşarlar ve oksijeni kanlarında serbestçe çözünmüş olarak taşırlar.[11] Artık hemoglobin kullanmasalar da, genomlarında hemoglobin genlerinin kalıntıları bulunabilir.[12]

Omurgalı kırmızı kan hücreleri esas olarak hemoglobin'den oluşur; bu, akciğerlerde veya solungaçlarda oksijen moleküllerine (O2) geçici olarak bağlanan ve vücutta serbest bırakan demir atomları içeren hem grupları içeren karmaşık bir metaloproteindir. Oksijen, eritrositin hücre zarından kolayca geçebilir. Kırmızı kan hücrelerindeki hemoglobin ayrıca bazı atık ürün karbon dioksiti dokulardan geri taşır; ancak, atık karbon dioksinin çoğu, kanda çözünmüş bikarbonat (HCO3−) olarak akciğerlerin pulmoner kılcallarına geri taşınır. Hemoglobine benzeyen bir bileşik olan Miyoglobin, kas hücrelerinde oksijeni depolar.[13]

Kırmızı kan hücrelerinin rengi, hemoglobinin hem grubundan kaynaklanır. Kan plazmasının kendisi saman rengindedir, ancak kırmızı kan hücreleri hemoglobinin durumuna bağlı olarak renk değiştirir: oksijenle birleştiğinde oluşan oksihemoglobin parlak kırmızıdır ve oksijen salındığında oluşan deoksihemoglobin koyu kırmızı bordo renktedir. Ancak, damar duvarından ve deriden görüldüğünde kan mavimsi görünebilir.[14] Nabız oksimetresi, kolorimetrik teknikler kullanarak atardamar kanındaki oksijen doygunluğunu doğrudan ölçmek için hemoglobin renk değişiminden yararlanır. Hemoglobin ayrıca karbon monoksite karşı çok yüksek bir afiniteye sahiptir ve çok parlak kırmızı renkte olan karboksihemoglobin oluşturur. Nabız oksimetresinde %100 doygunluk okuma değerine sahip kızarmış, şaşkın hastaların bazen karbon monoksit zehirlenmesi geçirdiği görülür.[alıntı gerekli]

Özel hücrelerin içinde oksijen taşıyan proteinlere sahip olmak (vücut sıvısında çözünmüş oksijen taşıyıcılara kıyasla) omurgalıların evriminde önemli bir adımdır, çünkü daha az viskoz kan, daha yüksek oksijen konsantrasyonları ve oksijenin kandan dokulara daha iyi difüzyonuna izin verir. Kırmızı kan hücrelerinin boyutu omurgalı türleri arasında büyük ölçüde değişir; kırmızı kan hücresi genişliği ortalama olarak kılcal damar çapından yaklaşık %25 daha büyüktür ve bunun kırmızı kan hücrelerinden dokulara oksijen transferini iyileştirdiği varsayılmıştır.[15]

Memeliler

Memelilerin kırmızı kan hücreleri tipik olarak bikonkav disk şeklindedir: merkezde düzleştirilmiş ve çukurlaşmış, dambıl şeklinde bir enine kesite ve diskin kenarında torus şeklinde bir kenara sahiptir. Bu şekil, gazların difüzyonunu kolaylaştırmak için yüksek bir yüzey-hacim (Y/H) oranına izin verir.[16] Bununla birlikte, çift tırnaklılar takımında (sığırlar, geyikler ve akrabaları dahil çift tırnaklı toynaklılar) şekil konusunda bazı istisnalar vardır; bu, çok çeşitli tuhaf kırmızı kan hücresi morfolojileri gösterir: lamalarda ve develerde (Camelidae familyası) küçük ve son derece ovaloid hücreler, fare geyiğinde (Tragulidae familyası) küçük küresel hücreler ve kırmızı geyiklerde ve geyiklerde (Cervidae familyası) iğ şeklinde, mızrak şeklinde, hilal şeklinde ve düzensiz çokgen ve diğer açılı şekiller alan hücreler. Bu takımın üyeleri, memeli normundan önemli ölçüde farklı bir kırmızı kan hücresi geliştirme yöntemini açıkça geliştirmiştir.[10][17] Genel olarak, memeli kırmızı kan hücreleri, küçük kılcal damarlardan sıkışmak ve puro şeklinde bir şekil alarak karşı yüzeylerini en üst düzeye çıkarmak ve oksijen yüklerini verimli bir şekilde serbest bırakmak için oldukça esnek ve şekil değiştirilebilirdir.[18]

