紅細胞過早地被破壞可以發生在血管外或血管內。 血管外溶血(extravascular hemolysis)即紅細胞被脾、肝中的巨噬細胞(單核一巨噬細胞系統)吞噬後破壞。 血管內溶血(intravascular hemolysis)是紅細胞直接在血循環中破裂, 紅細胞的內容(血紅蛋白)直接被釋放入血漿。
一、血管外溶血
紅細胞在巨噬細胞中破壞後, 血紅蛋白被釋放出來, 就在巨噬細胞內分解成珠蛋白(globin)和血紅素(hematin),血紅素分解為鐵, 一氧化碳, 碳氧血紅蛋白(Carboxyhemoglobin), 膽綠素(biliverdin), 後者最後變成膽紅素(bilirubin)被血漿運至肝臟。 在肝內, 膽紅素與葡萄糖醛酸結合為直接膽紅素。 未與葡萄糖醛酸結合的膽紅素稱間接膽紅素。
二、血管內溶血
發生血管內溶血時, 血紅蛋白直接被釋放入血漿, 與血漿中的結合珠蛋白(haptoglobin)―一種α2糖蛋白一結合, 由於其分子較大,
當血漿內結合珠蛋白全部與血紅蛋白結合後, 從游離血紅蛋白分解出的血紅素能與血結素(hemopexin)-一種β糖蛋白-結合, 然後也被肝細胞攝取。 大量溶血時血漿血結素的濃度亦降低。
血漿中的游離血紅蛋白被氧化成高鐵血紅蛋白(methemoglobin), 再分解為高鐵血紅素(methematin),然後與血漿中白蛋白結合成高鐵血紅白蛋白(methemalbumin), 最後與血結素結合而被細胞攝取。 血漿如有較多游離的血紅蛋白, 血漿可呈粉紅色, 但由於高鐵血紅白蛋白呈棕色, 高鐵血紅蛋白呈褐色, 因此其粉紅色被掩蓋而不易看出。
當血漿中的蛋白質與血紅蛋白的結合已達飽和時, 未結合的血紅蛋白由於分子較小(分子量66 000)出現於尿內, 使尿色變紅。 高鐵血紅蛋白亦可出現於尿內, 使尿呈褐色, 高鐵血紅白蛋白由於分子大、不出現於尿內。
尿中血紅蛋白被腎小管上皮吸收後分解的鐵以鐵蛋白及含鐵血黃素的形式貯積于腎小管上皮細胞內, 隨上皮細胞脫落而自尿排出, 以尿沉渣作亞鐵氰化鉀染色, 可見到上皮細胞內有藍色的含鐵血黃素顆粒, 含鐵血黃素尿常出現於慢性血管內溶血, 如陣發性睡眠性血紅蛋白尿及機械性溶血性貧血。