I. CẤU TẠO

1. HÌNH DÁNG VÀ KÍCH THƯỚC.
Hồng cầu trưởng thành, lưu thông trong máu là tế bào không có nhân. Ở điều kiện tự nhiên, nó có hình đĩa lõm hai mặt, đường kính khoảng 7,2mm, bề dày ở ngoại vi là 2,2mm, ở trung tâm là 1mm
    Thể tích một hồng cầu là 83mm³ (83femtolit). Nhờ có tính đàn hồi tốt mà hồng cầu dễ dàng thay đổi hình dạng khi đi qua các mao mạch. Diện tích bề mặt hồng cầu lớn (do có hai mặt lõm), vì vậy khi hồng cầu biến dạng màng hồng cầu không bị căng và vỡ ra. Nếu tính diện tích toàn bộ màng hồng cầu trong cơ thể cộng lại, có thể lên đến 3000m².
2. THÀNH PHẦN.
 Tỷ lệ thành phần của hồng cầu

Hồng cầu có một cấu trúc đặc biệt với nhiều thành phần khác nhau. Nó gồm một nền do protein và lipid tạo nên. Đa số lipid đều kết hợp với protein tạo thành lipoprotein. Trong nền còn có glucose, clorua, phosphat... Nền và màng chiếm 2 -5% trọng lượng hồng cầu. Giữa các mắt của nền có hemoglobin. Hai thành phần quan trọng nhất của hồng cầu được nghiên cứu nhiều đó là màng hồng cầu và hemoglobin. Màng hồng cầu mang nhiều kháng nguyên nhóm máu. Hemoglobin là thành phần quan trọng trong sự vận chuyển khí của máu.
3. SỐ LƯỢNG.
Người trưởng thành, ở máu ngoại vi có 3,8 x 10¹² hồng cầu/lít (đối với nữ); 4,2 x10¹² hồng cầu/lít (đối với nam). Trẻ mới sinh, ở ngày đầu số lượng hồng cầu rất cao (5,0 x10¹² hồng cầu/lít). Sau đó, do hiện tượng tan máu, số lượng hồng cầu giảm dần. Trẻ em dưới 15 tuổi có số lượng hồng cầu thấp hơn người trưởng thành 0,1 - 0,2 x 10¹² hồng cầu/lít. Số lượng hồng cầu ổn định ở tuổi trưởng thành.
Số lượng hồng cầu tăng lên sau bữa ăn, khi lao động thể lực, sống ở trên núi cao 700 - 1000m, khi ra nhiều mồ hôi, đái nhiều, ỉa chảy, bỏng mất huyết tương, trong bệnh đa hồng cầu, bệnh tim bẩm sinh.... Số lượng hồng cầu giảm lúc ngủ, khi uống nhiều nước, cuối kỳ hành kinh, sau đẻ, đói lâu ngày, ở nơi có phân áp oxy cao, các loại bệnh thiếu máu, suy tuỷ, nhiễm độc, chảy máu trong, chảy máu do vết thương...
4. QUÁ TRÌNH SINH HỒNG CẦU
4.1. Nguồn gốc và các giai đoạn phát triển của hồng cầu
Những tuần đầu của thai nhi hồng cầu có nhân được lá thai giữa sản xuất. Từ tháng thứ hai trở đi gan, lách, sau đó là hạch bạch huyết cũng sản xuất ra hồng cầu có nhân. Từ tháng thứ 5 của kỳ phát triển thai, tuỷ xương bắt đầu sản xuất hồng cầu và từ đó trở đi, tuỷ xương là nơi duy nhất sinh ra hồng cầu. Sau tuổi 20 các tuỷ xương dài bị mỡ hoá, còn tuỷ xương xốp như xương sống, xương sườn, xương ức, xương chậu sản xuất hồng cầu. Vì vậy tuổi già dễ bị thiếu máu hơn.