Memelilerde kırmızı kan hücreleri, olgunlaştıklarında çekirdek içermemeleri bakımından diğer omurgalılar arasında benzersizdir. Eritropoezin erken evrelerinde çekirdek içerirler, ancak olgunlaştıkça gelişme sırasında bunları dışarı atarlar; bu, hemoglobin için daha fazla alan sağlar. Çekirdeksiz kırmızı kan hücreleri, retikulositler daha sonra mitokondrileri, Golgi aygıtı ve endoplazmik retikulum gibi diğer tüm hücre organellerini kaybeder.

Dalak, kırmızı kan hücrelerinin bir rezervuarı görevi görür, ancak bu etki insanlarda biraz sınırlıdır. Köpekler ve atlar gibi diğer bazı memelilerde, dalak çok sayıda kırmızı kan hücresini izole eder; bunlar, daha yüksek bir oksijen taşıma kapasitesi sağlayan zorlanma stres zamanlarında kana boşaltılır.

İnsan

Tipik bir insan kırmızı kan hücresi yaklaşık 6,2–8,2 μm[19] disk çapına, 2–2,5 μm maksimum kalınlığa ve merkezde 0,8–1 μm minimum kalınlığa sahiptir ve çoğu diğer insan hücresinden çok daha küçüktür. Bu hücrelerin yaklaşık 90 fL[20] ortalama hacmi, yaklaşık 136 μm2 yüzey alanı vardır ve zar gerginliği olmadan 150 fL içeren bir küre şekline kadar şişebilir.

Yetişkin insanlarda herhangi bir zamanda yaklaşık 20–30 trilyon kırmızı kan hücresi bulunur ve tüm hücrelerin sayı olarak yaklaşık %70'ini oluşturur.[21] Kadınlarda kanın mikrolitre (kübik milimetre) başına yaklaşık 4–5 milyon kırmızı kan hücresi, erkeklerde ise yaklaşık 5–6 milyon kırmızı kan hücresi bulunur; düşük oksijen gerilimine sahip yüksek rakımlarda yaşayan kişilerin sayısı daha fazladır. Bu nedenle, kırmızı kan hücreleri diğer kan parçacıklarından çok daha yaygındır: mikrolitre başına yaklaşık 4.000–11.000 beyaz kan hücresi ve yaklaşık 150.000–400.000 trombosit bulunur.

İnsan kırmızı kan hücrelerinin bir dolaşım döngüsünü tamamlaması ortalama 60 saniye sürer.[5][9][22]

Kanın kırmızı rengi, hemoglobindeki hemic demir iyonlarının spektral özelliklerinden kaynaklanır. Her hemoglobin molekülü dört hem grubu taşır; hemoglobin, toplam hücre hacminin yaklaşık üçte birini oluşturur. Hemoglobin, vücuttaki oksijenin %98'inden fazlasının taşınmasından sorumludur (kalan oksijen kan plazmasında çözünmüş halde taşınır). Ortalama bir yetişkin erkek insanın kırmızı kan hücreleri toplu olarak yaklaşık 2,5 gram demir depolar ve bu, vücuttaki toplam demirin yaklaşık %65'ini temsil eder.[23][24]

Mikro yapı

Çekirdek

Memelilerde kırmızı kan hücreleri olgunlaştığında anükleattır, yani hücre çekirdeği yoktur. Buna karşılık, diğer omurgalıların kırmızı kan hücrelerinin çekirdeği vardır; bilinen tek istisnalar, beş farklı kladın çeşitli derecelerde çekirdeksiz kırmızı kan hücresi geliştirmiş olduğu Plethodontidae familyasına ait semenderlerdir (çoğu Batrachoseps cinsinin bazı türlerinde gelişmiştir) ve Maurolicus cinsine ait balıklardır.[25][26][27]

Omurgalı kırmızı kan hücrelerinde çekirdeğin ortadan kaldırılması, genomda kodlamayan DNA'nın sonraki birikimi için bir açıklama olarak sunulmuştur.[17] Tartışma şu şekilde işler: Verimli gaz taşıması, kırmızı kan hücrelerinin çok dar kılcal damarlardan geçmesini gerektirir ve bu da boyutlarını sınırlar. Çekirdeğin ortadan kaldırılmaması durumunda, tekrarlayan dizilerin birikimi, genom boyutu ile birlikte artan çekirdek tarafından işgal edilen hacim tarafından sınırlandırılır.

