خلية دم حمراء

قطرتان من الدم، اليسرى ذات لون أحمر قاني "دم مؤكسج" أما اليمنى ذات لون أحمر قاتم "دم مرجع".

تقريباً جميع الفقاريات، بما في ذلك جميع الثدييات والبشر، تملك كريات دم حمراء. الفقاريات الوحيدة المعروفة بفقدانها لكريات الدم الحمراء هي أسماك التمساح الثلجية (الاسم العلمي: Channichthyidae)، وهي تعيش في ماء بارد غني بالأكسجين حيث ينتقل الأكسجين المنحل بحرية في دمائها.[12] على الرغم من أنها لا تستخدم الهيموغلوبين، إلا أنه يمكن العثور على بقايا مورثات الهيموغلوبين في جينومها (مادتها الوراثية، وهي مجموع المورثات الموجودة في الكائن الحي).[13]

هناك تباين كبير في حجم كريات الدم الحمراء في الفقاريات، كما يوجد ارتباط بين حجم الخلية ووجود النواة. كريات الدم الحمراء عديمة النواة في الثدييات، أصغر بكثير من كريات معظم الفقاريات الأخرى.[14]

تتكون كريات الدم الحمراء عند الفقاريات بشكل رئيسي من الهيموغلوبين، وهو بروتين فلزي يحتوي على مجموعات الهيم التي ترتبط ذراتها الحديدية مؤقتاً بجزيئات الأكسجين (O₂) في الرئتين أو الخياشيم وتطلقها في جميع أنحاء الجسم، إذ يمكن للأكسجين أن ينتشر بسهولة من خلال غشاء كريات الدم الحمراء.[15] يحمل الهيموغلوبين الموجود في كريات الدم الحمراء أيضاً بعضاً من ثاني أكسيد الكربون الناتج عن نواتج أيض الأنسجة، ومع ذلك، يتم نقل معظم ثاني أكسيد الكربون إلى الشعيرات الدموية الرئوية على شكل بيكربونات (^-HCO₃) ذوابة في بلازما الدم. يعمل الميوغلوبين، وهو مركب مرتبط بالهيموغلوبين، على تخزين الأكسجين في الخلايا العضلية.[16] يعود لون كريات الدم الحمراء إلى مجموعة الهيم الموجودة في الهيموغلوبين.[3] أما بلازما الدم فتكون ذات لون شبيه بالقش،[17][18] ولكن تغير كريات الدم الحمراء لونها تبعاً لحالة الهيموغلوبين: عند ارتباطها بالأكسجين فإن أوكسي هيموغلوبين الناتج يكون قرمزي اللون، أما عندما يتم إطلاق الأكسجين يكون لون ديوكسي هيموغلوبين الناتج بلون أحمر داكن (خمري).[15][18] ومع ذلك، يمكن أن يبدو الدم مزرقاً عند رؤيته من خلال جدار الوعاء والجلد.[19] يستفيد مقياس الأكسجة والنبض من تغيير لون الهيموغلوبين لقياس إشباع الأكسجين في الدم الشرياني مباشرة باستخدام تقنيات القياس اللوني.[15] يملك الهيموغلوبين ألفة عالية جداً لأول أكسيد الكربون، مُشكلاً كربوكسي هيموغلوبين ذو لون أحمر قاني جداً.[20] في بعض الأحيان، يُقرأ إشباع الأكسجين 100% خطأً على مقياس الأكسجة والنبض عند المتسممين بأول أكسيد الكربون.

وجود البروتينات الحاملة للأكسجين داخل الخلايا المتخصصة (الكريات الحمراء) خطوة مهمة في تطور الفقاريات لأنها تجعل الدم أقل لزوجة، وتوفر تراكيز أعلى من الأكسجين، وانتشار أفضل للأكسجين من الدم إلى الأنسجة. يختلف حجم خلايا الدم الحمراء على نطاق واسع بين أنواع الفقاريات، يكون عَرض كريات الدم الحمراء أكبر من قطر الشعيرات الدموية بحوالي 25٪، وقد تم افتراض أن هذا يحسن نقل الأكسجين من كريات الدم الحمراء إلى الأنسجة.[21]

كريات الدم الحمراء النموذجية للثدييات: (a) ينظر إليها من الأعلى، (b) ينظر إليها من الجانب مع تشكيل ظاهرة التنضد (c) كروية الشكل بسبب الماء، (d) كرية محززة (تقلصت وأصبحت شائكة) بسبب الملح. (c) و(d) لا تحدث عادة في الجسم الطبيعي. يرجع الشكلان الأخيران إلى الماء الذي يتم نقله من وإلى الخلايا بواسطة التناضح.

تأخذ كريات الدم الحمراء للثدييات شكل أقراص مقعرة الوجهين: مسطحة ومقعرة في المركز، مع مقطع عرضي يشبه الطارة، وحافة مستديرة للقرص. يسمح هذا الشكل بزيادة نسبة مساحة السطح إلى الحجم (SA/V) مما يسهل انتشار الغازات.[22] ومع ذلك، يوجد بعض الاستثناءات المتعلقة بالشكل في رتبة مزدوجات الأصابع (ذوات الحوافر بما في ذلك الماشية والغزلان)، والتي تملك مجموعة واسعة من أشكال كريات الدم الحمراء: الخلايا الصغيرة والبيضاوية للغاية في اللاما والإبل (عائلة جمليات)، خلايا كروية صغيرة في غزلان الفأر (عائلة طرغولية)، وخلايا ذات أشكال مغزلية، سِنانية الشكل، هلالية، ومتعددة الأضلاع بشكل غير منتظم وغيرها من الأشكال الزاويّة في الغزلان الحمراء والوَبِّيت (عائلة الأيل). من الواضح أن أعضاء من هذه الرتبة قد طوروا نمطاً شكلياً مختلفاً عن الثدييات.[14][23]

