مواضيع المحاضرة: Enzyme Deficiencies
background image

HEMATOPATHOLOGY

 

LEC. 3

 

Enzyme Deficiencies

 

In order to fulfill its function, the red cell needs a supply of energy in the form of ATP and a 
source of reducing power. A mature red cell contains no DNA or RNA and hence is

 

incapable of protein synthesis, so that the only source of energy as ATP is derived from 
anaerobic glycolysis and the linked reducing system of the hexose-monophosphate

 

shunt (pentose phosphate pathway PPP) and the glutathione cycle. ATP is required to 
maintain the membrane in its deformable state. Reducing power is required  to counteract the 
strong oxidative stresses .

 

 

 
 

Glucose-6-phosphate dehydrogenase deficiency
The most common enzyme deficiency worldwide. The main races affected are in 
West Africa, the Mediterranean, the Middle East and South-East Asia (approximately 400 
million people are affected worldwide).  
Genetics 
 

The gene mutations affecting encoding of G6PD are found on the distal long arm of 

the X chromosome. This is a typical sex-linked disorder, hence, full expression occurs in 
males, while females are carriers (who show approximately half the normal red cell G6PD 
values)or may suffer the disease if they are homozygous, which is rarely found. More than 
400 mutations have been identified, most being missense mutations.  
 
 

Haemoglobin and red blood cell 
(RBC) membranes are usually 
protected from oxidant stress 
by reduced glutathione (GSH). In 
G6PD deficiency, NADPH and 
GSH synthesis is impaired. 


background image

Pathphysiology 
 

G6PD catalyzes (NADP) to its reduced form, NADPH, in the pentose phosphate 

pathway. NADPH protects cells from oxidative damage. Because erythrocytes do not 
generate NADPH in any other way, they are more susceptible than other cells to destruction 
from oxidative stress, oxidative damage leads to formation of denatured hemoglobin & 
Heinz bodies which make the red cells less deformable & liable to splenic destruction.  
Clinical features 
G6PD deficiency is usually asymptomatic. Although G6PD is present in all cells, the main 
syndromes that occur are as follows: 
(i) Acute hemolytic anemia in response to oxidant stress, e.g. drugs, fava beans or infections, 
The acute hemolytic anemia is caused by rapidly developing intravascular hemolysis IVH 
with hemoglobinuria, 
The anemia may be self-limiting as new young red cells are made with near normal enzyme 
levels. 
(ii) Neonatal jaundice.  
(iii) Rarely, a congenital non-spherocytic hemolytic anemia. These may result from different 
types of enzyme deficiency. 
Diagnosis 
Between crises the blood count is normal. The enzyme deficiency is detected by one of a 
number of screening tests (rapid fluorescent spot test)or by direct enzyme assay on red 
cells(Quantitative spectrophotometric analysis). During a crisis the blood film may show 
contracted and fragmented cells, 'bite' cells and 'blister' cells which have had Heinz bodies 
removed by the spleen. Heinz bodies (oxidized, denatured haemoglobin) may be seen in the 
Reticulocyte preparation, particularly if the spleen is absent). 
There are also features of intravascular hemolysis. Because of the higher enzyme level in 
young red cells, red cell enzyme assay may give a 'false' normal level in the phase of acute 
hemolysis with a Reticulocyte response. Subsequent assay after the acute phase reveals the 
low G6PD level when the red cell population is of normal age distribution. 

 


background image

 

Membrane defects 

The red cell membrane, like all other cell membranes, consists of a  lipid  bilayer that is 
stabilized and given specific properties by the proteins, glycolipids and other specialized 
molecules and structures with which it is associated. 

