Erythrocyte fragility

Erythrocyte fragility refers to the propensity of erythrocytes (red blood cells, RBC) to hemolyse (rupture) under stress. It can be thought of as the degree or proportion of hemolysis that occurs when a sample of red blood cells are subjected to stress (typically physical stress, and most commonly osmotic and/or mechanical stress). Depending on the application as well as the kind of fragility involved, the amount of stress applied and/or the significance of the resultant hemolysis may vary.

When multiple levels of stress are applied to a given population/sample of cells, a fragility profile can be obtained by measuring the relative or absolute extent of hemolysis existing at each such level,^[1] in addition to finding one or more single-number indexes^[2] (either measured directly or interpolated) associated with particular respective levels of hemolysis and/or corresponding stress. Fragility testing can be useful to assess cells' ability (or lack thereof) to withstand sustained or repeated stress. Moreover, it can be used to assess how fragility itself varies under different or changing environmental or stress conditions, during or prior to the inducement of the hemolysis. Low fragility is often termed "stability," though technically stability refers to cells' resistance to both stress-induced lysis and spontaneous auto-lysis.

Osmotic fragility (OF) refers to the degree or proportion of hemolysis that occurs when a sample of red blood cells are subjected to osmotic stress by being placed in a hypotonic solution. Osmotic fragility is affected by various factors, including membrane composition and integrity as well as the cells' sizes or surface-area-to-volume ratios.^[3][4][5]

The osmotic fragility test is common in hematology, and is often performed to aid with diagnosis of diseases associated with RBC membrane abnormalities. Some diseases linked to increased OF include hereditary spherocytosis and hypernatremia, while some linked to decreased OF include chronic liver disease, iron deficiency anemia, thalassemia, hyponatremia, polycythemia vera, hereditary xerocytosis,^[6] and sickle cell anemia after splenectomy.^[7]

Neue Ansätze zur Untersuchung von OF werden derzeit entwickelt, um dessen Einsatz bei der Krankheitsdiagnose und beim Screening zu erleichtern, beispielsweise durch die Verwendung mikrofluidischer Geräte in Kombination mit Zellzählungen. ^{[ 8 ]}

Mechanische Fragilität (MF) bezeichnet den Grad der Hämolyse , der auftritt, wenn eine Probe roter Blutkörperchen mechanischer Belastung, wie beispielsweise (typischerweise) Scherkräften , ausgesetzt wird . Im Gegensatz zur osmotischen Fragilität hat sich jedoch noch kein einheitliches Testverfahren für die mechanische Fragilität ausreichend durchgesetzt, um eine Standardisierung zu ermöglichen. ^{[ 9 ]} Dies hat dazu geführt, dass einige Versicherungen die Kosten für den Test derzeit nicht übernehmen. ^{[ 10 ]}

Die mechanische Fragilität von Erythrozyten kann in der Diagnostik ^{[ 11 ]} , bei Kalibrierungen zum Vergleich der durch Blutverarbeitungsgeräte verursachten Hämolyse ^{[ 9 ]} oder bei der Beurteilung subletaler (d. h. nicht-hämolysierender) Zellschäden durch Geräte, die Blut manipulieren (z. B. bei der Dialyse ^{[ 12 ]} oder intraoperativen Autotransfusion ^{[ 13 ]} ), Anwendung finden. Sie kann auch zur Beurteilung von Schäden an gelagerten Erythrozytenkonzentraten ^{[ 14 ]} (sogenannte „Lagerungsschäden“) beitragen und somit Anwendungen in der Bluttransfusion und im Blutbankwesen ermöglichen .

Es ist außerdem bemerkenswert, dass ein qualitativer Unterschied zwischen einem mechanischen Fragilitätstest mit vergleichsweise geringerer Energiebelastung, beispielsweise durch Schütteln eines oder mehrerer Kügelchen in Gegenwart der Probe (ein gängiges Verfahren ^{[ 15 ]} ), und einem Test mit höherer Energiebelastung, beispielsweise durch Ultraschallbehandlung der Probe, bestehen kann ^{[ 16 ]} . Der Unterschied liegt darin, dass die geringere Energiebelastung die Eigenschaften der Zellmembran stärker widerspiegelt, während die höhere Energiebelastung vorwiegend andere Eigenschaften wie die Hämoglobinviskosität und die Zellgröße erfasst. Viskose oder fluidisch-mechanische Belastungen können beiden Kategorien angehören.

Bei Sichelzellanämie, Thalassämie, hereditärer Sphärozytose usw. ist die mechanische Fragilität erhöht.

Die Anfälligkeit für Hämolyse aufgrund anderer Ursachen als osmotischer oder mechanischer Kräfte ist seltener, wird aber mitunter im Zusammenhang mit Fragilität oder Stabilität beschrieben. Beispielsweise können Photonen oder Radikale Hämolyse auslösen. Erythrozyten/rote Blutkörperchen (Erythrozyten) werden neben der Fragilität auch auf verwandte Membraneigenschaften wie Verformbarkeit und Zellmorphologie untersucht. Die Morphologie lässt sich anhand von Indizes messen, die Formveränderungen und Unterschiede zwischen den Zellen charakterisieren. Die Verformbarkeitsprüfung misst, wie leicht sich Zellen unter einer bestimmten Krafteinwirkung verformen oder ihre Form verändern – oder lässt sich indirekt darauf zurückführen. Weitere verwandte Eigenschaften roter Blutkörperchen sind Adhäsion und Aggregation, die zusammen mit der Verformbarkeit oft als Fließeigenschaften der Erythrozyten bezeichnet werden.