สัตว์มีกระดูกสันหลังส่วนใหญ่ รวมทั้งสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและมนุษย์ มีเซลล์เม็ดเลือดแดง เซลล์เม็ดเลือดแดงเหล่านี้เป็นเซลล์ที่มีอยู่ในเลือดเพื่อขนส่งออกซิเจน สัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดเดียวที่ทราบกันว่าไม่มีเซลล์เม็ดเลือดแดงคือจระเข้น้ำแข็ง (วงศ์Channichthyidae ) พวกมันอาศัยอยู่ในน้ำเย็นที่มีออกซิเจนสูงมากและขนส่งออกซิเจนที่ละลายอยู่ในเลือดอย่างอิสระ^{[ 11 ]}แม้ว่าพวกมันจะไม่ใช้ฮีโมโกลบินแล้ว แต่ก็ยังพบร่องรอยของยีนฮีโมโกลบินใน จี โนม ของพวกมัน ^{[ 12 ]}

เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์มีกระดูกสันหลังส่วนใหญ่ประกอบด้วยฮีโมโกลบิน ซึ่งเป็น โปรตีนโลหะเชิงซ้อนที่มีกลุ่มฮีม โดยอะตอมเหล็กจะจับกับโมเลกุลออกซิเจน ( ) ชั่วคราวในปอดหรือเหงือกและปล่อยไปทั่วร่างกาย ออกซิเจนสามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้ม เซลล์เม็ดเลือดแดงได้ง่าย ฮีโมโกลบินในเซลล์เม็ดเลือดแดงยังนำคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นของเสียบาง ส่วนกลับจากเนื้อเยื่อด้วย อย่างไรก็ตาม คาร์บอนไดออกไซด์ที่เป็นของเสียส่วนใหญ่จะถูกขนส่งกลับไปยังเส้นเลือดฝอยในปอดในรูปของไบคาร์บอเนต (HCO3− ^ที่ละลายอยู่ใน พลาสมา ในเลือดไมโอโกลบินซึ่งเป็นสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับฮีโมโกลบิน ทำหน้าที่เก็บออกซิเจนในเซลล์กล้ามเนื้อ^{[ 13 ]}

สีของเซลล์เม็ดเลือดแดงเกิดจากกลุ่มฮีมของฮีโมโกลบินพลาสมาในเลือดเพียงอย่างเดียวจะมีสีเหลืองอ่อน แต่เซลล์เม็ดเลือดแดงจะเปลี่ยนสีขึ้นอยู่กับสถานะของฮีโมโกลบิน: เมื่อรวมกับออกซิเจน ออกซีฮีโมโกลบินที่เกิดขึ้นจะมีสีแดงสด และเมื่อออกซิเจนถูกปล่อยออกมา ดีออกซีฮีโมโกลบินที่เกิดขึ้นจะมีสีแดงเข้มอมม่วง อย่างไรก็ตาม เลือดอาจมีสีน้ำเงินเมื่อมองผ่านผนังหลอดเลือดและผิวหนัง^{[ 14 ]} การวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด ด้วยเครื่องวัดออกซิเจนแบบพัลส์ใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนสีของฮีโมโกลบินเพื่อวัดความอิ่มตัวของออกซิเจน ใน เลือดแดง โดยตรง โดยใช้ เทคนิค การวัดสีฮีโมโกลบินยังมีความสัมพันธ์สูงมากกับคาร์บอนมอนอกไซด์ ทำให้เกิดคาร์บอกซีฮีโมโกลบินซึ่งมีสีแดงสดมาก ผู้ป่วยที่มีอาการหน้าแดง สับสน และมีค่าความอิ่มตัว 100% จากการวัดด้วยเครื่องวัดออกซิเจนแบบพัลส์ บางครั้งพบว่ากำลังได้รับพิษจากคาร์บอนมอนอกไซด์

การมีโปรตีนขนส่งออกซิเจนอยู่ภายในเซลล์เฉพาะ (ตรงข้ามกับการที่ตัวนำออกซิเจนละลายอยู่ในของเหลวในร่างกาย) เป็นขั้นตอนสำคัญในวิวัฒนาการของสัตว์มีกระดูกสันหลัง เนื่องจากทำให้ เลือด มีความหนืด น้อยลง มีความเข้มข้นของออกซิเจนสูงขึ้น และมีการแพร่กระจายของออกซิเจนจากเลือดไปยังเนื้อเยื่อได้ดีขึ้น ขนาดของเซลล์เม็ดเลือดแดงมีความแตกต่างกันอย่างมากในสัตว์มีกระดูกสันหลังแต่ละชนิด ความกว้างของเซลล์เม็ดเลือดแดงโดยเฉลี่ยใหญ่กว่า เส้นผ่านศูนย์กลาง ของเส้นเลือดฝอย ประมาณ 25% และมีการตั้งสมมติฐานว่าสิ่งนี้ช่วยปรับปรุงการถ่ายโอนออกซิเจนจากเซลล์เม็ดเลือดแดงไปยังเนื้อเยื่อ^{[ 15 ]}

โดยทั่วไปแล้ว เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะมีรูปร่างเป็นแผ่นเว้าสองด้าน คือแบนและเว้าตรงกลาง มี หน้าตัดเป็นรูป ดัมเบลและมี ขอบเป็นรูป วงแหวนที่ขอบของแผ่น รูปร่างนี้ทำให้มีอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร (SA/V) สูงเพื่ออำนวยความสะดวกในการแพร่กระจายของก๊าซ^{[ 16 ]}อย่างไรก็ตาม มีข้อยกเว้นบางประการเกี่ยวกับรูปร่างใน อันดับ สัตว์กีบคู่ ( สัตว์กีบที่ มีนิ้วเท้า คู่ ได้แก่ วัว กวาง และญาติของพวกมัน) ซึ่งแสดงให้เห็นถึงสัณฐานวิทยาของเซลล์เม็ดเลือดแดงที่แปลกประหลาดหลากหลายรูปแบบ เช่น เซลล์ขนาดเล็กและรูปไข่มากในลามะและอูฐ (วงศ์Camelidae ) เซลล์ทรงกลมขนาดเล็กในกวางหนู (วงศ์Tragulidae ) และเซลล์ที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอก รูปใบหอก รูปพระจันทร์เสี้ยว รูปหลายเหลี่ยมที่ไม่สม่ำเสมอ และรูปทรงเหลี่ยมอื่นๆ ในกวางแดงและกวางวาปิติ (วงศ์Cervidae ) สมาชิกของอันดับนี้ได้วิวัฒนาการรูปแบบการพัฒนาเซลล์เม็ดเลือดแดงที่แตกต่างอย่างมากจากมาตรฐานของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม^{[ 10 ] [ 17 ]}โดยรวมแล้ว เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีความยืดหยุ่นและเปลี่ยนรูปได้อย่างน่าทึ่ง เพื่อที่จะบีบตัวผ่านเส้นเลือดฝอย ขนาดเล็ก รวมทั้งเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสให้มากที่สุดโดยการสร้างรูปร่างคล้ายซิการ์ ซึ่งจะทำให้สามารถปล่อยออกซิเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ^{[ 18 ]}

