Platelets
Developmental pathway of platelets
Origin and structure
• Megakaryocytes diameter 35‐160 μm
• Platelet diameter 2‐3 μm
• Contain an irregular ring of lobed nuclei
• Platelets are formed within the cytoplasm of 
megakaryocytes and released into the circulation
• Platelet survival time 8‐12 days
• Destroyed mainly in spleen
• Blood count: 1.5‐4lakh/ µL of blood
Morphology
• Wet preparations: colourless, moderately refractile, 
discoid or elliptical
• Darkfield illumination: translucent, sharp contour, few 
immobile granules
• Leishman’s stain shows a faint blue cytoplasm with 
distinct reddish purple granules
• Electron microscopy reveals a cell membrane 6 nm 
thick which surrounds a cytoplasmic matrix containing 
Golgi apparatus, endoplasmic reticulum, 50‐100 very 
dense granules, mitochondria, microvesicles, 
microtubules, filaments & granules 
Structure of platelet
Structure of platelet…
• Membrane structures:surface glycoproteins serve as receptors, 
facilitate platelet adhesion & contraction, and determine expression of 
specific platelet antigens and antigens shared with other formed elements
• Canalicular system:numerous invaginations of the platelet surface 
and, interspersed among these structures, a set of narrower channels 
termed the dense tubular system
• Dense tubular system : is the major site for storage of Ca2+ and the 
location of cyclooxygenase
• Cytoskeleton
• Microtubules
• System of contractile proteins
• Granules
Platelet granules
• Dense body: ADP, ATP, GTP, GDP, serotonin, secretable
Ca++
• Alpha granules: 
 Platelet specific proteins: PF‐4, thromboglobulin, PDGF, 
thrombospondin
 Homologs of plasma proteins: fibrinogen, fibronectin, 
albumin
• Dense tubular system: Prostaglandin converting 
enzymes, contractile calcium
• Peroxisomes: Catalase
• Lysosomes: Acid hydrolase
Function
• Hemostasis
• Blood coagulation
• Phagocytosis
• Storage & transport of substances
Events in hemostasis
Events in hemostasis….
Hemostasis (Arrest of bleeding)
Formation of hemostatic plug due to 
Adhesviness to damaged lining of blood vessels
Promoted by Ca++ ions  & ADP
Aggregation of platelets leads to formation of 
white bodies or micro thrombi which may grow 
until they almost fill the lumen of a small vessel 
At first the aggregation is reversible
Then it becomes irreversible, platelet granules are 
discharged, leukocytes begin to adhere  to 
platelets, fibrin deposition occurs
Suggested sequence of events in 
hemostasis
• Platelet adherence to collagen in damaged 
vessels wall
• ATP is converted to ADP  by ATPase
• ADP is released and promotes aggregation of 
passing platelets : formation of platelet plug
• Release of tissue factor from damaged vessels 
& phospholipids from platelets will promote 
thrombin formation 
• Firm clot seals the vessel permanently
Other reactions in hemostasis
• After the initial dilatation the damaged vessels constrict for 
about 20 minutes, 5‐HT being important in this process
• Prostaglandin forming system is also involved in platelet 
aggregation
 Arachadonic acid is released from the platelet cell 
membrane by phospholipase and then rapidly oxidized by 
the enzyme cyclo oxygenase to PGG2 & PGH2
 In the platelets:PGG2 is converted to TX A2 a highly potent 
platelet aggregator  and constrictor of arterial muscle
 In the arterial endothelium: PGG2 & PGH2 are converted to 
prostacyclin a potent inhibitor of platelet aggregation and a 
vasodilator 
Blood clotting
• In blood deprived of platelets
Clotting time in glass tube is prolonged
Activation of prothrombin is incomplete
Formed clots do not retract
Platelets are necessary for intrinsic clotting 
process by releasing Platelet factor 3 which 
causes conversion of prothrombin to thrombin 
by factor X and V
Clot retraction
• Clot retraction occurs by shortening of fibrin 
fibers produced by contraction of attached 
platelet pseudopodia, which contain 
actomyosin like protein.