بشكل عام، تتميز كريات الدم الحمراء للثدييات بالمرونة وتغيير الشكل بشكل ملحوظ بسبب الضغط المطبق عليها أثناء مرورها في الشعيرات الدموية الصغيرة، وكذلك لزيادة سطحها من خلال افتراض شكل سيجارة، حيث تطلق حمولة الأوكسجين بكفاءة.[24]

إن كريات الدم الحمراء في الثدييات فريدة من نوعها بين الفقاريات لأنها لا تحتوي على نوى عندما تنضج.[15] تملك الكريات الحمراء نوى خلال المراحل المبكرة من تَكَوُّن الكريات الحمر، لكنها تتخلص منها أثناء تطورها عند الوصول إلى مرحلة النضج، مما يوفر مساحة أكبر للهيموغلوبين، تفقد كريات الدم الحمراء غير المنواة، والتي تدعى بالخلايا الشبكية، جميع العضيات الخلوية الأخرى مثل الميتوكندريا، جهاز كولجي، والشبكة الإندوبلازمية.[15]

يعمل الطحال كمخزن لكريات الدم الحمراء، ولكن هذا التأثير محدود نوعاً ما في البشر. في بعض الثدييات الأخرى، مثل الكلاب والخيول، يحتجز الطحال أعداداً كبيرة من كريات الدم الحمراء، التي يتم إلقاؤها في الدم عند الجهد، مما يزيد القدرة على نقل الأكسجين.[25]

يبلغ قطر كرية الدم الحمراء البشرية المعتاد حوالي 6.2-8.2 ميكرومتر،[26] ويبلغ سمكها في أثخن نقطة 2-2.5 ميكرون وسمكها في المركز 0.8-1 ميكرون، جاعلاً إياها أصغر بكثير من معظم الخلايا البشرية الأخرى. يبلغ متوسط حجم هذه الخلايا حوالي 90 فيمتوليتر[27] وتبلغ مساحتها حوالي 136 ميكرومتر مربع، ويمكن أن تتضخم إلى شكل كروي يحتوي على 150 فيمتوليتر، دون تَمَدُد الغشاء.[18]

يوجد لدى البشر البالغين في أي وقت من الأوقات ما يقرب من 20 إلى 30 تريليون كرية دم حمراء، وتشكل حوالي 70% من تعداد جميع خلايا الجسم.[28] تملك النساء حوالي 4-5 ملايين كرية دم حمراء لكل ميكروليتر (ملليمتر مكعب) من الدم أما الرجال حوالي 5-6 مليون كرية. يكون لدى الأشخاص القاطنين في المرتفعات -حيث يكون ضغط الأكسجين منخفض- تعداد كريات حمر أكبر. إن كريات الدم الحمراء أكثر تعداداً من خلايا الدم الأخرى: فهناك حوالي 4000-11000 خلية دم بيضاء وحوالي 150000-400000 صفيحة لكل ميكروليتر.[18]

تستغرق كريات الدم الحمراء البشرية في المتوسط 60 ثانية لإكمال دورة دموية واحدة.[6][9][29] يعود اللون الأحمر للدم إلى الخواص الطيفية لأيونات الحديد الهيمية في الهيموغلوبين. تحتوي كل كرية دم حمراء بشرية على حوالي 270 مليون[30] جزيئة هيموغلوبين. يحمل كل جزيء هيموغلوبين أربع مجموعات من الهيم، يشكل الهيموغلوبين حوالي ثلث إجمالي حجم الخلية. يعتبر الهيموغلوبين هو المسؤول عن نقل أكثر من 98% من الأكسجين في الجسم (يتم حمل الأكسجين المتبقي على شكل منحل في بلازما الدم). تخزن كريات الدم الحمراء عند ذكر بالغ حوالي 2.5 غرام من الحديد، وهو ما يمثل حوالي 65% من إجمالي الحديد الموجود في الجسم.[31][32]

تحوي كريات الدم الحمراء الناضجة للطيور على نواة، ولكن في دم إناث بطريق جنتو البالغات، تم ملاحظة وجود كريات دم حمراء (B) غير منواة، ولكن بتواتر قليل للغاية.

تكون كريات الدم الحمراء الناضجة غير منواة في الثدييات، وهذا يعني أنها تفتقر لنواة الخلية. بالمقابل، تحتوي كريات الدم الحمراء للفقاريات الأخرى على نوى، الاستثناءات الوحيدة المعروفة هي السمندرات من جنس بتراشيب وسمك من جنس موريولوس.[33][34]

تم تفسير ظاهرة غياب النواة في كريات الدم الحمراء عند الفقاريات بالتراكم المتتالي للحمض النووي DNA غير المرمز في الجينوم.[35] يدور الجدل على النحو التالي: يتطلب النقل الفعال للغاز عبور كريات الدم الحمراء عبر شعيرات دموية ضيقة للغاية، وهذا يقيد حجمها. تتواجد كريات الدم الحمراء المنواة في الثدييات في نوعين من الخلايا: الأرومات الطبيعية، وهي سلائف طبيعية منتجة للكريات الحمر الناضجة، والأرومات الضخمة، وهي سلائف غير طبيعية كبيرة تتشكل في فقر الدم الضخم الأرومات.

