glóbulo rojo

Glóbulo que suministra oxígeno y el tipo más común de glóbulo

Glóbulos rojos ( RBC ), nombre científico eritrocitos (del griego antiguo erythros 'rojo' y kytos 'vaso hueco', con -cyte traducido como 'célula' en el uso moderno), también conocidos como glóbulos rojos , ^[1] células eritroides , y rara vez las hemátidas , son el tipo más común de células sanguíneas y el principal medio de los vertebrados para transportar oxígeno (O ₂ ) a los tejidos del cuerpo , a través del flujo sanguíneo a través del sistema circulatorio . ^[2] Los eritrocitos captan oxígeno en los pulmones , o en las branquias de los peces, y lo liberan en los tejidos mientras lo exprimen a través de los capilares del cuerpo .

El citoplasma de un glóbulo rojo es rico en hemoglobina , una biomolécula que contiene hierro y que puede unirse al oxígeno y es responsable del color rojo de las células y de la sangre. Cada glóbulo rojo humano contiene aproximadamente 270 millones de moléculas de hemoglobina. ^[3] La membrana celular está compuesta de proteínas y lípidos , y esta estructura proporciona propiedades esenciales para la función fisiológica de la célula , como la deformabilidad y la estabilidad de las células sanguíneas mientras atraviesan el sistema circulatorio y específicamente la red capilar .

En los seres humanos, los glóbulos rojos maduros son discos bicóncavos flexibles . Carecen de núcleo celular (que es expulsado durante el desarrollo ) y orgánulos , para dar cabida al máximo espacio a la hemoglobina; pueden verse como sacos de hemoglobina, con una membrana plasmática como saco. En humanos adultos se producen aproximadamente 2,4 millones de nuevos eritrocitos por segundo. ^[4] Las células se desarrollan en la médula ósea y circulan durante aproximadamente 100 a 120 días en el cuerpo antes de que los macrófagos reciclen sus componentes . Cada circulación dura unos 60 segundos (un minuto). ^[5] Aproximadamente el 84% de las células del cuerpo humano son entre 20 y 30 billones de glóbulos rojos. ^{[6] [7] [8] [9]} Casi la mitad del volumen de la sangre ( 40% a 45% ) son glóbulos rojos.

Los concentrados de glóbulos rojos son glóbulos rojos que han sido donados, procesados ​​y almacenados en un banco de sangre para transfusión de sangre .

Estructura

Vertebrados

Existe una inmensa variación de tamaño en los glóbulos rojos de los vertebrados, así como una correlación entre el tamaño de la célula y el núcleo. Los glóbulos rojos de los mamíferos, que no contienen núcleos, son considerablemente más pequeños que los de la mayoría de los demás vertebrados. ^[10]

Los glóbulos rojos maduros de las aves tienen un núcleo, sin embargo, en la sangre de las hembras adultas del pingüino Pygoscelis papua se han observado glóbulos rojos enucleados ( B ), pero con muy baja frecuencia.

La gran mayoría de los vertebrados, incluidos los mamíferos y los humanos, tienen glóbulos rojos. Los glóbulos rojos son células presentes en la sangre para transportar oxígeno. Los únicos vertebrados conocidos sin glóbulos rojos son el draco cocodrilo (familia Channichthyidae ); Viven en agua fría muy rica en oxígeno y transportan oxígeno libremente disuelto en su sangre. ^[11] Si bien ya no usan hemoglobina, se pueden encontrar restos de genes de hemoglobina en su genoma . ^[12]

Los glóbulos rojos de los vertebrados se componen principalmente de hemoglobina , una metaloproteína compleja que contiene grupos hemo cuyos átomos de hierro se unen temporalmente a las moléculas de oxígeno (O ₂ ) en los pulmones o las branquias y las liberan por todo el cuerpo. El oxígeno puede difundirse fácilmente a través de la membrana celular de los glóbulos rojos . La hemoglobina de los glóbulos rojos también transporta parte del dióxido de carbono , producto de desecho , desde los tejidos; Sin embargo, la mayor parte del dióxido de carbono residual se transporta de regreso a los capilares pulmonares de los pulmones en forma de bicarbonato (HCO ₃ ⁻ ) disuelto en el plasma sanguíneo . La mioglobina , un compuesto relacionado con la hemoglobina, actúa para almacenar oxígeno en las células musculares . ^[13]

El color de los glóbulos rojos se debe al grupo hemo de la hemoglobina. El plasma sanguíneo por sí solo es de color pajizo, pero los glóbulos rojos cambian de color según el estado de la hemoglobina: cuando se combina con oxígeno, la oxihemoglobina resultante es escarlata, y cuando se libera oxígeno, la desoxihemoglobina resultante es de color rojo burdeos oscuro. . Sin embargo, la sangre puede verse azulada cuando se ve a través de la pared del vaso y la piel. ^[14] La oximetría de pulso aprovecha el cambio de color de la hemoglobina para medir directamente la saturación de oxígeno en la sangre arterial mediante técnicas colorimétricas . La hemoglobina también tiene una afinidad muy alta por el monóxido de carbono , formando carboxihemoglobina que es de un color rojo muy brillante. Los pacientes enrojecidos y confundidos con una lectura de saturación del 100% en la oximetría de pulso a veces sufren intoxicación por monóxido de carbono. ^{[ cita necesaria ]}