• Agents which inhibit cell metabolism or 
enzyme activity also inhibit clot retraction
• Blood allowed to clot in a glass tube at 370 C 
begins to show clot retraction after 30 
minutes
Phagocytosis
• Carbon particles, immune complexes and 
viruses are phagocytosed by platelets
• A vestigial mechanism of clearing particulate 
material from the blood
Storage & transport
• Stores of 5‐HT and histamine which are 
released by platelet disintegration
• They also take up 5‐HT by active transport
• Epinephrine & potassium
Non hematological functions of 
platelets
Inflammation
Platelets have 4 features common to all 
inflammatory cells
• Posssess wide range of infammatory mediators
• Presence of receptors for other inflammatory 
cells
• Ability to respond to noxious stimuli
• Cooperative with other inflammatory cells
Platelet & growth factors
PDGF, EGF, FGF are released from alpha 
granules of platelets
Platelets & neurotransmitters
Despite being of different embryological origin 
it has been shown that platelets behave like 
serotonergic neurons in CNS. Thus they 
provide a neuronal model for studying 
neurons
Platelets & metastasis
Promote tumour survival in blood stream by 
protecting tumour cells from attack by NK 
cells
Platelets in asthma
Release of PAF & PF4 cause bronchial hyper 
reactivity
Hemostasis
• Physiology of coagulation
• Tests for clotting
• Clot retraction
• Fibrinolysis
• Anticoagulants
Hemostasis (Prevention of blood loss)
Mechanisms by which hemostasis is achieved
1. Vascular constriction
2. Platelet plug formation
3. Blood clot formation
4. Clot retraction and fibrinolysis
Primary hemostasis
Secondary hemostasis
Tertiary hemostasis
Primary hemostasis
Vascular phase: Triphasic response
1. Immediate reflex vasoconstriction :An intrinsic 
response of smooth muscles in small arterioles & pre 
capillary sphincters
2. Transient vasodilation: Due to PG E2, Histamine & 
prostacyclin
3. Sustained vascular contraction:Due to release of local 
autocoid factors from the traumatized tissue and 
platelets. Ex. TX A2, Fibrinopeptide B, epinephrine , 
nor epinephrine
Primary hemostasis…
Platelet phase of hemostasis:
Important in controlling bleeding from capillaries & small venules in 
erosion of mucosal surfaces
• Adherence to exposed subendothelial structures & activation
• Burst of metabolic activity 
• Shape change
• Platelet aggregation/ plugs
• ADP extrusion & other activated subtances
• Activation & avalibility of PF 3 & other procoagulants
• Initiation of blood clotting
• Consolidation of platelet plug by fibrin
• Clot retraction
Adhesion
Defined as the attachment of platelets to non 
platelet surfaces
The first detectable event after vascular injury
VWF binding Adhesion
High molecular weight subunit of vWF acts as an initial ligand
between platelets & subendothelial structures i.e. collagen
V
W
F
+GP
V
W
F
GP
V
W
F
GP
Von Willebrand factor
• A protein synthesised by vascular endothelial cells & megakaryocytes
• Belongs to a class of adhesive proteins .
• Adhesive proteins contain a sequence of amino acids Arg‐Gly‐Asp(RGD) 
sequence
• This sequence allows adhesive proteins to bind to integrins (cell surface 
proteins)
• GP IIb & GP IIIa are two integrins present on platelet surface 
• Secreted into plasma and also abluminally into the superficial layers of sub 
endothelium
• Sub endothelial vWF contributes to platelet adhesion but is insufficient
• After endothelial cell disruption the plasma vWF binds to the 
subendothelium after which it can bind to surface of unstimulated
platelets and link them to the subendothelium
Adhesion…
• Fibronectin
Synthesised by endothelial cells
Stored & secreted by platelets
Can bind collagen
Platelet shape change
• Occurs within seconds of exposure to 
activating agents
• From flattened discs to spheres with multiple 
projecting pseudopods
• Polymerization of platelet actin
• Microtubules that are normally at the 
periphery go to the center surrounding the 
granules that have gone to the center prior to 
release
Platelet aggregation
Defined as the attachment of activated platelets to each other
• Primary aggregation: ADP & thrombin cause direct 
aggregation
GP IIb‐IIIa is an integrin that recoginzes two RGD sequences 
present on fibrinogen 
Fibrinogen thus forms a bridge between two opposing 
activated platelets
• Secondary aggregation: substances causing aggregation by 
release of ADP or PG
Thrombospondin from alpha granules leads to ireversible
aggregation by binding to fibrinogen & GP IV on platelet 
surface
Platelet activation…
Series of progressive overlapping events
• Shape change
• Aggregation
• Liberation & oxidation of arachadonic acid
• Secretion of alpha & dense granules
• Reorganization of surface membrane 
phospholipids
• Oriented centripital contraction of actomyosin
Platelet activation…
Primary agonists triggering platelet activation
• Thrombin formed at injury site
• Sequence of collagen on subendothelium
Maintenance & amplification of platelet 
activation
• ADP
• Arachadonic acid oxidation products
• Raised cytosolic Ca++ triggers
Phosphorylation of myosin light chain kinase. 