تكون كريات الدم الحمراء قادرة على تغيير شكلها، مرنة، قادرة على الالتصاق بخلايا أخرى، وتكون قادرة على التفاعل مع الخلايا المناعية. يلعب غشاء الكرية العديد من هذه الأدوار، إذ تعتمد هذه الوظائف بشكل كبير على تكوين الغشاء. يتكون غشاء كريات الدم الحمراء من ثلاث طبقات: كنان سكري موجود في الخارج، وهو غني بالسكريات، ليبيد ثنائي الطبقة يخترقه العديد من البروتينات عبر غشائية، إلى جانب مكوناتها الدهنية الرئيسية، وهيكل الغشاء، تتوضع شبكة هيكلية من البروتينات على السطح الداخلي لليبيدات ثنائية الطبقة. تشكل البروتينات حوالي 52% من كتلة الغشاء في كريات الدم الحمراء البشرية ومعظم الثدييات أما النصف الآخر دهون حوالي 40%، وهي فسفوليبيد وكوليسترول، أما السكريات تشكل حوالي 8%.[36][37][38]

يتكون غشاء كريات الدم الحمراء من ليبيد ثنائي الطبقة نموذجي، على غرار ما يمكن العثور عليه في جميع الخلايا البشرية تقريباً.[39] ببساطة، يتكون الليبيد ثنائي الطبقة من كوليسترول وفوسفوليبيد بنسب متساوية من حيث الوزن، كما أن تركيبة الليبيد مهمة لأنها تحدد العديد من الخصائص الفيزيائية مثل نفاذية الغشاء والسيولة.[39] بالإضافة إلى ذلك، يتم تنظيم نشاط العديد من بروتينات الغشاء من خلال التفاعلات مع الليبيدات في الطبقتين. على عكس الكوليسترول، الذي يتم توزيعه بالتساوي بين الطبقتين الداخلية والخارجية، تتوضع الأنواع الخمسة الرئيسية من الفوسفوليبيدات بشكل غير متماثل، كما هو موضح أدناه:

أكثر ليبيدات غشاء الكريات الحمر شيوعاً، تتوزع على الطبقة الثنائية

تتكون الطبقة الخارجية الأحادية من:[40]

• فسفاتيديل كولين (PC)
• سفنغوميلين (SM)

تتكون الطبقة الداخلية الأحادية من:[40]

• فسفاتيديل إيثانولامين ^{[الإنجليزية]} (PE)
• إينوزيتول فوسفات ^{[الإنجليزية]} (PI) (كميات صغيرة)
• فوسفاتيديل سيرين (PS)

توزيع الفوسفوليبيد غير المتماثل بين الطبقة الثنائية هو نتيجة وظيفة العديد من البروتينات الناقلة للفوسفوليبيد المعتمدة وغير المعتمدة على الطاقة.[41][42] تقوم البروتينات المسماة «فليباز» بنقل الفوسفوليبيد من الطبقة الخارجية إلى الطبقة الداخلية، بينما تقوم البروتينات الأخرى المسماة «فلوباز» بإجراء العملية المعاكسة، عكس مدروج التركيز بطريقة تعتمد على الطاقة.[43] بالإضافة إلى ذلك، هناك أيضاً بروتينات «سكرامبلاز» التي تحرك الفوسفوليبيدات في كلا الاتجاهين في نفس الوقت، حسب المدروج الأخفض بطريقة غير معتمدة على الطاقة. لا يزال هناك جدل كبير مستمر حول هوية بروتينات صيانة الغشاء في الكرية الحمراء.

يعد الحفاظ على توزيع الفوسفوليبيدات غير المتماثل في الطبقة الثنائية (مثل التوضع الحصري للفوسفاتيديل سيرين PS والفوسفوإينوسيتول PIs في الطبقة الداخلية) أمراً مهماً لسلامة الخلية ووظيفتها لعدة أسباب:

• تتعرف الخلايا البلعمية الكبيرة وتبلعم الكريات الحمراء التي تحوي PS على سطحها الخارجي. وبالتالي فإن توضع PS في الطبقة الأحادية الداخلية ضروري لنجاة الخلية من بالعات الجهاز الشبكي البطاني، خاصة في الطحال.
• تم ربط تدمير كريات الدم الحمراء الباكر في التلاسيميا وفقر الدم المنجلي باضطرابات عدم تناسق الليبيدات مما يؤدي إلى توضع PS في الطبقة الأحادية الخارجية.[44]
• يمكن أن يؤدي التعرض للـ PS إلى تحفيز التصاق كريات الدم الحمراء بالخلايا البطانية الوعائية، ويمنع بشكل فعال المرور الطبيعي خلال الأوعية الدموية الدقيقة. وبالتالي من المهم الحفاظ على PS فقط في الطبقة الداخلية لضمان التدفق الطبيعي للدم في الشعيرات الدموية الدقيقة.[45]
• يمكن لكل من PS وفوسفاتيديل لينوسيتول 4,5 ثنائي الفوسفات (PIP2) تنظيم الوظيفة الميكانيكية للغشاء، بسبب تفاعلهما مع بروتينات هيكلية مثل سبيكترين ^{[الإنجليزية]} والبروتين 4.1R.[46] أظهرت الدراسات الحديثة أن ربط السبيكترين مع PS يعزز الاستقرار الميكانيكي للغشاء.[46] يعزز PIP2 ارتباط البروتين 4.1R بالغليكوفرين C ^{[الإنجليزية]} ولكنه يقلل تفاعله مع البروتين 3، وبالتالي قد يعدل ارتباط الطبقة الثنائية بهيكل الغشاء.