Tế bào tuỷ xương là tế bào gốc vạn năng có khả năng duy trì nguồn cung cấp tế bào gốc và phát triển thành tế bào gốc biệt hoá để tạo ra các dòng khác nhau của tế bào máu (theo thuyết một nguồn gốc). Tế bào gốc biệt hoá sinh ra hồng cầu được gọi là đơn vị tạo cụm của dòng hồng cầu: C.F.U.E (Colony forming unit erythrocyt). Sau đó các tế bào dòng hồng cầu trải qua các giai đoạn sau đây.
  Tiền nguyên hồng cầu (proerythoblast)
        Nguyên hồng cầu ưa kiềm( normoblast ưa kiềm) à  Nguyên hồng cầu đa sắc (normoblast đa sắc) à  Nguyên hồng cầu (normoblast) à Hồng cầu lưới (reficulocyt) à Hồng cầu trưởng thành (erythrocyt)
Nhân của nguyên hồng cầu mất đi khi nồng độ hemoglobin trong bào tương cao > 34%. Hồng cầu chính thức không có nhân xuyên mạch rời bỏ tuỷ xương vào hệ tuần hoàn chung. Hồng cầu lưới cũng có khả năng vào máu như hồng cầu trưởng thành nhưng tỷ lệ rất thấp chỉ chiếm 1% tổng số lượng hồng cầu ở máu ngoại vi, khoảng 1-2 ngày sau hồng cầu lưới trở thành hồng cầu trưởng thành. Hồng cầu sống trong máu khoảng 120 ngày (người da trắng), gần 120 ngày (người Việt).
Hệ thống enzym nội bào hồng cầu luôn luôn tổng hợp ATP từ glucose để duy trì tính đàn hồi của màng tế bào, duy trì vận chuyển ion qua màng, giữ cho sắt luôn luôn có hoá trị 2, đồng thời ngăn cản sự oxy hoá protein trong hồng cầu. Trong quá trình sống, hệ thống enzym giảm dần, hồng cầu già cỗi, màng hồng cầu kém bền và dễ vỡ.
Một phần hồng cầu tự huỷ trong máu, còn đại bộ phận hồng cầu bị huỷ trong tổ chức võng - nội mô của lách, gan, tuỷ xương. Hemoglobin được giải phóng ra bị thực bào ngay bởi các đại thực bào lách, gan, tuỷ xương. Đại thực bào giải phóng sắt vào máu và nó được vận chuyển dưới dạng ferritin. Phần porphyrin của hem trong đại thực bào được chuyển thành sắc tố bilirubin giải phóng vào máu, rồi qua gan để bài tiết theo mật.
4.2.Các nguyên liệu cần thiết cho quá trình sinh hồng cầu
Để tạo thành hồng cầu, trong cơ thể có hai quá trình song song: sự tạo thành tế bào hồng cầu và sự tổng hợp hemoglobin. Đây là những quá trình rất phức tạp, đòi hỏi nhiều nguyên liệu như protein, cholin, thymidin, acid nicotinic, thiamin, pyridoxin, acid folic, vitamin B12, Fe⁺⁺, nhiều enzym và chất xúc tác cho quá trình tổng hợp này.
 Vitamin B12 và acid folic rất cần cho quá trình tổng hợp thymidintriphosphat, một trong những thành phần quan trọng của DNA. Thiếu vitamin B12 và acid folic sẽ làm giảm DNA, tế bào sẽ không phân chia và không trưởng thành được.Lúc này các nguyên hồng cầu trong tuỷ xương có kích thước lớn hơn bình thường, được gọi là nguyên bào khổng lồ. Tế bào to ra là vì lượng DNA không đủ nhưng lượng RNA lại tăng dần lên hơn bình thường, tế bào tăng tổng hợp hemoglobin hơn và các bào quan cũng nhiều hơn. Các hồng cầu trưởng thành sẽ có hình bầu dục không đều, màng mỏng hơn và đời sống sẽ ngắn hơn (chỉ bằng 1/3 - 1/2 thời gian của hồng cầu bình thường).
 Vitamin B12 qua đường tiêu hoá kết hợp với yếu tố nội (tế bào viền tuyến dạ dày bài tiết). Phức hợp này gắn vào receptor màng tế bào niêm mạc hồi tràng và vitamin B12 được hấp thu theo cơ chế ẩm bào. Vitamin B12 vào máu, dự trữ ở gan. Nhu cầu vitamin B12 là 1 - 3 mg/24h. Trong khi đó sự dự trữ vitamin B12 của gan có thể gấp 1000 lần nhu cầu của cơ thể trong một ngày.