Required for reorientation of cytoskeletal
proteins needed for platelet shape change, 
secretion and contraction
Activation of a calcium dependent protease 
called calpain which through proteolysis 
activates other platelet enzymes
Activation of phospholipase A2
Prostaglandin thromboxane system
Membrane PL AA HPETE HETE
Prostacyclin
PGG2+ PGH2
PGF2α, PGD2, PGE2
Malonaldihyde TXA2
PLA2
Inhibition of release 
Aggregation
Lipoxygenase GPX
Cycloxygenase
Aspirin
TX synthase
Initiation of release 
Aggregation
Role of aspirin
• Aspirin irreversibly inactivates platelet 
cycloxygenase
• Thus synthesis of PGH2 & TX A2 is prevented
• Prolongation of bleeding time may occur
• Therapeutic role in patients of coronary artery 
disease
• PGH2: Acts as a cofactor enhancing collagen’s ability to 
function as a platelet agonist 
• TX A2: Binds to a specific platelet membrane receptor 
with resultant activation of phospholipase C & 
amplification of platelet activation through further 
generation of DAG & IP3
• Prostacyclin: Secreted by endothelium helps to keep 
platelets in an unstimulated state through activation of 
platelet adenyl cyclase & a resultant rise in platelet 
cAMP levels
• PGD2: Can also activate platelet adenyl cyclase
Phosphoinositol metabolism
Platelet activation
Phosphatidyl inositol bis phosphate(PIP‐2)
Diacyl glycerol(DG)+Inositol triphosphate(IP3)
Phosphatidic acid(PA)
Mobilises Ca ++ from
intracellular stores
Mobilises Ca ++ from
intracellular stores
Co factor for
Protein kinase C
Platelet release reaction
α granules
 Platelet proteins
Thrombospondin: Paltelet aggregation
PF4: Neutrlises anticoagulant activity of heparin, competes with 
antithrombin III for bonding sites on heparan sulphate present on 
endothelial cells, chemo attractant for WBC, smooth muscle cells & 
fibroblasts
PDGF:chemo attractant for WBC, smooth muscle cells & fibroblasts
TGF‐β:chemo attractant for WBC, smooth muscle cells & fibroblasts  
 Analogus of plasma proteins:
Albumin, IgG‐ no known hemostatic function
Fibrinogen, vWF, Factor V‐ known hemostatic function 
Dense granules: ADP, ATP, Calcium, serotonin
Lysosomal granules: 
Compaction & stabilization of platelet 
plug
• The GP IIb‐IIIa hetrodimer traverses the 
platelet membrane
• When fibrinogen binds to the external domain 
of GP IIb‐IIIa the cytoplasmic domain is altered 
and binds to actin filaments
• This orients centripetal contraction 
Blood coagulation
Secondary hemostasis
Blood clotting factors
Factor I (Fibrinogen): a soluble plasma protein. In 
afibrinoginemia clotting does not occur
Factor II(Prothrombin): Inactive precursor of thrombin
Factor III(Tissue factor/ Tissue thromboplastin): converts 
prothrombin to thrombin in presence of factors V, VII, 
X, Ca++ and phospholopids
Factor IV (Calcium): Essential for clotting.
FactorV(Labile factor/ proaccelerin): 
FactorVII(Stable factor/ proconvertin): Deficiency induced 
by oral anticoagulants
Blood clotting factors…
• FactorVIII(Antihemophilic globulin/factor A): 
Congenital defficiency causes Classical Hemophilia 
• FactorIX (Christmas factor/ antihemophilic factor B): 
Congenital deficiency leads to a hemorrhagic state 
resembling Hemophila(Christmas disease)
• Factor X(Stuart‐Prower factor)
• Factor XI(Plasma thromboplastin antecedent/ 
Antihemophilic factor C)
• FactorXII(Hageman factor, contact factor)
• Factor XIII(fibrin stabilizing factor)
Blood clotting factors…
HMW‐K: High molecular weight kininogens
Pre‐Ka: prekallikrein/ Fletcher factor
Ka: Kallikrein
PL: Platelet phospholipid
• Factors II, VII, IX, X, protein C & protein S
are formed in the liver
Vitamin K is necessary for some post 
translational modifications in these factors
In vitamin K defficiency or 
inhibition by oral anticoagulant ,Warfarin
the plasma levels of these factors are low
Basic reactions involved in coagulation
Prothrombin(Factor II)
Thrombin
Fibrinogen Fibrin
(Factor I)
Ca++, factors derived from damaged tissues,
disintegrating platelets, plasma
Physiology of clotting process
Thrombin‐fibrinogen reaction
Formation of fibrin clot is the only visible &measurable 
part of clotting process
Type of reaction
• Proteolysis
Fibrinogen Fibrin monomers + Peptides
• Polymerization
Fibrin monomers Fibrin polymers
(Soluble fibrin clot)
• Clotting
Fibrin polymers Insoluble fibrin clot
Thrombin
Factor XII
Ca++
• Conversion of prothrombin to thrombin 
requires
Prothrombin activator or thromboplastin
Prothrombin activator is formed in 2 main ways
As result of tissue damage (Extrinsic system)
Activation of blood constituents(Intrinsic 
system)
Key reaction: Factor X Factor Xa
Extrinsic pathway for initiating blood clotting.
