सिकल सेल रक्ताल्पता, हीमोग्लोबिन की β-ग्लोबिन श्रृंखला में एक बिंदु उत्परिवर्तन के कारण होता है, जिससे हाइड्रोफिलिक अमीनो एसिड ग्लुटामिक एसिड को छठे स्थान पर हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड वलाइन के साथ प्रतिस्थापित किया जाता है। β-ग्लोबिन जीन को गुणसूत्र 11 की लघु भुजा पर पाया जाता है। दो उत्परिवर्ती β-ग्लोबिन सबयूनिट के साथ दो जंगली प्रकार के α-सबयूनिट का संयोजन, हीमोग्लोबिन S (HbS.) का निर्माण करता है। अल्प-ऑक्सीजन की स्थिति में (उदाहरण के लिए, अत्यधिक ऊंचाई पर होने की स्थिति में) β-ग्लोबिन श्रृंखला के छठी स्थिति में एक पोलर अमीनो एसिड का अभाव, हीमोग्लोबिन की गैर-सहसंयोजक बहुलक प्रक्रिया (एकत्रीकरण) को बढ़ावा देता है, जो लाल रक्त कोशिकाओं को सिकल सेल में विकृत करता है और और उनके लोच को कम कर देता है।

लाल रक्त कोशिका की लोच की हानि, सिकल सेल रोग के विकारी-शरीरक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है। सामान्य लाल रक्त कोशिकाएं काफी लचीली होती हैं, जो कोशिकाओं को परिवर्तित होने की अनुमति देती हैं ताकि वे केशिकाओं के माध्यम से पारित हो सकें. सिकल सेल रोग में, न्यून-ऑक्सीजन तनाव, लाल रक्त कोशिका के हंसिया के निर्माण को बढ़ावा देता है और हंसिया निर्माण की सतत प्रक्रिया कोशिका झिल्ली को नष्ट करती है और कोशिका की लोच को कम करती है। ये कोशिकाएं, सामान्य ऑक्सीजन तनाव के बहाल होने पर दोबारा सामान्य आकार में आने में असफल होती हैं। परिणामस्वरूप, ये कठोर रक्त कोशिकाएं, संकीर्ण केशिकाओं से गुजरते वक्त विरूपित होने में असमर्थ हो जाती हैं, जिससे नाड़ी-अंतर्विरोध और स्थानिक-अरक्तता फलित होती है।

इस बीमारी की वास्तविक रक्ताल्पता, रक्त-अपघटन के कारण होती है, प्लीहा के अन्दर लाल कोशिकाओं का उनकी विरूपता के कारण विनाश. हालांकि अस्थि मज्जा, नई लाल रक्त कोशिकाओं के निर्माण द्वारा क्षतिपूर्ति का प्रयास करती है, यह विनाश दर के बराबर नहीं पहुंच पाती. स्वस्थ लाल रक्त कोशिकाएं आम तौर पर 90-120 दिन तक जीवित रहती हैं, लेकिन सिकल कोशिकाएं केवल 10-20 दिनों तक जीवित रहती हैं।

आम तौर पर, इंसानों के शरीर में हीमोग्लोबिन A होता है, जो दो अल्फा और दो बीटा श्रृंखला से बना होता है, हीमोग्लोबिन A2, जो दो अल्फा और दो डेल्टा श्रृंखला से बना होता है और हीमोग्लोबिन F, जो दो अल्फा और दो गामा श्रृंखला से बना होता है। इनमें से, हीमोग्लोबिन A, मनुष्यों में सामान्य हीमोग्लोबिन का करीब 96-97% होता है।

सामान्य हीमोग्लोबिन A में, ग्लुटामिक एसिड, बीटा श्रृंखला के छठे स्थान पर होता है, जबकि सिकल सेल रोग में, इस ग्लुटामिक एसिड को वलाइन द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है जो सिकल सेल के गठन को प्रेरित करता है। यह एक, एकल बिंदु उत्परिवर्तन के कारण होता है।
यह दो बीटा श्रृंखला के बहुलक प्रक्रिया को प्रेरित करता है और इसलिए उनका स्वरूप पहेली (या ताला और चाबी) के समान होता है; जिसका मतलब है कि वे एक अनुदैर्ध्य बहुलक का निर्माण करते हुए एक-दूसरे में फिट होते हैं जो कोशिका को विरूपित और अत्यंत कठोर करता है जिससे नाड़ी अंतर्विरोध फलित होता है। बहुलक निर्माण की यह प्रक्रिया, संक्रमण, अल्प-ऑक्सीयता, अम्लरक्तता, शारीरिक व्यायाम, ठंड के कारण हुए वाहिका अंतर्विरोध और साथ ही साथ हाइपरटोनिक निर्जलीकरण के द्वारा सक्रिय हो सकती है।

जटिलताएं
रोग निदान
अन्य
विकारी-शरीरक्रिया