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06. Fisiología de la sangre

Una característica fundamental de la vida es que el agua constituye la mayor parte del organismo, hasta un 57% de la masa corporal de los animales adultos.

Los fluidos no se encuentran repartidos de forma homogénea: las membranas celulares separan los compartimentos intra y extracelular.

El líquido extracelular está formado por:

  • el fluido intersticial y linfa,
  • el fluido vascular, y
  • los fluidos transcelulares.
El fluido intersticial baña las células y tejidos del organismo, y suele incluir la linfa.

El fluido vascular incluye el plasma sanguíneo, fase líquida de la sangre, que contiene en suspensión los elementos celulares de la misma: eritrocitos, leucocitos y plaquetas.

Los fluidos transcelulares son líquidos especializados y no compartidos por todos los tejidos, con el líquido cefalorraquídeo, los humores vítreo y acuoso, los líquidos de las cápsulas articulares y los líquidos serosos de las cavidades.

La composición del plasma sanguíneo y el líquido intersticial es muy similar, mientras que el líquido intracelular presenta una composición química muy diferente.

El líquido intracelular es rico en iones de potasio y fosfato, mientras que la concentración de iones de sodio y calcio es muy reducida comparada con el extracelular.

El líquido extracelular presenta una concentración elevada de proteínas, unas cuatro veces la del plasma.

Características físicas de la sangre:

  • Tejido vivo, líquido opaco y rojo. Constituido por diversos tipos celulares suspendidos en un líquido complejo y de color ámbar denominado plasma.
  • 20% del líquido extracelular (LEC).
  • pH 7.35-7.45 (ligeramente alcalino).
  • Pegajosa (debido a las proteínas del plasma).
  • Salada (por los electrolitos que contiene).
  • El color varía entre el rojo vivo (sangre oxigenada) y el rojo oscuro (sangre desoxigenada).
  • Temperatura 38ºC
  • Volumen: 4-6 litros. Regulada por ADH, aldosterona, PNA.
  • Viscosidad: 4-5 veces más viscoso que el agua (el plasma sólo 2 veces). Causa: muchas células y macromoléculas.
  • Presión oncótica: presión osmótica de proteínas plasmáticas.
  • Hematocrito: porcentaje del volumen total de sangre compuesto por GR.
El plasma es la parte líquida de la sangre (55%); líquido claro y de color paja. 90% agua y 10% solutos (6-8% de los solutos son proteínas):
  • Sustancias orgánicas: glucosa, lípidos, vitaminas, minerales, sustancias nitrogenadas (urea, ácido úrico).
  • Iones (Na, K, Ca, Cl, fosfato, bicarbonato).
  • Factores de la coagulación (glucoproteínas).
  • Hormonas.
El suero es el plasma sin fibrinógeno.

Las células constituyen la parte sólida de la sangre (45%). Tres tipos de células:

  • Hematies, eritrocitos o glóbulos rojos: 4,2-6,2 x 10⁶ / mm³
  • Leucocitos o glóbulos blancos: 4,5-11 x 10³ / mm³
  • Plaquetas o trombocitos: 150.000-400.000 / mm³
La sangre es un tejido conjuntivo formado por el plasma (líquido) más los elementos corpusculares (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas).

Componentes de la sangre en un adulto normal

Funciones de la sangre:
  1. Transporte: O2, CO2, anticuerpos, ácidos y bases, iones, vitaminas, cofactores, hormonas, nutrientes, pigmentos, minerales, agua y calor.
  2. Inmunitaria: Leucocitos y determinadas proteínas plasmáticas.
  3. Homeostasia: mantiene el pH, concentración de iones, osmolalidad, temperatura e integridad vascular.
  4. Hemostasia: control de la hemorragia. Plaquetas y determinadas proteínas plasmáticas.

El 7% de la sangre son proteínas plasmáticas sintetizadas por el hígado (excepto las γ-globulinas, por los linfocitos B):

  • Albumina (60%):
    • Mantenimiento de la presión osmótica de la sangre.
    • Transporte de lípidos, hormonas esteroideas, metales, iones...
  • Globulinas (35%):
    • Se distinguen varios tipos: α1, α2, β, γ-globulinas.
    • Defensa frente a antígenos extraños (anticuerpos, inmunoglobulinas o γ-globulinas: IgM, IgG, IgA, IgE e IgD).
  • Fibrinógeno (4%):
    • Componente esencial del sistema de coagulación
La producción de las células sanguíneas, llamada hematopoyesis, ocurre principalmente en la médula ósea roja después del nacimiento.