Extrinsic system…
• Key event triggering blood coagulation during 
hemostasis is exposure of blood to tissue 
factor
• It also acts as a cofactor for activation of factor 
VII
Intrinsic pathway for initiating blood clotting.
Intrinsic system
• More complicated
• More prolonged
• Fibrinolytic and kinin forming systems are also 
activated 
Enzyme cascade hypothesis(Macfarlane): 
Surface contact induces a sequence of changes in 
which an inactive precursor is converted into an 
active enzyme which then acts on the next 
precursor to form the next active enzyme…
An amplifying system 
Intrinsic system…
• Factor XII, prekallikrein,Factor XI & High 
molecular weight kininogen are known as the 
contact activation factors
• Factor XII, prekalikrein & HMWK are essential for 
triggering blood coagulation in a glass test tube
• However they play no role in normal hemostasis
since patients with isolated deficiencies of each 
of these do not bleed abnormally
• Once Xa is formed clotting occurs within 
seconds
• Contact with a foreign substance i.e. glass or 
urate crystal produces clotting only after 4‐8 
minutes
Overview of clotting
Effects of thrombin
• Positive feedback effect on factors concerned 
with formation of prothrombin activator
• Activates factor VIII
• Increases activity of factor V & XIII
• Promotes aggregation of platelets
• Increases the amount of available phosphlipids
• After activating these mechanisms soon 
inactivates them
Regulation of blood coagulation
• Adsorption of thrombin onto fibrin
• Neutralization of thrombin by plasma proteinase
inhibitors, Antithrombin III, α2 macroglobulin& 
heparin cofactor II
• Antithrombin III also inhibits the activity of key 
intermediate enzymes, Factor IXa & Xa
• Activated protein C inhibits the cofactors for 
Factor VIIIa & Va
• Extrinsic pathway inhibitor(EPI) & factor Xa
neutralize the catalytic activity of Factor 
VIIa/tissue factor complex
Clot retraction
Platelet contractile proteins contract.
•Squeezes fluid (serum) out of the clot.
•Draws the edges of the torn blood vessel together.
•Sets the stage for repair.
–PDGF
–VEGF
Clot retraction
• Freshly formed fibrin threads are extremely sticky 
and adhere to each other, blood cells, tissues & 
foreign substances
• Freshly shed blood sets in a soft jelly –like mass
• Gradually it contracts down(retracts) to 40% of its 
original volume, squeezing out serum
• Final clot is more tougher and solid
• Clot retraction is impaired if platelets are 
removed from blood
Fibrinolysis (Dissolution of clot)
Plasminogen Plasmin
Fibrin Small peptides 
(Fibrin degradation products)
Intrinsic plasminogen activators get activated by: 
Body or mental stress, operation, violent exercise, adrenalin 
injection
Extrinsic activators: Widely distributed throughout the cell 
& body fluids
Tissue activators occur in microsomes, urokinase in urine
Exrtinsic / Intrinsic
Plasminogen
activators
Plasmin
Fibrinolytic system & its regulation by 
protein C 
Endothelial cells
(Thrombomodulin thrombin complex)
Protein C Activated protein C
+Protein S
Inactivates inhibitors of t‐PA
Plasminogen Plasmin
Lyses fibrin
VIII inactive VIIIa V inactive Va
Thrombin
t‐PA, u‐PA
Plasminogen (fibrinolytic) system
Kringles : Lysine binding sites
t‐PA: Produced by recombinant DNA technology
Used in myocardial infarction and stroke
Tests for defects in blood clotting
Screening for adequacy of hemostatic plug 
formation
• Platelet count 
• Bleeding time: for conditions other than 
thrombocytopenia that can impair the 
formation of hemostatic plug
Tests for defects in blood clotting…
Screening for the adequacy of blood coagulation
• Prothrombin time: Measures the adequacy of 
reactions that  clot plasma when a very high 
concentration of tissue factor is present.