Tener proteínas transportadoras de oxígeno dentro de células especializadas (a diferencia de los transportadores de oxígeno disueltos en los fluidos corporales) fue un paso importante en la evolución de los vertebrados, ya que permite una sangre menos viscosa , mayores concentraciones de oxígeno y una mejor difusión del oxígeno desde la sangre. a los tejidos. El tamaño de los glóbulos rojos varía ampliamente entre las especies de vertebrados; El ancho de los glóbulos rojos es, en promedio, aproximadamente un 25% mayor que el diámetro de los capilares , y se ha planteado la hipótesis de que esto mejora la transferencia de oxígeno de los glóbulos rojos a los tejidos. ^[15]

Mamíferos

Glóbulos rojos típicos de mamíferos: (a) vistos desde la superficie; (b) de perfil, formando rouleaux; (c) volverse esférico por el agua; (d) crenado (encogido y puntiagudo) por la sal. (c) y (d) normalmente no ocurren en el cuerpo. Las dos últimas formas se deben al transporte de agua dentro y fuera de las células mediante ósmosis .

Los glóbulos rojos de los mamíferos suelen tener la forma de discos bicóncavos: aplanados y deprimidos en el centro, con una sección transversal en forma de mancuerna y un borde en forma de toro en el borde del disco. Esta forma permite una alta relación superficie-volumen (SA/V) para facilitar la difusión de gases. ^[16] Sin embargo, existen algunas excepciones con respecto a la forma en el orden artiodáctilo (ungulados pares, incluidos el ganado vacuno, los ciervos y sus parientes), que muestra una amplia variedad de extrañas morfologías de glóbulos rojos: células pequeñas y muy ovaladas en llamas y camellos (familia Camelidae ), pequeñas células esféricas en ciervos ratón (familia Tragulidae ) y células que asumen formas fusiformes, lanceoladas, crecientes e irregularmente poligonales y otras formas angulares en ciervos y wapitíes (familia Cervidae ). Los miembros de este orden claramente han desarrollado un modo de desarrollo de glóbulos rojos sustancialmente diferente de la norma de los mamíferos. ^{[10] [17]} En general, los glóbulos rojos de los mamíferos son notablemente flexibles y deformables para poder pasar a través de pequeños capilares , así como para maximizar su superficie de aposición al asumir la forma de un cigarro, donde liberan eficientemente su carga de oxígeno. ^[18]

Los glóbulos rojos de los mamíferos son únicos entre los vertebrados porque no tienen núcleo cuando maduran. Tienen núcleos durante las primeras fases de la eritropoyesis , pero los extruyen durante el desarrollo a medida que maduran; esto proporciona más espacio para la hemoglobina. Los glóbulos rojos sin núcleo, llamados reticulocitos , pierden posteriormente todos los demás orgánulos celulares , como las mitocondrias , el aparato de Golgi y el retículo endoplasmático .

El bazo actúa como reservorio de glóbulos rojos, pero este efecto es algo limitado en los humanos. En algunos otros mamíferos, como perros y caballos, el bazo secuestra una gran cantidad de glóbulos rojos, que se vierten en la sangre durante momentos de estrés, lo que produce una mayor capacidad de transporte de oxígeno.

Micrografía electrónica de barrido de células sanguíneas. De izquierda a derecha: glóbulos rojos humanos, trombocitos (plaquetas), leucocitos .

Humano

Se muestran dos gotas de sangre con una gota oxigenada de color rojo brillante a la izquierda y una gota desoxigenada de color rojo más oscuro a la derecha.

Animación de un ciclo típico de glóbulos rojos humanos en el sistema circulatorio. Esta animación ocurre a un ritmo más rápido (~20 segundos del ciclo promedio de 60 segundos) y muestra cómo los glóbulos rojos se deforman a medida que ingresan a los capilares, así como las barras cambian de color a medida que la célula alterna en estados de oxigenación a lo largo del sistema circulatorio. .

Un glóbulo rojo humano típico tiene un diámetro de disco de aproximadamente 6,2 a 8,2 µm ^[19] y un grosor en el punto más grueso de 2 a 2,5 µm y un grosor mínimo en el centro de 0,8 a 1 µm, siendo mucho más pequeño que la mayoría de los demás. células humanas . Estas células tienen un volumen promedio de aproximadamente 90 fL ^[20] con un área de superficie de aproximadamente 136 μm ² y pueden hincharse hasta una forma de esfera que contiene 150 fL, sin distensión de la membrana.

Los seres humanos adultos tienen aproximadamente entre 20 y 30 billones de glóbulos rojos en un momento dado, lo que constituye aproximadamente el 70% de todas las células en número. ^[21] Las mujeres tienen entre 4 y 5 millones de glóbulos rojos por microlitro (milímetro cúbico) de sangre y los hombres entre 5 y 6 millones; las personas que viven en altitudes elevadas con baja tensión de oxígeno tendrán más. Por tanto, los glóbulos rojos son mucho más comunes que otras partículas sanguíneas: hay entre 4.000 y 11.000 glóbulos blancos y entre 150.000 y 400.000 plaquetas por microlitro.