Memelilerde çekirdekli kırmızı kan hücreleri iki formdan oluşur: olgun kırmızı kan hücrelerinin normal eritropoetik öncüleri olan normoblastlar ve megaloblastik anemilere bağlı olarak anormal derecede büyük öncü olan megaloblastlar.

Zardan oluşum

Kırmızı kan hücreleri şekil değiştirilebilir, esnektir, diğer hücrelere yapışabilir ve bağışıklık hücreleriyle etkileşebilir. Zarları bu konuda birçok rol oynar. Bu işlevler büyük ölçüde zar bileşimine bağlıdır. Kırmızı kan hücresi zarı üç katmandan oluşur: dış kısımda, karbonhidrat bakımından zengin olan glikokaliks; lipit bileşeni dışında birçok transmembran protein içeren lipit çift tabakası ve lipit çift tabakasının iç yüzeyinde bulunan yapısal bir protein ağı olan zar iskeleti. İnsan ve çoğu memelideki zar kütlesinin yarısı proteinlerdir. Diğer yarısı ise fosfolipidler ve kolesterolden oluşan lipitlerdir.[28]

Zardan yapılı lipitler

Kırmızı kan hücresi zarı, hemen hemen tüm insan hücrelerinde bulunanlara benzer tipik bir lipit çift tabakasından oluşur. Basitçe söylemek gerekirse, bu lipit çift tabakası ağırlıkça eşit miktarlarda kolesterol ve fosfolipidlerden oluşur. Lipit bileşimi önemlidir çünkü zar geçirgenliği ve akışkanlığı gibi birçok fiziksel özelliği tanımlar. Ayrıca, birçok zar proteininin aktivitesi, çift tabakada bulunan lipitlerle etkileşimlerle düzenlenir.

İç ve dış yaprakçıklar arasında eşit olarak dağılmış olan kolesterolün aksine, 5 ana fosfolipit asimetrik olarak düzenlenir, aşağıda gösterildiği gibi:

Dış tek tabakalı

Fosfatidilkolin (PC);

Sfingomiyelin (SM).

İç tek tabakalı

Fosfatidiletanolamin (PE);

Fosfoinositol (PI) (az miktarda).

Fosfatidilserin (PS);

Çift tabaka arasında bu asimetrik fosfolipid dağılımı, çeşitli enerjiye bağlı ve enerjiye bağımlı olmayan fosfolipid taşıma proteinlerinin işlevlerinin sonucudur. "Flippases" olarak adlandırılan proteinler, fosfolipitleri dıştan iç tek tabakalıya taşırken, "floppases" olarak adlandırılan diğerleri ise enerjiye bağlı bir şekilde konsantrasyon gradyanına karşı ters işlemi yapar. Ayrıca, fosfolipitleri aynı anda her iki yönde de, konsantrasyon gradyanlarından aşağı enerjiye bağımlı olmayan bir şekilde taşıyan "scramblase" proteinleri de vardır. Kırmızı kan hücresi zarındaki bu zar bakım proteinlerinin kimliği konusunda hala devam eden önemli bir tartışma vardır.

Çift tabakada asimetrik bir fosfolipid dağılımının (örneğin, PS ve PI'ların yalnızca iç tek tabakada lokalizasyonu gibi) korunması, çeşitli nedenlerden dolayı hücre bütünlüğü ve işlevi için kritik öneme sahiptir:

Makrofajlar, dış yüzeylerinde PS ortaya çıkaran kırmızı kan hücrelerini tanır ve fagositoz eder. Bu nedenle, hücrenin özellikle dalakta retikuloendotelyal sistemin makrofajlarıyla sık karşılaşmalarında hayatta kalması için PS'nin iç tek tabakada sınırlandırılması esastır.

Talasemi ve orak hücreli kırmızı kan hücrelerinin erken tahribatı, dış tek tabakada PS'nin ortaya çıkmasına yol açan lipit asimetrisinin bozulmalarıyla ilişkilendirilmiştir.

