引起红细胞无效生成的缺陷位于多能干细胞。血浆铁周转增加但由标记同位素铁结合的血红素明显减少，提示血红素合成酶有缺陷。由于铁与原卟啉结合受阻，从而使幼红细胞线粒体铁超负荷。电镜下显示线粒体变形，肿胀，内嵴模糊；铁以灰尘样或斑块状胶态分子团的形式沉积在线粒体内嵴之间。由于线粒体环核分布，如以普鲁士蓝染色即见有阳性的环核分布的铁粒，即称环形铁粒幼细胞。骨髓幼红细胞在成熟前即遭破坏，发生原位溶血，引起红细胞无效生成。
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