وقد وصفت الدراسات الحديثة وجود هياكل متخصصة تسمى «الطوافات الليبيدية» في غشاء كريات الدم الحمراء. هذه الهياكل غنية بالكوليسترول والسفينغوليبيد المرتبطة ببروتينات غشاء محددة، وهي FLOT1، ستوماتين ^{[الإنجليزية]} (المجموعة 7)، بروتين G، مستقبلات بيتا الأدرينالية.[47][48]

تقوم الطوافات الليبيدية (التي تشارك في إحداث إشارات خلوية في خلايا غير الكريات الحمراء) في الكريات الحمر بالتوسط في إشارات مستقبلات بيتا 2 الأدرينالينية وزيادة مستويات أحادي فوسفات الأدينوسين الحلقي، وبالتالي تنظيم دخول طفيليات الملاريا إلى كريات حمراء طبيعية.[49][50]

تكون بروتينات الغشاء مسؤولة عن تغير شكل كريات الدم الحمراء ومرونتها، مما يمكّنها من الانضغاط أثناء عبورها الشعيرات الدموية[51] التي يقل قطرها عن نصف قطر كرية الدم الحمراء (7–8 ميكرون) واستعادة الشكل القرصي في أقرب وقت عندما تزول قوى الضغط المطبقة عليها، بطريقة مشابهة لجسم مطاطي.

يوجد حالياً أكثر من 50 بروتين غشائي معروف، يتراوح عددها من بضع مئات إلى مليون نسخة في كل كرية دم حمراء.[51] ما يقرب 25 نوع بروتيني غشائي يحمل مستضدات زمر الدم المختلفة، مثل مستضدات A و B و Rh.[51] يمكن أن تؤدي بروتينات الغشاء مجموعة متنوعة من الوظائف، مثل نقل الأيونات والجزيئات عبر غشاء الكرية الحمراء، الالتصاق والتفاعل مع الخلايا الأخرى[39] مثل الخلايا البطانية، كمستقبلات إشارة، بالإضافة إلى وظائف أخرى غير معروفة حالياً. نشأت أنواع الدم عند البشر نتيجة الاختلاف في البروتينات السكرية للكريات الحمراء. ترتبط اضطرابات بروتينات الغشاء بالعديد من الأمراض، مثل كثرة الكريات الحمر الكروية الوراثية، وكثرة الكريات الإهليلجية الوراثية، وكثرة الكريات المفوهة الوراثية ^{[الإنجليزية]}، والبيلة الهيموغلوبينية الليلية الانتيابية.[36][49]

بروتينات غشاء الكريات الحمراء مفصولة بواسطة الرحلان الكهربائي وبصبغة الفضة.[52]

تصنف بروتينات الغشاء وفقاً لوظائفها:

النقل

• البروتين 3 الشريطي: ناقل الأيون، وهو أيضاً مُكوّن هيكلي مهم لغشاء كرية الدم الحمراء، ويُشكّل ما يقارب 25% من سطح غشاء الخلية، وتحتوي كل خلية حمراء على مليون نسخة تقريباً. يُعرِّف زمرة الدم دييغو.[51][53]
• أكوابورين 1: ناقل للماء، يُعرِّف زمرة الدم كولتون.[51]
• ناقل الجلوكوز 1: ناقل للجلوكوز وحمض ديهيدروسكوربيك.[51]
• بروتين مستضد Kidd: ناقل لليوريا.[51]
• البروتين السكري المرتبط بعامل ريزيوس: ناقل للغاز، وربما ثنائي أكسيد الكربون، يعرف زمرة دم ريزيوس وما يرتبط بها من النمط الظاهري لزمرة الدم رينول.[51]
• مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.
• مضخة الكالسيوم.
• ناقل مشترك للصوديوم والبوتاسيوم والكلور.
• ناقل مشترك للصوديوم والكلور.
• مبادل عكسي بين البروتون والصوديوم.
• ناقل مشترك للبوتاسيوم والكلور.
• قناة غاردوس (هي قناة لنقل البوتاسيوم تُفعل بوجود الكالسيوم داخل الخلايا).

التصاق الخلية

• جزيء الالتصاق داخل الخلوي 4 ICAM-4: يتفاعل مع إنتغرين.
• جزيء التصاق الخلية القاعدية BCAM: بروتين سكري يعرف فصيلة الدم اللوثرية ويعرف أيضاً باسم بروتين Lu أو البروتين الرابط للامينين.

البروتينات الرئيسية في غشاء الكريات الحمراء

الدور الهيكلي

تقوم بروتينات الغشاء التالية بإنشاء روابط مع البروتينات الهيكلية وقد تلعب دوراً مهماًَ في تنظيم التماسك بين طبقة الشحوم الثنائية والهيكل الغشائي، مما يُمكِّن الكرية الحمراء من الحفاظ على مساحة مناسبة لسطح الغشاء عن طريق منع الغشاء من الانخماص.

• بروتينات المعقد كبيرة الجزيئات المعتمدة على الأنكرين: تربط طبقة الشحوم الثنائية بهيكل الغشاء من خلال تفاعل مجالات السيتوبلازم الخاصة بهم مع الأنكرين.
  • البروتين 3 الشريطي: يجمع أيضاً العديد من الإنزيمات الحالة للغلوكوز، وناقل ثاني أكسيد الكربون المفترض، وكاربونيك أنهيدراز في مركب جزيئي كبير يسمى "metabolon"، والذي قد يلعب دوراً رئيسياً في تنظيم استقلاب الكريات الحمراء ووظيفة نقل الأيونات والغازات.[54]
  • البروتين السكري المرتبط بالعامل ريزيوس: يشارك أيضاً في النقل، ويعرف النمط الظاهري النادر المرتبط بفصيلة الدم Rh _mod.
• بروتينات المعقد كبيرة الجزيئات المعتمدة على البروتين 4.1R: بروتينات تتفاعل مع البروتين 4.1R.
  • البروتين 4.1R: ضعيف التعبير عن مستضدات Gerbich.
  • غليكوفورين C وغليكوبروتين D: يعرف زمرة الدم Gerbich.
  • بروتين XK: يحدد زمرة الدم Kell والنمط الظاهري النادر Mcleod (نقص مستضد Kx والتعبير المنخفض لمستضدات Kell).
  • نظام الزمرة الدموية الريسوسية RhD/RhCE: يُعرّف زمرة الدم الريزيوسية وما يرتبط بها من النمط الظاهري النادر لزمرة الدم Rh _null.
  • نظام مستضد دافي: تم اقتراحه ليرتبط مع كيموكين.[55]
  • أديوسين: يتفاعل مع البروتين 3 الشريطي.
  • ديماتين: يتفاعل مع ناقل الجلوكوز Glut1.[36][49]