Tests the adequacy of extrinsic system
• Activated partial thromboplastin time: Measures 
the adequacy of clotting reactions that clot 
plasma when a reagent optimizing the contact 
activation reactions & providing procoagulant
phospholipid is present
Tests adequacy of intrinsic system
Activated partial thromboplastin time
Disorders affecting formation of 
platelet plug
Thrombocytopenia
• Physiological: New born, Menstruation
• Pathological: 
Decreased marrow production: Tumours, fibrosis, 
aplasia, drugs(thiazide diuretics)
Spleenic sequestration: Spleenomegaly
Increased destruction: Auto antibody formation, 
aspirin, insecticides, cardiac valves, Sepsis, 
vasculitis
Disorders affecting formation of 
platelet plug…
Functional platelet defects
 Disordered adhesion
Von Willebrand’s disease:  vWF,  Factor VIII activity,   BT
Most common hereditary hemostatic disorder
 Disordered aggregation
Thrombasthenia(Glanzmann’s syndrome)
Afibrinoginemia
 Disordered  granule release
Chediak Higashi syndrome
Cardiopulmonary bypass
Myeloproliferative disorders
Aspirin & other NSAIDS
• Platelet count 
• >1 lakh: Asymptomatic,  Normal bleeding time
• 50000‐1 lakh: Bleeding occurs after severe 
trauma, Bleeding time slightly prolonged
• <50000: Easy bruising manifested by skin 
purpura after minor trauma
• <20000: Spontaneous bleeding, usually have 
petechiae, intracranial/ spontaneous bleeding
Disorders affecting blood coagulation 
Hereditary disorders
• Factor VIII deficiency(Hemophilia A)
• Factor IX defficiency(Hemophilia B)
• Factor XI deficiency: Autosomal recessive 
Acquired disorders
• Vitamin K deficiency
• Liver disorders: Fall in all factors except factor VIII
• Disseminated intravascular coagulation
• Acquired antibodies against clotting factors
X linked
recessive disorders
Transmission of Hemophilia
Normal 
male
Carrier 
female
Transmission of Hemophilia
Diseased 
male
Carrier 
female
Anticoagulants in vivo
• Antithrombin III: Serine protease inhibitor
• Heparin
• Thrombomodulin: Thrombin binding protein
• Thrombomodulin‐thrombin complex: Activates 
protein C
• Activated protein C and S
• Plasmin
• Dicumarol & Warfarin: Inhibit action of vitamin K
Anticoagulants in vitro
– EDTA
– Oxalate
– Heparin
– Sodium Citrate
– Sodium Fluoride/Potassium Oxalate
Characteristics
• It must not alter the size of the red cells
• It must not cause hemolysis
• It must minimize platelet aggregation 
• It must minimize disruption of the staining 
and morphology of leukocytes 
• It must be readily soluble in blood
EDTA 
(Ethylenediaminetetraacetic acid)
• Best meets the above requirements, and is used most frequently. 
• The tripotassium salt (K3EDTA), and the disodium salt (Na2EDTA). 
• Calcium EDTA is not used as an anticoagulant, but in the 
treatment of lead poisoning
• Mode of action: It forms insoluble calcium salts by chelation
• Uses: Making a blood smear for cell morphology studies, test for 
microfilaria, perform cell counts, BUN, plasma protein, fibrinogen, 
glucose, determination of Coomb's Test 
• EDTA preserves the staining and morphological characteristics of 
leukocytes
• Disadvantages
Excessive concentrations of EDTA will cause shrinkage of RBC's and 
erroneous PCV, MCV and MCHC results
Oxalate
• A mixture of dry ammonium oxalate and potassium oxalate in the 
ratio of 3:2 is used
• Mode of action: It combines with calcium to form insoluble Ca 
oxalate. 
• Potassium oxalate alone causes red cells to shrink; ammonium 
oxalate alone causes red cells to swell. Used together, little cellular 
distortion occurs in the first hour after collection 
• Uses: The oxalate mixture may be used for hematological 
sedimentation studies. Potassium oxalate alone is valid for 
immediate glucose determinations. Ammonium oxalate is used as a 
diluent in some methods for manually counting WBCs and platelets 
• Disadvantages
– 1) It does not prevent platelet aggregation in vitro as effectively as 
EDTA. 
– 2) It is poisonous and should not be used for blood transfusion. 
Heparin
• Chemical structure: A polysaccharide derived 
from glucosamine and glucuronic acid. 
Contains many sulphate groups.