Thành phần thứ hai không kém phần quan trọng là sắt. Sắt được hấp thu theo đường tiêu hoá vào máu. Trong máu, sắt được kết hợp với một globulin là apotransferrin để tạo thành transferrin vận chuyển trong huyết tương (vì sắt liên kết với globulin rất lỏng lẻo). Sắt được vận chuyển tới các mô đặc biệt: tổ chức võng - nội mô và gan. Tại đây, sắt được giải phóng ra và được tế bào hấp thu.     
Trong bào tương, sắt kết hợp với một protein là apoferritin để tạo thành ferritin là dạng dự trữ sắt. Một lượng nhỏ sắt được dự trữ ở dạng hemosiderin trong tế bào. Đặc tính duy nhất của transferrin là nó gắn rất mạnh với receptor màng tế bào nguyên hồng cầu. Trong tế bào, transferrin giải phóng sắt vào ty lạp thể. Tại đây diễn ra quá trình tổng hợp hem. Mỗi ngày một người trưởng thành cần 1mg sắt. Phụ nữ cần sắt nhiều gấp đôi so với nam giới vì bị mất máu qua máu kinh nguyệt. Sắt bị thải hàng ngày qua phân và mồ hôi.
Sắt được hấp thu ở ruột nhờ apoferritin do gan sản xuất, bài tiết theo mật vào tá tràng. Apoferritin gắn với sắt tự do hoặc với sắt của hemoglobin, myoglobin để tạo thành transferrin.Transferrin gắn vào receptor tế bào niêm mạc ruột, rồi vào máu. Sắt được hấp thu rất chậm và rất ít, mặc dù sắt được ăn vào theo thức ăn là khá nhiều. Khi apoferritin trong cơ thể bão hoà sắt thì transferrin không giải phóng sắt cho các mô và cũng không nhận sắt từ ruột, hấp thu sắt bị ngừng lại.      
Khi cơ thể thừa sắt, gan giảm sản xuất apoferritin làm cho apoferritin trong máu và mật giảm và cũng làm giảm hấp thu sắt. Trong trường hợp ăn quá nhiều sắt, sắt vào máu nhiều dẫn đến lắng đọng hemosiderin trong các tế bào võng - nội mô, gây độc hại cho tế bào này.
4.3. Sự điều hoà quá trình sinh hồng cầu
Số lượng hồng cầu ở máu ngoại vi được điều hoà hằng định nhằm cung cấp đủ oxy cho tế bào hoạt động. Sự tăng trưởng và sinh sản của các tế bào gốc được kiểm soát bởi các protein kích thích tăng trưởng, ví dụ như interleukin 3.
Các tế bào gốc biệt hoá đến lượt mình lại chịu sự kích thích tăng trưởng của các chất gây biệt hoá, mà các chất này lại được rất nhiều cơ quan như thận, gan... sản xuất khi chúng bị thiếu oxy.
Bệnh nhân bị thiếu máu do mất máu, bị giảm chức năng tuỷ xương khi bị chiếu xạ, những người sống ở vùng núi cao có nồng độ oxy trong không khí thấp hơn bình thường, bệnh nhân bị suy tim, các bệnh về phổi có giảm trao đổi khí ở phổi... đều gây ra thiếu oxy ở các mô làm cho quá trình oxy hoá ở các mô bị giảm đi.
Khi các mô bị thiếu oxy chúng sản xuất ra erythropoietin. Erythropoietin là một glucoprotein có TLPT là 34000. Bình thường 80-90% erythropoietin là do thận sản xuất, còn lại là do gan sản xuất. Một số mô khác cũng sản xuất erythropoietin, nhưng không đáng kể. Vì vậy chúng ta có thể gặp bệnh nhân thiếu máu do suy thận mãn tính. Khi thận và gan thiếu oxy, erythropoietin sẽ được sản xuất sau vài phút hoặc sau vài giờ.