الكمون زيتا هي خاصية كهروكيميائية لأسطح الخلايا يتم تحديدها بواسطة الشحنة الكهربائية للجزيئات المكشوفة على سطح أغشية الخلية. كمون زيتا الطبيعي للكريات الحمراء هو 15.7 مللي فولت.[56] يبدو أن جزءً كبيراً من هذا الكمون قد ساهمت به بقايا حمض السياليك المتبقية في الغشاء إذ يؤدي إزالتها إلى كمون زيتا قدره −6.06 ميللي فولت.

مراحل تمايز الكريات الحمراء

تُنتج خلايا الدم المحيطية من خلايا جذعية بعملية تدعى تكوّن الدم (بالإنجليزية: Hematopoiesis)‏ حيث Hemo- بادئة تعني دم أو دموي أما poiesis- فهي لاحقة تعني تعني تكوّن،[10] والتي تستغرق حوالي 7 أيام.[57] تُنتج وتتحطم حوالي 200 مليار كرية دم حمراء في اليوم الواحد مما يسمح باستقرار عدد الكريات الحمراء.[58] جميع أنواع الخلايا الجذعية لها وظيفتان أساسيتان: التجدد الذاتي والتمايز. أثناء التطور، تُنتَج كريات الدم في مواقع مختلفة من الجسم. في البداية، يوفر كيس المح كريات دم حمراء حاملة للأكسجين، ثم تقوم عدة مواقع جنينية بإنتاج الخلايا الدموية. حيث تُنتج الكريات الحمر من قبل الكبد ثم في الثلث الثاني من الحمل تُنتج في نخاع العظام والطحال. مع تغير موقع الخلايا الجذعية، تتغير قدرة الخلايا الجذعية أيضاً بشكل تدريجي، إذ تزداد أنواع الخلايا المُنتَجة تعقيداً بالإضافة لتلك البسيطة الحاملة للأكسجين تُنتج الصفيحات الدموية والخلايا المناعية أخيراً.[10]

يولد نقي كل العظام كريات دم حمراء حتى عمر الخامسة ليصبح نخاع العظام بعد ذلك شحمياً، ما عدا الأقسام العلوية لعظمي العضد وقصبة الساق (الظنبوب)، ثم تتولد معظم خلايا الدم بعد سن العشرين من نقي العظام الغشائية كالفقرات، الأضلاع، القص والحرقفة.[2] ومع تقدم السن يقل إنتاج نقي العظم للخلايا الدموية.[2]

عند البالغين، الخلية الأولى التي يمكن تمييزها من سلسلة خلايا الدم الحمراء هي سليفة الأرومة الحمراء التي تتولد بأعداد كبيرة من الخلايا الجذعية، تنقسم سليفة الأرومات الحمر لتشكل الأرومات الحمر القاعدية -تتلون بالملونات القاعدية- التي تحوي كميات قليلة من الهيموغلوبين الذي تتمتلئ به في الأجيال اللاحقة كما تتكاثف النواة إلى حجم صغير وتطرح بقاياها الأخيرة إلى خارج الخلية، ويعاد في الوقت نفسه امتصاص الشبكة الإندوبلازمية لتسمى الخلية في هذه المرحلة بالخلية الشبكية لأنها مازالت تحوي كمية صغيرة من المادة القاعدية التي تتكون من بقايا جهاز غولجي والميتوكندريا والقليل من عضيات البلازما الأخرى، تصل الخلايا الشبكية إلى الشعيرات الدموية بعملية الانسلال (تشكل الخلايا الشبكية 1% من تركيز كريات الدم الحمراء)، حيث تختفي خلال يوم أو يومين بقية المواد القاعدية من الخلايا الشبكية لتتحول إلى كرية حمراء ناضجة.[2] تعيش كريات الدم الحمراء عند الفرد السليم في الدورة الدموية حوالي 100 إلى 120 يوماً[2][59] (و 80 إلى 90 يوماً في الرضيع).[60]

تؤثر عدة عوامل على إنتاج الكريات الحمراء منها أكسجة الأنسجة إذ يؤدي نقص الأكسجة إلى تحفيز تكوين الكريات الحمر، مُكوِنة الحمر «الإريثروبويتين» الذي تنتجه الكلى ويحفز تصنيع الكريات الحمراء، فيتامين B12 وفيتامين B9 إذ يؤدي عوزهما إلى فشل نضج السلسلة الحمراء.[2]

مع تقدم عمر الكرية الحمراء، تصبح العمليات الاستقلابية (الأيضية) فيها أقل نشاطاً مما يجعل غشاء الكرية هشاً مؤدياً لتحطم الكرية أثناء مرورها في مناطق ضيقة في الدورة الدموية، إذ تتشظى العديد من الكريات الحمراء في لب الطحال حيث تكون سعة الأحياز بين الحويجزات حوالي 3 ميكرومتر فقط مقارنةً مع 8 ميكرومتر «قطر الكرية الحمراء السوية».[2][61][62] تسمى هذه العملية بالموت الخلوي المبرمج لكريات الدم الحمراء (بالإنجليزية: Eryptosis)‏.[63] وعند استئصال الطحال تزداد الكريات الحمراء الشاذة والهرمة في الدورة الدموية.[2][64][65]