PS'nin ortaya çıkması, kırmızı kan hücrelerinin vasküler endotel hücrelerine yapışmasını artırabilir ve böylece mikro vaskülatürden normal geçişi önleyebilir. Bu nedenle, mikrosirkülasyonda normal kan akışının sağlanması için PS'nin yalnızca çift tabakanın iç yaprakçığında tutulması önemlidir.

Hem PS hem de fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat (PIP2), spektrin ve protein 4.1R gibi iskelet proteinleriyle etkileşimleri nedeniyle zarın mekanik fonksiyonunu düzenleyebilir. Son çalışmalar, spektrinin PS'ye bağlanmasının zarın mekanik kararlılığını artırdığını göstermiştir. PIP2, protein bandı 4.1R'nin glikoforin C'ye bağlanmasını artırır ancak protein bandı 3 ile etkileşimini azaltır ve böylece çift tabakanın zar iskeletine bağlanmasını düzenleyebilir.

Son çalışmalar tarafından kırmızı kan hücresi zarında "lipit sal" adı verilen özel yapıların varlığı tanımlanmıştır. Bunlar, kolesterol ve sfingolipidlerce zenginleştirilmiş ve özellikle flotillinler, STOMatinler (band 7), G-proteinleri ve β-adrenerjik reseptörler gibi belirli zar proteinleriyle ilişkili yapılardır. Eritroid olmayan hücrelerde hücre sinyalleşme olaylarında rol aldığı tespit edilen lipit sal'larının, eritroid hücrelerde β2-adrenerjik reseptör sinyalini aracılayıp cAMP seviyelerini artırdığı ve böylece malarya parazitlerinin normal kırmızı kan hücrelerine girişini düzenlediği gösterilmiştir.[29][30]

Zardan yapılı proteinler

Zar iskeletinin proteinleri, kırmızı kan hücresinin şekil değiştirme yeteneğinden, esnekliğinden ve dayanıklılığından sorumludur ve kırmızı kan hücresinden daha küçük kılcal damarlardan (7–8 μm) geçmesini ve bu hücrelerin sıkıştırıcı kuvvetleri almayı bırakır bırakmaz diskoid şeklini geri kazanmasını sağlar, tıpkı lastikten yapılmış bir nesne gibi.

Şu anda, kırmızı kan hücresi başına birkaç yüz ila bir milyona kadar kopya halinde bulunabilen 50'den fazla bilinen zar proteini vardır. Bu zar proteinlerinin yaklaşık 25'i, diğerlerinin yanı sıra A, B ve Rh antijenleri gibi çeşitli kan grubu antijenlerini taşır. Bu zar proteinleri, kırmızı kan hücresi zarı boyunca iyon ve molekül taşıma, endotel hücreleri gibi diğer hücrelere yapışma ve etkileşim, sinyalleme reseptörleri ve şu anda bilinmeyen diğer işlevler gibi çok çeşitli işlevleri yerine getirebilir. İnsanların kan grupları, kırmızı kan hücrelerinin yüzey gliko proteinlerindeki varyasyonlardan kaynaklanır. Bu zarlardaki proteinlerle ilgili bozukluklar, kalıtsal sferositoz, kalıtsal eliptositoz, kalıtsal stomatositoz ve paroksismal noktürnal hemoglobinüri gibi birçok bozuklukla ilişkilidir.[28][29]

İşlevlerine göre düzenlenmiş kırmızı kan hücresi zar proteinleri:

Taşıma

Band 3 – Anyon taşıyıcısı, aynı zamanda kırmızı kan hücresi zarının önemli bir yapısal bileşeni olan, hücre zarının yüzeyinin %25'ine kadarını oluşturur, her kırmızı hücre yaklaşık bir milyon kopya içerir. Diego Kan Grubunu tanımlar;[32]

Aquaporin 1 – su taşıyıcısı, Colton Kan Grubunu tanımlar;

Glut1 – glikoz ve L-dehidroaskorbik asit taşıyıcısı;

MCT1 – Laktik asidi karaciğere taşımak için monokarboksilat taşıyıcısı. Cori döngüsüne bakınız;[33]

Kidd antijen proteini – üre taşıyıcısı;

RHAG – muhtemelen karbon dioksit taşıyıcısı, Rh Kan Grubunu ve ilişkili alışılmadık Rhnull kan grubu fenotipini tanımlar;

Na+/K+ – ATPaz;

Ca2+ – ATPaz;

Na+ K+ 2Cl− – ko-taşıyıcı;

Na+-Cl− – ko-taşıyıcı;

Na-H değiştirici;

K-Cl – ko-taşıyıcı;

Gardos Kanalı.