Origen, desarrollo y estructura de las células sanguíneas

Cuadro resumen
El proteinograma por electroforesis es un método cuantitativo de detección de proteínas con papel de filtro y dos soluciones tampón y se hace pasar una corriente eléctrica.

Los resultados que se obtienen de niveles de proteínas plasmáticas (sin considerar el fibrinógeno, etc) son aproximadamente:

  • Albúminas: 59.2%
    • Son las responsables del 80% de la presión oncótica (pequeño peso molecular). Interviene en el transporte de fármacos y ácidos grasos. Forma de transportar aminoácidos por sangre.
  • α1-Globulinas: 3.9%
    • Actúa en el transporte de glucosa.
  • α2-Globulinas: 7.5%
    • Diversas funciones como transporte de hormonas (corticoides, tiroxina, ...); de metales (cobre); actividades enzimáticas.
  • β-Globulinas: 12.1%
    • Se incluyen entre ellas lipoproteínas, transferrinas, etc.
  • γ-Globulinas: 17.3%
    • A cargo de la inmunidad (anticuerpos).
  • Fibrinógeno:
    • Actúan en hemostasia o coagulación.

Metabolismo y función del hematíe. Hematopoyesis y eritrocateresis. Grupos sanguíneos

Eritrocitos

El eritrocito (glóbulo rojo o hematíe) es una célula muy especializada.

En el caso de los mamíferos, se compone solamente de una membrana y carece de núcleo y orgánulos citoplásmicos.

En los mamíferos, los eritrocitos son discos circulares bicóncavos, con diámetro de 8μ. Su forma facilita la diapédesis.

Carecen de mitocondrias >> generan ATP de forma anaeróbica (sin oxígeno).

Forma bicóncava >> superficie mayor para entrada y salida de gases.

Cada eritrocito >> 280 millones de moléculas de Hb.

Funciones de los eritrocitos:
  • Transportan hemoglobina y, por tanto, llevan oxígeno desde los pulmones a los tejidos.
  • Intervienen en el transporte del CO2, ya que contienen anhidrasa carbónica que cataliza la reacción entre el dióxido de carbono y el agua, facilitando el transporte en forma de bicarbonato.
  • Participan en la regulación del pH de la sangre: la hemoglobina actúa como tampón (el más importante de la sangre), y además producen bicarbonato.
La hemoglobina es una hemoproteína constituida por una proteína, la globina, y pigmento no proteico, el grupo hemo.

El grupo hemo representa ~4% de la molécula y contiene un átomo de hierro que se puede unir con uno de oxígeno (4 en cada molécula de hemoglobina).

La globina es una combinación de 4 cadenas polipeptídicas (2α y 2β), representa ~96% de la molécula. La Hb del feto/neonato presenta 2γ y 2β.

El grupo hemo se sintetiza principalmente en las mitocondrias, mientras que la globina se sintetiza en los ribosomas.

Al final, cada globina se combina con una molécula de hemo, formando una subunidad de hemoglobina.

Cuatro subunidades de hemoglobina se unen entre sí laxamente para formar la hemoglobina completa.

Los mamíferos, y entre ellos los humanos, tienen durante la vida fetal una hemoglobina diferente a la de los adultos, llamada hemoglobina fetal (HbF), que tiene mayor afinidad por el oxígeno (transferencia madre-feto).

La porción férrica de un grupo hemo se une al oxígeno para que sea transportado por la hemoglobina.

La siguiente imagen muestra la morfología de un glóbulo rojo (GR) y una molécula de hemoglobina. En (b) cada una de las cuatro cadenas polipeptídicas (azul) de una molécula de hemoglobina tiene un grupo hemo (ocre), que contiene un ion hierro (Fe²⁺) -en rojo-.

La función principal de la hemoglobina es combinarse con el oxígeno durante el paso de los eritrocitos por los capilares pulmonares.

La hemoglobina se combina con el oxígeno para formar oxihemoglobina, sustancia que cede con facilidad su oxígeno a los tejidos.

Esto puede ocurrir siempre que el hierro se encuentre en estado ferroso (Fe²⁺). Si se oxida y pasa a estado férrico (Fe³⁺), la hemoglobina se denomina metahemoglobina y pierde su capacidad de transportar oxígeno.

Metahemoglobina:

  • Anestésicos como benzocaína
  • Nitrobenceno
  • Ciertos antibióticos (entre ellos, dapsona y cloroquina)
  • Nitritos (usados como aditivos para evitar que las carnes se dañen).

Curva de disociación de la hemoglobina

La hemoglobina se une al monóxido de carbono (carboxihemoglobina) con una afinidad 200 veces mayor que al oxígeno, por lo que en presencia de monóxido de carbono el oxígeno es desplazado de la hemoglobina y no puede ser transportado.