Erythropoietin do thận sản xuất ở dạng chưa hoạt động gọi là erythogenin. Nhờ kết hợp với một globulin (do gan sản xuất) erythogenin chuyển thành erythropoietin hoạt động. Erythropoietin có tác dụng: kích thích quá trình chuyển C.P.U.E thành tiền nguyên hồng cầu và kích thích chuyển nhanh các hồng cầu non thành hồng cầu trưởng thành.
5. SỨC BỀN HỒNG CẦU
 Màng hồng cầu là một màng bán thấm. Nước có thể qua màng hồng cầu khi áp xuất thẩm thấu bên trong và bên ngoài hồng cầu khác nhau. Người ta xác định sức bền hồng cầu bằng dung dịch muối NaCl nhược trương có nồng độ khác nhau từ 0,02% một ( phương pháp Hamberger).
Hồng cầu trong dung dịch muối NaCl nhược trương bị trương to lên và vỡ ra do nước từ dung dịch muối vào trong hồng cầu.Khi hồng cầu vỡ, hemoglobin giải phóng vào dung dịch và làm cho nó có màu hồng. Một số hồng cầu bắt đầu vỡ trong dung dịch muối NaCl nhược trương 0,44%. Nồng độ muối NaCl 0,44% được gọi là sức bền tối thiểu của hồng cầu. Toàn bộ hồng cầu vỡ hết trong dung dịch NaCl nhược trương 0,34%. Nồng độ muối NaCl 0,34% được gọi là sức bền tối đa của hồng cầu.
Sức bền của hồng cầu giảm trong bệnh vàng da huỷ huyết, tăng lên sau cắt lách.
6. TỐC ĐỘ LẮNG HỒNG CẦU
Máu được chống đông, đặt trong ống nghiệm, hồng cầu lắng xuống dưới, huyết tương nổi lên trên. Điều đó xảy ra là do tỷ trọng của hồng cầu (1,097) cao hơn tỷ trọng của huyết tương (1,028). Khi có quá trình viêm diễn ra trong cơ thể làm hàm lượng các protein máu thay đổi, cân bằng điện tích protein huyết tương thay đổi, điện tích màng hồng cầu cũng bị biến đổi theo, hồng cầu dễ dính lại với nhau hơn và làm cho nó lắng nhanh hơn.
Như vậy tốc độ lắng máu càng cao thì quá trình viêm đang diễn ra trong cơ thể càng mạnh. Chỉ số tốc độ lắng hồng cầu là chiều cao cột huyết tương tính bằng mm  trong 1h, 2h và 24h.
7.  HEMOGLOBIN
7.1. Cấu trúc của Hemoglobin.
Hemoglobin (Hb) là 1 protein màu, phức tạp thuộc nhóm chromoproteid màu đỏ, có nhóm ngoại là hem. Hb là thành phần chủ yếu của hồng cầu, chiếm 28% và tương ứng với 14,6g trong 100 ml máu. TLPT của Hb là 64.458.
Hb gồm 2 phần: hem và globin. Mỗi phân tử Hb có 4 hem và 1 globin. Nó được tạo thành từ 4 dưới đơn vị. Mỗi dưới đơn vị là 1 hem kết hợp với globin.
Globin có cấu trúc là các chuỗi polypeptid. Ở người lớn, 4 chuỗi polypeptid giống nhau từng đôi một: 2 chuỗi a và 2 chuỗi b. Các dưới đơn vị liên kết với nhau bằng liên kết yếu: liên kết ion, liên kết hydro, tạo nên cấu trúc bậc 4 của phân tử Hb (hình 3.2). Ở chuỗi polypeptid của mỗi dưới đơn vị có 1 hốc chứa hem. Trung tâm của phân tử Hb có 1 hốc rỗng gọi là hốc trung tâm (hình 3.3). Hốc trung tâm tiếp nhận phân tử 2,3 diphosphoglycerat (2,3 DPG) và sự kết hợp của hốc trung tâm với 2,3 DPG có vai trò điều hoà ái lực của Hb với 0xy.