Los glóbulos rojos humanos tardan una media de 60 segundos en completar un ciclo de circulación. ^{[5] [9] [22]}

El color rojo de la sangre se debe a las propiedades espectrales de los iones de hierro hémicos de la hemoglobina . Cada molécula de hemoglobina lleva cuatro grupos hemo; la hemoglobina constituye aproximadamente un tercio del volumen celular total. La hemoglobina es responsable del transporte de más del 98% del oxígeno del cuerpo (el oxígeno restante se transporta disuelto en el plasma sanguíneo ). Los glóbulos rojos de un hombre adulto promedio almacenan en conjunto alrededor de 2,5 gramos de hierro, lo que representa aproximadamente el 65% del hierro total contenido en el cuerpo. ^{[23] [24]}

Microestructura

Núcleo

Los glóbulos rojos de los mamíferos son anucleados cuando maduran, lo que significa que carecen de núcleo celular . En comparación, los glóbulos rojos de otros vertebrados tienen núcleo; las únicas excepciones conocidas son las salamandras del género Batrachoseps y los peces del género Maurolicus . ^{[25] [26]}

La eliminación del núcleo en los glóbulos rojos de los vertebrados se ha propuesto como explicación para la posterior acumulación de ADN no codificante en el genoma . ^[17] El argumento es el siguiente: el transporte eficiente de gas requiere que los glóbulos rojos pasen a través de capilares muy estrechos, y esto limita su tamaño. En ausencia de eliminación nuclear, la acumulación de secuencias repetidas está limitada por el volumen ocupado por el núcleo, que aumenta con el tamaño del genoma.

Los glóbulos rojos nucleados en los mamíferos constan de dos formas: normoblastos, que son precursores eritropoyéticos normales de los glóbulos rojos maduros, y megaloblastos, que son precursores anormalmente grandes que se producen en las anemias megaloblásticas .

Composición de la membrana

Los glóbulos rojos son deformables, flexibles, pueden adherirse a otras células y pueden interactuar con las células inmunitarias. Su membrana juega aquí muchos papeles. Estas funciones dependen en gran medida de la composición de la membrana. La membrana de los glóbulos rojos está compuesta por 3 capas: el glicocálix en el exterior, que es rico en carbohidratos ; la bicapa lipídica que contiene muchas proteínas transmembrana , además de sus principales constituyentes lipídicos; y el esqueleto de la membrana, una red estructural de proteínas ubicada en la superficie interna de la bicapa lipídica. La mitad de la masa de la membrana de los glóbulos rojos humanos y de la mayoría de los mamíferos son proteínas. La otra mitad son lípidos, concretamente fosfolípidos y colesterol . ^[27]

Lípidos de membrana

Los lípidos de la membrana de los glóbulos rojos más comunes, dispuestos esquemáticamente a medida que se distribuyen en la bicapa. Las abundancias relativas no están a escala.

La membrana de los glóbulos rojos comprende una bicapa lipídica típica , similar a la que se puede encontrar en prácticamente todas las células humanas. En pocas palabras, esta bicapa lipídica está compuesta de colesterol y fosfolípidos en proporciones iguales en peso. La composición de los lípidos es importante ya que define muchas propiedades físicas como la permeabilidad y fluidez de la membrana. Además, la actividad de muchas proteínas de membrana está regulada por interacciones con lípidos en la bicapa.

A diferencia del colesterol, que se distribuye uniformemente entre las valvas internas y externas, los cinco fosfolípidos principales están dispuestos asimétricamente, como se muestra a continuación:

Monocapa exterior

• Fosfatidilcolina (PC);
• Esfingomielina (SM).

monocapa interior

• Fosfatidiletanolamina (PE);
• Fosfoinositol (PI) (pequeñas cantidades).
• Fosfatidilserina (PS);

Esta distribución asimétrica de fosfolípidos entre la bicapa es el resultado de la función de varias proteínas transportadoras de fosfolípidos dependientes e independientes de energía . Las proteínas llamadas " flipasas " mueven los fosfolípidos de la monocapa externa a la interna, mientras que otras llamadas " flopasas " realizan la operación opuesta, contra un gradiente de concentración de manera dependiente de la energía. Además, también existen proteínas " scramblase " que mueven los fosfolípidos en ambas direcciones al mismo tiempo, reduciendo sus gradientes de concentración de manera independiente de la energía. Todavía existe un debate considerable sobre la identidad de estas proteínas de mantenimiento de la membrana de los glóbulos rojos.

El mantenimiento de una distribución asimétrica de fosfolípidos en la bicapa (como una localización exclusiva de PS y PI en la monocapa interna) es fundamental para la integridad y función celular debido a varias razones:

• Los macrófagos reconocen y fagocitan los glóbulos rojos que exponen el PS en su superficie exterior. Por tanto, el confinamiento de PS en la monocapa interna es esencial para que la célula sobreviva a sus frecuentes encuentros con macrófagos del sistema reticuloendotelial , especialmente en el bazo .
• La destrucción prematura de los glóbulos rojos falciformes y talasémicos se ha relacionado con alteraciones de la asimetría de los lípidos que conducen a la exposición de PS en la monocapa externa.
• Una exposición a PS puede potenciar la adhesión de los glóbulos rojos a las células endoteliales vasculares, impidiendo eficazmente el tránsito normal a través de la microvasculatura. Por tanto, es importante que la PS se mantenga sólo en la valva interna de la bicapa para garantizar un flujo sanguíneo normal en la microcirculación.
• Tanto el PS como el fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2) pueden regular la función mecánica de la membrana, debido a sus interacciones con proteínas esqueléticas como la espectrina y la proteína 4.1R . Estudios recientes han demostrado que la unión de espectrina a PS promueve la estabilidad mecánica de la membrana. PIP2 mejora la unión de la banda proteica 4.1R a la glicoforina C pero disminuye su interacción con la banda proteica 3 y, por lo tanto, puede modular la unión de la bicapa al esqueleto de la membrana.