เซลล์เม็ดเลือดแดงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีความพิเศษเฉพาะตัวในบรรดาสัตว์มีกระดูกสันหลัง เนื่องจากส่วนใหญ่ไม่มีนิวเคลียสเมื่อโตเต็มที่^{[ 19 ]}พวกมันมีนิวเคลียสในช่วงแรกของการสร้างเม็ดเลือดแดงแต่จะขับนิวเคลียสออกไปในระหว่างการพัฒนาเมื่อโตเต็มที่ ซึ่งทำให้มีพื้นที่มากขึ้นสำหรับฮีโมโกลบิน เซลล์เม็ดเลือดแดงที่ไม่มีนิวเคลียส เรียกว่าเรติคิวโลไซต์ จะสูญเสีย ออร์แกเนลล์อื่นๆ ทั้งหมดเช่นไมโตคอนเด รี ยอุปกรณ์กอลจิและเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม

ม้ามทำหน้าที่เป็นแหล่งสะสมเม็ดเลือดแดง แต่ผลกระทบนี้ค่อนข้างจำกัดในมนุษย์ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมบางชนิด เช่น สุนัขและม้า ม้ามจะกักเก็บเม็ดเลือดแดงจำนวนมาก ซึ่งจะถูกปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดในขณะที่ร่างกายออกแรงอย่างหนัก ทำให้มีความสามารถในการขนส่งออกซิเจนสูงขึ้น

โดยทั่วไปแล้ว เซลล์เม็ดเลือดแดงของมนุษย์จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ6.2–8.2 μm ^{[ 20 ]}และมีความหนาสูงสุด 2–2.5  μm และความหนาต่ำสุดตรงกลาง 0.8–1 μm ซึ่งเล็กกว่า เซลล์ อื่นๆ ของมนุษย์ส่วนใหญ่มากเซลล์เหล่านี้มีปริมาตรเฉลี่ยประมาณ90 fL ^{[ 21 ]}โดยมีพื้นที่ผิวประมาณ 136 μm ²และสามารถบวมขึ้นจนมีรูปร่างทรงกลมที่มีปริมาตร 150 fL โดยไม่ต้องยืดเยื่อหุ้มเซลล์

มนุษย์ผู้ใหญ่มี เซลล์เม็ดเลือดแดงประมาณ 20–30 ล้านล้านเซลล์ในเวลาใดเวลาหนึ่ง ซึ่งคิดเป็นประมาณ 70% ของเซลล์ทั้งหมดตามจำนวน^{[ 22 ]}ผู้หญิงมี เซลล์เม็ดเลือดแดงประมาณ 4–5 ล้านเซลล์ต่อไมโครลิตร (ลูกบาศก์มิลลิเมตร) ของเลือด และผู้ชายประมาณ 5–6  ล้านเซลล์ผู้ที่อาศัยอยู่ในที่สูงที่มีความดันออกซิเจนต่ำจะมีเซลล์เม็ดเลือดแดงมากกว่า เซลล์เม็ดเลือดแดงจึงพบได้บ่อยกว่าอนุภาคเลือดอื่นๆ มาก โดยมีเซลล์เม็ดเลือดขาว ประมาณ 4,000–11,000 เซลล์ และ เกล็ดเลือดประมาณ 150,000–400,000 เซลล์ ต่อไมโครลิตร

โดยเฉลี่ยแล้วเซลล์เม็ดเลือดแดงของมนุษย์ใช้เวลา 60 วินาทีในการหมุนเวียนครบหนึ่งรอบ^{[ 5 ] [ 9 ] [ 23 ]}

สีแดงของเลือดเกิดจากคุณสมบัติทางสเปกตรัมของไอออนเหล็กฮีมิกในฮีโมโกลบิน โมเลกุลฮีโมโกลบินแต่ละโมเลกุลมีกลุ่มฮีมสี่กลุ่ม ฮีโมโกลบินคิดเป็นประมาณหนึ่งในสามของปริมาตรเซลล์ทั้งหมด ฮีโมโกลบินมีหน้าที่ในการขนส่งออกซิเจนมากกว่า 98% ในร่างกาย (ออกซิเจนที่เหลือจะถูกขนส่งโดยละลายอยู่ในพลาสมาในเลือด ) เซลล์เม็ดเลือดแดงของผู้ชายวัยผู้ใหญ่โดยเฉลี่ยจะเก็บสะสมธาตุเหล็กไว้ประมาณ 2.5 กรัม ซึ่งคิดเป็นประมาณ 65% ของธาตุเหล็กทั้งหมดที่มีอยู่ในร่างกาย^{[ 24 ] [ 25 ]}

เซลล์เม็ดเลือดแดงในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะไม่มีนิวเคลียสเมื่อโตเต็มที่ ซึ่งหมายความว่าเซลล์ เหล่านั้นไม่มี นิวเคลียส ในทางตรงกันข้าม เซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดอื่นมีนิวเคลียส ข้อยกเว้นที่ทราบเพียงอย่างเดียวคือซาลา แมนเดอร์ ในวงศ์Plethodontidaeซึ่งมีวิวัฒนาการของเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ไม่มีนิวเคลียสในระดับต่างๆ กัน 5 กลุ่ม (ส่วนใหญ่วิวัฒนาการในบางชนิดของสกุลBatrachoseps ) และปลาในสกุลMaurolicus ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

การกำจัดนิวเคลียสในเซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์มีกระดูกสันหลังได้รับการเสนอเป็นคำอธิบายสำหรับการสะสมของ DNA ที่ไม่เข้ารหัสในจีโนมใน ภายหลัง ^{[ 17 ]}ข้อโต้แย้งมีดังนี้: การขนส่งก๊าซที่มีประสิทธิภาพต้องการให้เซลล์เม็ดเลือดแดงผ่านเส้นเลือดฝอยที่แคบมาก และสิ่งนี้จำกัดขนาดของเซลล์ ในกรณีที่ไม่มีการกำจัดนิวเคลียส การสะสมของลำดับซ้ำจะถูกจำกัดด้วยปริมาตรที่นิวเคลียสครอบครอง ซึ่งจะเพิ่มขึ้นตามขนาดของจีโนม

เซลล์เม็ดเลือดแดงที่มีนิวเคลียสในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมประกอบด้วยสองรูปแบบ ได้แก่ นอร์โมบลาสต์ ซึ่งเป็นเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดแดงปกติ และเมกาโลบลาสต์ ซึ่งเป็นเซลล์ต้นกำเนิดที่มีขนาดใหญ่ผิดปกติและพบได้ในภาวะโลหิตจางเมกาโลบลาสต์

เซลล์เม็ดเลือดแดงสามารถเปลี่ยนรูปได้ ยืดหยุ่น สามารถยึดเกาะกับเซลล์อื่น ๆ และสามารถติดต่อกับเซลล์ภูมิคุ้มกันได้ เยื่อหุ้มเซลล์มีบทบาทหลายอย่างในเรื่องนี้ หน้าที่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์เป็นอย่างมาก เยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงประกอบด้วย 3 ชั้น ได้แก่ ไกลโคคาลิ กซ์ ที่อยู่ด้านนอก ซึ่งอุดมไปด้วยคาร์โบไฮเดรตชั้นไขมันสองชั้นซึ่งมีโปรตีนทรานส์เมมเบรน จำนวนมาก นอกเหนือจากส่วนประกอบหลักที่เป็นไขมัน และโครงกระดูกของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเป็นโครงข่ายโครงสร้างของโปรตีนที่อยู่บนพื้นผิวด้านในของชั้นไขมันสองชั้น ครึ่งหนึ่งของมวลเยื่อหุ้มเซลล์ในเซลล์เม็ดเลือดแดงของมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมส่วนใหญ่เป็นโปรตีน อีกครึ่งหนึ่งเป็นไขมัน ได้แก่ ฟ อสโฟลิปิดและคอเลสเตอรอล^{[ 29 ]}

ลิปิดเยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงประกอบด้วยชั้นไขมันสองชั้น ทั่วไป คล้ายกับที่พบได้ในเซลล์มนุษย์เกือบทุกเซลล์ กล่าวโดยง่าย ชั้นไขมันสองชั้นนี้ประกอบด้วยคอเลสเตอรอลและฟอสโฟลิปิดในสัดส่วนที่เท่ากันโดยน้ำหนัก องค์ประกอบของไขมันมีความสำคัญเนื่องจากเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพหลายอย่าง เช่น การซึมผ่านและความลื่นไหลของเยื่อหุ้มเซลล์ นอกจากนี้ การทำงานของโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์หลายชนิดยังถูกควบคุมโดยปฏิกิริยากับไขมันในชั้นไขมันสองชั้นด้วย

แตกต่างจากคอเลสเตอรอลซึ่งกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอระหว่างชั้นในและชั้นนอก ฟอสโฟลิปิดหลักทั้ง 5 ชนิดกลับจัดเรียงตัวแบบไม่สมมาตร ดังแสดงในภาพด้านล่าง:

ชั้นโมโนเลเยอร์ด้านนอก

• ฟอสฟาติดิลโคลีน (PC);
• สฟิงโกไมอีลิน (SM)

ชั้นโมโนเลเยอร์ภายใน

• ฟอสฟาติดิลเอทานอลามีน (PE);
• ฟอสโฟอิโนซิทอล (PI) (ปริมาณเล็กน้อย)
• ฟอสฟาติดิลเซอรีน (PS);

การกระจายตัวของฟอสโฟลิปิดที่ไม่สมมาตรในชั้นไขมันสองชั้นนี้ เป็นผลมาจากการทำงานของโปรตีนขนส่งฟอสโฟลิ ปิดหลายชนิด ทั้งที่ต้องใช้พลังงานและไม่ต้องใช้พลังงาน โปรตีนที่เรียกว่า " ฟลิปเพส " จะเคลื่อนย้ายฟอสโฟลิปิดจากชั้นนอกไปยังชั้นใน ในขณะที่โปรตีนที่เรียกว่า " ฟลอปเพส " จะทำการเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้าม โดยเคลื่อนที่สวนทางกับความเข้มข้นในลักษณะที่ต้องใช้พลังงาน นอกจากนี้ยังมีโปรตีน " สแครมเบลส " ที่เคลื่อนย้ายฟอสโฟลิปิดไปในทั้งสองทิศทางพร้อมกัน โดยเคลื่อนที่ตามความเข้มข้นในลักษณะที่ไม่ต้องใช้พลังงาน ยังคงมีการถกเถียงกันอย่างมากเกี่ยวกับตัวตนของโปรตีนที่ทำหน้าที่บำรุงรักษาเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้ในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง

การรักษาสมดุลการกระจายตัวของฟอสโฟลิปิดที่ไม่สมมาตรในไบเลเยอร์ (เช่น การอยู่เฉพาะที่ของ PS และ PI ในโมโนเลเยอร์ด้านใน) มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความสมบูรณ์และการทำงานของเซลล์ด้วยเหตุผลหลายประการ:

• แมโครฟาจจะจดจำและกลืนกินเซลล์เม็ดเลือดแดงที่แสดง PS อยู่ที่ผิวด้านนอก ดังนั้น การกักเก็บ PS ไว้ในชั้นโมโนเลเยอร์ด้านในจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งหากเซลล์ต้องการอยู่รอดจากการเผชิญหน้ากับแมโครฟาจของระบบเรติคิวโลเอนโดเธลโดยเฉพาะอย่างยิ่งในม้าม
• การทำลาย เซลล์เม็ดเลือดแดง ที่เป็นโรคธาลัสซีเมียและโรคโลหิตจางเคียวอย่างก่อนวัยอันควรนั้น มีความเชื่อมโยงกับการรบกวนของความไม่สมมาตรของไขมัน ซึ่งนำไปสู่การปรากฏของ PS บนชั้นโมโนเลเยอร์ด้านนอก
• การปรากฏของ PS อาจกระตุ้นการยึดเกาะของเซลล์เม็ดเลือดแดงกับเซลล์เยื่อบุหลอดเลือด ทำให้การไหลเวียนของเลือดในหลอดเลือดฝอยเป็นไปอย่างไม่ปกติ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ PS จะต้องคงอยู่เฉพาะในชั้นในของเยื่อหุ้มเซลล์สองชั้น เพื่อให้แน่ใจว่าการไหลเวียนของเลือดในหลอดเลือดฝอยเป็นไปอย่างปกติ
• ทั้ง PS และฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล 4,5-บิสฟอสเฟต (PIP2) สามารถควบคุมการทำงานเชิงกลของเยื่อหุ้มเซลล์ได้ เนื่องจากการโต้ตอบกับโปรตีนโครงสร้าง เช่นสเปคตรินและโปรตีน 4.1Rการศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าการจับกันของสเปคตรินกับ PS ช่วยส่งเสริมความเสถียรเชิงกลของเยื่อหุ้มเซลล์ PIP2 ช่วยเพิ่มการจับกันของโปรตีน 4.1Rกับไกลโคฟอริน Cแต่ลดการโต้ตอบกับโปรตีน 3และด้วยเหตุนี้จึงอาจปรับเปลี่ยนการเชื่อมโยงของไบเลเยอร์กับโครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ได้

จากการศึกษาล่าสุดพบว่ามีโครงสร้างเฉพาะที่เรียกว่า " แพลิพิด" (lipid rafts ) อยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง โครงสร้างเหล่านี้อุดมไปด้วย คอเลสเตอรอลและสฟิงโกลิปิดที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์เฉพาะ ได้แก่ฟลอทิลลิน , STOMatins (band 7), โปรตีน Gและตัวรับ β-adrenergic แพลิพิดซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องกับเหตุการณ์การส่งสัญญาณในเซลล์ที่ไม่ใช่เม็ดเลือดแดงนั้น พบว่าในเซลล์เม็ดเลือดแดงทำหน้าที่เป็นตัวกลางใน การส่งสัญญาณของ ตัวรับ β2-adrenergicและเพิ่ม ระดับ cAMPจึงควบคุมการเข้าสู่เซลล์เม็ดเลือดแดงปกติของปรสิตมาลาเรีย ได้ ^{[ 30 ] [ 31 ]}

โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์

โปรตีนในโครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์มีหน้าที่ทำให้เซลล์เม็ดเลือดแดงสามารถเปลี่ยนรูป ยืดหยุ่น และทนทาน ทำให้เซลล์สามารถบีบตัวผ่านเส้นเลือดฝอยที่มีขนาดเล็กกว่าครึ่งหนึ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางของเซลล์เม็ดเลือดแดง (7–8 ไมโครเมตร) และกลับคืนสู่รูปทรงแผ่นกลมทันทีที่เซลล์เหล่านี้หยุดรับแรงกด ในลักษณะเดียวกับวัตถุที่ทำจากยาง

ปัจจุบันมี โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ที่รู้จักมากกว่า 50 ชนิดซึ่งอาจมีอยู่ตั้งแต่ไม่กี่ร้อยถึงหนึ่งล้านสำเนาต่อเซลล์เม็ดเลือดแดง ประมาณ 25 ชนิดของโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้มีแอนติเจนหมู่เลือดต่างๆ เช่น แอนติเจน A, B และ Rh รวมถึงแอนติเจนอื่นๆ อีกมากมาย โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้สามารถทำหน้าที่ได้หลากหลาย เช่น การขนส่งไอออนและโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง การยึดเกาะและการมีปฏิสัมพันธ์กับเซลล์อื่นๆ เช่น เซลล์บุผนังหลอดเลือด ทำหน้าที่เป็นตัวรับสัญญาณ รวมถึงหน้าที่อื่นๆ ที่ยังไม่เป็นที่รู้จักในปัจจุบันหมู่เลือดของมนุษย์เกิดจากความแปรผันของไกลโคโปรตีน บนพื้นผิว ของเซลล์เม็ดเลือดแดง ความผิดปกติของโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับความผิดปกติหลายอย่าง เช่นโรคเม็ดเลือดแดงทรงกลมกรรมพันธุ์ โรคเม็ดเลือดแดงรูปไข่กรรมพันธุ์ โรคเม็ดเลือด แดงรูปปากกรรมพันธุ์ และ โรคฮีโม โกลบินูเรียกลางคืนแบบเฉียบพลัน^{[ 29 ] [ 30 ]}

โปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงเรียงตัวตามหน้าที่:

ขนส่ง

• แถบที่ 3 – ตัวขนส่งแอนไอออน ซึ่งเป็นส่วนประกอบโครงสร้างที่สำคัญของเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง คิดเป็น 25% ของพื้นผิวเยื่อหุ้มเซลล์ โดยแต่ละเซลล์เม็ดเลือดแดงจะมีสำเนาประมาณหนึ่งล้านชุด กำหนด^หมู่เลือดดิเอโก [ ^{33 ]}
• อะควาพอริน 1 – โปรตีนขนส่งน้ำ เป็นตัวกำหนดหมู่เลือดโคลตัน
• Glut1 – ตัวขนส่งกลูโคสและแอล-ดีไฮโดรแอสคอร์บิกแอซิด;
• MCT1 – ตัวขนส่งโมโนคาร์บอกซิเลตสำหรับการส่งออก^กรดแลคติกไปยังตับ ดูวงจร Cori [ ^{34 ]}
• โปรตีนแอนติเจนของคิดด์ – ตัวขนส่งยูเรีย;
• RHAG – โปรตีนขนส่งก๊าซ ซึ่งน่าจะเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ เป็นตัวกำหนดหมู่เลือด Rh และฟีโนไทป์หมู่เลือดที่ผิดปกติที่เกี่ยวข้องคือ Rh ;
• Na ⁺ /K ⁺ – ATPase ;
• Ca ²⁺ – ATPase ;
• Na ⁺ K ⁺ 2Cl ⁻ – ตัวขนส่งร่วม ;
• Na ⁺ -Cl ⁻ – ผู้ขนส่งร่วม ;
• ตัวแลกเปลี่ยน Na-H ;
• K-Cl – โคทรานสปอร์เตอร์ ;
• ช่องแคบการ์ดอส

การยึดเกาะของเซลล์

• ICAM-4 – ทำปฏิกิริยากับอินทิกริน ;
• BCAM – ไกลโคโปรตีนที่กำหนดหมู่เลือดลูเธอรันและรู้จักกันในชื่อLuหรือโปรตีนที่จับกับลามินิน

บทบาทเชิงโครงสร้าง – โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ต่อไปนี้สร้างความเชื่อมโยงกับโปรตีนโครงร่าง และอาจมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการยึดเกาะระหว่างชั้นไขมันสองชั้นและโครงร่างเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งน่าจะช่วยให้เซลล์เม็ดเลือดแดงรักษาพื้นที่ผิวเยื่อหุ้มเซลล์ที่เหมาะสมไว้ได้ โดยป้องกันไม่ให้เยื่อหุ้มเซลล์ยุบตัว (เกิดถุงเล็กๆ)

• คอมplex โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ใช้ แอนคิรินเป็นพื้นฐาน – โปรตีนที่เชื่อมโยงชั้นไขมันสองชั้นเข้ากับโครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านการโต้ตอบของโดเมนไซโตพลาสมิกกับแอนคิริน
  • แถบที่ 3ยังประกอบเอนไซม์ไกลโคไล ซิสต่างๆ ตัวขนส่ง ที่คาดการณ์ไว้ และ คาร์บอนิกแอ นไฮดราสเข้าเป็นสารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่ที่เรียกว่า " เมตาโบโลน " ซึ่งอาจมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการเผาผลาญของเซลล์เม็ดเลือดแดง และการทำงานของ การขนส่งไอออนและ ก๊าซ
  • RHAG – ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องกับการขนส่ง และกำหนดฟีโนไทป์หมู่เลือดที่ผิดปกติที่เกี่ยวข้องRh
• คอมplex โมเลกุลขนาดใหญ่ที่ใช้ โปรตีน 4.1Rเป็นพื้นฐาน – โปรตีนที่ทำปฏิกิริยากับโปรตีน 4.1R
  • โปรตีน 4.1R – การแสดงออกของ แอนติเจน Gerbich ในระดับต่ำ ;
  • ไกลโคฟอริน ซีและ ดี – ไกลโคโปรตีน ที่ใช้กำหนดหมู่เลือดของเกอร์บิช ;
  • XK – หมายถึงหมู่เลือด Kell และลักษณะฟีโนไทป์ผิดปกติของ Mcleod (การขาดแอนติเจน Kx และการแสดงออกของแอนติเจน Kell ลดลงอย่างมาก)
  • RhD/RhCE – กำหนดหมู่เลือด Rh และฟีโนไทป์หมู่เลือดที่ผิดปกติที่เกี่ยวข้อง คือ Rh ;
  • โปรตีนดัฟฟี่ – ได้รับการเสนอให้เกี่ยวข้องกับการกำจัดเคโมไคน์^{[ 35 ]}
  • Adducin – ปฏิสัมพันธ์กับ band 3;
  • เดมาติน - ปฏิสัมพันธ์กับตัวขนส่งกลูโคส Glut1