• Molecular weight averages 15000‐18000
• Anticoagulant action due to its strong 
electronegative charge due its sulphuric acid 
group
• Antagonists: Toludene blue & protamine by 
antagonizing the  negative charge of heparin
Heparin…
• First isolated from Liver
• Subsequently demonstrated in extract if many 
other organs
• Inhibits blood coagulation both in vitro & in vivo
• Mechanism of action: 
Prevents activation of prothrombin to thrombin
Neutralizes action of thrombin on fibrinogen
Facilitates the action of antithrombin III
Heparin…
• Heparin is the anticoagulant of choice for blood 
pH and blood gas analysis for acid‐base balance. 
• Disadvantages 
1) It causes clumping of leukocytes. 
2) It interferes with the staining of leukocytes. 
3) It is the most expensive of the anticoagulants. 
4) Blood will clot in 8‐12 hours because clotting is only 
delayed and not prevented. 
5) It is not suitable for agglutination tests, coagulation 
studies (prothrombin time tests) or plasma fibrinogen 
determination
Sodium citrate
• Acid citrate dextrose (ACD) is prepared from disodium hydrogen 
citrate and is the anticoagulant of choice for blood transfusions. 
used in the ratio of 1 part ACD to 4 parts of blood 
• Mode of action: It combines with calcium to form an insoluble salt 
of calcium citrate. 
• Sodium citrate is the anticoagulant of choice for studies of platelet 
function and morphology
• e. Disadvantages: 
– 1) It interferes with many chemical tests. 
– 2) Used alone it preserves blood for only a few hours. 
– 3) It has a tendency to shrink cells. 
– 4) Because of a 10% dilution of blood, Na‐citrate is generally not used 
for CBC. 
Blood groups
Blood groups
• Agglutinogen : The antigen present on RBC 
surface
• Major 0‐A‐B blood types
Blood group A: A antigen A present on surface
Blood group B: B antigen present on surface
Blood group AB: A & B antigen present on surf.
Blood group O: No antigen present on surface
Genetic determination of 
agglutinogens
• Genes that determine the A& B phenotypes 
are found on chromosome 9p
• They are expressed in a mendelian co‐
dominant manner
• The gene products are glycosyl transferases, A 
or B, which confer the enzymatic ability of 
attaching the specific antigenic carbohydrate 
groups
Genetic determination of 
agglutinogens…
• Glycosyl transferase A directs the formation of 
antigen A on RBC surface 
• Glycosyl transferase B directs the formation of 
antigen B on RBC surface
• When A & B transferases are absent then no 
antigen is present on RBC surface and blood 
group is said to be O 
Agglutinins
• Antibodies directed against RBC antigen may 
result from “natural exposure” particularly to 
carbohydrate that mimic some blood group 
antigens
Blood types with their genotypes
Genotypes Blood types Agglutinogen Agglutinin
OO O ‐ Anti a & Anti b
OA or AA A A Anti b
OB or BB B B Anti a
AB AB A & B ‐
Relative frequencies of different blood 
groups
Western countries India
O 47% 32%
A 41% 20%
B 9% 40%
AB 3% 8%
Landsteiner’s law
States that if an agglutinogen is present in the 
RBCs of an individual the corresponding 
agglutinin must be absent in the plasma
Or conversely if an agglutinogen is absent in 
the RBCs of an individual the corresponding 
agglutinin must be present in the plasma
Rh system of blood grouping
• RBC of rhesus monkey when injected into a rabbit, the 
rabbit developed antibodies to the rhesus RBC
• Further it was discovered that rabbit serum containing 
anti rhesus antibodies could agglutinate not only 
rhesus RBC but also human RBC in 85% cases
• The RBCs of these humans have on their surface an 
antigen identical to or similar to rhesus antigen
• Thus humans having this antigen were termed as Rh
positive 
Rh blood group
• Three Rh genes are present
• Rh genes are located on chromosome 1
• Types of Rh antigens/ factor: C, D, E
• D is most antigenic 
• The term Rh positive is generally used to 
mean that the individual has agglutinogen D
• 85% Caucasians are Rh positive
• 99% Asians are Rh positive
Difference between ABO and Rh
groups
• ABO antigens are present on cells other than  
RBCs whereas the Rh antigen is not present on 
any other cell except RBCs
• In the ABO system the plasma antibodies 
responsible for transfusion reaction develop 
spontaneously whereas in the Rh system 
