病因学
当含镰状血红蛋白的红细胞变得僵硬并扭曲成新月形时，镰状细胞形成。 在镰状细胞贫血中，由于隐性单基因突变，缬氨酸取代β珠蛋白链第六氨基酸处的谷氨酸。 缬氨酸可以适配至另一个血红蛋白分子的疏水袋内，导致该血红蛋白在红细胞内聚合，从而形成较长硬的血红蛋白四聚体纤维。
当儿童从父母一方遗传镰状基因，并从另一方遗传正常基因时，则会出现镰状细胞遗传性状。 当儿童从父母双方均遗传镰状基因时，则会出现镰状细胞病。
当儿童从父母一方遗传镰状基因并从另一方遗传 β- 地中海贫血基因时，则会出现镰状细胞 β- 地中海贫血。 在镰状细胞 β- 地中海贫血患者中，β 基因的突变会阻断正常β珠蛋白链的产生 (β0) 或降低其产生 (β+)。
当儿童从父母一方遗传镰状基因并从另一方遗传血红蛋白 C 突变时，则会出现血红蛋白 SC 病（HbSC 病）。血红蛋白 C 突变是指一种氨基酸替代，即赖氨酸取代 β 珠蛋白链第 6 位的谷氨酸。有血红蛋白 SC 的患者不能生成血红蛋白 A。
[Figure caption and citation for the preceding image starts]: 镰状细胞形成血红蛋白以及导致这些血红蛋白的突变来自 Adrian Stephens 博士的收藏，伦敦大学学院医院，伦敦，英国 [Citation ends].
病理生理学
缺氧和酸中毒会引发红细胞中的镰状血红蛋白聚合，这导致细胞变硬并变形成镰状（新月形）。这些变形的细胞可能会导致小血管的血管闭塞或附着到血管内皮上，从而导致较大血管的内膜增生，并减缓血流。[9] 这些变形的细胞还更容易发生溶血，从而导致贫血。
镰状细胞病被认为是一种伴有单核细胞和粒细胞异常活化的炎症状态。[10] 血管闭塞性发作的诱发因素尚不完全清楚，但已知的诱发因素包括酸中毒、脱水、低温、极度运动、应激和感染。[11]
贫血严重时，高血流量可能会导致心脏扩大。 脾隔离或暂时性骨髓发育不良在儿童中可引起循环衰竭并危及生命。 从较小的年龄起，脾功能障碍会增加对严重感染的易感性。
长期血管内溶血性贫血导致一氧化氮 (NO) 相对缺乏，这是由于裂解红细胞释放可清除一氧化氮的血红蛋白和精氨酸酶引起。一氧化氮缺乏可引起血栓形成以及肺血管收缩和内皮功能障碍，这可导致肺动脉高压。[12]
患者之间的临床特征有很大差异。 造成这种差异的很多原因尚不明确；已知持续升高的胎儿血红蛋白 (HgF) 水平和 α 地中海贫血的共遗传可以使该疾病的临床严重程度减至最低。 有些患者到童年后期可能仍然完全不出现症状或者只是偶然诊断。
分类
美国新生儿筛查系统指南II：儿童随访、诊断、管理和评估。 遗传学服务区域网络委员会 (CORN) 声明[1]
来自美国国立卫生研究院血液病与资源部
镰状细胞病-SS：65% 的美国患者；基因型 S/S
镰状细胞病-SC：25% 的美国患者；基因型 S/C
镰状细胞病-Sβ + 地中海贫血：8% 的美国患者；基因型 β + 地中海贫血
镰状细胞病- Sβ 0 地中海贫血：2% 的美国患者；基因型 β 0 地中海贫血
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