Fisiología: Tema 4. Fisiología del eritrocito (I)

Existen tres categorías de elementos formes o elementos figurados:

Los eritrocitos, hematíes, glóbulos rojos o células o corpúsculos rojos de la sangre.
Los glóbulos blancos, leucocitos o células o corpúsculos blancos de la sangre.
Las plaquetas o trombocitos.

Eritrocitos:

Los eritrocitos son discos bicóncavos no nucleados (no poseen núcleo), con un diámetro medio de 8.5 micrómetros con un espesor en los bordes de 12 micrómetros y en el centro de un micrómetro. Esta forma es la más ventajosa porque representa la superficie máxima en relación a su tamaño para la difusión de gases.

Los eritrocitos maduros carecen de núcleo pero tienen metabolismo, consumen O₂, ATP y glucosa y liberan CO₂. Estas funciones metabólicas son empleadas para alimentar los sistemas de transporte activo que mantiene la homeostasia iónica entre la célula y su medio (el glóbulo rojo y el plasma). Su número varía entre los 4.5 a 6 millones por mm³ en el varón y entre los 4 a 5.5 millones en la mujer, pero este número varía también con la edad.

Hematopoyesis:

Se trata del proceso de formación de células sanguíneas. Todos los elementos formes sanguíneos tienen un precursor común indiferenciado, llamado célula madre hematopoyética pruripotencial (CMHP). A partir de esta célula madre se forman dos precursores indiferenciados o multipotenciales que son la unidad formadora de colonias del bazo (UFC-S) que es la célula madre de la línea mieloide y la otra es la célula madre linfoide (CML), la célula madre de la línea linfoidea.

Las células madre se dividen continuamente pero lentamente y pueden auto-regenerarse, lo que va a mantener una reserva de células madre en las células óseas durante toda la vida del individuo, si bien disminuye con la edad. Todos los elementos formes de la sangre excepto linfocitos se originan en la médula ósea. Los linfocitos se originan en médula ósea pero también se producen en respuesta a estímulos antigénicos en los tejidos linfoideos periféricos.

En la médula ósea roja las células madre multipotenciales se multiplican y se diferencian en células comprometidas, en células prediferenciadas en una o dos líneas celulares específicas. Las células prediferenciadas se dividen con rapidez originando distintas líneas celulares. En nuestra médula ósea roja existen cinco tipos de células prediferenciadas de la línea mieloide:

1. La unidad formadora de colonias de eritrocitos.

2. La unidad formadora de colonias de megacariocitos.

3. La unidad formadora de colonias de eosinófilos.

4. La unidad formadora de colonias de granulocitos y monocitos.

5. La unidad formadora de colonias de basófilos.

Al microscopio no se diferencian unas de otras pero si podemos si las dejamos crecer.

Lugares de formación de células sanguíneas:

Se forman en diferentes lugares según sea la etapa embrionaria (hasta los tres meses), la etapa fetal y la etapa después del nacimiento. En el primer mes se forman en el saco vitelino. A partir de la quinta semana hasta el sexto mes fundamentalmente en el hígado, pero también en el bazo y el timo. A partir del sexto mes se forman en la médula ósea roja. Después del nacimiento todas las células sanguíneas excepto los linfocitos se forman en la médula ósea roja.

Ahora bien, en la niñez se producen en la médula ósea roja del esqueleto axial y en la médula de los huesos de las extremidades, pero en la edad adulta se producen en la médula del esqueleto axial y en los extremos proximales de fémur y húmero.

Factores necesarios para la producción de células sanguíneas (hematopoyesis):

1. El factor de crecimiento.

2. El factor de diferenciación (hormonas y citoquinas).

3. Es necesaria la eritropoyetina para los glóbulos rojos y la trombopoyetina para las plaquetas.

Las citoquinas son glicoproteínas producidas por diferentes tipos de células como leucocitos macrófagos y células de la médula ósea. Hay dos familias de citoquinas: por un lado los factores estimulantes de colonias (CFS) y las interleuquinas que son muy numerosas (IL). Para la hematopoyesis se necesitan también factores exógenos como el hierro, proteínas, lípidos y vitaminas. Dentro de las vitaminas las más importantes son el ácido fólico, la B₁₂ y B₆.

Eritropoyesis:

No se trata ni más ni menos que coger la célula madre y seguir su proceso. En la médula ósea roja a partir de la célula madre multipotencial se forman unos precursores prediferenciados, uno de ellos es el de eritrocitos.