antibodies only develop in Rh negative 
persons when they have been previously 
sensitized
• Knowledge of the mode of inheritance of 
blood groups is useful in cases of disputed 
paternity 
• The negative verdict is definitive: It rules out 
the possibility of a given man being the father 
Child’s 
blood 
group
Child’s 
genotype
Mother’s 
blood 
group
Possible 
contribution 
of mother
Possible 
contribution 
of father
Father 
might 
have been
Father 
could not 
have been
A AA
AO
A or AB
B
A
O
A
A
A or AB
A or AB
O or B
O or B
B BB
BO
B or AB
O
B
O
B
B
B or AB
B or AB
O or A
O or A
AB AB
AB
A
B
A
B
B
A
B
A  or AB
O or A
O or B
O OO
OO
A
B
O
O
O
O
A or B or 
O
AB
AB
Rh incompatibility
• If a Rh negative person is transfused with Rh
positive blood for the first time: No immediate 
adverse reaction
• If the same individual receives a second 
transfusion later anti Rh antibodies are 
synthesized promptly in large amounts  
Rh incompatibility in pregnancy…
• Rh negative female
• Rh positive male
• Fetus is Rh positive
Chances of an apparent abnormality resulting 
from Rh incompatibility are
Negligible in first pregnancy
3% during second pregnancy
10% during third pregnancy
Rh incompatibility in pregnancy…
Erythroblastosis foetalis/ Hemolytic disease of newborn
Fetal RBCs undergo massive hemolysis
Compensatory increase in erythropoietic activity leading 
to immature cells in circulation
Enlargement of extramedullary sites of hematopoiesis
leads to hepatomegaly & spleenomegaly
Child is anemic, Jaundice (Hemolytic) is present, edema
Hydrops fetalis: Death in utero
Kernicterus: Deposition of unconjugated bilirubin in the 
basal ganglia
If bilirubin > 20 mg % then brain damage
Erythroblastosis fetalis…
Preventive treatment: Giving anti Rh antibodies to 
Rh negative pregnant mother 
Mechanism by which anti Rh antibody prevent 
the complication of Rh incompatibility
They destroy fetal red cells which cross over to 
the maternal circulation. Thus antigenic stimulus 
is reduced
High antibody levels inhibit production of the 
same antibody molecules
Definitive treatment: Exchange transfusion with Rh 
negative blood
Other blood group systems
• Lewis system
• I System
• P system
• MNSSU sysetm
• Kell system: Immunogenicity is third behind 
the ABO & Rh systems
• Duffy system
• Kidd system
Blood transfusion: Compatibility 
testing
• ABO‐Rh typing: Antibodies are directed against 
those antigens that lack in the individual’s own 
blood
• Cross matching: A trial transfusion within a test 
tube in which donor RBC are mixed with recipient 
serum to detect a potential for serious 
transfusion 
• Antibody screen: A trial transfusion between the 
receipient’s serum & commercially supplied RBC’s 
that are specifically selected to contain optimal 
number of RBC antigens
Storage of blood
• CPDA‐1
Citrate : Anticoagulant
Phosphate : Buffer
Dextrose: energy source
Adenine: For resynthesis of ATP so as to extend the 
storage time from 21 to 35 days
AS‐1: (Adsol): Adenine, glucose, mannitol & NaCl
Increases shelf life to 42 days
AS‐3: (Nutricel): Contains adenine,glucose, citrate, 
phosphate, NaCl
Storage of blood
Duration of storage 
Set by the US federal regualtion
At least 70% of the transfused RBC’s remain in 
circulation for 24 hours after infusion 
Since RBC’s that survive 24 hours after 
transfusion disappear from circulation at the 
normal rate
Blood transfusion
Storage of blood
Three problems
• Anticoagulation
• Preservation of cell viability
• Preservation of cell function
Criteria for assessing the adequacy of banked 
blood
70% survival at 24 hours
RBC storage lesion
Stored RBCs undergo a series of biochemical & structural 
changes
• RBC nucleotide depletion
ATP
ADP
AMP
IMP
Hypoxanthine
RBC storage lesion…
• RBC membrane changes
Normal disc shaped
Spherical with surface projections
Loss of membrane proteins
Loss of deformability
RBC storage lesion…
• 2,3 DPG depletion
Earliest detectable change
With acid citrate dextran(ACD)
DPG drops to < 50% within 48 hours
With citrate phosphate dextran(CPD)
DPG falls significantly after 2 weeks
RBC storage lesion…
• Decreased DPG
• Increased affinity of Hb for oxygen
• Increased Hb but no proportionate increase in 
oxygen avability
RBC storage lesion…
• Accumulation of lactate
• Accumulation of H+ ions
• Decrease in pH
• Loss of K+ and gain of Na+
