Produkcja czerwonych krwinek (erytropoeza)
Czerwone krwinki są produkowane w sposób ciągły w szpiku niektórych kości. Jak stwierdzono powyżej, u dorosłych główne miejsca produkcji czerwonych krwinek, zwane erytropoezą, to przestrzenie szpikowe kręgów, żeber, mostka i miednicy. W szpiku kostnym krwinki czerwone pochodzą z prymitywnego prekursora lub erytroblastu, komórki jądrzastej, w której nie ma hemoglobiny. Proliferacja następuje w wyniku kilku kolejnych podziałów komórkowych. Podczas dojrzewania w komórce pojawia się hemoglobina, a jądro staje się stopniowo coraz mniejsze. Po kilku dniach komórka traci jądro, a następnie jest wprowadzana do krwiobiegu w kanałach naczyniowych szpiku. Każdego dnia powstaje prawie 1 procent krwinek czerwonych, a równowaga między wytwarzaniem krwinek czerwonych a usuwaniem starzejących się krwinek czerwonych z krążenia jest precyzyjnie utrzymywana. Kiedy krew jest tracona z krążenia, erytropoetyczna aktywność szpiku wzrasta aż do przywrócenia normalnej liczby krążących komórek.
W normalnej dorosłej osoby czerwone krwinki około pół litra (prawie jedna pinta) krwi są produkowane przez szpik kostny co tydzień. Do tego procesu wymagana jest pewna liczba substancji odżywczych. Niektóre składniki odżywcze są budulcem, z którego składają się czerwone krwinki. Na przykład, aminokwasy są potrzebne w dużych ilościach do budowy białek czerwonych krwinek, w szczególności hemoglobiny. Żelazo jest również niezbędnym składnikiem hemoglobiny. Do wytworzenia jednej kwarty krwi potrzebna jest około jedna czwarta grama żelaza. Inne substancje, wymagane w ilościach śladowych, są potrzebne do katalizowania reakcji chemicznych, w wyniku których powstają czerwone krwinki. Ważne wśród nich jest kilka witamin, takich jak ryboflawina, witamina B12, i kwas foliowy, niezbędne do dojrzewania rozwijających się czerwonych krwinek, a witamina B6 (pirydoksyna), wymagane do syntezy hemoglobiny. Wydzieliny kilku gruczołów dokrewnych wpływają na produkcję czerwonych krwinek. Jeśli jest niewystarczająca podaż hormonu tarczycy, erytropoeza jest opóźniona i pojawia się niedokrwistość. Męski hormon płciowy, testosteron, stymuluje produkcję czerwonych krwinek; z tego powodu liczba czerwonych krwinek u mężczyzn jest wyższa niż u kobiet.
Zdolność szpiku kostnego do produkcji czerwonych krwinek jest ogromna. Po pobudzeniu do szczytowej aktywności i przy odpowiednim zaopatrzeniu w substancje odżywcze, szpik może zrekompensować utratę kilku litrów krwi tygodniowo. Krwotok lub przyspieszone niszczenie czerwonych krwinek prowadzi do wzmożonej aktywności szpiku. Szpik może zwiększyć produkcję czerwonych krwinek do ośmiu razy szybciej niż zwykle. Po tym czasie, jeśli utrata krwi trwa nadal, rozwija się niedokrwistość. Tempo erytropoezy jest wrażliwe na napięcie tlenowe krwi tętniczej. Kiedy napięcie tlenu spada, produkowana jest większa ilość czerwonych krwinek, a ich liczba wzrasta. Z tego powodu osoby, które żyją na dużych wysokościach, mają wyższą liczbę czerwonych krwinek niż osoby żyjące na poziomie morza. Na przykład, istnieje niewielka, ale znacząca różnica pomiędzy średnią liczbą czerwonych krwinek u osób mieszkających w Nowym Jorku, na poziomie morza, a osobami mieszkającymi w Denver, Colo, ponad 1,5 km (1 mila) nad poziomem morza, gdzie ciśnienie atmosferyczne jest niższe. Rdzenni mieszkańcy Andów, żyjący prawie 5 km (3 mile) nad poziomem morza, mają bardzo wysokie liczby czerwonych krwinek.
Stawka produkcji erytrocytów jest kontrolowana przez hormon erytropoetyny, który jest produkowany w dużej mierze w nerkach. Kiedy zmniejsza się liczba krążących czerwonych krwinek lub kiedy zmniejsza się ilość tlenu transportowanego przez krew, niezidentyfikowany czujnik wykrywa tę zmianę i zwiększa się produkcja erytropoetyny. Substancja ta jest następnie transportowana przez osocze do szpiku kostnego, gdzie przyspiesza produkcję czerwonych krwinek. Mechanizm działania erytropoetyny działa jak termostat, zwiększając lub zmniejszając tempo produkcji czerwonych krwinek w zależności od potrzeb. Kiedy osoba, która żyła na dużych wysokościach przenosi się do środowiska na poziomie morza, produkcja erytropoetyny jest tłumiona, tempo produkcji czerwonych krwinek spada, a liczba czerwonych krwinek spada aż do osiągnięcia normalnej wartości na poziomie morza. Po utracie jednej pinty krwi, mechanizm erytropoetyny jest aktywowany, produkcja czerwonych krwinek jest zwiększona i w ciągu kilku tygodni liczba krążących czerwonych krwinek została przywrócona do normalnej wartości. Precyzja kontroli jest niezwykła, tak że liczba nowych czerwonych krwinek produkowanych dokładnie kompensuje liczbę komórek utraconych lub zniszczonych. Erytropoetyna została wyprodukowana in vitro (poza organizmem) za pomocą techniki inżynierii genetycznej (rekombinowanego DNA). Oczyszczony, rekombinowany hormon jest obiecujący dla osób z przewlekłą niewydolnością nerek, u których rozwija się niedokrwistość z powodu braku erytropoetyny.
.