Estudios recientes han descrito la presencia de estructuras especializadas denominadas " balsas lipídicas " en la membrana de los glóbulos rojos. Se trata de estructuras enriquecidas en colesterol y esfingolípidos asociadas con proteínas de membrana específicas, a saber, flotilinas , estomatinas (banda 7), proteínas G y receptores β-adrenérgicos . Se ha demostrado que las balsas lipídicas que han estado implicadas en eventos de señalización celular en células no eritroides median en la señalización del receptor adregénico β2 y aumentan los niveles de AMPc , regulando así la entrada de los parásitos de la malaria a los glóbulos rojos normales. ^{[28] [29]}

Proteínas de membrana

Proteínas de la membrana de los glóbulos rojos separadas por SDS-PAGE y teñidas con plata ^[30]

Las proteínas del esqueleto de la membrana son responsables de la deformabilidad, flexibilidad y durabilidad del glóbulo rojo, permitiéndole pasar a través de capilares de menos de la mitad del diámetro del glóbulo rojo (7-8 μm) y recuperando la forma discoide tan pronto como ya que estas células dejan de recibir fuerzas de compresión, de forma similar a un objeto de goma.

Actualmente se conocen más de 50 proteínas de membrana, que pueden existir en unos pocos cientos hasta un millón de copias por glóbulo rojo. Aproximadamente 25 de estas proteínas de membrana portan los distintos antígenos de los grupos sanguíneos, como los antígenos A, B y Rh, entre muchos otros. Estas proteínas de membrana pueden realizar una amplia diversidad de funciones, como el transporte de iones y moléculas a través de la membrana de los glóbulos rojos, la adhesión e interacción con otras células como las células endoteliales, como receptores de señalización, así como otras funciones actualmente desconocidas. Los tipos de sangre de los seres humanos se deben a variaciones en las glicoproteínas de la superficie de los glóbulos rojos. Los trastornos de las proteínas de estas membranas están asociados con muchos trastornos, como la esferocitosis hereditaria , eliptocitosis hereditaria , estomatocitosis hereditaria y hemoglobinuria paroxística nocturna . ^{[27] [28]}

Las proteínas de la membrana de los glóbulos rojos se organizan según su función:

Proteínas principales de la membrana de los glóbulos rojos

Transporte

• Banda 3 : el transportador de aniones, también un componente estructural importante de la membrana de los glóbulos rojos, constituye hasta el 25% de la superficie de la membrana celular; cada glóbulo rojo contiene aproximadamente un millón de copias. Define el Grupo Sanguíneo Diego ; ^[31]
• Acuaporina 1 – transportador de agua, define el grupo sanguíneo Colton ;
• Glut1 – transportador de glucosa y ácido L-deshidroascórbico ;
• MCT1 : transportador de monocarboxilato para exportar ácido láctico al hígado. Ver ciclo de Cori .; ^[32]
• Proteína del antígeno Kidd – transportador de urea;
• RHAG – transportador de gas, probablemente de dióxido de carbono, define el grupo sanguíneo Rh y el fenotipo inusual asociado al grupo sanguíneo Rh _nulo ;
• Na ⁺ /K ⁺ – ATPasa ;
• Ca ²⁺ – ATPasa ;
• Na ⁺ K ⁺ 2Cl ⁻ – cotransportador ;
• Na ⁺ -Cl ⁻ – cotransportador ;
• intercambiador Na-H ;
• K-Cl – cotransportador ;
• Canal Gardos .

Adhesión celular

• ICAM-4 – interactúa con las integrinas ;
• BCAM : una glicoproteína que define el grupo sanguíneo luterano y también conocida como Lu o proteína fijadora de laminina .

Papel estructural : las siguientes proteínas de membrana establecen enlaces con proteínas esqueléticas y pueden desempeñar un papel importante en la regulación de la cohesión entre la bicapa lipídica y el esqueleto de la membrana, lo que probablemente permite que los glóbulos rojos mantengan su superficie de membrana favorable al evitar que la membrana colapse (vesiculación). .

• "Complejo macromolecular basado en Ankyrin : proteínas que unen la bicapa al esqueleto de la membrana mediante la interacción de sus dominios citoplasmáticos con Ankyrin ".
  • Banda 3 : también reúne varias enzimas glicolíticas , el presunto transportador de CO ₂ y la anhidrasa carbónica en un complejo macromolecular denominado " metabolón ", que puede desempeñar un papel clave en la regulación del metabolismo de los glóbulos rojos y la función de transporte de iones y gases.
  • RHAG – también involucrado en el transporte, define el fenotipo inusual asociado al grupo sanguíneo Rh _mod .
• Complejo macromolecular basado en proteína 4.1R : proteínas que interactúan con la proteína 4.1R .
  • Proteína 4.1R – expresión débil de antígenos de Gerbich ;
  • Glicoforina C y D – glicoproteína, define el grupo sanguíneo Gerbich ;
  • XK : define el grupo sanguíneo Kell y el fenotipo inusual de Mcleod (falta de antígeno Kx y expresión muy reducida de los antígenos Kell);
  • RhD/RhCE : define el grupo sanguíneo Rh y el fenotipo inusual asociado del grupo sanguíneo Rh _nulo ;
  • Proteína Duffy : se ha propuesto que esté asociada con la eliminación de quimiocinas ; ^[33]
  • Aducina – interacción con la banda 3;
  • Dematin : interacción con el transportador de glucosa Glut1.

