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  • 1

    Evaluation of Hemolysis

    Matthew Elkins, MD PhD Upstate University Hospital

    Hemolysis Definition:

    Disruption of the cell membrane of RBCs  resulting in the release of free hemoglobin Intravascular hemolysis – disruption within  the blood stream with release of RBC contents  into the circulation Extravascular hemolysis – disruption outside  of blood stream (in reticuloendothelial  system)

    Hemolysis Sequelae Anemia – decrease in hemoglobin below the  patient’s usual baseline Acute anemia – loss of RBC, usually without loss of   intravascular volume Chronic anemia – long term decrease in RBC mass,  compensation

    Pallor, lethargy, diaphoresis, nausea/vomiting,  tachycardia, headache, dizziness, depression,  shortness of breath, high‐output cardiac  failure, death

  • 2

    Hemolysis Sequelae

    Schaer et al. 2013 Blood

    Hemolysis Sequelae Free hemoglobin binds to nitric oxide to  form methemoglobin Methemoglobin induces release of  proinflammatory cytokines fromproinflammatory cytokines from  endothelial cells (e.g. IL‐6, IL‐8)  Fever, chills, SIRS

    Decrease in NO results in increased  vascular tone and hypercoagulability  resulting in hypertension and stroke

    Hemolysis Sequelae

    Schaer et al. 2013 Blood

  • 3

    Hemolysis Sequelae

    Acute tubular necrosis

    Damage to renal tubule epithelium

    Acute, severe back/flank pain Can result in permanent  kidney damage

    Hemolysis Sequelae

    Schaer et al. 2013 Blood

    Causes of Hemolysis Non‐immune hemolysis  Mechanical shearing (artificial heart valve, fibrosis)  Trauma, toxins, infections Abnormal RBC or hemoglobin Microangiopathic hemolytic anemia (MAHA)

     Immune hemolysis Immune hemolysis  Immune destruction of transfused RBCs due to alloantibodies  produced by recipient

     Immune destruction of patient RBCs due to antibodies in  transfused plasma/antibody concentrate (e.g. RhoGam)

     Immune destruction of patient RBCs due to autoantibody

  • 4

    Hemolysis workup History, physical exam

    —Symptoms and duration, PMHx

    Hematology Lab tests  ―CBC, Reticulocyte counts, Peripheral smears, Hemoglobin  electrophoresis, Osmotic fragility testing, Bone marrow  evaluationevaluation

     Chemistry Lab tests  ―Haptoglobin, Bilirubin, LDH, Serum‐free hemoglobin,  Urinalysis (hemoglobinuria) 

     Blood Bank Evaluation ―Type and screen, DAT, Eluate, RBC antibody identification 

    Hemolysis Work‐up

    Is the patient undergoing hemolysis? Haptoglobin Lactate dehydrogenase Bilirubin Serum‐free hemoglobin Urinalysis 

    Chemistry Evaluation Haptoglobin Measured by immuno‐turbidometric measurement

    Mix patient’s serum with anti‐human  h t l bi Abhaptoglobin Abs

     Resultant aggregate blocks light  transmittance on a spectrophotometer

    Hpt is also an acute phase reactant, so may  see increase with inflammation

    Hpt is produced from the liver, so low levels  can be seen due to liver failure

  • 5

    Hemolysis  Anemic? Hemolysis may occur without anemia due to  the capacity of bone marrow to replenish

    Patient Evaluation

    the capacity of bone marrow to replenish  destroyed RBCs Anemia occurs if hemolysis exceeds  erythropoiesis capacity of the bone marrow High rate of hemolysis Decreased erythropoiesis capacity 

    Hematology Lab Tests  Complete Blood Count (CBC) Automated counting of 

    –RBCs Platelets–Platelets

    –WBCs Determined by size of cellular component Measured using either impedance or light  scatter

    Hematology Lab Tests  Complete Blood Count (CBC) Measured by impedance method:  Set up two chambers with maintained electrical current at  set voltage

    +‐

  • 6

    Hematology Lab Tests  Complete Blood Count (CBC) As cells pass through aperture between chambers,  resistance to electrical flow increases in relation to cell  size

     RBC and platelets tested in one reaction  Second sample tested after hydrolysis of RBCs

    +‐

    Hematology Lab Tests  Complete Blood Count (CBC) Light scatter measured using a flow cytometer Cellular constituents pass through a laser beam  one at a time The light is refracted as it passes through the cell The amount of refraction (spread) correlates to  the size of the cell

    Laser Detector

    Side scatter used    to quantitate WBC 

    Hemolysis  Anemic What is the RBC morphology? RBC h l id i i ht i t th

    Patient Evaluation

    RBC morphology can provide insight into the  underlying cause of anemia/hemolysis 

  • 7

    Peripheral Blood Smear

    Sample of whole blood is  spread on a glass slide Thin layer of blood isThin layer of blood is  examined microscopically  to evaluate morphology  of platelets, RBCs, and  WBCs

    Case 1: Patient Presentation

    52 year old woman Recent upper respiratory infection Left frontal headache Gingival bleeding Gross hematuria New ecchymoses bilateral extremities and  petechiae on trunk 

    Case 1: Laboratories 13.2

    14.4                 7 37.2

    LDH 1698, Bilirubin 3.1 Haptoglobin

  • 8

    Case 2: Peripheral Case 2: Peripheral Blood Blood SmearSmear

    Case 2: TTP Thrombotic thrombocytopenic purpura Anti‐ADAMTS13 antibody or congenital defect Directly inactivates ADAMTS13 and causes  increased clearance ADAMTS13 cleaves vWF extra large multimersADAMTS13 cleaves vWF extra‐large multimers Absence of functional ADAMSTS13 results in  abundance of HMW vWF multimers Larger multimers activate platelets  multiple thromboses Platelets used up  thrombocytopenia 

    Case 2: TTP Thrombotic thrombocytopenic purpura ADAMTS13 assay:

    1:1 Mix

    Normal pooled  plasma

    Patient  Sample

    Dilution (same final conc

    Normal >67% activity or 

  • 9

    Peripheral Blood Smear Schistocytes Remnants of RBCs from intravascular shearing Small platelet‐fibrin clots transiently lodge in  vessels, narrowing vascular channel andvessels, narrowing vascular channel and  causing activation of complement cascade on  vessel wall

    Peripheral Blood Smear

    Fibrin strands attach to endothelial walls  RBCs passing through the vessels are  transiently bound by these fibrin strands RBCs torn apart Resultant fragments cleared by the spleen 

    Microangiopathic Hemolytic Anemias

    Pathophysiology Activation of platelets/coagulation cascade in  small vessels resulting in fibrin stranding and  microthrombimicrothrombi Vascular occlusion, hemolysis, consumptive  coagulopathy (platelets and/or coagulation  factors)

  • 10

    Microangiopathic Hemolytic Anemias Causes  Thrombotic Thrombocytopenic Purpura  Systemic malignancy Malignant hypertension Autoimmune diseases (SLE, PAN)   Severe infection (sepsis, DIC) Drugs – Quinine best example, but many causes

    Schistocytes ≠ TTP   Schistocytes = mechanical shearing of RBCs

    Non‐MAHA Schistocytes

    Marching hemolysis / drummer hemolysis Stenotic heart valves Artificial heart valves

    – Peri‐valvular leak – Valvular stenosis – Mechanical valves

    LVADs, ECMO, bypass Fibrosis of liver, bone marrow

    Peripheral Smear Spherocytes RBC with smaller diameter and no central clearing Caused by either: Lack of functional cytoskeletal components  A tib di ifi ll i i lf RBC tiAntibodies specifically recognizing self RBC antigens

  • 11

    Peripheral Smear Spherocytes Abs recognized by macrophages in the splenic  sinusoids which phagocytize RBC membrane Both pathways result in loss of cell membrane RBC cytoplasm and membrane equilibratesRBC cytoplasm and membrane equilibrates Anemia results due to clearing of the spherocytes

    Peripheral Smear Other RBC morphologies Stomatocytes – hereditary, Rh null  syndrome Acanthocytes (spur cells) – liver disease,  dyslipidemias McLeod phenotypedyslipidemias, McLeod phenotype Echinocyte (burr cells) ‐ renal failure, burns  phosphate deficiency Degmacyte (bite cells/blister cells) – oxidative hemolysis (ex. G6PD deficiency)  resulting in condensation of hemoglobin  which gets removed by macrophages

    Peripheral Smear

    Sickle cells, HgbC crystals Condensation of abnormal  hemoglobin resulting in  insoluble crystalsinsoluble crystals Distorts cell membrane Intravascular and extravascular hemolysis Chronic inflammatory state

  • 12

    Hemolysis  Anemic RBC morphology I h l i ?

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