^{[ 29 ] [ 30 ]}

ศักย์ซีตาเป็นคุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้าของพื้นผิวเซลล์ซึ่งกำหนดโดยประจุไฟฟ้าสุทธิของโมเลกุลที่สัมผัสที่พื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ ศักย์ซีตาปกติของเซลล์เม็ดเลือดแดงคือ −15.7  มิลลิโวลต์ (mV) ^{[ 36 ]}ศักย์ส่วนใหญ่นี้ดูเหมือนจะเกิดจาก สารตกค้าง ของกรดไซอะลิก ที่สัมผัส ในเยื่อหุ้มเซลล์ การกำจัดสารตกค้างเหล่านี้ส่งผลให้ศักย์ซีตาเป็น −6.06  mV

โปรดจำไว้ว่าการหายใจดังที่แสดงไว้ในแผนภาพนี้โดยใช้คาร์โบไฮเดรตหนึ่งหน่วย จะผลิตโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ออกมาประมาณเท่ากับ ปริมาณออกซิเจน (O2 ที่ ใช้ไป ^{[ 37 ]}

${\displaystyle {\ce {HCOH + O2 -> CO2 + H2O}}}$

ดังนั้น หน้าที่ของระบบไหลเวียนโลหิตจึงเกี่ยวข้องกับการขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์มากพอๆ กับการขนส่งออกซิเจน ดังที่กล่าวไว้ในส่วนอื่นของบทความนี้ คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่ในเลือดอยู่ในรูปของไอออนไบคาร์บอเนต ไบคาร์บอเนตทำหน้าที่เป็นบัฟเฟอร์pH ที่สำคัญ^{[ 38 ]}ดังนั้น ต่างจากฮีโมโกลบินสำหรับการขนส่ง O การไม่มี โมเลกุลขนส่ง CO ที่เฉพาะเจาะจงจึงมีข้อได้เปรียบทางสรีรวิทยา

อย่างไรก็ตาม เซลล์เม็ดเลือดแดงมีบทบาทสำคัญในกระบวนการขนส่ง CO2 เหตุผลสองประการ ประการแรก เพราะนอกจากฮีโมโกลบินแล้ว เซลล์เม็ดเลือดแดงยังมีเอนไซม์คาร์บอนิกแอนไฮดราส จำนวนมาก อยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์^{[ 39 ]}คาร์บอนิกแอนไฮดราส ตามชื่อของมัน ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการแลกเปลี่ยนระหว่างกรดคาร์บอนิกและคาร์บอนไดออกไซด์ (ซึ่งเป็นแอนไฮไดรด์ของกรดคาร์บอนิก) เนื่องจากเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา มันจึงสามารถส่งผลต่อโมเลกุล CO2 ได้หลายดังนั้นมันจึงทำหน้าที่สำคัญโดยไม่จำเป็นต้องมีจำนวนสำเนามากเท่ากับที่จำเป็นสำหรับการขนส่ง O2 ฮีโมโกลบิน ในการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยานี้ คาร์บอนไดออกไซด์และกรดคาร์บอนิกจะถึงสมดุลอย่างรวดเร็ว ในขณะที่เซลล์เม็ดเลือดแดงยังคงเคลื่อนที่ผ่านเส้นเลือดฝอย ดังนั้น เซลล์เม็ดเลือดแดงจึงเป็นตัวที่ทำให้มั่นใจได้ว่า CO2 ส่วนใหญ่ถูกขนส่งในรูปของไบคาร์บอเนต^{[ 40 ] [ 41 ]} ที่ค่า pH ทางสรีรวิทยา สมดุลจะเอื้อต่อกรดคาร์บอนิกอย่างมาก ซึ่งส่วนใหญ่จะแตกตัวเป็นไอออนไบคาร์บอเนต^{[ 42 ]}

${\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=>> H2CO3 <=>> HCO3- + H+}}}$

ไอออน H+ ที่ถูกปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาอย่างรวดเร็วภายในเม็ดเลือดแดง ขณะที่ยังอยู่ในเส้นเลือดฝอย จะทำหน้าที่ลดความสามารถในการจับออกซิเจนของฮีโมโกลบิน ซึ่งเป็นปรากฏการณ์โบห์ร (Bohr effect )

การมีส่วนร่วมที่สำคัญประการที่สองของ RBC ในการขนส่งคาร์บอนไดออกไซด์คือ คาร์บอนไดออกไซด์จะทำปฏิกิริยาโดยตรงกับส่วนประกอบโปรตีนโกลบินของฮีโมโกลบินเพื่อสร้าง สารประกอบ คาร์บามิโนฮีโม โกลบิน เมื่อออกซิเจนถูกปล่อยออกมาในเนื้อเยื่อ CO2 จับกับฮีโมโกลบินมากขึ้น และเมื่อออกซิเจนจับในปอด มันจะแทนที่ CO2 ที่ กับฮีโมโกลบิน ซึ่งเรียกว่าผลของฮัลเดน แม้ว่าจะมี ในเลือดเพียงเล็กน้อยเท่านั้น ที่จับกับฮีโมโกลบินในเลือดดำ แต่สัดส่วนที่มากกว่าของการเปลี่ยนแปลงปริมาณ ระหว่างเลือดดำและเลือดแดงมาจากการเปลี่ยนแปลงของ CO2 ที่จับอยู่นี้[ ^{]กล่าวคือ}มีไบคาร์บอเนตจำนวนมากในเลือดทั้งดำและแดงเสมอ เนื่องจากบทบาทดังกล่าวในฐานะบัฟเฟอร์ pH

โดยสรุป คาร์บอนไดออกไซด์ที่ผลิตโดยการหายใจระดับเซลล์จะแพร่กระจายอย่างรวดเร็วไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเส้นเลือดฝอยที่อยู่ใกล้เคียง^{[ 44 ] [ 45 ]} เมื่อแพร่กระจายเข้าไปในเม็ดเลือดแดง CO2 ถูกเปลี่ยนอย่างรวดเร็วโดยเอนไซม์คาร์บอนิกแอนไฮดราสที่พบอยู่ภายในเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงให้กลายเป็นไอออนไบคาร์บอเนต ไอออนไบคาร์บอเนตจะออกจากเม็ดเลือดแดงโดยแลกเปลี่ยนกับไอออนคลอไรด์จากพลาสมา โดยได้รับการอำนวยความสะดวกจากโปรตีนขนส่งแอนไอออนแบนด์ 3ที่อยู่ร่วมกันในเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง ไอออนไบคาร์บอเนตจะไม่แพร่กระจายกลับออกจากเส้นเลือดฝอย แต่จะถูกนำไปยังปอด ในปอดความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ต่ำกว่าในถุงลมทำให้คาร์บอนไดออกไซด์แพร่กระจายอย่างรวดเร็วจากเส้นเลือดฝอยเข้าไปในถุงลม เอนไซม์คาร์บอนิกแอนไฮดราสในเม็ดเลือดแดงจะรักษาสมดุลของไอออนไบคาร์บอเนตกับคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้นเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากเส้นเลือดฝอย และ CO2 แทนที่ด้วย O2 ฮีโมโกลบิน ไอออนไบคาร์บอเนตที่เพียงพอจะเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์อย่างรวดเร็วเพื่อรักษาสมดุล^{[ 39 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}

เมื่อเซลล์เม็ดเลือดแดงได้รับแรงเฉือนในหลอดเลือดที่ตีบตัน เซลล์เหล่านั้นจะปล่อยATP ออกมา ซึ่งทำให้ผนังหลอดเลือดคลายตัวและขยายตัวเพื่อส่งเสริมการไหลเวียนของเลือดตามปกติ^{[ 49 ]}

เมื่อโมเลกุลฮีโมโกลบินของเม็ดเลือดแดงขาดออกซิเจน เม็ดเลือดแดงจะปล่อยS-Nitrosothiolsซึ่งทำหน้าที่ขยายหลอดเลือด^{[ 50 ]}จึงส่งเลือดไปยังบริเวณของร่างกายที่ขาดออกซิเจนมากขึ้น

เซลล์เม็ดเลือดแดงยังสามารถสังเคราะห์ไนตริกออกไซด์โดยใช้เอนไซม์ โดยใช้แอล-อาร์จินีนเป็นสารตั้งต้น เช่นเดียวกับเซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือด^{[ 51 ]}การที่เซลล์เม็ดเลือดแดงสัมผัสกับแรงเฉือนในระดับทางสรีรวิทยาจะกระตุ้นไนตริกออกไซด์ซินเทสและการส่งออกไนตริกออกไซด์^{[ 52 ]}ซึ่งอาจมีส่วนช่วยในการควบคุมโทนัสของหลอดเลือด

เซลล์เม็ดเลือดแดงยังสามารถผลิตไฮโดรเจนซัลไฟด์ซึ่งเป็นก๊าซส่งสัญญาณที่ทำหน้าที่คลายผนังหลอดเลือด เชื่อกันว่าผลในการปกป้องหัวใจของกระเทียมเกิดจากการที่เซลล์เม็ดเลือดแดงเปลี่ยนสารประกอบกำมะถันให้เป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์^{[ 53 ]}

เซลล์เม็ดเลือดแดงยังมีบทบาทในการตอบสนองภูมิคุ้มกัน ของร่างกายด้วย : เมื่อถูกทำลายโดยเชื้อโรค เช่น แบคทีเรีย ฮีโมโกลบินของเซลล์จะปล่อยอนุมูลอิสระซึ่งจะทำลายผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ของเชื้อโรค ทำให้เชื้อโรคตาย^{[ 54 ] [ 55 ]}

เนื่องจากไม่มีไมโต คอนเดรีย เซลล์เม็ดเลือดแดงจึงไม่ใช้ออกซิเจนที่ขนส่ง แต่จะผลิตATP ซึ่งเป็นตัวนำพลังงาน โดยการสลายกลูโคสด้วยไกลโคลิซิสและการหมักกรดแลคติกบนไพรูเวตที่ เกิดขึ้น ^{[ 56 ] [ 57 ]}นอกจากนี้เส้นทางเพนโทสฟอสเฟตยังมีบทบาทสำคัญในเซลล์เม็ดเลือดแดง ดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ภาวะขาดเอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส

เนื่องจากเซลล์เม็ดเลือดแดงไม่มีนิวเคลียสจึงสันนิษฐานได้ว่าในปัจจุบันเซลล์เหล่านี้ไม่มีกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน

เนื่องจากขาดนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ เซลล์เม็ดเลือดแดงที่เจริญเต็มที่จึงไม่มีDNAและไม่สามารถสังเคราะห์RNA ได้ (แม้ว่าจะมี RNA อยู่ก็ตาม) ^{[ 58 ] [ 59 ]}และด้วยเหตุนี้จึงไม่สามารถแบ่งตัวได้และมีความสามารถในการซ่อมแซมที่จำกัด^{[ 60 ]}การไม่สามารถสังเคราะห์โปรตีน ได้ หมายความว่าไม่มีไวรัสใดสามารถวิวัฒนาการเพื่อโจมตีเซลล์เม็ดเลือดแดงของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้^{[ 61 ]}อย่างไรก็ตาม การติดเชื้อพาร์โวไวรัส (เช่นพาร์โวไวรัส B19 ของมนุษย์ ) สามารถส่งผลกระทบต่อเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดแดงในขณะที่พวกมันยังมี DNA อยู่ ดังที่ทราบได้จากการมีอยู่ของโปรนอร์โมบลาสต์ ขนาดใหญ่ ที่มีอนุภาคไวรัสและอินคลูชันบอดี้ ซึ่ง ^จะทำให้เลือดขาดเรติคิวโลไซต์ชั่วคราวและทำให้เกิดภาวะโลหิตจาง^[ 62 ^]

กระบวนการสร้างเม็ดเลือดแดง(Erythropoiesis) ใช้เวลาประมาณ 7 วัน ในกระบวนการนี้ เม็ดเลือดแดงจะถูกผลิตอย่างต่อเนื่องใน ไขกระดูก แดง ของกระดูกขนาดใหญ่ (ในตัวอ่อนตับเป็นแหล่งผลิตเม็ดเลือดแดงหลัก) การผลิตสามารถกระตุ้นได้ด้วยฮอร์โมนอิริโทรโปเอติน (EPO) ซึ่งสังเคราะห์โดยไต ก่อนและหลังการออกจากไขกระดูก เซลล์ที่กำลังพัฒนาจะเรียกว่าเรติคิวโลไซต์ (reticulocytes ) ซึ่งคิดเป็นประมาณ 1% ของเม็ดเลือดแดงที่ไหลเวียนอยู่ในร่างกาย

อายุการใช้งานของเซลล์เม็ดเลือดแดงอยู่ที่ประมาณ 100–120 วัน ซึ่งในช่วงเวลานั้นเซลล์เม็ดเลือดแดงจะเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องในระบบไหลเวียนโลหิต^{[ 64 ]}

เซลล์เม็ดเลือดแดงที่แก่ตัวลงจะมีการเปลี่ยนแปลงในเยื่อหุ้มพลาสมาทำให้ไวต่อการจดจำแบบเลือกโดยแมโครฟาจและตามมาด้วยการกลืนกินในระบบฟาโกไซต์แบบโมโนนิวเคลียร์ ( ม้ามตับและต่อมน้ำเหลือง ) ซึ่งจะช่วยกำจัดเซลล์ที่เก่าและบกพร่องออกไป และชำระล้างเลือดอย่างต่อเนื่อง กระบวนการนี้เรียกว่าเอริปโทซิสซึ่งเป็นการตายของเซลล์เม็ดเลือดแดงตามโปรแกรม^{[ 65 ]}โดยปกติกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นในอัตราเดียวกับการสร้างเม็ดเลือดแดง ทำให้จำนวนเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ไหลเวียนทั้งหมดสมดุล เอริปโทซิสเพิ่มขึ้นในโรคต่างๆ มากมาย รวมถึงภาวะติดเชื้อในกระแสเลือดกลุ่ม อาการ ไตวายเฉียบพลันจากเม็ดเลือด แดงแตก มาลาเรียโรคโลหิต จางชนิด เคียว เบต้าธาลั สซีเมีย ภาวะ ขาดเอนไซม์กลูโคส-6-ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส ภาวะขาดฟอสเฟต ภาวะขาดธาตุเหล็ก และ โรค วิลสันกระบวนการเอริปโทซิสสามารถเกิดขึ้นได้จากภาวะช็อกจากการเปลี่ยนแปลงความดันออสโมติก ภาวะเครียดจาก ออกซิเดชัน และการขาดพลังงาน รวมถึงสารสื่อกลางภายในร่างกายและสารแปลกปลอม ต่างๆ มากมาย การเกิดเอริปโทซิสมากเกินไปจะพบในเม็ดเลือดแดงที่ขาดเอนไซม์โปรตีนไคเนสชนิดที่ 1 ที่ขึ้นอยู่กับ cGMP หรือเอนไซม์โปรตีนไคเนสที่กระตุ้นด้วย AMP (AMPK) สารยับยั้งเอริปโทซิส ได้แก่อิริโทรโป เอติน ไนตริกออกไซด์แคเทโคลามีนและยูเรียที่ มีความเข้มข้นสูง

ผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวส่วนใหญ่จะหมุนเวียนในร่างกาย ส่วนประกอบฮีมของฮีโมโกลบินจะถูกสลายเป็นเหล็ก (Fe ³⁺ ) และบิลิเวอร์ดิน บิลิเวอร์ดินจะถูกลดรูปเป็นบิลิรูบินซึ่งจะถูกปล่อยเข้าสู่พลาสมาและหมุนเวียนกลับไปยังตับโดยจับ กับอัล บูมิน เหล็กจะถูกปล่อยเข้าสู่พลาสมาเพื่อหมุนเวียนโดยโปรตีนพาหะที่เรียกว่าทรานสเฟอร์รินเม็ดเลือดแดงเกือบทั้งหมดจะถูกกำจัดออกจากระบบไหลเวียนโลหิตด้วยวิธีนี้ก่อนที่จะมีอายุมากพอที่จะเกิดการแตกตัวฮีโมโกลบินที่แตกตัวแล้วจะจับกับโปรตีนในพลาสมาที่เรียกว่าแฮปโตโกลบินซึ่งไม่ถูกขับออกทางไต^{[ 66 ]}

โรคเลือดที่มีผลต่อเม็ดเลือดแดง ได้แก่:

• โรคโลหิตจาง (หรือภาวะโลหิตจาง) คือโรคที่มีลักษณะเฉพาะคือความสามารถในการขนส่งออกซิเจนของเลือดต่ำ เนื่องจากจำนวนเม็ดเลือดแดงต่ำ หรือความผิดปกติบางอย่างของเม็ดเลือดแดงหรือฮีโมโกลบิน

• ภาวะโลหิตจางจากการขาดธาตุเหล็กเป็นภาวะโลหิตจางที่พบได้บ่อยที่สุด เกิดขึ้นเมื่อร่างกายได้รับธาตุเหล็กจากอาหารหรือดูดซึมธาตุเหล็กได้ไม่เพียงพอ ทำให้ร่างกายไม่สามารถสร้างฮีโมโกลบินซึ่งมีธาตุเหล็กเป็นส่วนประกอบได้

• โรค โลหิตจางชนิดร้ายแรง (Pernicious anemia)เป็นโรคภูมิต้านทานตนเองที่ร่างกายขาดปัจจัยภายใน (intrinsic factor ) ซึ่งจำเป็นต่อการดูดซึมวิตามินบีจากอาหาร วิตามินบีจำเป็นสำหรับการสร้างเม็ดเลือดแดงและฮีโมโกลบิน

• โรคโลหิตจางชนิดเคียวเป็นโรคทางพันธุกรรมที่ทำให้โมเลกุลฮีโมโกลบินผิดปกติ เมื่อโมเลกุลเหล่านี้ปล่อยออกซิเจนในเนื้อเยื่อ พวกมันจะกลายเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ ส่งผลให้เม็ดเลือดแดงมีรูปร่างผิดปกติ เม็ดเลือดแดงรูปเคียวเหล่านี้มีความยืดหยุ่นและหนืด น้อย ลง หมายความว่าพวกมันแข็งตัวและอาจทำให้เกิดการอุดตันของหลอดเลือด ความเจ็บปวด โรคหลอดเลือดสมอง และความเสียหายต่อเนื้อเยื่ออื่นๆ

• ธาลัสซีเมียเป็นโรคทางพันธุกรรมที่ส่งผลให้มีการสร้างอัตราส่วนของหน่วยย่อยของฮีโมโกลบินที่ผิดปกติ

• กลุ่มอาการเม็ดเลือดแดง ทรงกลมผิดปกติทางพันธุกรรมเป็นกลุ่มของความผิดปกติทางพันธุกรรมที่มีลักษณะเฉพาะคือความบกพร่องในเยื่อหุ้ม เซลล์เม็ดเลือดแดง ทำให้เซลล์มีขนาดเล็ก รูปทรงกลม และเปราะบาง แทนที่จะเป็นรูปโดนัทและยืดหยุ่น เซลล์เม็ดเลือดแดงที่ผิดปกติเหล่านี้จะถูกทำลายโดยม้ามนอกจากนี้ยังมีความผิดปกติทางพันธุกรรมอื่นๆ ของเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงอีกหลายชนิด^{[ 67 ]}

• โรคโลหิตจางชนิดอะพลาสติกเกิดจากความไม่สามารถของไขกระดูกในการผลิตเซลล์เม็ดเลือด

• ภาวะไขกระดูกฝ่อชนิดเม็ดเลือดแดงบริสุทธิ์เกิดจากความไม่สามารถของไขกระดูกในการผลิตเฉพาะเม็ดเลือดแดงเท่านั้น

• ภาวะเม็ดเลือดแดง แตก (Hemolysis)เป็นคำทั่วไปที่หมายถึงการแตกตัวของเม็ดเลือดแดงมากเกินไป ซึ่งอาจมีสาเหตุหลายประการและส่งผลให้เกิดภาวะโลหิตจางจากเม็ดเลือดแดงแตกได้

• ปรสิตมาลาเรียใช้ช่วงหนึ่งของวงจรชีวิตอยู่ในเซลล์เม็ดเลือดแดง กินฮีโมโกลบินเป็นอาหาร แล้วทำลายเซลล์เหล่านั้น ทำให้เกิดไข้โรคโลหิตจาง ชนิดเคียว และธาลัสซีเมียพบได้บ่อยในพื้นที่ที่มีมาลาเรียระบาด เนื่องจากมีการกลายพันธุ์ที่ให้ภูมิคุ้มกันต่อปรสิตได้บ้าง

• ภาวะเม็ดเลือดแดงมากเกินไป (หรือภาวะเม็ดเลือดแดงมากเกินไป) เป็นโรคที่มีลักษณะเฉพาะคือมีเม็ดเลือดแดงมากเกินไป ความหนืดของเลือดที่เพิ่มขึ้นอาจทำให้เกิดอาการต่างๆ ได้หลายอย่าง

• ใน โรคเม็ดเลือดแดงมากเกินไป (Polycythemia Vera)จำนวนเม็ดเลือดแดงที่เพิ่มขึ้นนั้นเกิดจากความผิดปกติในไขกระดูก

• โรคหลอดเลือดฝอยผิดปกติหลายชนิดรวมถึงภาวะเลือดแข็งตัวในหลอดเลือดกระจายและโรคหลอดเลือดฝอยอุดตันมีลักษณะเฉพาะ (บ่งชี้) คือ ชิ้นส่วนเม็ดเลือดแดงที่เรียกว่าชิสโตไซต์ (schistocytes ) พยาธิสภาพเหล่านี้ก่อให้เกิด เส้นใย ไฟบรินที่ตัดขาดเม็ดเลือดแดงขณะที่พยายามเคลื่อนผ่านลิ่มเลือด

เม็ดเลือดแดงอาจถูกให้เป็นส่วนหนึ่งของการถ่ายเลือดเลือดอาจได้รับบริจาคจากบุคคลอื่น หรือผู้รับอาจเก็บรักษาไว้ก่อนแล้ว เลือดที่บริจาคมักต้องผ่านการคัดกรองเพื่อให้แน่ใจว่าผู้บริจาคไม่มีปัจจัยเสี่ยงต่อการติดเชื้อโรคที่ติดต่อทางเลือด หรือจะไม่ได้รับอันตรายจากการบริจาคเลือด เลือดมักถูกเก็บและตรวจหาโรคที่ติดต่อทางเลือด ที่พบบ่อยหรือร้ายแรง รวมถึง ไวรัส ตับอักเสบ บี ไวรัสตับอักเสบ ซีและเอชไอวีหมู่เลือด (A, B, AB หรือ O) หรือผลิตภัณฑ์เลือดจะถูกระบุและจับคู่กับเลือดของผู้รับเพื่อลดโอกาสเกิดปฏิกิริยาการถ่ายเลือดแบบเฉียบพลัน (acute hemolytic transfusion reaction ) ซึ่งเป็น ปฏิกิริยาชนิดหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการมีแอนติเจนบนผิวเซลล์ หลังจากกระบวนการนี้ เลือดจะถูกเก็บรักษาไว้และนำไปใช้ภายในระยะเวลาอันสั้น เลือดสามารถให้เป็นผลิตภัณฑ์ทั้งหมดหรือแยกเม็ดเลือดแดงออกมาเป็นเม็ดเลือดแดงเข้มข้น (packed red blood cells ) ก็ได้

การให้เลือดมักทำเมื่อทราบว่าผู้ป่วยเป็นโรคโลหิตจาง มีเลือดออกมาก หรือคาดว่าจะเสียเลือดมาก เช่น ก่อนการผ่าตัด ก่อนให้เลือด จะมีการตรวจเลือดตัวอย่างเล็กน้อยของผู้รับร่วมกับเลือดที่จะให้ในกระบวนการที่เรียกว่า การตรวจหาความเข้ากันได้ของเลือด ( cross-matching )

ในปี 2551 มีรายงานว่าเซลล์ต้นกำเนิดตัวอ่อน ของมนุษย์ ได้รับการชักนำให้กลายเป็นเซลล์เม็ดเลือดแดงในห้องปฏิบัติการได้สำเร็จ ขั้นตอนที่ยากคือการชักนำให้เซลล์ขับนิวเคลียสออกมา ซึ่งทำได้โดยการเพาะเลี้ยงเซลล์บนเซลล์สโตรมัลจากไขกระดูก หวังว่าเซลล์เม็ดเลือดแดงเทียมเหล่านี้จะสามารถนำมาใช้ในการถ่ายเลือดได้ในที่สุด^{[ 68 ]}

การทดลองในมนุษย์ดำเนินการในปี 2022 โดยใช้เลือดที่เพาะเลี้ยงจากสเต็มเซลล์ที่ได้รับจากเลือดของผู้บริจาค^{[ 69 ]}

การตรวจเลือดหลายอย่างเกี่ยวข้องกับเม็ดเลือดแดง ซึ่งรวมถึงการนับจำนวนเม็ดเลือดแดง (จำนวนเม็ดเลือดแดงต่อปริมาตรเลือด) การคำนวณค่าฮีมาโตคริต (เปอร์เซ็นต์ของปริมาตรเลือดที่ประกอบด้วยเม็ดเลือดแดง) และอัตราการตกตะกอนของเม็ดเลือดแดงจำเป็นต้องตรวจสอบหมู่เลือดเพื่อ เตรียมพร้อมสำหรับ การถ่ายเลือดหรือ การปลูก ถ่ายอวัยวะ

โรคหลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับเม็ดเลือดแดงได้รับการวินิจฉัยด้วยการตรวจฟิล์มเลือด (หรือการตรวจเลือดจากหลอดเลือดส่วนปลาย) โดยการนำเลือดมาป้ายลงบนสไลด์สำหรับกล้องจุลทรรศน์ ซึ่งอาจเผยให้เห็น ภาวะเม็ดเลือดแดงรูปร่างผิดปกติ (poikilocytosis ) หรือความแปรปรวนของรูปร่างเม็ดเลือดแดง บางครั้งเม็ดเลือดแดงอาจเรียงตัวเป็นชั้นๆ โดยด้านแบนอยู่ติดกัน เรียกว่า การเรียงตัวเป็นแถว (rouleaux formation ) ซึ่งมักเกิดขึ้นบ่อยขึ้นหากระดับโปรตีนในซีรั่มบางชนิดสูงขึ้น เช่น ในระหว่างการอักเสบ

เซลล์เม็ดเลือดแดงสามารถแยกได้จากเลือดทั้งหมดโดยการปั่นเหวี่ยงซึ่งจะแยกเซลล์ออกจากพลาสมาในเลือดในกระบวนการที่เรียกว่าการแยกส่วนเลือดเซลล์เม็ดเลือดแดงที่บรรจุแล้วซึ่งผลิตด้วยวิธีนี้จากเลือดทั้งหมดที่แยกพลาสมาออกแล้ว จะถูกนำมาใช้ในเวชศาสตร์การถ่ายเลือด [ ^{70 ] ใน}ระหว่างการบริจาคพลาสมาเซลล์เม็ดเลือดแดงจะถูกปั๊มกลับเข้าไปในร่างกายทันที และจะเก็บเฉพาะพลาสมาเท่านั้น

นักกีฬาบางคนพยายามปรับปรุงประสิทธิภาพของตนเองด้วยการใช้สารกระตุ้นการสร้างเม็ดเลือด แดง : โดยจะ ดูดเลือดออกมาประมาณ 1 ลิตร จากนั้นแยกเม็ดเลือดแดงออกมา แช่แข็ง และเก็บรักษาไว้ เพื่อฉีดกลับเข้าไปใหม่ก่อนการแข่งขันไม่นาน (เม็ดเลือดแดงสามารถเก็บรักษาได้นาน 5 สัปดาห์ที่อุณหภูมิ−79 °C หรือ −110 °Fหรือนานกว่า 10 ปีโดยใช้สารป้องกันการแข็งตัว^{[ 71 ]} ) วิธีนี้ตรวจจับได้ยาก แต่อาจเป็นอันตรายต่อระบบหัวใจและหลอดเลือด ของมนุษย์ ซึ่งไม่สามารถรับมือกับเลือดที่มีความหนืด สูงขึ้น ได้ อีกวิธีหนึ่งของการใช้สารกระตุ้นการสร้างเม็ดเลือดแดงคือการฉีดอิริโทรโปเอตินเพื่อกระตุ้นการผลิตเม็ดเลือดแดง ทั้งสองวิธีนี้ถูกห้ามโดยองค์การต่อต้านการใช้สารกระตุ้นในกีฬาโลก