^{[27] [28]}

Potencial electrostático superficial

El potencial zeta es una propiedad electroquímica de las superficies celulares que está determinada por la carga eléctrica neta de las moléculas expuestas en la superficie de las membranas celulares de la célula. El potencial zeta normal de los glóbulos rojos es de -15,7 milivoltios ( mV). ^[34] Gran parte de este potencial parece ser contribuido por los residuos de ácido siálico expuestos en la membrana: su eliminación da como resultado un potencial zeta de −6,06 mV.

Función

Papel en el transporte de CO 2

Recuerde que la respiración , como se ilustra esquemáticamente aquí con una unidad de carbohidrato, produce aproximadamente tantas moléculas de dióxido de carbono, CO ₂ , como consume de oxígeno, O ₂ . ^[35]

${\displaystyle {\ce {HCOH + O2 -> CO2 + H2O}}}$

Por tanto, la función del sistema circulatorio tiene que ver tanto con el transporte de dióxido de carbono como con el transporte de oxígeno. Como se indica en otra parte de este artículo, la mayor parte del dióxido de carbono en la sangre se encuentra en forma de ion bicarbonato. El bicarbonato proporciona un amortiguador de pH crítico . ^[36] Por lo tanto, a diferencia de la hemoglobina para el transporte de O ₂ , existe una ventaja fisiológica al no tener una molécula transportadora de CO ₂ específica .

Sin embargo, los glóbulos rojos desempeñan un papel clave en el proceso de transporte de CO ₂ por dos razones. En primer lugar, porque, además de hemoglobina, contienen una gran cantidad de copias de la enzima anhidrasa carbónica en el interior de su membrana celular. ^[37] La ​​anhidrasa carbónica, como su nombre indica, actúa como catalizador del intercambio entre el ácido carbónico y el dióxido de carbono (que es el anhídrido del ácido carbónico). Debido a que es un catalizador, puede afectar a muchas moléculas de CO ₂ , por lo que desempeña su función esencial sin necesitar tantas copias como las necesarias para el transporte de O ₂ por la hemoglobina. En presencia de este catalizador, el dióxido de carbono y el ácido carbónico alcanzan un equilibrio muy rápidamente, mientras los glóbulos rojos todavía se mueven a través del capilar. Por tanto, es el eritrocito el que garantiza que la mayor parte del CO ₂ se transporte en forma de bicarbonato. ^{[38] [39]} A pH fisiológico, el equilibrio favorece fuertemente al ácido carbónico, que en su mayor parte está disociado en iones bicarbonato. ^[40]

${\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=>> H2CO3 <=>> HCO3- + H+}}}$

Los iones H+ liberados por esta rápida reacción dentro de los glóbulos rojos, mientras aún están en el capilar, actúan para reducir la afinidad de unión al oxígeno de la hemoglobina, el efecto Bohr .

La segunda contribución importante de los glóbulos rojos al transporte de dióxido de carbono es que el dióxido de carbono reacciona directamente con los componentes proteicos globina de la hemoglobina para formar compuestos de carbaminohemoglobina . A medida que se libera oxígeno en los tejidos, más CO ₂ se une a la hemoglobina y, a medida que el oxígeno se une en los pulmones, desplaza el CO ₂ unido a la hemoglobina ; esto se denomina efecto Haldane . A pesar de que sólo una pequeña cantidad del CO ₂ en la sangre está unida a la hemoglobina en la sangre venosa, una mayor proporción del cambio en el contenido de CO ₂ entre la sangre venosa y arterial proviene del cambio en este CO ₂ unido . ^[41] Es decir, siempre hay abundancia de bicarbonato en la sangre, tanto venosa como arterial, debido a su función antes mencionada como tampón del pH.

En resumen, el dióxido de carbono producido por la respiración celular se difunde muy rápidamente a zonas de menor concentración, concretamente a los capilares cercanos. ^{[42] [43]} Cuando se difunde en un eritrocito, el CO ₂ es rápidamente convertido por la anhidrasa carbónica que se encuentra en el interior de la membrana del eritrocito en ion bicarbonato. Los iones de bicarbonato, a su vez, abandonan los glóbulos rojos a cambio de iones de cloruro del plasma, facilitado por la proteína transportadora de aniones de la banda 3 ubicada en la membrana de los glóbulos rojos. El ion bicarbonato no se difunde hacia afuera del capilar, sino que se transporta al pulmón. En el pulmón, la presión parcial más baja del dióxido de carbono en los alvéolos hace que el dióxido de carbono se difunda rápidamente desde los capilares hacia los alvéolos. La anhidrasa carbónica de los glóbulos rojos mantiene el ion bicarbonato en equilibrio con el dióxido de carbono. Entonces, cuando el dióxido de carbono sale del capilar y el CO ₂ es desplazado por el O ₂ en la hemoglobina, una cantidad suficiente de iones bicarbonato se convierte rápidamente en dióxido de carbono para mantener el equilibrio. ^{[37] [44] [45] [46]}

Funciones secundarias

Cuando los glóbulos rojos sufren una tensión de corte en los vasos constreñidos, liberan ATP , lo que hace que las paredes de los vasos se relajen y dilaten para promover el flujo sanguíneo normal. ^[47]

Cuando sus moléculas de hemoglobina se desoxigenan, los glóbulos rojos liberan S-nitrosotioles , que también actúan para dilatar los vasos sanguíneos, ^[48] dirigiendo así más sangre a áreas del cuerpo sin oxígeno.

Los glóbulos rojos también pueden sintetizar óxido nítrico de forma enzimática, utilizando L-arginina como sustrato, al igual que las células endoteliales . ^[49] La exposición de los glóbulos rojos a niveles fisiológicos de estrés cortante activa la óxido nítrico sintasa y la exportación de óxido nítrico, ^[50] lo que puede contribuir a la regulación del tono vascular.

Los glóbulos rojos también pueden producir sulfuro de hidrógeno , un gas de señalización que actúa para relajar las paredes de los vasos. Se cree que los efectos cardioprotectores del ajo se deben a que los glóbulos rojos convierten sus compuestos de azufre en sulfuro de hidrógeno. ^[51]

Los glóbulos rojos también desempeñan un papel en la respuesta inmune del cuerpo : cuando son lisados ​​por patógenos como las bacterias, su hemoglobina libera radicales libres , que degradan la pared y la membrana celular del patógeno, matándolo. ^{[52] [53]}

Procesos celulares

Como resultado de no contener mitocondrias , los glóbulos rojos no utilizan nada del oxígeno que transportan; en cambio, producen el portador de energía ATP mediante la glucólisis de la glucosa y la fermentación del ácido láctico en el piruvato resultante . ^{[54] [55]} Además, la vía de las pentosas fosfato desempeña un papel importante en los glóbulos rojos; consulte Deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa para obtener más información.

Como los glóbulos rojos no contienen núcleo, actualmente se supone que no hay biosíntesis de proteínas en estas células.

Debido a la falta de núcleos y orgánulos, los glóbulos rojos maduros no contienen ADN y no pueden sintetizar ningún ARN (aunque sí contienen ARN) ^{[56] [57]} y, en consecuencia, no pueden dividirse y tienen capacidades de reparación limitadas. ^[58] La incapacidad de llevar a cabo la síntesis de proteínas significa que ningún virus puede evolucionar para atacar los glóbulos rojos de los mamíferos. ^[59] Sin embargo, la infección por parvovirus (como el parvovirus humano B19 ) puede afectar a los precursores eritroides mientras todavía tienen ADN, como se reconoce por la presencia de pronormoblastos gigantes con partículas virales y cuerpos de inclusión , agotando así temporalmente la sangre de reticulocitos y provocando anemia. . ^[60]

Ciclo vital

Los glóbulos rojos humanos se producen mediante un proceso llamado eritropoyesis , y se desarrollan desde células madre comprometidas hasta glóbulos rojos maduros en aproximadamente 7 días. Cuando maduran, en un individuo sano estas células viven en la circulación sanguínea durante aproximadamente 100 a 120 días (y de 80 a 90 días en un bebé a término ). ^[61] Al final de su vida útil, se retiran de la circulación. En muchas enfermedades crónicas, la vida útil de los glóbulos rojos se reduce.

Creación

La eritropoyesis es el proceso mediante el cual se producen nuevos glóbulos rojos; dura unos 7 días. A través de este proceso se producen continuamente glóbulos rojos en la médula ósea roja de los huesos grandes. (En el embrión , el hígado es el principal lugar de producción de glóbulos rojos). La producción puede ser estimulada por la hormona eritropoyetina (EPO), sintetizada por el riñón. Justo antes y después de salir de la médula ósea, las células en desarrollo se conocen como reticulocitos ; estos constituyen aproximadamente el 1% de los glóbulos rojos circulantes.

Vida útil funcional

La vida funcional de un glóbulo rojo es de aproximadamente 100 a 120 días, tiempo durante el cual los glóbulos rojos se mueven continuamente mediante el flujo sanguíneo: empuje (en las arterias ), tracción (en las venas ) y una combinación de ambos a medida que se estrujan. microvasos como los capilares. También se reciclan en la médula ósea. ^[62]

Senectud

El glóbulo rojo envejecido sufre cambios en su membrana plasmática , haciéndolo susceptible al reconocimiento selectivo por parte de los macrófagos y la posterior fagocitosis en el sistema fagocítico mononuclear ( bazo , hígado y ganglios linfáticos ), eliminando así las células viejas y defectuosas y purgando continuamente la sangre. Este proceso se denomina eriptosis , muerte programada de los glóbulos rojos. ^[63] Este proceso normalmente ocurre al mismo ritmo de producción por eritropoyesis, equilibrando el recuento total de glóbulos rojos circulantes. La eriptosis aumenta en una amplia variedad de enfermedades, incluidas la sepsis , el síndrome urémico hemolítico , la malaria , la anemia falciforme , la betatalasemia , la deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa , la depleción de fosfato, la deficiencia de hierro y la enfermedad de Wilson . La eriptosis puede ser provocada por shock osmótico, estrés oxidativo y agotamiento de energía, así como por una amplia variedad de mediadores endógenos y xenobióticos . Se observa eriptosis excesiva en los glóbulos rojos que carecen de la proteína quinasa tipo I dependiente de cGMP o de la proteína quinasa AMPK activada por AMP. Los inhibidores de la eriptosis incluyen eritropoyetina , óxido nítrico , catecolaminas y altas concentraciones de urea .