Este precursor comienza a diferenciarse dando lugar al proeritoblasto, que es la primera célula de la línea eritropoyética reconocible. Los proeritoblastos se dividen y diferencian y dan lugar al eritoblasto I, que es un eritoblasto basófilo y donde comienza la síntesis de hemoglobia. El eritrocito I se vuelve a dividir y diferenciar y se transforma en eritroblasto II que aún es basófilo y donde continúa la síntesis de hemoglobina y aún presenta un núcleo definido. Por lo tanto el eritoblasto II se divide y diferencia y da lugar al policromatófilo. El policromatófilo ya contiene una gran cantidad de hemoglobina, núcleo reducido y no se divide, solo se diferencia dando lugar al acidófilo o normoblasto (eritoblasto ortocromático). Por lo tanto tiene mucha hemoglobina con núcleo reducido poco definido, después se vuelve a diferenciar y se transforma en un reticulocito que es considerado un glóbulo rojo inmaduro porque ya no tiene núcleo, solo unos filamentos de cromatina y su hemoglobina es la de un glóbulo rojo. El reticulocito sale a la sangre y a nivel óseo ya pierde los filamentos de cromatina y se transforma en un glóbulo rojo maduro que es que circula por la sangre.

En condiciones normales (no patológicas) puede haber una pequeña cantidad de reticulocitos circulantes pero para que sea normal el número de reticulocitos tiene que estar entre el 0.5 y el 1 % del total de glóbulos rojos. El glóbulo rojo maduro circula entre 90 y 120 días realizando sus funciones. Cuando finaliza este periodo el glóbulo rojo está envejecido y es eliminado, aunque a veces la eritropoyesis puede ser ineficaz en alguna línea.

Cuantificación:

Recuento de glóbulos rojos, el número de hematíes que vendrá dado siempre por un número por 10⁶/mm³. En segundo lugar debemos ver la cantidad de hemoglobina en gramos por cada 100 ml de sangre, entre 14 y 16 gramos por 100 ml de sangre. En tercer lugar tenemos que ver el hematocrito en tanto %. A partir de esto básico podemos calcular el volumen corpuscular medio, la concentración corpuscular media de la hemoglobina que será la concentración de hemoglobina en tanto % y podemos calcular la VSG (velocidad de sedimentación).

Funciones de los glóbulos rojos:

1. Transporte de O₂ y CO₂.

2. Aportan viscosidad de la sangre,

3. Actúa como amortiguador del pH, fundamentalmente por la hemoglobina de la sangre.

Hemoglobina:

La cantidad que representa es de 34 gramos por cada 100 ml de glóbulos rojos o lo que es lo mismo, 16 g/100 ml de sangre en el hombre o 14 g/100 ml de sangre en la mujer. La hemoglobina es el pigmento respiratorio de los vertebrados y está formado por cuatro núcleos (pirroles) y un átomo de hierro. Además la hemoglobina presenta cuatro cadenas polipeptídicas que en su conjunto llamamos globina.

Síntesis de la hemoglobina: empieza a sintetizarse en la fase de eritroblasto pero la mayoría de sus componentes tienen origen hepático, de hecho la síntesis de hemoglobina proviene de la glicina y del ácido acético. Ocurre del siguiente modo:

1. El ácido acético en el ciclo de Krebs se transforma en succinil-CoA.

2. A continuación dos succinil-CoA se unen a dos glicinas formando un pirrol.

3. Se unen cuatro pirroles y forman un compuesto que es una protoporfirina, la protoporfirina IX.

4. Esta protoporfirina IX se une con un hierro (Fe) y forma un grupo hemo.

5. Un grupo hemo se une a una cadena polipeptídica del tipo α o β, formando una cadena de hemoglobina α o β.

6. Se unen dos cadenas de hemoglobina α a dos cadenas de hemoglobina β y tenemos la hemoglobina A.

La globina está formada por cuatro cadenas polipeptídicas. La globina más común en un adulto es la que está formada por dos cadenas α y dos cadenas β. Las cadenas α tienen 141 aminoácidos y las cadenas β están compuestas por 149 aminoácidos. La hemoglobina formada por la combinación de dos cadenas α y dos cadenas β es la hemoglobina A, la más abundante en el adulto.

Pero esta hemoglobina puede presentar alteraciones simplemente por el cambio de algún aminoácido en sus cadenas. En este caso los eritroblastos que lleven hemoglobinas anormales se desechan. En el feto la más abundante es otra hemoglobina, la llamada hemoglobina fetal que no tiene cadenas β sino otro tipo de cadenas denominadas cadenas γ. Esta hemoglobina fetal tiene una mayor capacidad para captar O₂, de tal modo que es ventajosa ya que puede actuar a presiones parciales de O₂ más reducida.

Metabolismo del hierro (Fe):

El hierro es esencial para el transporte de O₂ porque el O₂ se une al Fe de la hemoglobina. El Fe se absorbe en la primera parte del intestino delgado por transporte activo y su absorción es más fácil en estado ferroso (Fe⁺⁺⁾ que férrico (Fe⁺⁺⁺, forma oxidada) y también se absorbe mejor en estado hemínico (formando parte de grupos hemo) que no hemínicos.