Thành phần thứ 2 của Hb là hem. Sắc tố hem thuộc loại porphyrin là những chất có khả năng kết hợp với nguyên tử kim loại. Hem ở người là porotophyrin IX kết hợp với Fe⁺⁺. Hem có 4 nhân pyrol liên kết với nhau bằng cầu nối menten     (-CH=). Vòng porphyrin có gắn các gốc metyl (-CH₃) ở vị trí 1, 3, 5, 8; các gốc vinyl (-CH=CH₂) ở vị trí 2,4; các gốc propionyl (-CH₂ - CH₂ - C00H) ở vị trí 6,7. Fe⁺⁺ gắn với đỉnh phía trong của nhân pyrol bằng hai liên kết đồng hoá trị và hai liên kết phối trí và với globin qua gốc histidin (hình 3.4).
Porphyrin là phổ biến trong thế giới sinh vật. Porphyrin kết hợp với Mg⁺⁺ tạo thành chất diệp lục của thực vật.
Hem có thể kết hợp với nhiều chất khác nhau. Nếu hem kết hợp với globin thì tạo thành Hb. Nếu hem kết hợp với albumin, NH₃, pyridin, nicotin... tạo nên chất gọi là hemochromogen. Hem phản ứng với NaCl trong môi trường acid tạo ra chloruahem (hemin). Phản ứng này được sử dụng trong pháp y.
7.2 Các loại hemoglobin ở người.
Hemogobin khác nhau ở phần cấu tạo globin. Hb của thai nhi là HbF. Globin của HbF gồm hai chuỗi a và hai chuỗi g. Hb của người lớn là HbA. Globin của HbA gồm hai chuỗi a và hai chuỗi b (vị trí thứ 3 của chuỗi b là glutamin được thay bằng threonin ở chuỗi  g). Hb của bệnh nhân mắc bệnh thiếu máu có hồng cầu hình lưỡi liềm là HbS (HbB) vị trí thứ 6 của chuối b là valin được thay bằng glutamin. Loại hồng cầu này rất dễ vỡ khi qua mao mạch nhỏ. HbC và HbD là các Hb bình thường gặp ở một số chủng tộc người Châu Phi.
Có nhiều phương pháp định lượng Hb, kể cả các phương pháp không chảy máu. Bình thường người Việt có Hb là 14,6g (đối với nam) và 13,3g (đối với nữ) trong 100ml máu. Đếm số lượng hồng cầu và định lượng Hb là những xét nghiệm quan trọng trong đánh giá sự thiếu máu, thiếu máu đẳng sắc (giá trị hồng cầu =1), thiếu máu ưu sắc (giá trị hồng cầu >1) và thiếu máu nhược sắc (giá trị hồng cầu <1).
7.3. Chức năng của hemoglobin.
- Hemoglobin kết hợp với oxy tạo thành oxyhemoglobin (Hb0₂). Khả năng kết hợp lỏng lẻo và thuận nghịch tạo điều kiện cho việc Hb nhận oxy ở phổi rồi vận chuyển đến mô giải phóng oxy cho tế bào. Oxy kết hợp với Hb ở phần Fe⁺⁺ của hem.
Mỗi Hb có 4 hem, mỗi hem có 1Fe^{++ .} Như vậy về mặt lý thuyết một phân tử Hb có thể kết hợp bão hoà với 4 phân tử oxy. Thực tế trong cơ thể điều này rất khó xảy ra vì không bao giờ có sự bão hoà 100% Hb0₂. Sự kết hợp giữa oxy với Fe⁺⁺ xảy ra như sau: Khi một phân tử oxy gần tới Fe⁺⁺ (do oxy khuyếch tán từ phế nang vào máu, từ máu vào trong hồng cầu) thì cùng một lúc xảy ra hai mối liên kết: Fe⁺⁺-0₂- và Fe⁺⁺-N⁺- (nitơ của nhóm imidazol). Lúc này oxy mang điện tích âm vì nhận điện tử của nitơ. Fe⁺⁺ lúc này trở thành một acid yếu. Vì một lý do nào đó mà không có mối liên kết Fe⁺⁺-N⁺-, lúc này oxy không liên kết với Fe⁺⁺ mà lại nhận điện tử của Fe⁺⁺ , Hb chuyển thành methemoglobin, làm cho Hb mất khả năng vận chuyển oxy. Imidazol định hướng trên bề mặt hem là nguyên nhân tạo ra mối liên kết Fe⁺⁺-N⁺- .