تبلعم البلاعم الهيموغلوبين مباشرة بعد تحريره من الكريات الحمر في عدة أقسام من الجسم، خاصة في الكبد (خلايا كوبفر) والطحال ونخاع العظم، ثم تحرر البلاعم الحديد إلى الدم ثانية لينقل بواسطة الترانسفيرين إلى نخاع العظم ليعاد استخدامه مجدداً لتصنيع كريات حمراء جديدة أو إلى الكبد والأنسجة الأخرى ليُخزَّن على شكل فيريتين، أما جزء البورفيرين تحوله البلاعم إلى بيليروبين يحرر في الدم ليطرح في الصفراء أخيراً.[2]

رسم متحرك لدورة كرية دم حمراء بشرية نموذجية في الدورة الدموية. للتوضيح تحدث هذه الرسوم المتحركة هنا بمعدل أسرع (حوالي 20 ثانية من متوسط دورة 60 ثانية) وتُظهر تشوه كريات الدم الحمراء عند دخولها الشعيرات الدموية، وكذلك الأعمدة متغيرة اللون عندما تتناوب الخلية في حالات التأكسد على طول الدورة الدموية الجهازية. أعلى الرسم مؤشر يبين تغير تركيز ثاني أكسيد الكربون، وأسفله مؤشر لتركيز الأكسجين في كرة الدم الحمراء.

إن الوظيفة الرئيسية للكريات الحمراء هي نقل الهيموغلوبين الذي يقوم بدوره بحمل الأكسجين من الرئتين إلى الأنسجة. وفي بعض الحيوانات الدنيا يدور الهيموغلوبين كبروتين حر في البلازما وليس محصوراً في الكريات الحمر. ولكنه عندما يكون حراً في بلازما الإنسان يتسرب حوالي 3% منه خلال أغشية الأوعية الشعرية إلى أحياز الأنسجة أو خلال أغشية كبيبات الكلية إلى محفظة بومان كل مرة يمر فيها الدم خلال الشعيرات. ولذلك لكي يبقى الهيموغلوبين داخل مجرى الدم لا بد له من أن يبقى داخل كريات الدم الحمراء.[2]

• التوازن الحمضي القاعدي: تحوي الكريات الحمر كمية كبيرة من الأنهيدراز الكربونية التي تحفز التفاعل بين ثاني أكسيد الكربون والماء فتزيد بذلك من سرعة هذا التفاعل آلاف المرات. وتمكِّن سرعة هذا التفاعل العالية مصل الدم من أن يتفاعل مع كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون فينقله بذلك من الأنسجة إلى الرئتين على شكل أيونات البيكربونات ^-HCO₃ كما يكون الهيموغلوبين دارئاً (محلول منظم) حمضياً قاعدياً ممتازاً (كما هو الحال مع معظم البروتينات)، ولهذا فإن الكريات الحمر هي المسؤولة عن معظم قدرات الدم كله على الدرء.[2]
• التوترية الوعائية: عندما تتعرض كريات الدم الحمراء للضغط من قبل الأوعية المتقبضة، فإنها تطلق الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)، مؤدياً إلى استرخاء وتمدد جدران الوعاء مما يعزز التدفق الطبيعي للدم.[66] وعندما يتم إزالة الأكسجين من جزيئات الهيموغلوبين، تفرز كريات الدم الحمراء مركبات S-نتروزو الثيولات، والتي تعمل أيضاً على تمدد الأوعية الدموية،[67] وبالتالي توجيه المزيد من الدم إلى مناطق الجسم ناقصة الأكسجة. كذلك يمكن لكريات الدم الحمراء تصنيع أكسيد النيتريك أنزيمياً، باستخدام L-أرجينين كركيزة، كما تفعل الخلايا البطانية.[68] إذ إن تعرض كريات الدم الحمراء لمستويات فيزيولوجية من قوى الضغط ينشط تركيب أكسيد النيتريك،[69] مما قد يسهم في تنظيم التوترية الوعائية.[15] ويمكن لكريات الدم الحمراء أيضاً إنتاج كبريتيد الهيدروجين، وهو غاز يؤدي إلى ارتخاء جدران الأوعية الدموية. حيث يُعتقد أن التأثيرات القلبية للثوم ترجع إلى قيام كريات الدم الحمراء بتحويل مركبات الكبريت إلى كبريتيد الهيدروجين.[70]
• الاستجابة المناعية: تلعب كريات الدم الحمراء أيضاً دوراً في الاستجابة المناعية للجسم، عندما يتم حلها بواسطة العوامل الممرضة مثل البكتيريا، مما يُطلق خضاب الكريات محرراً جذور حرة، تعمل على تحطيم جدار وغشاء الخلية الممرضة، مما يؤدي إلى قتلها.[71][72]

لا تستخدم الكريات الحمراء أياً من الأكسجين الذي تنقله نظراً لعدم احتوائها على متقدرات، بدلاً من ذلك، تنتج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات عن طريق تحلل الجلوكوز وتخمير حمض اللبنيك منتجةً البيروفات.[15][73][74] علاوة على ذلك، يلعب مسار فوسفات البنتوز دوراً مهماً في الكريات الحمراء، انظر عوز نازعة هيدروجين غلوكوز -6- فوسفات لمزيد من المعلومات.