Gran parte de los productos de descomposición resultantes recirculan en el cuerpo. El constituyente hemo de la hemoglobina se descompone en hierro (Fe ³⁺ ) y biliverdina . La biliverdina se reduce a bilirrubina , que se libera al plasma y recircula al hígado unida a la albúmina . El hierro se libera al plasma para ser recirculado por una proteína transportadora llamada transferrina . Casi todos los glóbulos rojos se eliminan de esta manera de la circulación antes de que tengan edad suficiente para hemolizarse . La hemoglobina hemolizada se une a una proteína del plasma llamada haptoglobina , que no se excreta por el riñón. ^[64]

Significación clínica

Enfermedad

Afectados por la anemia de células falciformes , los glóbulos rojos alteran su forma y amenazan con dañar los órganos internos.

Las enfermedades de la sangre que afectan a los glóbulos rojos incluyen:

• Las anemias (o anemias) son enfermedades caracterizadas por una baja capacidad de transporte de oxígeno de la sangre, debido a un bajo recuento de glóbulos rojos o alguna anomalía de los glóbulos rojos o de la hemoglobina.

• La anemia por deficiencia de hierro es la anemia más común; Ocurre cuando la ingesta dietética o la absorción de hierro es insuficiente y no se puede formar hemoglobina, que contiene hierro.

• La anemia perniciosa es una enfermedad autoinmune en la que el cuerpo carece del factor intrínseco , necesario para absorber la vitamina B ₁₂ de los alimentos. La vitamina B ₁₂ es necesaria para la producción de glóbulos rojos y hemoglobina.

• La anemia de células falciformes es una enfermedad genética que produce moléculas de hemoglobina anormales. Cuando estos liberan su carga de oxígeno en los tejidos, se vuelven insolubles, lo que da lugar a glóbulos rojos deformados. Estos glóbulos rojos con forma de hoz son menos deformables y viscoelásticos , lo que significa que se han vuelto rígidos y pueden causar obstrucción de los vasos sanguíneos, dolor, derrames cerebrales y otros daños a los tejidos.

• La talasemia es una enfermedad genética que resulta en la producción de una proporción anormal de subunidades de hemoglobina.

• Los síndromes de esferocitosis hereditaria son un grupo de trastornos hereditarios caracterizados por defectos en la membrana celular de los glóbulos rojos , lo que hace que las células sean pequeñas, con forma de esfera y frágiles en lugar de tener forma de rosquilla y ser flexibles. Estos glóbulos rojos anormales son destruidos por el bazo . Se conocen varios otros trastornos hereditarios de la membrana de los glóbulos rojos. ^{[sesenta y cinco]}

• La anemia aplásica es causada por la incapacidad de la médula ósea para producir células sanguíneas.

• La aplasia pura de glóbulos rojos es causada por la incapacidad de la médula ósea para producir únicamente glóbulos rojos.

Efecto de la presión osmótica sobre las células sanguíneas.

Micrografías de los efectos de la presión osmótica.

• Hemólisis es el término general para la degradación excesiva de los glóbulos rojos. Puede tener varias causas y puede provocar anemia hemolítica .

• El parásito de la malaria pasa parte de su ciclo de vida en los glóbulos rojos, se alimenta de su hemoglobina y luego los descompone, provocando fiebre. Tanto la anemia de células falciformes como la talasemia son más comunes en las zonas con malaria, porque estas mutaciones transmiten cierta protección contra el parásito.

• Las policitemias (o eritrocitosis) son enfermedades caracterizadas por un exceso de glóbulos rojos. El aumento de la viscosidad de la sangre puede provocar varios síntomas.

• En la policitemia vera, el aumento del número de glóbulos rojos se debe a una anomalía en la médula ósea.

• Varias enfermedades microangiopáticas , incluida la coagulación intravascular diseminada y las microangiopatías trombóticas , se presentan con fragmentos patognomónicos (diagnósticos) de glóbulos rojos llamados esquistocitos . Estas patologías generan hebras de fibrina que cortan los glóbulos rojos cuando intentan pasar a través de un trombo .

Transfusión

Se pueden administrar glóbulos rojos como parte de una transfusión de sangre . La sangre puede ser donada por otra persona o ser almacenada por el receptor en una fecha anterior. La sangre donada generalmente requiere pruebas de detección para garantizar que los donantes no contengan factores de riesgo para la presencia de enfermedades transmitidas por la sangre o que no sufran al donar sangre. Por lo general, la sangre se extrae y se analiza para detectar enfermedades transmitidas por la sangre comunes o graves, como la hepatitis B , la hepatitis C y el VIH. El tipo de sangre (A, B, AB u O) o el producto sanguíneo se identifica y se compara con la sangre del receptor para minimizar la probabilidad de una reacción transfusional hemolítica aguda , un tipo de reacción transfusional . Esto se relaciona con la presencia de antígenos en la superficie de la célula. Después de este proceso, la sangre se almacena y en poco tiempo se utiliza. La sangre se puede administrar como un producto completo o los glóbulos rojos se pueden separar como concentrados de glóbulos rojos .