Hücre yapışması

ICAM-4 – integrinlerle etkileşir;

BCAM – Lutheran kan grubunu tanımlayan ve Lu veya laminin bağlayıcı protein olarak da bilinen bir glikoprotein.

Yapısal rol – Aşağıdaki zar proteinleri, iskelet proteinleriyle bağlantılar kurar ve zar çift tabakası ile zar iskeleti arasındaki kohezyonu düzenlemede önemli bir rol oynayabilir, muhtemelen kırmızı kan hücresinin zarının çökmesini (vezikülleşmesini) önleyerek uygun zar yüzey alanını korumasını sağlar.

Ankirin tabanlı makromoleküler kompleks – sitoplazmik alanlarının Ankirin ile etkileşimi yoluyla çift tabakayı zar iskeletine bağlayan proteinler.

Band 3 – ayrıca çeşitli glikolitik enzimleri, varsayımsal CO2 taşıyıcısını ve karbonik anhidrazı, kırmızı kan hücresi metabolizmasını ve iyon ve gaz taşıma fonksiyonunu düzenlemede önemli bir rol oynayabilen "metabolon" adı verilen bir makromoleküler komplekse birleştirir.

RHAG – ayrıca taşımada yer alır, ilişkili alışılmadık Rhmod kan grubu fenotipini tanımlar.

Protein 4.1R tabanlı makromoleküler kompleks – Protein 4.1R ile etkileşen proteinler.

Protein 4.1R – zayıf Gerbich antijen ekspresyonu;

Glikoforin C ve D – glikoprotein, Gerbich Kan Grubunu tanımlar;

XK – Kell Kan Grubunu ve Mcleod alışılmadık fenotipini (Kx antijeninin olmaması ve Kell antijenlerinin ekspresyonunun büyük ölçüde azalması) tanımlar;

RhD/RhCE – Rh Kan Grubunu ve ilişkili alışılmadık Rhnull kan grubu fenotipini tanımlar;

Duffy proteini – kemokin temizliği ile ilişkili olduğu öne sürülmüştür;[34]

Adüsin – band 3 ile etkileşim;

Dematin- Glut1 glikoz taşıyıcısı ile etkileşim.

[28][29]

Yüzey elektrostatik potansiyeli

Zeta potansiyeli, hücre zarlarının yüzeyinde ortaya çıkan moleküllerin net elektrik yüküyle belirlenen hücre yüzeylerinin elektrokimyasal bir özelliğidir. Kırmızı kan hücresinin normal zeta potansiyeli −15,7 milivolt (mV)'tur.[35] Bu potansiyelin büyük bir kısmının, zarındaki ortaya çıkan siyali asit kalıntılarından kaynaklandığı görünmektedir: bunların uzaklaştırılması −6,06 mV'luk bir zeta potansiyeline neden olur.

İşlev

CO2 taşımasındaki rolü

Şematik olarak burada bir karbonhidrat birimiyle gösterildiği gibi solunumun, tükettiği oksijen, O2 kadar çok karbon dioksit, CO2 molekülü ürettiğini hatırlayın.[36]

HCOH + O 2 ⟶ CO 2 + H 2 O {\displaystyle {\ce {HCOH + O2 -> CO2 + H2O}}}

Bu nedenle, dolaşım sisteminin işlevi, oksijen taşıma kadar karbon dioksit taşıma ile ilgilidir. Bu makalenin başka yerlerinde belirtildiği gibi, kandaki karbon dioksitin çoğu bikarbonat iyonu şeklindedir. Bikarbonat kritik bir pH tamponu sağlar.[37] Bu nedenle, O2 taşıması için hemoglobinin aksine, belirli bir CO2 taşıyıcı molekülüne sahip olmamanın fizyolojik bir avantajı vardır.