La hemoglobina es una proteína muy abundante, ya que representa aproximadamente 12-15 g/dL de sangre.

Metabolismo general

Todas las células, incluidos los eritrocitos, necesitan energía para realizar sus funciones.

Nacen con una dotación enzimática y metabólica para producir energía, a través de la metabolización de la glucosa (los eritrocitos maduros al no tener núcleo no les es posible el recambio enzimático).

Los eritrocitos contienen enzimas para la obtención de energía exclusivamente a partir de glucosa (glucólisis), tanto por vía anaerobia (90-95%) como por vía aerobia (5-10%).

Glucosa -6-P:

  • glucosis anaerobia (ciclo de Embden-Meyerhor) >> sostiene bomba Na/K (85-90%)
  • hexosa-monofosfato >> protege frente a la oxidación (10-15%)

Metabolismo del hierro

El hierro absorbido principalmente en estado ferroso por el duodeno y el yeyuno, gracias a que las sustancias reductoras existentes en los alimentos (ácido ascórbico y cisteína, entre otros) lo transforman a partir de la forma férrica, más abundante en los alimentos.

Una vez absorbido, el hierro se transporta por la sangre unido a la transferrina.

El exceso de hierro plasmático es depositado en todas las células, especialmente en las hepáticas, en forma de ferritina o hemosiderina.

Hematopoyesis. Eritropoyesis

La formación de eritrocitos, aunque comienza en el saco vitelino y posteriormente se realiza en el hígado, bazo y ganglios linfáticos, se realiza a partir del octavo mes de vida fetal en la médula ósea.

Todas las células sanguíneas circulantes derivan de las células madre pluripotenciales hematopoyéticas indiferenciadas.

El primer paso de maduración da lugar a dos series principales: linfoide (linfocitos) y mieloide (eritrocitos, plaquetas y resto de leucocitos).

De la serie mieloide se diferencian las células formadoras de colonias de eritrocitos (CFC-E), las de granulocitos y monocitos (CFC-GM) y las de megacariocitos (CFC-M).

Célula madre pluripotencial

Célula madre mieloide (puede dar lugar a un eritrocito o a otras células sanguíneas).

Proeritroblasto (destinado a ser un eritrocito).

Eritroblasto (varios estadíos -basófilo, policromatófilo, ortocromático-. Sintetizan hemoglobina)

Reticulocito (pierde el núcleo. Circula tras 2-4 días en la médula. Dura un día en sangre periférica -0.5-1.5% de los eritrocitos).

Eritrocito

Existen numerosas proteínas que estimulan la proliferación de las células de la serie roja (CSF, colony stimulating factors), entre los que se han identificado las interleukinas 1, 3 y 6.

Sin embargo, el principal factor estimulante de la formación de los eritrocitos es la eritropoyetina.

La eritropoyetina es una hormona glicoproteica sintetizada fundamentalmente por el riñón (y < 15% en el hígado).

La producción de eritropoyetina se estimula por la hipoxia tisular (anemia, hipoxemia).

La siguiente imagen muestra la regulación negativa de la eritropoyesis (formación de los glóbulos rojos). El bajo contenido de oxígeno del aire a grandes alturas, en la anemia y en los problemas circulatorios puede reducir la oferta de oxígeno a los tejidos corporales.

El principal estímulo para la eritropoyesis es la hipoxia, una disminución de la capacidad de transporte de oxígeno de la sangre.

Los eritrocitos se renuevan continuamente, y en condiciones normales su número se mantiene constante.

Cuando disminuye la cantidad de oxígeno transportado a los tejidos (a grandes alturas, por ejemplo) aumenta la producción de eritrocitos, y si ocurre con gran rapidez aumenta la proporción de reticulocitos.

Los procesos de división, diferenciación y maduración de los precursores eritropoyéticos están perfectamente regulados por diversos mecanismos.

La eritropoyetina estimula la eritropoyesis aumentando la división de las células precursoras para formar proeritroblastos y disminuyendo el tiempo de maduración hasta la salida de los reticulocitos.

Además de las interleukinas y la eritropoyetina, los andrógenos y la hormona de crecimiento pueden estimular la eritropoyesis directamente y a través del aumento de eritropoyetina.

La formación de eritrocitos requiere aminoácidos, vitaminas y minerales.

La vitamina B12 (cianocobalamina) es esencial para el crecimiento de todas las células del organismo, ya que es necesario para la síntesis de ADN, y por tanto para la eritropoyesis. Su falta disminuye la tasa de producción de eritrocitos. Además, los eritrocitos formados son más grandes (macrocitos) y frágiles.

El ácido fólico también es necesario para la síntesis de ADN, por lo que su falta tiene las mismas consecuencias que la de vitamina B12.

Entre los minerales que se precisan para la eritropoyesis se encuentran:

  • Hierro, que forma parte de la hemoglobina.
  • Cobre, coenzima esencial en la síntesis de hemoglobina.
  • Cobalto, que forma parte de la molécula de vitamina B12.

Eritrocateresis

La destrucción de los eritrocitos no se produce al azar, sino como resultado de su edad.

No se conoce el cambio que determina su final, aunque los niveles de enzimas de los eritrocitos viejos son más reducidos que en los jóvenes y podrían afectar a sus membranas.

El 80-90% de los hematíes se destruyen en el espacio extravascular por los macrófagos, y el resto en el torrente vascular (hemólisis extra e intravascular, respectivamente).

El grupo hemo es oxidado, se abre el anillo de la porfirina y se libera el átomo de hierro. El hierro es transportado por la transferrina para ser utilizado de nuevo en la síntesis de grupos hemo.

La molécula de porfirina se denomina biliverdina y es reducida a bilirrubina, que será transportada al hígado para su excreción.

La siguiente imagen muestra la formación y destrucción de los glóbulos rojos y reciclado de los componentes de la hemoglobina. Los glóbulos rojos circulan aproximadamente 120 días una vez que salen de la médula ósea roja y luego son fagocitados por los macrófagos.

La tasa de formación de GR por la médula ósea roja es igual a la tasa de destrucción por parte de los macrófagos.

Grupos sanguíneos

El concepto de grupos sanguíneos se refiere fundamentalmente a los antígenos (aglutinógenos) de la superficie de los eritrocitos, pero también hay en los leucocitos, plaquetas y tejidos celulares.

Los antígenos eritrocitarios se encuentran en la superficie celular.

No se conoce el papel de los grupos sanguíneos, pero desempeñan un papel importante en la evolución de las especies y en la conservación de la individualidad.

Existen determinadas moléculas en las superficies de todas las células del organismo que pueden ser reconocidas como extrañas por el sistema inmune de las personas.

Estas moléculas se llaman antígenos.

Existen varios de estos antígenos en los humanos:

  • MHC: complejo mayor de histocompatibilidad (también llamado HLA: antígeno leucocitario humano).
  • Sistema ABO (o AB0)
  • Sistema Rh
  • Otros
Los antígenos del sistema AB0 de humanos y su base genética se conocen muy bien.

Existen 4 grupos sanguíneos diferentes reconocidos que corresponden a la presencia de uno o dos antígenos (A, B, AB) o bien a su ausencia (0).

Una característica importante es la presencia de anticuerpos naturales (aglutininas): los individuos del grupo A tienen aglutininas anti-B, los del B tienen anti-A, los AB no tienen, y los del 0 tienen anti-A y anti-B.

Sistema ABO

Tipo A: antígeno A en los hematíes (la sangre contiene anticuerpo anti-B)

Tipo B: antígeno B en los hematíes (la sangre contiene anticuerpo anti-A)

Tipo AB: ambos antígenos en los hematíes (ni anti-A ni anti-B)

Tipo O: no hay antígeno A ni B en los hematíes (anticuerpo anti-A y anti-B)

La siguiente imagen muestra antígenos y anticuerpos de los grupos sanguíneos del sistema AB0.

Los anticuerpos presentes en el plasma no reaccionan con los antígenos en los glóbulos rojos del mismo individuo.

Sistema Rh

Los antígenos Rh están restringidos a los eritrocitos y los anticuerpos Rh son adquiridos y se producen como consecuencia de estímulos originados por embarazos o transfusiones.

Son habitualmente IgG (a veces con un componente IgM), no suelen activar el complemento y no producen hemólisis intravascular, teniendo lugar esta, cuando se produce, en el bazo.

El anti-D es clínicamente el más importante, siendo el causante de reacciones hemolíticas graves como la enfermedad hemolítica del recién nacido (eritroblastosis fetal).

Práctica

Desde el punto de vista teórico, los individuos con sangre de tipo AB pueden recibir sangre de individuos con tipos de sangre A, B, AB, y 0. En cambio, los individuos con sangre de tipo 0 pueden donar sangre a individuos con sangre de tipo A, B, AB, y 0. Explique por qué las dos situaciones son posibles sobre la base de la respuesta antígeno-anticuerpo. ¿Puede usted relacionar esta respuesta con la enfermedad hemolítica del recién nacido?

¿Cómo se la puede prevenir?