En el transporte activo participa una proteína transportadora, la ferroportina. El transporte activo se produce en dos etapas: en primer lugar de la luz intestinal a la mucosa intestinal y en la segunda etapa desde el interior de esas células hasta el plasma. Este Fe absorbido o el Fe liberado por la destrucción de los glóbulos rojos en el plasma nunca está libre sino que se combina con una β-globulina que es la apotransferrina, formando un un compuesto con el Fe llamado transferrina. Esta transferrina lleva al Fe hacia la médula ósea (los eritroblastos) y lleva el Fe en exceso a los lugares de depósito.

El Fe puede depositarse en todas las células pero especialmente en las hepáticas, de hecho es el lugar donde se almacenan el 60% del Fe en exceso. Al llegar al hígado el Fe se libera de la apotransferrina y se combina con otra proteína que es la apoferritina, formando un compuesto que es la ferritina, que es el Fe en depósito. Esta ferritina cede la cantidad de Fe necesaria para su uso. El Fe puede también almacenarse de una forma mucho más insoluble, llamada hemosidenina, que forma grandes acúmulos en las células. Este tipo de almacenamiento solo ocurre cuando la cantidad de Fe en el organismo es superior al que puede contener la apoferritina.

La transferrina tiene la capacidad de transportar el Fe al eritoblasto. En los eritoblastos la transferrina se fija a los receptores de membrana y el eritoblasto la ingiere por endocitosis junto con el Fe que lleva. De esta manera llega hasta las mitocondrias del eritoblasto y a nivel mitocondrial descarga el Fe que va a ser utilizado para la síntesis de grupos hemo. Por lo tanto queda libre la apotransferrina que sale de nuevo al plasma por exocitosis.

Destrucción de glóbulos rojos:

Los glóbulos rojos no sintetizan proteínas porque no presentan núcleo ni retículo endoplasmático. Por lo tanto no son capaces de renovar sus enzimas ni los componentes de membrana. Con el tiempo (90/120 días) se vuelven rígidos y frágiles modificando sus proteínas de membrana. Al modificarse sus proteínas de membrana se fijan inmunoglobulinas plasmáticas a esta membrana alterada y de este modo son reconocidos y destruidos por los macrófagos. Fundamentalmente estos macrófagos provienen del hígado, bazo, ganglios linfáticos y médula ósea, pero la destrucción fisiológica del glóbulo roja puede ser también por hemolisis extravascular (80-90%) o intravascular (10-20%).

La hemólisis intravascular se produce porque al envejecer los glóbulos rojos va a entrar agua en su interior, el eritrocito se hincha, la membrana se deteriora y deja salir hemoglobina y otros constituyentes. Pero esta hemoglobina una vez que pasa al plasma se va a unir a una proteína plasmática llamada aptoglobina y de este modo va a ser transportada hasta que es captada por un macrófago.

La hemólisis extravascular tiene lugar dentro de los macrófagos, bien porque llega la hemoglobina de la intravascular o porque capta todo el glóbulo rojo. Dentro del macrófago la hemoglobina se separa, lo primero en separarse es la globina, la parte proteica, y quedan los grupos hemo. Esta globina se va a desdoblar en aminoácidos que pasan a la circulación y son reutilizados. Los grupos hemo en el interior del macrófago se rompen y dejan libre el Fe formando un compuesto, un pigmento de color verde llamado biliverdina. Biliverdina que en el interior del macrófago se reduce y forma un compuesto que es la bilirrubina.

Esta bilirrubina pasa al plasma en donde se va a fijar con una albúmina que la transporta a los hepatocitos del hígado. En el hígado se conjuga fundamentalmente con glucurónico formando un compuesto que es la bilirrubina conjugada (glucurónico de bilirrubina). Una pequeña parte de esta bilirrubina conjugada puede pasar al plasma y va a ser eliminada por la orina, pero la mayor parte de la bilirrubina conjugada va a ser excretada a través del jugo biliar al intestinos. Pero en el intestino a nivel de íleon y el colon la bilirrubina conjugada se enfrenta a la flora bacteriana normal y por acción bacteriana se convierte en urobilinógeno. Parte del urobilinógeno es absorbido a través de la pared intestinal y se va a filtrar a nivel renal y será eliminado por la orina pero cuando se pone en contacto con el oxígeno se oxida y se convierte en urobilina. La parte que queda en el intestino se elimina a través de las heces.

Al urobilinógeno en el intestino se le llama estercobilinógeno (a nivel del colon). Este estercobilinógeno en contacto con el aire, con el oxígeno se oxida y se transforma en estercobilina que es el responsable del color marrón de nuestras heces. Parte del urobilinógeno se puede absorber por sangre portal (vena porta) y llegar al hígado donde se transformaría en bilirrubina y pasaría de nuevo al intestino a través de la bilis. Por lo tanto hay una recirculación del urobilinógeno que pasa a nivel intestinal.

El glóbulo rojo debido a que tiene hemoglobina y transporta CO₂ y O₂. Un gramos de hemoglobina es capaz de transportar 1.33 cm³ de O₂. El glóbulo rojo posee un enzima llamado anhidrasa carbónica, que cataliza una reacción: