L'emolisi è la disgregazione anomala dei globuli rossi (RBC) con conseguente rilascio di emoglobina in essi contenuta come emoglobina plasmatica libera (fp-Hb). Questo fenomeno comporta un importante rischio clinico innescato da diversi agenti causali ed il crescente numero di disturbi emolitici acquisiti e iatrogeni invita a considerare l'emolisi un nuovo meccanismo di insorgenza di malattia.

L'emoglobina all'interno dei globuli rossi è un tetramero, ma durante l'emolisi tende a formare dimeri. Un equilibrio tra tetrameri e dimeri di Hb è quindi presente nel plasma. I dimeri di Hb, essendo più piccoli, possono passare attraverso i glomeruli renali e, quando la capacità di assorbimento viene superata, compare emoglobinuria, ossia la presenza di emoglobina nell’urina, che a lungo andare causa insufficienza renale. Inoltre, l’emoglobina libera può migrare nell’endotelio dei vasi sanguigni e reagire con il monossido di azoto (NO), un vasodilatatore prodotto dall'endotelio, causando vasocostrizione e ipertensione.

All'esterno dei globuli rossi, il ferro contenuto nell’emoglobina all’interno di un cofattore chiamato eme si ossida (l’ossiemoglobina, ossiHb diventa metemoglobina, metHb), può poi venire rilasciato nel plasma e promuovere fenomeni come la perossidazione lipidica, il danneggiamento di DNA e proteine, causando così un danno ossidativo.

I sistemi fisiologici si sono evoluti per controllare i livelli di emoglobina libera plasmatica quando si verifica l'emolisi intravascolare. Ad esempio, i dimeri di Hb si legano con elevata affinità all'aptoglobina sierica (Hp) e il complesso viene catturato dal recettore CD163 Hb presente sui macrofagi, internalizzato e degradato.  Tuttavia, l’efficacia di tali strategie è spesso superata in condizioni patologiche emolitiche: poiché l'Hp non viene riciclata, in condizioni emolitiche gravi si osserva una sua rapida deplezione.

In caso di shock emolitico oggi l’unica opzione terapeutica è lo scambio del plasma, mentre nelle condizioni croniche l'emolisi viene monitorata solo come fattore di rischio per una prognosi sfavorevole. L'unico approccio terapeutico proposto per limitare gli effetti dell'emolisi è la somministrazione di Hp, con le complicazioni legate alla somministrazione di proteine in dosi massive, e comunque questo approccio implica che l'organismo sia responsabile dello smaltimento di elevate quantità di Hb, eme e ferro.