يفترض حالياً أن الاصطناع الحيوي للبروتين غائباً في الكريات الحمراء نتيجة غياب النواة. كما أن الكريات الحمر الناضجة لا تحتوي على الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) ولا يمكنها تصنيع الحمض النووي الريبوزي (RNA) بسبب غياب النوية والعضيات الخلوية وبالتالي لا تملك القدرة على الانقسام وكذلك فإن إمكانية الإصلاح الخلوي محدودة.[75]

إن عدم القدرة على اصطناع البروتين يجعل الكريات الحمراء الخاصة بالثدييات غير مستهدفة من قبل أي فيروس.[76] ومع ذلك، يمكن أن تؤثر الإصابة بالفيروسة الصغيرة (Parvovirus) (مثل فيروس صغير ب 19) على سلائف الأرومة الحمراء، حيث لوحظ وجود سلائف أرومة حمراء عملاقة مع جزيئات فيروسية ومشتملات، وبالتالي تستنفذ بشكل مؤقت الشبكيات وتسبب فقر الدم.[77]

تصف زمرة الدم الواحدة مجموعة كاملة من 30 مادة على سطح كريات الدم الحمراء، وزمرة دم الفرد هي واحدة من العديد من التركيبات المحتملة لمستضدات زمر الدم.[78] في أنظمة زمر الدم الستة والثلاثين المختلفة، عُثر على 308 مستضد على سطح الكرية الحمراء.[79]

نظام ABO هو أهم نظام لزمر الدم عند نقل الدم بين البشر. عادة ما تكون الأجسام المضادة لـ A و B مرتبطة بالجلوبيولين المناعي IgM. تم الافتراض أن الأجسام المضادة IgM لنظام زمر الدم ABO تُنتج في السنوات الأولى من الحياة عن طريق التحسس للمواد البيئية مثل الطعام، البكتيريا، والفيروسات، على الرغم من تطبيق قواعد توافق فصيلة الدم على الأطفال حديثي الولادة والرضع على سبيل الممارسة.[80] المصطلح الأصلي الذي استخدمه كارل لاندشتاينر عام 1901 للتصنيف كان A/B/C، في المنشورات اللاحقة، حُولِت C إلى O.[81] يُطلق على النوع O غالباً 0 (zero, or null) في لغات أخرى.[81][82]

هناك أمراض كثيرة تصيب العناصر الدموية، من هذه الأمراض التي تصيب الكريات الحمراء:

• فقر الدم هي أمراض تتميز بانخفاض قدرة نقل الأكسجين في الدم، بسبب انخفاض عدد الخلايا الحمراء أو بعض الشذوذ في خلايا الدم الحمراء أو الهيموغلوبين.[83]

نوع فقر الدم	الشرح
فقر الدم الناجم عن عوز الحديد	هو فقر الدم الأكثر شيوعًا؛ يحدث عندما يكون المدخول الغذائي أو امتصاص الحديد غير كاف، ولا يمكن تشكيل الهيموغلوبين، الذي يحتوي على الحديد.[84]
فقر الدم الخبيث	هو مرض مناعي ذاتي يفتقر فيه الجسم إلى العامل الجوهري، الضروري لامتصاص فيتامين بي12 من الطعام. هناك حاجة إلى فيتامين بي12 لإنتاج ونمو خلايا الدم الحمراء.[2]
فقر الدم الانحلالي	من أسبابه: مكتسب "مناعي، دوائي، إنتاني"، وراثي "فقر الدم المنجلي، تلاسيميا، كثرة الكريات الحمر الكروية الوراثي" كريات دم حمراء منجلية الشكل عند مصاب بفقر الدم المنجلي يقضي طفيل الملاريا جزءً من دورة حياته في كريات الدم الحمراء، يتغذى على الهيموغلوبين ثم يحطمها، مسبباً حمى.[85] يعتبر كل من فقر الدم المنجلي والتلاسيميا أكثر شيوعاً في مناطق انتشار الملاريا، لأن هذه الطفرات تؤمن بعض الحماية ضد الطفيلي.[86] فقر الدم المنجلي هو مرض وراثي ينتج عنه جزيئات هيموغلوبين شاذة، عندما تُطلق الأوكسجين المحملة به إلى الأنسجة، فإن الخضاب يصبح غير قابل للذوبان، مؤدياً لتشكل كريات حمراء شاذة الشكل. هذه الكريات الحمراء المنجلية أقل مرونة من الكريات الطبيعية،[87] إذ تصبح قاسية ويمكن أن تسبب انسداد الأوعية الدموية، الألم، السكتات الدماغية، وغيرها من الأذيات النسيجية. التلاسيميا هو مرض وراثي يؤدي إلى إنتاج نسبة غير طبيعية من الوحدات الفرعية للهيموغلوبين.[88] كثرة الكريات الحمر الكروية الوراثية عبارة عن مجموعة من الاضطرابات الموروثة تتميز بعيوب في غشاء كرية الدم الحمراء، مما يجعل الخلايا صغيرة، كروية، وهشة بدلاً من أن تكون مرنة وعلى شكل أقراص. يتم تحطيم كريات الدم الحمراء غير الطبيعية هذه في الطحال. تُعرف أيضاً العديد من الاضطرابات الوراثية الأخرى التي تصيب غشاء الكريات الحمراء.[89]
فقر الدم اللاتنسجي	يحدث بسبب عدم قدرة نخاع العظام (النقي العظمي) على إنتاج خلايا الدم. يحدث عدم تنسج الكريات الحمراء النقي بسبب عدم قدرة النقي العظمي على إنتاج كريات الدم الحمراء فقط.

• احمرار الدم هي زيادة نسبة الهيماتوكريت، قد يكون بسبب نقص تعداد الكريات الحمر[90] أو نقص في كمية البلازما.[91]

يبين الشكل مكونات الدم بعد التثفيل، كما يقارن بين الحالة الطبيعية وبين كل من فقر الدم واحمرار الدم

• العديد من أمراض اعتلالات الأوعية الدقيقة ^{[الإنجليزية]}، بما في ذلك التخثر المنتشر داخل الأوعية واعتلال الأوعية الدقيقة الخثاري ^{[الإنجليزية]}، يُشاهد فيها شظايا كريات دم حمراء (مُشخِصَة) تسمى الكرية المنفلقة.[94] تولد هذه الأمراض خيوط من الفيبرين التي تمزق كريات الدم الحمراء أثناء محاولتها العبور عبر الخثرة.[95]

نقل وحدة دم مكثفة

نقل الدم هي عملية يُنقل فيها كريات الدم الحمراء، إذ يمكن التبرع بالدم من شخص لآخر،[96] أو تخزينه من قبل المتلقي في وقت سابق. عادة ما يتطلب التبرع بالدم إجراء فحوصات للتأكد من خلو المتبرعين من الأمراض المنقولة بالدم.[97] يتم عادة جمع الدم وفحصه بحثاً عن الأمراض الشائعة أو الخطيرة المنقولة بالدم بما في ذلك فيروس التهاب الكبد B وفيروس التهاب الكبد C وفيروس نقص المناعة البشرية.[98] يتم تحديد زمرة الدم (A أو B أو AB أو O) ومصالبته مع دم المتلقي لتقليل احتمالية حدوث الانحلال الدموي الحاد المرتبط بنقل الدم ^{[الإنجليزية]}، وهو نوع من تفاعلات نقل الدم،[99] يتعلق هذا بوجود مستضدات على سطح الخلية. بعد هذه العملية، يتم تخزين الدم، وفي غضون فترة قصيرة يُنقل. يمكن إعطاء الدم كمنتج كامل أو فصل كريات الدم الحمراء كوحدة كريات الدم الحمراء المكدسة.[100] غالباً ما يتم نقل الدم عندما يكون هناك فقر دم معروف، أو نزف فعال عندما تكون نسبة فقد الدم حوالي 15-30% من حجم الدم الكلي في الجسم،[101] أو عند توقع فقد كمية دم هامة، مثل ما قبل التداخلات الجراحية. قبل نقل الدم، يتم أخذ عينة دم صغيرة من المتلقي وعينة من الدم المراد نقله وإجراء اختبار التوافق (التصالب الدموي).[102] في عام 2008، نجحت عملية إنتاج كريات دم حمراء من خلايا جذعية جنينية بشرية في المختبر. كانت الخطوة الصعبة هي حث الخلايا على التخلص من نواتها، وقد تحقق ذلك بتنمية الخلايا في خلايا سدوية في نخاع العظام. ويؤمل أن كريات الدم الحمراء الاصطناعية هذه يمكن استخدامها في نهاية المطاف في عمليات نقل الدم.[103]

تشمل الاختبارات الدموية تعداد كريات الدم الحمراء، وحساب الهيماتوكريت (النسبة المئوية لحجم الدم الذي تشغله كريات الدم الحمراء)، سرعة ترسب الدم.[104] كما تُحدد فصيلة الدم للتحضير لنقل الدم أو زرع الأعضاء.[105]

تأثير تغير الضغط التناضحي على الكريات الحمراء

يتم تشخيص العديد من الأمراض الدموية باللطاخة الدموية (أو لطاخة الدم المحيطية)، حيث يتم مد طبقة رقيقة من الدم على شريحة مجهرية.[106] قد يكشف هذا عن تشوهات في شكل وهيئة كريات الدم الحمراء. عندما تتكدس كريات الدم الحمراء أحياناً ككومة، بحيث يكون الجانب المسطح للكرية بجانب الجانب المسطح للأخرى، يُعرف هذا بتكوين النضائد، ويحدث في كثير من الأحيان في حال كانت مستويات بعض بروتينات المصل مرتفعة، كما هو الحال أثناء الحوادث الالتهابية.[107]

من الاختبارات الأخرى، اختبار الهشاشة التناضحية (OFT) ^{[الإنجليزية]} الذي يستخدم لقياس مقاومة كريات الدم الحمراء للانحلال أثناء التعرض لمستويات مختلفة من التمديد بمحلول ملحي.[108]

يمكن الحصول على كريات الدم الحمراء من الدم الكامل عن طريق الطرد المركزي، الذي يفصل الكريات الحمر عن بلازما الدم في عملية تعرف باسم تجزئة الدم.[109] تستخدم كريات الدم الحمراء المكدسة، الناتجة عن فصل مكونات الدم الكامل، في نقل الدم.[110]

حاول بعض الرياضيين تحسين أدائهم عن طريق التنشيط بالدم: أولاً يُؤخذ حوالي لتر واحد من دمهم، حيث تُعزل كريات الدم الحمراء وتُجمد وتُخزن، ليتم حقنها قبل المنافسة بوقت قصير. (يمكن الحفاظ على كريات الدم الحمراء لمدة 5 أسابيع عند −79 درجة مئوية أو −110 درجة فهرنهايت، أو أكثر من 10 سنوات باستخدام واقيات التجمد ^{[الإنجليزية]}[111]) من الصعب اكتشاف هذه الممارسة ولكنها قد تُعرض للخطر الجهاز القلبي الوعائي البشري غير المجهز للتعامل مع دم شديد اللزوجة. طريقة أخرى للتنشيط بالدم تتضمن حقن الإريثروبويتين من أجل تحفيز إنتاج كريات الدم الحمراء. كلتا الممارستين ممنوعتين من قبل الوكالة العالمية لمكافحة المنشطات.[112]