A menudo se transfunde sangre cuando se sabe que hay anemia, sangrado activo o cuando se espera una pérdida grave de sangre, como antes de una operación. Antes de administrar sangre, se analiza una pequeña muestra de la sangre del receptor con la transfusión en un proceso conocido como compatibilidad cruzada .

En 2008 se informó que en el laboratorio se había logrado convencer a células madre embrionarias humanas para que se convirtieran en glóbulos rojos. El paso difícil fue inducir a las células a expulsar su núcleo; Esto se logró cultivando las células en células estromales de la médula ósea. Se espera que estos glóbulos rojos artificiales puedan eventualmente usarse para transfusiones de sangre. ^[66]

En 2022 se llevará a cabo un ensayo en humanos utilizando sangre cultivada a partir de células madre obtenidas de sangre de donantes. ^[67]

Pruebas

Variaciones en la forma de los glóbulos rojos, denominadas en general poiquilocitosis .

Varios análisis de sangre involucran glóbulos rojos. Estos incluyen un recuento de glóbulos rojos (el número de glóbulos rojos por volumen de sangre), el cálculo del hematocrito (porcentaje del volumen de sangre ocupado por glóbulos rojos) y la velocidad de sedimentación globular . Es necesario determinar el tipo de sangre para prepararse para una transfusión de sangre o un trasplante de órganos .

Muchas enfermedades que afectan a los glóbulos rojos se diagnostican con una extensión de sangre (o frotis de sangre periférica), en la que se extiende una fina capa de sangre en un portaobjetos de microscopio. Esto puede revelar poiquilocitosis , que son variaciones en la forma de los glóbulos rojos. Cuando los glóbulos rojos a veces aparecen en una pila, el lado plano al lado del lado plano. Esto se conoce como formación de rouleaux y ocurre con mayor frecuencia si los niveles de ciertas proteínas séricas están elevados, como por ejemplo durante la inflamación .

Separación y dopaje sanguíneo.

Los glóbulos rojos se pueden obtener a partir de sangre entera mediante centrifugación , que separa las células del plasma sanguíneo en un proceso conocido como fraccionamiento de la sangre . Los concentrados de glóbulos rojos , que se elaboran de esta manera a partir de sangre entera sin plasma, se utilizan en medicina transfusional . ^[68] Durante la donación de plasma , los glóbulos rojos se bombean de regreso al cuerpo de inmediato y solo se recolecta el plasma.

Algunos atletas han intentado mejorar su rendimiento mediante el dopaje sanguíneo : primero se extrae aproximadamente 1 litro de sangre, luego los glóbulos rojos se aíslan, se congelan y se almacenan, para ser reinyectados poco antes de la competición. (Los glóbulos rojos se pueden conservar durante 5 semanas a -79 °C o -110 °F, o más de 10 años utilizando crioprotectores ^{[69] ). Esta práctica es difícil de detectar, pero puede poner en peligro el} sistema cardiovascular humano , que no está equipado para hacer frente. con sangre de mayor viscosidad resultante . Otro método de dopaje sanguíneo consiste en la inyección de eritropoyetina para estimular la producción de glóbulos rojos. Ambas prácticas están prohibidas por la Agencia Mundial Antidopaje .

Historia

La primera persona que describió los glóbulos rojos fue el joven biólogo holandés Jan Swammerdam , que había utilizado uno de los primeros microscopios en 1658 para estudiar la sangre de una rana. ^[70] Sin darse cuenta de este trabajo, Anton van Leeuwenhoek proporcionó otra descripción microscópica en 1674, esta vez proporcionando una descripción más precisa de los glóbulos rojos, aproximando incluso su tamaño, "25.000 veces más pequeño que un fino grano de arena".

En la década de 1740, Vincenzo Menghini en Bolonia pudo demostrar la presencia de hierro pasando imanes sobre el polvo o la ceniza que quedaba de los glóbulos rojos calentados.

En 1901, Karl Landsteiner publicó su descubrimiento de los tres grupos sanguíneos principales : A, B y C (que más tarde rebautizó como O). Landsteiner describió los patrones regulares en los que se producían reacciones cuando se mezclaba suero con glóbulos rojos, identificando así combinaciones compatibles y conflictivas entre estos grupos sanguíneos. Un año más tarde, Alfred von Decastello y Adriano Sturli, dos colegas de Landsteiner, identificaron un cuarto grupo sanguíneo: el AB.

En 1959, mediante el uso de cristalografía de rayos X , Max Perutz pudo desentrañar la estructura de la hemoglobina , la proteína de los glóbulos rojos que transporta oxígeno. ^[71]

Los glóbulos rojos intactos más antiguos jamás descubiertos se encontraron en Ötzi el Hombre de Hielo, una momia natural de un hombre que murió alrededor del 3255 a.C. Estas células fueron descubiertas en mayo de 2012. ^[72]

Ver también

• Lista de distintos tipos de células en el cuerpo humano adulto
• Entrenamiento en altitud
• sustituto de sangre
• Índices de glóbulos rojos
• Suero (sangre)
• Recolección de grupo sanguíneo Er

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enlaces externos

• Grupos sanguíneos y antígenos de glóbulos rojos por Laura Dean. Libro de texto en línea que se puede buscar y descargar en el dominio público.
• Base de datos de tamaños de eritrocitos de vertebrados.
• Red Gold, sitio de PBS que contiene hechos e historia