Yine de kırmızı kan hücreleri, iki nedenden dolayı CO2 taşıma sürecinde önemli bir rol oynar. Birincisi, hemoglobinin yanı sıra, hücre zarlarının iç kısmında çok sayıda karbonik anhidraz enzimi kopyası içerirler.[38] Karbonik anhidraz, adından da anlaşılacağı gibi, karbonik asit ve karbon dioksit (karbonik asidin anhidritidir) arasındaki değişimin katalizörü görevi görür. Bir katalizör olduğu için birçok CO2 molekülünü etkileyebilir, bu nedenle hemoglobin tarafından O2 taşıması için gereken kadar çok kopyaya ihtiyaç duymadan temel rolünü yerine getirir. Bu katalizörün varlığında, karbon dioksit ve karbonik asit, kırmızı kan hücreleri hala kılcal damardan geçerken çok hızlı bir şekilde dengeye ulaşır. Bu nedenle, CO2'nin çoğunun bikarbonat olarak taşınmasını sağlayan KKH'dır.[39][40] Fizyolojik pH'ta denge, çoğunlukla bikarbonat iyonuna ayrışmış olan karbonik asidi güçlü bir şekilde destekler.[41]

CO 2 + H 2 O ↽ − ⇀ H 2 CO 3 ↽ − ⇀ HCO 3 − + H + {\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=>> H2CO3 <=>> HCO3- + H+}}}

KKH içindeki bu hızlı reaksiyon tarafından salınan H+ iyonları, hala kılcal damarda iken, hemoglobinin oksijen bağlama afinitesini azaltmak için hareket eder, Bohr etkisi.

KKH'nin karbon dioksit taşımasına ikinci önemli katkısı, karbon dioksitin hemoglobinin globin protein bileşenleriyle doğrudan reaksiyona girerek karbaminohemoglobin bileşikleri oluşturmasıdır. Oksijen dokularda serbest bırakıldığında, daha fazla CO2 hemoglobine bağlanır ve oksijen akciğerde bağlandığında, hemoglobine bağlı CO2'yi yer değiştirir; bu Haldane etkisi olarak adlandırılır. Kandaki CO2'nin yalnızca küçük bir kısmının venöz kanda hemoglobine bağlı olmasına rağmen, venöz ve arteriyel kan arasındaki CO2 içeriğindeki değişikliğin daha büyük bir oranı, bu bağlı CO2'deki değişiklikten kaynaklanır.[42] Yani, sözü edilen pH tamponu rolü nedeniyle, hem venöz hem de arteriyel kanda her zaman bol miktarda bikarbonat bulunur.

Özetle, hücresel solunum tarafından üretilen karbon dioksit, çok hızlı bir şekilde daha düşük konsantrasyonlu alanlara, özellikle yakındaki kılcal damarlara difüze olur.[43][44] Bir KKH'ye difüze olduğunda, CO2, KKH zarının içinde bulunan karbonik anhidraz tarafından hızla bikarbonat iyonuna dönüştürülür. Bikarbonat iyonları daha sonra plazmadan gelen klorür iyonları karşılığında KKH'den çıkar; bu, KKH zarında birlikte bulunan band 3 anyon taşıma proteini tarafından kolaylaştırılır. Bikarbonat iyonu kılcal damardan geri difüze olmaz, ancak akciğere taşınır. Akciğerde alveollerdeki daha düşük kısmi karbon dioksit basıncı, karbon dioksitin kılcal damardan alveollere hızla difüze olmasına neden olur. Kırmızı kan hücrelerindeki karbonik anhidraz, bikarbonat iyonunu karbon dioksit ile dengede tutar. Karbon dioksit kılcal damardan ayrıldıkça ve hemoglobindaki O2 tarafından CO2 yer değiştirildikçe, yeterli miktarda bikarbonat iyonu dengeyi korumak için hızla karbon dioksite dönüşür.[38][45][46][47]

İkincil fonksiyonlar

Kırmızı kan hücreleri daralmış damarlarda kesme stresine maruz kaldığında, damar duvarlarının gevşemesine ve genişlemesine ve böylece normal kan akışının sağlanmasına neden olan ATP salarlar.[48]

Hemoglobin molekülleri oksijenden arındırıldığında, kırmızı kan hücreleri aynı zamanda damarları genişleten S-Nitrozotiyoller salar,[49] böylece oksijenden yoksun vücut bölgelerine daha fazla kan yönlendirir.

Endotel hücreleri gibi kırmızı kan hücreleri de, substrat olarak L-arginin kullanarak enzimatik olarak nitrik oksit sentezleyebilir.[50] Kırmızı kan hücrelerinin fizyolojik düzeylerde kesme stresine maruz kalması, nitrik oksit sentazı ve nitrik oksitin dışarı atılmasını aktive eder[51] ve bu da vasküler tonusun düzenlenmesine katkıda bulunabilir.

Kırmızı kan hücreleri aynı zamanda damar duvarlarını gevşetmek için hareket eden bir sinyalleşme gazı olan hidrojen sülfür de üretebilir. Sarımsağın kardiyoprotektif etkilerinin, kırmızı kan hücrelerinin kükürt bileşiklerini hidrojen sülfüre dönüştürmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir.[52]

Kırmızı kan hücreleri ayrıca vücudun bağışıklık tepkisinde de rol oynar: bakteriler gibi patojenler tarafından lize edildiğinde, hemoglobinleri patojenin hücre duvarını ve zarını parçalayan ve onu öldüren serbest radikaller salar.[53][54]

Hücresel süreçler

Mitokondri içermemesinin bir sonucu olarak, kırmızı kan hücreleri taşıdıkları oksijenden hiçbiri kullanmaz; bunun yerine, enerji taşıyıcısı ATP'yi glikozun glikolizi ve ortaya çıkan pirüvat üzerinde laktik asit fermentasyonu ile üretirler.[55][56] Ayrıca, pentoz fosfat yolu kırmızı kan hücrelerinde önemli bir rol oynar; daha fazla bilgi için glikoz-6-fosfat dehidrojenaz eksikliğine bakın.

Kırmızı kan hücreleri çekirdek içermediğinden, şu anda bu hücrelerde protein biyosentezinin olmadığı varsayılmaktadır.

Çekirdek ve organel eksikliği nedeniyle, olgun kırmızı kan hücreleri DNA içermez ve herhangi bir RNA sentezleyemez (her ne kadar RNA içerse de),[57][58] ve sonuç olarak bölünemez ve sınırlı onarım kapasitesine sahiptir.[59] Protein sentezini gerçekleştirememe, memeli kırmızı kan hücrelerini hedef alacak bir virüsün evrimleşemeyeceği anlamına gelir.[60] Bununla birlikte, parvovirüslerle (insan parvovirüsü B19 gibi) enfeksiyon, DNA'ları hala varken eritroid öncüleri etkileyebilir, bu da viral parçacıklar ve inklüzyon cisimcikleri içeren dev pronormoblastların varlığıyla anlaşılır, böylece kanı retikulositlerden geçici olarak yoksun bırakır ve anemiye neden olur.[61]

Yaşam döngüsü

İnsan kırmızı kan hücreleri, yaklaşık 7 günde taahhütlü kök hücrelerden olgun kırmızı kan hücrelerine gelişen eritropoez adı verilen bir süreçle üretilir. Olgunlaştığında, sağlıklı bir bireyde bu hücreler kan dolaşımında yaklaşık 100 ila 120 gün (ve tam süreli bir bebekde 80 ila 90 gün) yaşar.[62] Ömrünün sonunda dolaşımdan çıkarılırlar. Birçok kronik hastalıkta, kırmızı kan hücrelerinin ömrü kısalır.

Oluşum

Eritropoez, yeni kırmızı kan hücrelerinin üretildiği süreçtir; yaklaşık 7 gün sürer. Bu süreçte büyük kemiklerin kırmızı kemik iliğinde sürekli olarak kırmızı kan hücreleri üretilir. (Embriyoda, karaciğer kırmızı kan hücresi üretiminin ana yeridir.) Üretim, böbrek tarafından sentezlenen eritropoietin (EPO) hormonu tarafından uyarılabilir. Kemik iliğinden ayrılmadan hemen önce ve sonra, gelişmekte olan hücreler retikulositler olarak bilinir; bunlar dolaşan kırmızı kan hücrelerinin yaklaşık %1'ini oluşturur.