• Increased osmotic fragility
• Some cells undergo lysis
Use of anticoagulant
• Citrate
Most important anticoagulant
Mode of action
After transfusion it is readily metabolized by the 
recipient
Preserves RBC’s in a viable state for 1 week only
• ACD(Acid citrate dextran)
Glucose is present
RBC storage for 3 weeks
• CPD(Citrate phosphate dextran): Modified ACD with 
added NaH2PO4
Viability after first 24 hours is better
At 4oC blood may be stored for 21 days
• CPDA‐1: CPD supplemented with adenine and with 
25% more glucose than CPD(Standard anticoagulant 
preservative)
RBC storage up to 35 days
2,3 DPG preservation
• In ACD, CPD, CPDA‐1, 2, 3 DPG disappears by 2 
weeks
• Chemical agents capable of maintaining 
normal levels during storage 
dihydroxyacetone, pyruvate, ascorbic acid
Indications of blood transfusion
• Hypovolemia: Blood loss < 20 % of total blood 
volume does not require RBC transfusion
fluid replacement is sufficient
• Surgery
• Anemia: Hb levels < 6 gm % require 
transfusion
Pre transfusion testing
Pre transfusion testing of a potential recipient consists of 
the following
• Forward type: Determines the ABO & Rh phenotype of 
the recipient
• Reverse type: Detects isoagglutinins in the patients 
serum and should correlate with the forward type 
testing.
The alloantibody screen identifies antibodies directed 
against other RBC antigens 
• Cross matching: Donor RBC’s are mixed with recipient 
plasma on a slide and checked for agglutination 
Adverse effects of transfusion
• Immune mediated reactions
Acute hemolytic transfusion reactions
Occur due to pre formed antibodies that bind & lyse
donor RBC
ABO isoagglutinins are responsible for the majority 
of these reactions
Presentation: Hypotension, tachypnea, tachycardia, 
fever, chills, hemoglobinemia, hemoglobinuria, 
chest/flank pain, discomfort at catheter infusion 
site
Adverse effects of transfusion…
• Immune mediated reactions…
Delayed hemolytic & serological transfusion 
reaction: 
Occurs in patients previously sensitized to RBC 
alloantigen who have a negative alloantibody 
screen due to low antibody levels. 
When transfused with antigen positive blood an 
anamnestic response results in the early 
production of alloantibody that binds to donor 
RBC
Adverse effects of transfusion…
• Immune mediated reactions…
Febrile non hemolytic transfusion reaction
Most frequent reaction
S& S; Chills & rigor & 10C or more rise in 
temperature
A diagnosis of exclusion
Antibodies against donor WBC’s & HLA 
antigens 
Adverse effects of transfusion…
• Immune mediated reactions…
Allergic reactions
Urticarial reactions characterized by pruritic
rash, edema, headache & dizziness
Related to plasma proteins found in 
transfused components
Adverse effects of transfusion…
• Immune mediated reactions…
Anaphylactic reactions
S& S: difficulty in breathing, coughing, nausea 
& vomiting, hypotension, bronchospasm, 
respiratory arrest, shock & loss of 
consciousness
Treatment; Epinephrine, glucocorticoids
Adverse effects of transfusion…
• Immune mediated reactions…
Graft versus host disease
Mediated by donor T lymphocytes that 
recognize host HLA as foreign and mount an 
immune response
S&S: fever, cutaneous erruptions, diarrhoea & 
liver abnormalities
Clinical manifestations occur 8‐10 days post 
transfusion
Adverse effects of transfusion…
• Immune mediated reactions…
Transfusion related acute lung injury
Uncommon reaction
Due to transfusion of donor plasma that contain 
high titre anti HLA antibody that bind 
corresponding antigen on recipient leukocytes.
These leukocytes then aggregate in pulmonary 
vasculature & release mediators causing an 
increase in capillary permeability
Adverse effects of transfusion…
• Immune mediated reactions…
Post transfusion purpura
Presents as thrombocytopenia 7‐10 days after 
platelet transfusion
Due to production of antibodies that react to 
both donor & recipient platelets
Adverse effects of transfusion…
• Non immune reactions
Fluid overload
Hypothermia
Electrolyte toxicity
Iron overload
Adverse effects of transfusion…
• Infectious complications
Viral: HCV(Most common)
HBV, HIV, CMV, HTLV(I),Parvovirus B19
Bacterial: Pseudomonas & Yersenia(Can grow a 
1‐60C)
Parasitic: Malaria, Babesiosis, Chaga’s disease
Adverse effects of transfusion…
• Low factor V & VIII

Platelets