 

Hereditary Spherocytosis 

Hereditary Spherocytosis (HS) is  one of  the most common hereditary hemolytic anemia in 
white  populations,  it's a genetically determined  hemolytic anemia characterized by the 
spherical shape of the affected red cells. 
Pathogenesis: 
HS is usually caused by defects in the proteins involved in the vertical interactions between 
the membrane skeleton and the lipid bilayer of the red cell. The loss of membrane may be 
caused by the release of parts of the lipid bilayer that are not supported by the skeleton. The 
marrow produces red cells of normal biconcave shape but these lose membrane and become 
increasingly spherical (loss of surface area relative to volume) as they circulate through the 
spleen and the rest of the RE system. Finally, the spherocytes are unable to pass through the 
splenic microcirculation where they die prematurely. 
 
Clinical features: 
The inheritance is autosomal dominant (AD)  with variable expression; rarely it may be 
autosomal recessive (AR). 
The anemia can present at any age from infancy to old age. Jaundice is typically fluctuating; 
splenomegaly occurs in most patients (splenectomy reverses the mechanisms of cell 
destruction and alleviates the anemia). Pigment gallstones are frequent;  aplastic crises, 


background image

usually precipitated by parvovirus infection, may cause a sudden increase in severity of 
anemia. 
Laboratory  Findings:  The  diagnosis is usually made on the basis of morphology of the 
blood, backed up where possible with a family history. 

Hematological findings: 
Anemia is usual; its severity tends to be similar in members of the same family. 
Reticulocytes are usually 5-20%. The blood film shows microspherocytes which are densely 
staining with smaller diameters than normal red cells(which lack the area of central pallor of 
the normal biconcave discs). 
The MCHC is often increased above 35 g/dL in HS, but the presence of macrocytic 
Reticulocytes usually results in a low normal MCV rather than true microcytosis. 
The diagnosis is made after incubation in reducing concentrations of sodium chloride - called 
the osmotic fragility test, to demonstrate the poor tolerance of the cells to a hypotonic 
environment →swelling and rupture of the red cells. 
The direct Antiglobulin (Coombs') test is normal, excluding an autoimmune cause of 
spherocytosis and hemolysis. 
 

 

 

Hereditary elliptocytosis: 

This has similar clinical and laboratory features to HS except for the appearance of the blood 
film  (shows large numbers of elliptocytes and/or ovalocytes),  but it is usually a clinically 
milder disorder. 
It is usually discovered by chance on a blood  film and there may be no evidence of 
hemolysis or only mild hemolysis. 
Occasional patients require splenectomy.  
A number of genetic  mutations affecting horizontal interactions have  been  detected 
(inherited as an autosomal dominant trait). Patients with homozygous  or doubly 


background image

heterozygous elliptocytosis present  with a severe hemolytic anemia with microspherocytes, 
poikilocytes and splenomegaly (hereditary pyropoikilocytosis). 
Osmotic fragility is usually normal. Reticulocytes are mildly increased (<5%). RBC 
hemolysis occurs in the spleen, thus splenectomy corrects the hemolysis, but not the RBC 
membrane defect. 

 

Acquired hemolytic anemias: 

Acquired hemolytic anemias are usually divided into two main categories depending 

on the mechanism by which the premature destruction of red blood cells is produced. 

In the immune hemolytic anemias, antibodies are the main agents of destruction. The non - 
immune acquired hemolytic anemias include diverse causes and mechanisms of hemolysis. 
In  most anemias, there is some shortening of red cell survival, but in the haemolytic 
anaemias this shortening of red cell lifespan is the major cause of the anaemia and produces 
the classical features of hemolysis. 

Unlike the inherited hemolytic anemias, which predominantly involve abnormalities intrinsic 
to the erythrocyte, the acquired hemolytic anemias (with exception of paroxysmal nocturnal 
hemoglobinuria PNH) involve abnormalities that are extrinsic to the erythrocyte. 

IMMUNE HEMOLYTIC ANEMIA: 

 

Immune hemolytic anemia is the most common form of acquired hemolytic anemia 

and it can be classified as: 1) auto-immune, 2) allo-immune or 3) drug-induced. Irrespective 
of the etiology, the typical feature in the peripheral blood smear is microspherocytosis. 