Fonksiyonel ömür

Bir kırmızı kan hücresinin fonksiyonel ömrü yaklaşık 100–120 gündür; bu süre zarfında kırmızı kan hücreleri sürekli olarak kan akışı itmesi (arterlerde), çekmesi (venlerde) ve kılcal damarlar gibi mikro damarlardan geçerken her ikisinin bir kombinasyonu ile hareket ettirilir. Ayrıca kemik iliğinde geri dönüştürülürler.[63]

Yaşlanma

Yaşlanan kırmızı kan hücresi, plazma zarında değişikliklere uğrar ve bu da makrofajlar tarafından seçici tanımaya ve mononükleer fagosit sisteminde (dalak, karaciğer ve lenf düğümleri) sonraki fagositoza yatkın hale getirir; böylece eski ve kusurlu hücreler uzaklaştırılır ve kan sürekli olarak arıtılır. Bu süreç eritoptoz, kırmızı kan hücresi programlanmış ölümdür.[64] Bu süreç normalde eritropoez tarafından üretim oranıyla aynı oranda gerçekleşir ve toplam dolaşan kırmızı kan hücresi sayısını dengeler. Eritoptoz, sepsis, hemolitik üremi sendromu, sıtma, orak hücreli anemi, beta-talasemi, glikoz-6-fosfat dehidrojenaz eksikliği, fosfat tükenmesi, demir eksikliği ve Wilson hastalığı da dahil olmak üzere çok çeşitli hastalıklarda artar. Eritoptoz, ozmotik şok, oksidatif stres ve enerji tükenmesi yanı sıra çok çeşitli endojen aracılar veksenobiyotikler tarafından uyarılabilir. cGMP bağımlı protein kinaz tipi I veya AMP aktive protein kinaz AMPK'den yoksun kırmızı kan hücrelerinde aşırı eritoptoz gözlenir. Eritoptoz inhibitörleri arasında eritropoietin, nitrik oksit, katekolaminler ve yüksek konsantrasyonlarda üre bulunur.

Ortaya çıkan bozunma ürünlerinin çoğu vücutta tekrar dolaştırılır. Hemoglobinin hem bileşeni, demir (Fe3+) ve biliverdine parçalanır. Biliverdin, plazmaya salınan ve albümine bağlı olarak karaciğere tekrar dolaştırılan bilirubine indirgenir. Demir, transferrin adı verilen bir taşıyıcı protein tarafından tekrar dolaştırılmak üzere plazmaya salınır. Hemolize olacak kadar yaşlanmadan önce dolaşımda bulunan neredeyse tüm kırmızı kan hücreleri bu şekilde uzaklaştırılır. Hemolize olan hemoglobin, böbrekler tarafından atılmayan haptoglobin adı verilen bir plazma proteinine bağlanır.[65]

Klinik önemi

Hastalık

Kırmızı kan hücrelerini içeren kan hastalıkları şunlardır:

Anemi (veya anemi), düşük kırmızı kan hücresi sayısı veya kırmızı kan hücrelerindeki veya hemoglobindaki bazı anormallikler nedeniyle kanın düşük oksijen taşıma kapasitesi ile karakterize hastalıklardır.

Demir eksikliği anemisi en yaygın anemidir; demirin diyet alımı veya emilimi yetersiz olduğunda ve demir içeren hemoglobin oluşamadığında ortaya çıkar.

Perniköz anemi, vücudun gıdalardan B12 vitamini emmek için gerekli olan iç faktörden yoksun olduğu otoimmün bir hastalıktır. B12 vitamini, kırmızı kan hücrelerinin ve hemoglobinin üretimi için gereklidir.

Orak hücreli hastalık, anormal hemoglobin molekülleri ile sonuçlanan genetik bir hastalıktır. Bunlar dokularda oksijen yüklerini bıraktıklarında çözünmez hale gelir ve şekilsiz kırmızı kan hücrelerine yol açar. Bu orak şeklinde kırmızı kan hücreleri daha az şekil değiştirilebilir ve viskoelastiktir, yani sertleşmişlerdir ve kan damarı tıkanıklığına, ağrıya, inmelere ve diğer doku hasarlarına neden olabilirler.

Talasemi, anormal bir hemoglobin alt birimi oranının üretilmesiyle sonuçlanan genetik bir hastalıktır.

Kalıtsal sferositoz sendromları, kırmızı kan hücresinin hücre zarındaki kusurlarla karakterize bir grup kalıtsal bozukluktur ve hücrelerin simit şeklinde ve esnek yerine küçük, küre şeklinde ve kırılgan olmasına neden olur. Bu anormal kırmızı kan hücreleri dalak tarafından yok edilir. Kırmızı kan hücresi zarının diğer birkaç kalıtsal bozukluğu bilinmektedir.[66]

Aplastik anemi, kemik iliğinin kan hü