Sự kết hợp và phân ly Hb0₂ chịu ảnh hưởng của p0₂, pC0₂, pH, nhiệt độ máu.
- Hemoglobin kết hợp với carbonic tạo thành carbohemoglobin (HbC0₂). Đây cũng là một phản ứng thuận nghịch. Sự kết hợp xảy ra ở mô, sự phân ly xảy ra ở phổi. Carbonic kết hợp với Hb ở nhóm amin của globin nên gọi là phản ứng các carbamin. Carbonic được vận chuyển ở dạng HbC0₂ không nhiều, chỉ chiếm 6,5% tổng số C0₂ vận chuyển trong máu.
- Hemoglobin kết hợp với carbonmonocid tạo thành Carboxyhemoglobin (HbC0). HbC0 rất bền vững và không còn khả năng vận chuyển oxy vì ái lực của Hb với C0 rất cao, gấp 210 lần ái lực của Hb với 0₂, thậm trí C0 còn đẩy được 0₂ ra khỏi Hb0₂. Khi ngộ độc C0, cần cho thở 0₂ phân áp cao để tái tạo lại oxyhemoglobin
- Hemoglobin có tính chất đệm. Hệ đệm hemoglobin là một trong các hệ đệm quan trọng của máu, đó là hệ đệm HHb/KHb và hệ đệm HHbC0₂/KHb0₂.
Khả năng đệm của Hb là đáng kể vì hàm lượng Hb trong máu khá cao và chiếm khoảng 35% dung tích đệm của máu.
- Trong quá trình chuyển hoá Hb, cơ thể tạo ra sắc tố mật. Sắc tố mật không có chức năng sinh lý nhưng nó là chất chỉ thị màu đối với các nhà lâm sàng, nó cho ta biết mật có mặt ở đâu, qua đó đánh giá chức năng gan mật.

II. CHỨC NĂNG

1. Chức năng vận chuyển khí oxy và carbonic.
Hồng cầu vận chuyển khí oxy từ phổi đến mô và vận chuyển khí carbonic từ mô đến phổi nhờ chức năng của hemoglobin.

Mặt khác C0₂ ở mô sau khi khuyếch tán vào trong hồng cầu thì tại đây đã diễn ra quá trình C0₂ + H₂0 ® H₂C0₃ nhờ men xúc tác carboanhydrase (men này có nhiều trong hồng cầu). Sau đó H₂C0₃ phân ly ®H⁺ + HC0₃^- . Nhờ hiệu ứng Hamburger mà HC0₃^-  được khuyếch tán rất nhiều từ trong hồng cầu chuyển sang huyết tương tạo ra dạng vận chuyển C0₂ quan trọng nhất của máu (C0₂  được vận chuyển dưới dạng HC0₃^- ). Như vậy hồng cầu đã đóng vai trò quan trọng bậc nhất trong sự vận chuyển C0₂ ở dạng HC0₃^- của huyết tương.
2. Chức năng điều hoà cân bằng acid - base của máu.
Chức năng này do hệ đệm hemoglobinat đảm nhiệm. Đồng thời với hệ đệm của Hb,  hồng cầu còn tạo ra HC0₃^- trong qúa trình vận chuyển C0₂, nên nó đã tạo ra hệ đệm bicarbonat HC0₃/H₂C0₃, hệ đệm quan trọng nhất của máu.
3. Chức năng tạo độ nhớt của máu.
Hồng cầu là thành phần chủ yếu tạo độ nhớt của máu, nhờ độ nhớt mà tốc độ tuần hoàn, nhất là tuần hoàn mao mạch, hằng định. Tốc độ tuần hoàn hằng định là điều kiện thuận lợi cho sự trao đổi vật chất giữa tế bào và máu. Khi độ nhớt của máu thay đổi sẽ gây ra thay đổi tốc độ tuần hoàn và làm rối loạn trao đổi vật chất của tế bào.