1. 

Autoimmune hemolytic anemia (AIHA): 

Are caused by antibody production by the body against its own red cells. They are 
characterized by a positive direct antiglobulin test (DAT) also known as the Coombs' 

test and divided into 'warm' and 'cold' types according to whether the antibody reacts

 

more strongly with red cells at 37°C or 4°C. AIHA may be idiopathic (no underlying 
cause identified) or secondary.

 

Warm Antibody Hemolytic Anemia: 

This is the most frequent immune hemolytic anemia, accounts for more than 70% of AIHA.

 

The red cells are coated with immunoglobulin (Ig), usually immunoglobulin G (IgG) alone 
or  with complement, and are therefore taken up by RE  macrophages which have receptors 
for the Ig Fc fragment. Part of the coated membrane is lost so the cell becomes progressively 
more spherical to maintain  the same volume and is ultimately prematurely  destroyed, 
predominantly in the spleen. 

 


background image

Clinical features: 

The disease may occur at any age, in both sex, and presents as a haemolytic anaemia of 
varying  severity (mild chronic anemia to a  life threatening condition).  The spleen is often 
enlarged. The disease tends  to remit and relapse. It may occur alone or in association  with 
other diseases. Certain common events are known to precipitate episodes of increased RBC 
destruction: surgery, pregnancy, acute and chronic infections, etc. 

Most warm autoantibodies do not cause autoagglutination or intravascular hemolysis. 

Laboratory findings:  

•  CBC & blood film: anemia, spherocytosis, polychromasia  (reticulocytosis), 

normoblastaemia,  neutrophilia common, lymphocytosis in lymphoproliferative 
disorders. 

•  Coombs test positive: RBC coated with IgG, complement or both. 

•  Unconjugated hyperbilirubinemia with increased urobilinogen in the urine 

and raised LDH. 

The antibodies both on the cell surface and free in serum are best detected at 37°C. 

Cold Antibody Hemolytic Anemia: 

Is much less common than Warm AIHA (15 %).

 

These autoantibodies attaches to red cells 

mainly in the peripheral circulation where the blood temperature is cooled, In this condition 
the IgM antibody and complement bind to red cells, agglutinating them when exposed to 
temperatures below the body temperature, best at 4°C. Upon rewarming, IgM dissociates but 
the complement is activated, leading to intravascular hemolysis.  It affects both sexes 
equally, with a peak incidence in the 5th decade. 

Clinical features 

The patient may have a chronic hemolytic anemia  aggravated by the cold and often 
associated with intravascular hemolysis (hemoglobinuria). Mild jaundice and splenomegaly 
may be present. The patient may develop acrocyanosis (purplish skin discoloration) at the tip 
of the nose, ears, fingers and toes caused by the agglutination of red cells in small vessels. 

Laboratory findings: 

 are similar to those of warm AIHA except that spherocytosis is less marked, agglutination of 
red cells on the slide (RBC clumping), is prominent and diagnostic. sometimes a high MCV 
(due to agglutination). 


background image

 

2. 

Alloimmune hemolytic anemia:

 

 

In these anaemias, antibody produced by one individual reacts with red cells of another. 

Typically, this occurs following a blood transfusion, during or after pregnancy, or following 
bone marrow or stem cell transplantation. 

Two important situations are transfusion of ABO-incompatible blood and hemolytic disease 
of the newborn. 

Transfusion reactions due to immune mediated Hemolysis    HTR 

There are two major types of immune-mediated hemolysis following blood transfusion: 

acute and delayed. More than 80% of acute hemolytic transfusion reactions are due to ABO 
incompatibility.  Transfusion reactions due to intravascular hemolysis are generally more 
severe than with extravascular hemolysis. Patients may experience fever, chills, joint pain, 
shock, renal failure and/or disseminated intravascular coagulation  DIC. Delayed hemolytic 
transfusion reactions may be caused by primary alloimmunization but, more frequently, the 
transfused red cells trigger a delayed (anamnestic) IgG mediated transfusion reaction 7–14 
days after the blood transfusion.  

Hemolytic disease of the newborn   HDN 

 

Is  hemolysis in the fetus caused by transplacental  transfer  of  maternal  IgG.          

During pregnancy, alloimmune hemolytic anemia may occur in the fetus if there is a blood 
group incompatibility between the mother and the fetus. The antibodies against the Rh and 
the ABO antigen systems are the two major causes of hemolytic disease of the newborn, 
with anti-D causing the most severe cases. 

3.  Drugs-induced immune hemolytic anemias: 

Drugs may cause immune haemolytic anaemias via several mechanisms

 
 


background image

NON-IMMUNE HEMOLYTIC ANEMIA: 

1.  Red cell fragmentation syndromes: 

These arise through physical damage to red cells either on abnormal surfaces (e.g. artificial 
heart valves or arterial grafts), arteriovenous malformations or as a microangiopathic 
haemolytic anaemia MAHA . This is caused by red cells passing through abnormal small 
vessels. The MAHA may be caused by deposition of fibrin strands often associated with 
disseminated intravascular coagulation (DIC) or platelet adherence as in thrombotic 
thrombocytopenic purpura (TTP) or vasculitis (e.g. polyarteritis nodosa). 

The peripheral blood contains many deeply staining red cell fragments . Clotting 
abnormalities typical of DIC with a low platelet count are also present when DIC underlies 
the hemolysis. 

 

2.  March haemoglobinuria: 

This is caused by damage to red cells between the small bones of the feet, usually during 
prolonged marching or running. The blood film does not show fragments. 

 

3.  Infections: 

Infections can cause hemolysis in a variety of ways. They may precipitate an acute hemolytic 
crisis

 

in G6PD deficiency or cause microangiopathic hemolytic anemia (e.g., with 

meningococcal or pneumococcal septicemia). Malaria causes hemolysis by extravascular 
destruction of parasitized red cells as well as by direct intravascular lysis. 

Blackwater fever is an acute intravascular hemolysis accompanied by acute renal failure 
caused by Falciparum malaria. Clostridium perfringens septicemia

 

can cause intravascular 

hemolysis with marked microspherocytosis. 

 

4.  Chemical and physical agents: 

Certain drugs in high doses cause oxidative intravascular hemolysis with Heinz body 
formation in normal subjects. In Wilson's disease an acute haemolytic anaemia can occur as 
a result of high levels of copper in the blood. Chemical poisoning (e.g. with lead, chlorate or 
arsine) can cause severe hemolysis. Severe burns damage red cells causing acanthocytosis or 
spherocytosis. 

 

 


background image

5.  Secondary haemolytic anaemias: 

In many systemic disorders red cell survival is shortened. This may contribute to anemia. 

 

6.  Paroxysmal Nocturnal Hemoglobinuria (PNH): 

PNH is a rare, acquired, clonal disorder of marrow  stem cells in which

 

the patient’s 

red cells are abnormally sensitive to lysis by the complement of normal plasma, 
characterized by hemolysis, particularly during sleep, leading to the passage of dark 

urine (due to haemoglobinuria),

 

PNH is almost invariably associated with some form

 

of bone marrow hypoplasia, often frank aplastic anaemia. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

ﺍﻟﺪﻛﺘﻮﺭﺍﻻﺧﺘﺼﺎﺹ

 

ﻋﻠﻲ

 

ﻋﺒﻴﺪ

 

ﺍﺑﺮﺍﻫﻴﻢ

 

ﺍﻟﺨﻔﺎﺟﻲ

 

ﺩﻛﺘﻮﺭﺍﺓ

 

 )

ﺑﻮﺭﺩ

 

 (

ﺍﻣﺮﺍﺽ

 

ﺍﻟﺪﻡ

 

M.B.Ch.B. F.I.C.M.S

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 3 أعضاء و 99 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل