La sangre y otros fluidos vitales

 Indice

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||1|| Introducción ||2|| Historia del estudio de la sangre ||3|| Componentes del citosol ||4|| Fisiología del citosol ||5|| Otros fluidos semejantes al citosol ||6|| Diferentes tipos de sangre ||7|| La hemoglobina ||8|| La evolución de la hemoglobina ||9|| Reciclado de la hemoglobina ||10|| Hemocianina ||11|| Otros pigmentos sanguíneos ||12|| Las funciones de la sangre ||13|| La sangre como un tipo de tejido conectivo ||14|| El plasma ||15|| Iones del plasma ||16|| Proteínas del plasma

||17|| Lípidos y carbohidratos del plasma ||18|| Perfiles sanguíneos y análisis de sangre ||19|| Propiedades de la sangre total y su análisis ||20|| Detección de parásitos y otros desordenes clínicos ||21|| Sistema de grupos de sanguíneos ||22|| Los glóbulos rojos o eritrocitos ||23|| Los glóbulos blancos o leucocitos ||24|| Las plaquetas o trombocitos ||25|| Hematopoyesis, el nacimiento de la sangre ||26|| Células del linaje eritroide ||27|| Origen de otros componentes de la sangre ||28|| Linfopoyesis ||29|| La sangre y el tuétano ||R|| Referencias bibliográficas

Portada

1. Introducción

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Debo iniciar este capítulo rememorando un poco la historia de este blog, básicamente esto debería ser un anexo de la discusión sobre el sistema circulatorio bajo el título, “el sistema circulatorio como tejido” sin embargo la información relevante sobre la sangre y otros fluidos vitales es demasiado extensa, por lo que decidí asumirlo más bien como un sistema aparte, digno de su propio capitulo. El objeto primordial de este capítulo es evidentemente la sangre de los vertebrados en general y de los seres humanos en particular, sin embargo, para entender el funcionamiento de la sangre es conveniente hacer un contraste con otros fluidos vitales, no solo de los propios mamíferos, sino de todos los seres vivos. La sangre en ese punto de vista es solo uno de muchos fluidos internos vitales, o lo que Christian de Duve llamaba el mileau interior (De Duve & Pizano, 1995), fluidos sin los cuales es imposible entender el funcionamiento de la vida misma, y de los cuales el primero que conocemos es la sangre, nuestro propio fluido. Pero antes de eso, la presente sección estará dedicada primordialmente a la historia del estudio de la sangre, después de todo al ser nuestro propio fluido vital, fue el primero en ser estudiado.

Max Ferdinand Perutz

(19 de mayo de 1914 - 6 de febrero de 2002) fue un biólogo molecular británico nacido en Austria, que compartió el Premio Nobel de Química de 1962 con John Kendrew, por sus estudios de las estructuras de la hemoglobina y la mioglobina.

Luego ganó la Medalla Real de la Royal Society en 1971 y la Medalla Copley en 1979. En Cambridge, fundó y presidió (1962-1979) el Laboratorio de Biología Molecular (LMB) del Consejo de Investigación Médica (MRC), catorce de los cuales los científicos han ganado premios Nobel. Las contribuciones de Perutz a la biología molecular en Cambridge están documentadas en The History of the University of Cambridge: Volume 4 (1870 a 1990) publicado por Cambridge University Press en 1992.

2. Historia del estudio de la sangre

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Debido a su importancia para la vida humana la sangre ha sido asociada a una enorme cantidad de creencias rituales. Una de las más básicas es emplear la sangre como un símbolo de relaciones de parentesco; estar relacionado sanguíneamente implica que los miembros comparten ancestros comunes en oposición a los parentescos maritales por matrimonio. Las referencias míticas de la sangre se encuentran relacionadas con sus propiedades vitales como en el nacimiento, en la cacería o en la batalla, tres eventos de importancia vital para nuestros ancestros. Por lo que no es de extrañar que a lo largo de los milenios de las culturas que han dejado legado en la nuestra, se hubieran entretejido muchos mitos y leyendas alrededor de la sangre, entre las cuales, tal vez la más relevante al interior de la cultura popular es el mito del vampiro (Prewitt, 1992).

  2.1 Las sangrías como fenómeno más arcaico

En el mundo antiguo era razonable suponer que, si la sangre era el alma y por lo tanto la parte más importante de nuestro organismo, debía ser asiento favorito de los espíritus malignos. Y una forma apropiada de echarlos para afuera y hacer sanar al enfermo, era extrayéndole una buena cantidad de sangre. Todas las civilizaciones, desde los tiempos más antiguos, utilizaban la sangría; los babilonios y los egipcios, al igual que los hindúes, los chinos y los aztecas, así como otros amerindios, con frecuencia la practicaban y practican hasta la fecha en algunas regiones “Norte América, Amazonas, Perú”.

Figura 2.1. Las sanguijuelas han sido un método común de extracción de sangre por miles de años.

Los mayas precolombinos realizaban sangrías como un mecanismo de “perdón” a los dioses para que estos le restituyeran la salud. Ciertas tribus norteamericanas “los Dakotas, por ejemplo”, realizan procedimientos curativos a base de aplicación de ventosas, la sangría, el uso del humo y los baños de vapor. Los hechiceros americanos combinaron tratamientos “mágicos” con medicina “natural”, asociando el uso de hierbas, sustancias minerales, productos animales y sangrías, enemas y emplastos, con actos mágico-religiosos del tipo de las danzas rituales y las ofrendas (Adams, 1989; Newquist, 2012).

  2.2 Los cuatro humores griegos

En la época de Hipócrates, los griegos habían desarrollado un sistema interpretativo del mecanismo de producción de las enfermedades, basado en la teoría de los cuatro humores orgánicos. Puede reconstruirse claramente el camino que llevó al pensamiento griego a este sistema médico: la idea de que el universo está formado por cuatro elementos básicos (agua, aire, fuego y tierra), cada uno de ellos caracterizado por una cualidad específica (humedad, sequedad, calor, frío); la teoría de los contrarios (con especial hincapié en el número cuatro), que sostenía que entre los elementos opuestos debe conservarse un equilibrio para mantener la armonía de los cosmos y la salud en el microcosmos que es el hombre; los efectos producidos por las estaciones del año, que inicialmente eran tres y no cuatro, sobre el cuerpo y la mente; las secreciones orgánicas, que eran al principio tres (sangre, flema y bilis) y luego se transformaron en cuatro, al diferenciarse entre bilis negra y bilis amarilla (Góngora-Biachi, 2005).

¿Y de dónde sacaron eso de los cuatro humores si cuando nos cortamos lo que sale es sangre? Cuando la sangre se la coloca en un contenedor de vidrio y se la deja inalterada por al menos una hora, esta se separa en cuatro capas debido a que sus componentes internos se separan por densidad, es básicamente lo que hacemos con la centrifugadora, y cuyos detalles discutiremos a fondo en secciones futuras. Por el momento solo nos enfocaremos en una descripción desde el punto de vista de un filósofo natural antiguo, que observaría la formación de cuatro capas. La capa más densa de plaquetas coaguladas que se depositaria en el fondo se denominó como la bilis negra, posteriormente tenemos los glóbulos rojos suspendidos en agua formando la capa que fue denominada como “la sangre”, encima de ella una muy delgada y hasta tenue capa blanca y lechosa de glóbulos blancos que fue denominada “flema” y por encima, una capa amarilla de suero que fue denominada “bilis amarilla” (Hart, 2001). Por último, hacía falta alguna hipótesis general que integrara todos estos conceptos, porque, como dice el premio Nóbel Peter Medawar, “La ciencia, sin el apoyo de las hipótesis, es sólo arte culinario” (Góngora-Biachi, 2005).

Si estos “humores” se encuentran en equilibrio, el cuerpo goza de salud; en cambio, el exceso o defecto de alguno de ellos produce la enfermedad. Las teorías humorales de los primeros filósofos griegos fueron utilizadas por Galeno (129 a.C.-200 a.C.) para explicar las enfermedades crónicas. Aunque tal perspectiva nos puede parecer risible en la actualidad, hay que recordar que Galeno fue un médico de batalla, por lo que sus aportes prácticos se dieron más en el tratamiento de heridas y problemas muy agudos, mientras que las enfermedades crónicas obedecen a causas completamente diferentes, Galeno debió ser quien iniciara una edad de raciocinio, pero en lugar de ello fue elevado a un pedestal en el cual, lo que el propuso permaneció con pocas alteraciones por poco menos de un milenio. Los cuatro humores fundamentales (sangre, flema, bilis amarilla y bilis negra), responsables de la salud y de la enfermedad, le sirvieron de base para clasificar los temperamentos en cuatro tipos: flemáticos, sanguíneos, coléricos y melancólicos. Estos términos se utilizan todavía hoy para designar el carácter de una persona. Galeno ha sido probablemente el autor que más ha influido en el desarrollo de la Medicina.

Figura 2.2. Relación entre los elementos clásicos y los humores.

Para la fisiología galénica, la sangre se forma continuamente en el hígado a partir de los alimentos ingeridos, después de haber sufrido una primera elaboración en los intestinos. A través de la vena porta, los alimentos en forma de quilo van al hígado. Aquí, mediante una segunda elaboración, el quilo se transforma en sangre nutricia y continúa siendo transformada por los demás órganos, que la purifican y preparan a cumplir sus funciones nutricias. El bazo retira los residuos terrosos y el riñón retira los residuos acuosos. Una vez preparada, la sangre venosa discurre por las venas a la periferia, donde termina su recorrido al transformarse directamente en parénquima. La sangre venosa, que desde el hígado pasa al corazón, ingresa por el ventrículo derecho e inmediatamente pasa al izquierdo, a través de comunicaciones interventriculares, para mezclarse con el aire que ingresa por la traquearteria hasta este punto, donde ocurre la neumatosis. Desde el ventrículo izquierdo, una vez transformada en sangre vital, corre a través de las arterias llevando el calor innato. En la periferia se enfría y se coagula para transformarse en cada uno de los tejidos a los que llegó, con lo que termina su recorrido. Este concepto sobre la composición y movimiento de la sangre permaneció prácticamente sin cambios por más de diecisiete siglos (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005). Durante cerca de 15 siglos sus trabajos fueron la autoridad indiscutible (Góngora-Biachi, 2005).

Hipócrates recomendaba la sangría terapéutica cerca del órgano enfermo para eliminar los humores excesivos localizados ahí (efecto derivativo) y también lejos del órgano enfermo para evitar que continuasen llegando a él dichos humores (efectos revulsivos) (Mory, Mindell, & Bloom, 2000). La sangría derivativa no debía ser necesariamente copiosa y se acostumbraba practicarla con sanguijuelas o ventosas. La del tipo revulsivo era más abundante y se efectuaba por medio del cuchillo (flebotomía). Galeno utilizó con frecuencia las sangrías, basándose en la teoría de los cuatro humores, pero fue el primero en advertir acerca de las precauciones que había que considerar en cuanto a la cantidad de sangre extraída (Góngora-Biachi, 2005), después de todo era un médico de batalla, no un filósofo, por lo que con prudencia decidía anteponer la experiencia al mero razonamiento filosófico.

  2.3 El renacimiento y más desangramiento

En el Renacimiento las sangrías fueron utilizadas sin discriminación, sobre todo en las enfermedades infecciosas y de ahí en adelante se mantuvo el criterio de sangrar en forma copiosa cerca del sitio de la enfermedad y aún se estipuló la sangría total para las fiebres, por medio de la aplicación de sanguijuelas en todo el cuerpo (10 a 50 para los casos comunes). Como hasta el siglo XIX no se tuvo una idea precisa de la relación directamente la pérdida de sangre y la  disminución del volumen sanguíneo, no era raro que ocurriesen accidentes con el abuso de la sangría, generalmente atribuidos a la misma enfermedad (Góngora-Biachi, 2005).

Figura 2.3. Louis XV desangrado por sus médicos.

Así, no se sabe bien si la viruela hubiese matado por si sola a Louis XV de Francia. Sus médicos (parece que eran seis, auxiliados por cinco cirujanos y tres boticarios) le propusieron tres sangrías, pero el rey aceptó solamente dos porque temía debilitarse demasiado. Y para no violar los preceptos terapéuticos y al mismo tiempo exceder a la petición real, sólo se le practicaron dos, aunque la segunda fue de doble cantidad. La actividad sangradora de los médicos franceses en la primera mitad del siglo XIX, capitaneados por Broussais, un cirujano militar agresivo, llegó a extremos pocos creíbles. En el año 1830, tuvieron que ser importadas a Francia 41 millones de sanguijuelas, mientras que diez años antes bastaban dos o tres millones para satisfacer todas las demandas  (Góngora-Biachi, 2005).

  2.4 El consumo de la sangre

El consumo de la sangre como fuente de alimento ha sido un aspecto de suma importancia en muchas religiones. Por un lado, era común sacrificar a los dioses animales de granja, donde se asumía que la sangre derramada y/o quemada servía de alimento para los dioses que se fortalecían con los holocaustos, o simplemente servían para apaciguar su divina ira. El consumo humano de la sangre es posible, de hecho algunas tribus africanas como los Masai Mara viven de la sangre de su ganado cuando las condiciones duras de las estaciones secas no dejan más opciones, y no pueden permitirse matar al ganado (Suárez, Rojas, & Miranda, 2009).

Figura 2.4. En áfrica, la sangre es una fuente común de hierro y proteína.

Plinio el viejo, relata que el circo romano, alrededor del año 100 de nuestra era, la gente se lanzaba a la arena a beber la sangre de los gladiadores moribundos y adquirir así su fuerza y su valor. Entre grupos étnicos de Asia y Meseoamérica de hace 2,000 años, es frecuente encontrar la descripción de la ingesta de sangre humana de los enemigos y también de algunos animales para adquirir fortaleza y, en su caso, las buenas cualidades de los animales. Esta costumbre de ingerir sangre de animales, hasta hace unos pocos años -y quizá hasta estas fechas del año 2005- era practicada en el rastro de la ciudad de Mérida, Yucatán y en las corridas de toros de las poblaciones del interior de este estado mexicano. Por supuesto una manera más sutil de ingerir sangre es a través de un buen taco de “morcilla” (sangre cocida y condimentada, alimento popular en México, Colombia y algunos otros países latinoamericanos) (Góngora-Biachi, 2005).

Sin embargo, la tradición judeocristiana con respecto a la sangre es la de un tabú. En el judaísmo, en el Islam y en ciertas denominaciones cristianas como los testigos de Jehová y los adventistas, se considera tabú el consumo de sangre, carne sangrienta o alimentos que contengan sangre como ingrediente. En la Biblia, en el libro V de Moisés (Deuteronomio 12:23), se rechaza el consumo de sangre debido a que es fuente de vitalidad. Esta prohibición se repite en la Torá y en el (Levítico 7:26-27). Al igual que el caso del tabú de la carne de cerdo, el hecho de que el tabú de comer sangre aparezca en la Biblia no ha bastado para extenderlo entre los cristianos (aunque habitualmente sí existe un tabú cultural). Sin embargo, existen indicios de que esta prohibición era respetada por los primeros cristianos (Hechos 15:19-21).

En el Corán la prohibición se puede leer en la (Sura 5.4). Para respetar este tabú, en los faenamientos existen métodos especiales y personas especializadas (judaísmo: Shojet, ‘matarife’) encargadas de «purificar» la carne eliminando todo rastro de sangre para que pueda ser ingerida de acuerdo con las reglas de cada religión (Latzer, Witztum, & Stein, 2008). En el Corán existen prohibiciones explícitas acerca de la ingesta de sangre (Razi, Bd.): se menciona repetidamente que el sacrificio de los animales debe ir acompañado de un degüello, que elimina los rastros de sangre en sus venas.23 No obstante, la prohibición del Corán se refiere directamente sólo a la “sangre derramada”, lo que se puede entender como la sangre que brota.

Por razones diferentes a la religión, en algunos países de la Unión Europea está prohibido vender sangre líquida, alegando razones de salud pública. Este fenómeno ha hecho que algunos platos tradicionales como el sanguinaccio dolce (extraña mezcla de chocolate con sangre de cerdo) de la cocina de Nápoles quedara relegado casi al olvido (Dalla Bona, 2004) (Figura 2.5). Sin embargo, el consumo de sus subproductos procesados en forma de embutido (morcillas, black pudding, etcétera) está muy extendido y es altamente popular. En Galicia es tradicional comer durante la matanza del cerdo, filloas hechas con su sangre. En la región sur de México es muy consumida la moronga, un embutido hecho con sangre de cerdo y especias mientras que en Colombia la rellena es infaltable en platos típicos como la fritanga.

Figura 2.5. Sanguinaccio dolce.

Figura 2.6. La rellena.

  2.5 William Harvey y la edad de la razón

El renacimiento es un tiempo de múltiples contrastes, por un lado, muchos cultos religiosos “o partes importantes de ellos” mantenían creencias medievales junto con los pobladores poco entendidos, pero, por otra parte, los filósofos naturales irrumpen tratando de llevarse para sí y para el estudio naturalista cosas que habían sido vistas como parte del misticismo, lo cual generó evidentes tensiones entre la luz de la razón y la oscuridad de las creencias locales en todo el mundo.

Figura 2.7. William Harvey (1 de abril de 1578 - 3 de junio de 1657) fue un médico inglés a quien se le atribuye describir correctamente, por primera vez, la circulación y las propiedades de la sangre al ser distribuida por todo el cuerpo a través del bombeo del corazón.​ Este descubrimiento confirmó las ideas de René Descartes, que en su libro Descripción del cuerpo humano había dicho que las arterias y las venas eran tubos que transportan nutrientes alrededor del cuerpo. Así mismo, en 1651 mencionó por primera vez el concepto de ovocito mediante la sentencia latina «ex ovo omnia» (Todo procede de un huevo). No lo observó como tal, pero fue el primero en sugerir que los seres humanos y otros mamíferos albergan una especie de “huevo” que contiene al individuo sucesor; teoría criticada por la comunidad científica del momento.

Con la obra de William Harvey (1578-1657) cambia el concepto, no sólo sobre el movimiento de la sangre, sino también sobre su composición. De Motu Cordis (Harvey, 1959), además de ser el primer tratado sobre la circulación sistémica, es también el primer tratado sobre la composición y funciones del líquido hemático. La función del corazón existe sólo para un fin: enviar la sangre a los tejidos para llevar el pneuma, tanto nutricio como vital. Así, se requiere de la mecánica para que pueda cumplirse el vitalismo. La función del corazón sólo se entiende a través del servicio que presta a la sangre para impulsarla. La sangre líquida es quien lleva la vida, pero el corazón es necesario para moverla. En el capítulo VII del De Motu Cordis, Harvey explica la razón de la circulación sanguínea (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005):

"El movimiento de la sangre nutre, da calor y vigoriza todas las partes, al llevarles sangre más caliente, más perfecta, más vaporosa y espirituosa y aún diría yo, más aumentativa. En las partes (órganos) sucede lo contrario: la sangre se enfría, se espesa, y por decirlo así, tiene que volver al principio, o sea el corazón, al cual regresa como a la fuente u hogar del cuerpo, para recuperarse. Allí, por el calor natural, potente cuanto impetuoso tesoro de vida, vuelve a licuarse y a preñarse de espíritus (que es como si dijésemos de un bálsamo), para volver a ser distribuida."

En estas palabras queda implícito que la sangre debe mantenerse líquida para cumplir su función, que esta fluidez se debe al calor innato originado en el corazón, que debe volver a este punto para transformarse nuevamente en vital, gracias a la neumatosis, y que en la periferia tiene una tendencia natural a coagularse. El corazón adquiere relevancia porque se considera el sitio en que ocurre la mezcla de la sangre con el aire. Fue el descubrimiento de la circulación pulmonar lo que ubicó realmente a esta función en los pulmones, con lo que el corazón pasa a ser sólo el órgano que impulsa la sangre. El líquido hemático sigue considerándose indispensable para la vida, al grado de identificarlo como la sede y el conductor del alma, problema que atrajo la atención de numerosos filósofos, científicos y médicos del Renacimiento, como Miguel Servet (Whitteridge, Pagel, & Keynes, 1972). El interés por descubrir cómo ocurre este prodigio motivó no sólo investigar cómo la sangre se mueve, sino saber de qué está hecha y qué servicios prestan sus componentes al resto del organismo (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005).

  2.6 El principio de los marcadores

En el siglo XVII se inició la práctica de inyectar sustancias en el interior del torrente sanguíneo. Era uso frecuente instilar vino en los perros de caza para el tratamiento de algunas enfermedades. Johann Sigismund Elsholtz (1623-1688), médico de cabecera de Federico Guillermo de Bradeburgo, en 1665 publica Clysmatica nova (Elsholtz, 1966), que contiene la primera referencia de una inyección intravenosa en un ser humano. Daniel Major, de Papua (1634-1693), administró medicación intravenosa mediante finos cilindros de plata. Sugirió, cómo habían hecho otros autores, que era posible inyectar sangre en las venas, pero no hay pruebas de que lo realizará en hombres  (Góngora-Biachi, 2005).

  2.7 Las primeras transfusiones

Richard Lower (1631-1691) fue el primero en realizar una transfusión directa de sangre (Learoyd, 2012), demostrando que la diferencia de color entre la sangre arterial y venosa se debía al contacto con el aire en los pulmones. John Mayow (1640-1679) afirmó que el enrojecimiento de la sangre venosa se debía a la extracción de alguna sustancia del aire. Llegó a la conclusión de que el proceso respiratorio no era más que un intercambio de gases entre el aire y la sangre; éste cedía el espíritu nitro aéreo y cogía los vapores producidos por la sangre (Góngora-Biachi, 2005). Richard Lower, en el siglo XVII, fue quizá el primero en realizar una transfusión mediante tubos e un animal a otro, y, según Samuel Pepys, administró sangre de oveja a un joven con la intención de cambiar su carácter (P. Moore, 2003). Se desconocen los resultados de este experimento. Otro investigador de este siglo XVII. Bartholinius, seguramente poco serio, informó el caso de una señorita epiléptica que recibió una transfusión de sangre de gato y luego, en las noches subía al tejado a maullar (Góngora-Biachi, 2005).

Figura 2.8. La transferencia de la sangre entre especies no es viable debido a que el sistema inmune reconoce los marcadores de los glóbulos rojos extraños y causa su eliminación, proceso llamado hemólisis. La excepción conocida son los chimpancés, que poseen nuestros mismos tipos de sangre.

Se considera a Jean-Baptiste Denis como el primero en acometer con éxito una transfusión humana (Izaguirre & de Micheli, 2001; Jaulin & Lefrère, 2010). En 1667 administró tres pintas de sangre de carnero a una persona, sin efectos nocivos aparentes, pero después intento dar sangre de ternera a un muchacho de vida agitada con el fin de suavizar su carácter violento y le produjo una grave reacción que desembocó en la muerte. En el juicio que siguió a este hecho, Denis fue exonerado de toda culpa, pero la facultad de París prohibió futuras transfusiones. Diez años más tarde, el parlamento las declaró ilegales. El gobierno italiano también declaró fuera de la ley las transfusiones de persona a persona, pero no así la Real Sociedad de Londres, que mantuvo su conformidad (Góngora-Biachi, 2005).

  2.8 De la filosofía a la biología, los eritrocitos

Una vez que Marcello Malpighi (1628–1694) encontró la comunicación microscópica entre los vasos arteriales y venosos a través de los capilares, quedó claro que la sangre no se regeneraba constantemente a partir del hígado como pensaba Galeno dieciséis siglos antes, sino que el contenido del sistema vascular se mantenía constante en volumen gracias al movimiento del corazón (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005).

Figura 2.9. Marcello Martillion Malpighi (Crevalcore, Bolonia, Italia, 10 de marzo de 1628-Roma, Lacio, 30 de noviembre de 1694) fue un anatomista y biólogo, considerado el fundador de la histología.

Ya conocido el aspecto iatromecánico de la circulación, el interés se orientó a descifrar la composición del líquido hemático y durante los años que siguieron a la invención del microscopio, varios observadores encontraron partículas diminutas en la sangre. El propio Malpighi abordó su análisis lavando algunos coágulos encontrados en el corazón. En el líquido rojo que obtiene, observa una miríada de átomos rojos. Sin duda, es una de las primeras descripciones de los eritrocitos (Angelini, Villason, Chan Jr, & Diez, 1999; Azizi, Nayernouri, & Azizi, 2008; Khan, Daya, & Gowda, 2005). En una carta a Giovanni Alfonso Borelli (1608–1679) escrita en 1661 y publicada en 1687, Malpighi menciona:

"... por sangre, yo no entiendo el agregado de los cuatro humores comunes: las dos bilis, sangre y flema, sino todo lo que fluye continuamente a través de las venas y arterias, que consiste de un infinito número de partículas. Todas parecen estar comprendidas en dos partes, la parte blanquecina, llamada suero, y la parte roja"  (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005).

Malpighi también observó los eritrocitos en los vasos del erizo, valiéndose de excelentes microscopios construidos por el astrónomo y óptico Eustachio Divini. En Holanda, tanto Antonio van Leeuwenhoek (1632–1723) como Jan Swammerdam (1637–1680), describieron partículas al estudiar gotas de sangre y las llamaron glóbulos rubiscentes, aunque este último dudó que realmente estuvieran en el interior de los vasos (T. Moore, 2013). Leeuwenhoek dio a conocer sus observaciones sobre las partículas de la sangre en 1674 en la publicación de la Real Sociedad de Londres Transacciones Filosóficas. En Suiza, Albrecht von Haller (1708–1777) describió su forma lenticular, y Lázaro Spallanzani (1729–1799), en Italia, diferenció a los vertebrados de los invertebrados por la presencia de los glóbulos rojos. El propio von Haller observó otros glóbulos más grandes, incoloros, que pudieron haber sido los leucocitos.6 El estudio de los átomos rojos llevó a Domenico Gusmano Maria Galeazzi (1686–1775) al descubrimiento del hierro en la sangre, al demostrar la abundancia de partículas metálicas extraídas por un imán desde las cenizas de sangre. La ubicación del hierro en los eritrocitos y no en el suero o en los coágulos lavados se debe a Vincenzo Menghini (1704–1759). Así, dentro de la escuela de Malpighi establecida en Bolonia, la sangre deja de ser un humor para convertirse en una mezcla de suero, fibrina y partículas rojas que contienen hierro (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005).

  2.9 El descubrimiento de los leucocitos

En el siglo XVIII varios autores mencionaron partículas diferentes a los glóbulos rojos, que pudieron haber sido leucocitos. En 1749 Jean Baptiste Senac (1693–1770), nacido en Lombez, Francia, mencionó los corpúsculos pálidos en su Tratado de la Estructura del Corazón, de su Acción y de sus Enfermedades, pero no dio interpretación a sus observaciones (Rolleston, 1934). En Inglaterra, William Hewson (1739–1774) también encontró los vasos lácteos linfáticos descritos por Aselli (Pearson, 2002). Los observó en pájaros, reptiles y peces y mencionó que no contenían glóbulos rojos, sino corpúsculos pálidos. Seguramente eran leucocitos. Como en la sangre éstos eran menos numerosos que los glóbulos rojos, se olvidaron prácticamente durante más de un siglo (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005)

Los microscopios del siglo XVIII y principios del siglo XIX tenían el problema de la aberración cromática, que distorsionaba la imagen e impedía observar partículas más pequeñas. A partir de 1820 se resolvieron los obstáculos que impedían tener el máximo provecho del microscopio compuesto. Los ingleses habían obtenido la técnica de elaborar lentes objetivos acromáticos y que guardaron celosamente el secreto durante muchos años. En 1830, Joseph Jackson Lister, padre del que sería el gran cirujano que desarrolló la antisepsia, logró reducir la distorsión esférica y la orla de color que rodeaba a las imágenes (Schultheiss & Denil, 2002). También en Francia, Alemania e Italia se fabricaron numerosos microscopios compuestos de tipo acromático. El resultado fue una explosión en la investigación microscópica entre 1830 y 1848, con lo que se desarrolló y confirmó el conocimiento sobre la estructura del organismo animal (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005).

Durante la primera mitad del siglo XIX aparecieron en París dos obras dedicadas a las células de la sangre: Ensayos de Hematología Patológica, de Gabriel Andral (1797–1876) en 1843 (Doyle, 1989); y el Curso de Microscopía, de Alfred Doné (1801–1878), en 1844 (Kampen, 2012). La obra de Andral es la primera monografía escrita sobre hematología y en ella se pone especial atención a los procedimientos microscópicos y al contenido de glóbulos en la sangre. A mediados del siglo XIX, William Addison (1802–1881), médico de la Duquesa de Kent (Rolleston, 1934), así como otros observadores, encontraron células incoloras o blancas también en el pus y se pensaba que venían desde la sangre. Un hecho que acrecentó el interés por estas células fue la descripción de la leucemia, hecha en forma casi simultánea por D. Craigie y John Bennett (1812–1875), en Edimburgo y Rudolf Virchow (1821–1902), en Berlín (Rolleston, 1934). Cada uno de ellos describió un caso de autopsia, que reunían sorprendentes similitudes. Ambos investigadores reportaron esplenomegalia y cambios en el color y consistencia de la sangre. Bennett pensó que se trataba de pus en la sangre, condición conocida en esa época como piohemia. Su publicación apareció en octubre de 1847 y precedió a la de Virchow por seis semanas. Sin embargo, Virchow dio otra interpretación a los mismos cambios. Recordó que la sangre normal contenía los mismos corpúsculos pálidos observados en el pus de individuos con infección, y eran iguales a los encontrados en la sangre de su paciente. La única diferencia era que la proporción de corpúsculos pigmentados (eritrocitos) y corpúsculos pálidos (leucocitos) estaba invertida en este caso, en el que no encontró infección. Por ello, rehusó llamarle piohemia y le llamó simplemente sangre blanca. Dos años después, el término se acuñó con etimología griega y surgió como leucemia. Virchow publicó una serie de reportes en 1847, 1849, 1853 y 1864, donde comunicaba la relación entre los corpúsculos blancos y la nueva enfermedad; en algunos casos encontró una asociación con el crecimiento de los ganglios linfáticos, por lo que propuso dos tipos de patología: la leucemia esplénica y la leucemia linfática (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005).

  2.10 El descubrimiento de las plaquetas

El reconocimiento de las plaquetas como una tercera partícula en la sangre se debe a los trabajos de Giulio Bizzozero (1846–1901), de Várese, Italia, y George Hayem (1841–1935) (Brewer, 2006). Este último, nacido en París, comunicó que "en la sangre de todos los vertebrados existen unos pequeños elementos que no son ni los glóbulos rojos ni los glóbulos blancos" y los llamó hematoblastos, porque pensó que eran precursores de los eritrocitos. Describió cómo se agregan y cambian de forma y su interacción con la fibrina cuando la sangre es removida. Reconoció que detienen la hemorragia y les atribuyó una doble función: "acelerar la coagulación y jugar un papel en la regeneración de la sangre" (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005).

  2.11 La fabricación de la sangre

El órgano donde se sintetiza la sangre permaneció como un problema por siglos, originalmente todos aceptaron la palabra de Galeno, pero cuando se dieron cuenta de que la anatomía griega no concordaba con las nuevas observaciones anatómicas, comenzaron a aparecer otros postulantes como el corazón o las propias venas. En 1868 Ernest Neumann (1823–1918), nacido en Kónigsberg, Prusia Oriental, publicó un comunicado donde sugería que la sangre tenía su origen en la médula ósea y que éste era un proceso continuo (Rolleston, 1934). Además, reconoció a la leucemia como una enfermedad de la médula, por lo que la llamó Leucemia mielógena. Julio Bizzozero hizo el mismo descubrimiento en forma independiente, que dio a conocer el mismo año de 1868 en la publicación Sobre la función hematopoyética de la médula de los huesos (Izaguirre-Ávila & de Micheli, 2005).

Durante los siglos XVII y XIX se demostró, mediante transfusiones experimentales en animales e incluso en hombres, que podía restituirse la sangre de animales desangrados, que la sangre transportaba el oxígeno y que, si se hacía incoagulable mediante extracción de su contenido de fibrina, podía administrarse a animales. Finalmente quedó demostrado que las transfusiones de animales al hombre eran muy peligrosas, pero poco a poco se iniciaron las transfusiones de hombre a hombre. Blundell, Ponfick, Landis, Arthur y Pager expusieron los efectos fisiológicos y químicos de las transfusiones, pero fueron los trabajos inmunológicos de Ehrlich, Bordet y Gengou, entre otros, los que permitieron a Karl Landsteiner clarificar la existencia de los grupos sanguíneos, lo que supuso la incorporación sin ningún riesgo de la transfusión sanguínea a la práctica médica (Rolleston, 1934). En 1910 Landsteiner describió los tipos A, B, 0 de los hematíes, y posteriormente al tipo AB y así, la medicina transfusional inició su verdadera etapa científica (Giangrande, 2000; Starr, 2012).

Aunque las fuentes principales que he empleado para este texto abundan en más detalles, me parece que en este punto podemos dejar el relato, en el interior de la sangre como un tejido biológico con propiedades físicas, despojada de sus antiguas vinculaciones a las leyendas y la religión.

3. Componentes del citosol

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Dado que el concepto de sangre que estamos tomando es en el sentido más laxo posible como el mileau interior de los seres vivos, debemos analizar todos los fluidos vitales de los seres vivos, lo cual implica iniciar por los fluidos internos de la unidad estructuran y funcional de cualquier ser vivo, es decir, la célula. Todo ser vivo está definido como mínimo por un fluido interno y una membrana que lo separa del ambiente externo (De Duve & Pizano, 1995). El citosol es el fluido interno de las células definidas por medio de una membrana biológica. El término citosol fue acuñado por primera vez de forma bastante tardía en la historia de la biología celular, recién hasta 1965 fue acuñado por H. A. Lardy para referirse al líquido que era producido por el rompimiento celular una vez que fuera separado de todos sus componentes no solubles (Ureta, 1985).

En la actualidad el término citosol de emplea para definir la parte líquida del citoplasma en una célula intacta, lo cual incluye cualquier parte del citoplasma que sea contenido por orgánulos (Ito, Parsons, & Heazlewood, 2014). Sin embargo, para evitar las confusiones generalmente se designa como citosol a la parte liquida entre la membrana externa y las membranas de los organelos, mientras que el líquido contenido al interior de cualquier organelo se lo denomina generalmente como matriz. Existen grandes diferencias en el contenido del citosol y la matriz citosólica de los organelos, pues ese es precisamente el propósito de muchos de ellos, almacenar sustancias de forma tal que puedan ser transportadas o procesadas sin que se disuelvan en todo el volumen de la célula. De hecho, citosol también puede ser conocido como matriz citoplasmática.

El citosol es importante, ya que muchas reacciones químicas del metabolismo deben ocurrir en fase acusa en su interior, las cuales pueden estar relacionadas con reacciones vinculadas a las membranas (De Duve & Pizano, 1995; Karp, 2013). El citosol es una compleja mezcla de sustancias disueltas en el agua. Aunque el agua conforma la mayor parte del citosol, su estructura y propiedades al interior de la célula no se encuentran comprendidas del todo. A diferencia de lo que cabe esperar en una solución química normal, donde las concentraciones se homogenizan con el tiempo debido al fenómeno de difusión, en el citosol se pueden encontrar gradientes de concentración sin la necesidad de la separación por membranas (Aw, 1999; Jaffe, 1993; Weiss & Korge, 2001). Estas diferencias en las concentraciones de iones son importantes en procesos como la osmoregulación, la señalización celular y la generación de potenciales de acción en células excitables como las endocrinas, nerviosas y musculares. El citosol también contiene grandes cantidades de proteínas, las cuales alteran las propiedades del citosol a su alrededor mediante un sistema de pastoreo molecular (Ellis, 2001a).

Lo anterior implica que la vieja visión del citosol como una solución química debe ser evaluada a la luz de las propiedades biológicas ejercidas por las proteínas, generando múltiples niveles de organización interna que habían pasado por de ser percibidas por siglos. Estas incluyen, pero posiblemente no se limitan a, gradientes de concentración sin separación membranosa, complejos proteínicos en las cuales una proteína puede agrupar cual pastor de ovejas a otras moléculas por medio de interacciones moleculares débiles (Ellis, 2001a), e incluso, la generación de estructuras proteínicas de almacenamiento (Yeates, Crowley, & Tanaka, 2010).

La proporción del volumen celular que es citosol varía, por ejemplo, en las bacterias casi toda la célula es citosol y lo demás es membrana externa, pero en las células vegetales el líquido más voluminoso es la matriz de la vacuola que regula a su vez el volumen del citosol.

  3.1 El agua

El componente más importante del citosol es el agua, la cual abarca el 70% del volumen de una célula típica (Luby-Phelps, 1999). La acidez medida como pH de este fluido se encuentra cercana a la neutralidad, con la leve basicidad de 7,4, aunque puede haber variaciones. En el ser humano por ejemplo, el pH puede variar entre 7,0 y 7,4 siendo más alto si la célula se encuentra en crecimiento (Bright, Fisher, Rogowska, & Taylor, 1987; Roos & Boron, 1981). La viscosidad del citosol es casi la misma que la del agua pura, aunque la capacidad de difusión de moléculas es casi 4 veces más baja que en el agua debido a las colisiones moleculares con tantas moléculas disueltas (Verkman, 2002).

Las células poseen cuenta tolerancia a la desecación hasta un 56% del volumen celular, sin embargo el metabolismo se inhibe paulatinamente hasta que se llega a un 21% del volumen celular, momento en el cual el metabolismo se detiene y la célula muere por crenación (Clegg, 1984). ¡La organización de las moléculas de agua en el citosol sigue siendo materia de debate, incluso la organización del agua ultra pura sigue siendo materia de debate! Debido a que el agua al formar puentes de hidrógeno puede formar agrupaciones supramoleculares con sigo misma y con las sustancias con las cuales ella se puede disolver (Wiggins, 1990). Por tal razón solo expondremos la imagen clásica, en la cual el 5% de esta se encuentra unida a los solutos como las proteínas por medio del proceso de solvatación, mientras que la mayoría de las moléculas restantes poseen una estructura semejante a la del agua pura líquida. El agua solvatada actúa como si sus propiedades moleculares fueran diferentes a la del agua molecular y por lo tanto no afecta las propiedades osmóticas de la célula (Wiggins, 1990).

  3.2 Iones

Las concentraciones de iones en el citosol son muy diferentes de las que podemos encontrar tanto en las matrices de los diferentes orgánulos o de la que puede presentar la matriz extracelular, pero los tipos de iones son en esencia los mismos, con la única excepción de las proteínas citosólicas como el citoesquelético que poseen una carga neta negativa. Por lo general el citosol posee muchas más moléculas con carga negativa que el medio externo, eso también lo hace un poco más ácido. Por lo general el citosol posee concentraciones más altas de sodio y más bajas de potasio que la matriz extracelular. Esta diferencia en las concentraciones iónicas es crítica para la osmoregulación, debido a que los niveles iónicos determinan la posibilidad que tiene la célula de transportar otras sustancias cargadas de un lado al otro de la membrana. Las diferencias en las cantidades de iones también crean diferencias en la carga eléctrica a un lado y al otro de la membrana, conocido como diferencia de potencial eléctrico. Esta propiedad es crítica para las células excitables como las endocrinas, nerviosas y musculares (Karp, 2013; Rhoades & Bell, 2013).

El citosol puede experimentar cambios de fase fuertes sin destruir el sistema de membranas, proceso denominado criptobiosis (Sussich, Skopec, Brady, & Cesàro, 2001). En ese estado el citosol y sustancias denominadas osmoprotectantes como las betainas y la trehalosa adquieren una estructura semejante al vidrio estabilizando las proteínas y componentes celulares y aislándolas del daño que puede efectuar la desecación.

Algunos iones se encuentran en bajas concentraciones en el citosol bajo condiciones de normalidad funcional, tal es el caso del ion calcio(2+), que generalmente se encuentra resguardado en la matriz de los retículos endoplasmáticos. Sin embargo alteraciones en el estado de normalidad permiten emplear al calcio(2+) como mensajero interno, tal como ocurre durante el proceso de excitación de la célula muscular, donde este ion es empleado como activador del sarcómero, que permite que la célula se contraiga (Karp, 2013; Rhoades & Bell, 2013). Otros iones como el ion cloruro(1-) y el ion potasio(1+) también podrían tener funciones como señalizadores intracelulares, aunque dichas funciones aún son materia de estudio y debate (Orlov & Hamet, 2006).

  3.3 Macromoléculas

Las proteínas no vinculadas a la membrana celular o al citoesqueleto se encuentran disueltas en el citosol (Ellis, 2001b). La cantidad de proteínas en el citosol es extremadamente alta, y sorprende que no altere las propiedades viscosas hacia un gel. Ahora bien, tal como ocurre con los iones, al parecer las proteínas no se encuentran disueltas uniformemente al interior del citosol. De hecho, son las proteínas quienes causan los gradientes de concentración al actual cómo pastores moleculares, sustancias que agrupan a otras moléculas en regiones específicas del citosol, impidiendo o retrasando la difusión.

En los procariotas el citosol contiene los ácidos nucleicos al interior de una estructura denominada nucleoide (Thanbichler, Wang, & Shapiro, 2005). El nucleoide es una masa irregular de ADN circular asociado a proteínas que controlan su transcripción y replicación, así como la de los plásmidos (Peters, 2006). Por el contrario, en los eucariotas los ácidos nucleicos como su nombre indica se encuentran almacenados en la matriz nuclear al interior de las membranas que definen el núcleo de la célula. Como último detalle, el pastoreo molecular altera gravemente las propiedades químicas del citosol, y de hecho las constantes de disociación molecular, que definen tan fuertemente a los seres vivos varían debido al efecto de la altísima concentración molecular.

  3.4 Malla citoesquelética

Aunque el citoesqueleto no hace parte del citosol en nuestros modelos, es bastante evidente que el citosol baña al citoesqueleto, por lo que hay una interacción directa. El citoesqueleto forma una red o entramado molecular que puede efectivamente aislar moléculas muy grandes, o disminuir su difusión por aumento de colisiones e interacciones moleculares, esto se debe simplemente al tamaño. Algunos estudios han mostrado que el citoesqueleto puede aislar estructuras de 25 nanómetros (Luby-Phelps, Castle, Taylor, & Lanni, 1987; Provance, McDowall, Marko, & Luby-Phelps, 1993), lo cual es el tamaño efectivo de un ribosoma (Cate, 2001). Aparentemente la densidad del citoesqueleto no es la misma en todas partes, po lo que es capaz de generar enmallados de actina que actúan como rejas que separan compartimentos del citosol sin necesidad de membranas biológicas. Estos microdominios podrían influenciar la distribución de estructuras grandes como los ribosomas y organelos evitando mezclas aleatorias.

 

4. Fisiología del citosol

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El citosol no posee una función única, y se trata más de un lugar donde todo se encuentra ocurriendo de manera caótica, es decir, incluso los organelos deben moverse en el citosol. Sin embargo, podemos señalar algunos procesos generales vinculados al citosol:

  4.1 El transporte de señales

Cuando una hormona o mensajero químico alcanza las proteínas receptoras de la membrana, estas inmediatamente cambian su forma al interior de la membrana, activando una serie de reacciones en cascada. La idea es bastante similar a los juegos cinéticos en los que una pequeña fuerza activa en sucesión una serie de máquinas simples. Sin embargo en la célula las acciones no son llevadas a cabo por objetos físicos, sino por reacciones químicas que transmiten una serie de mensajeros químicos internos como el ion calcio(2+) o el AMPc. La señalización le permite a la célula responder dependiendo de las señales del ambiente (Kholodenko, 2003).

  4.2 Reproducción celular

Cuando la membrana nuclear desaparece y los organelos empiezan a distribuirse, también lo hace el citosol hacia los polos opuestos de la célula, esto es el proceso de la citocinesis celular justo antes de completar la mitosis, la meiosis I y la meiosis II (Winey et al., 1995).

  4.3 Matriz de difusión

A pesar de su capacidad disminuida para la difusión molecular y al pastoreo que ejercen algunas proteínas, la matriz del citosol aún sigue siendo una sustancia que permite que las moléculas se difundan aleatoriamente. Sin embargo debido a la gran cantidad de sustancias, solo las moléculas pequeñas se difundirán eficientemente debido a que afrontarán menos colisiones e interacciones moleculares débiles (Verkman, 2002).

  4.4 Transporte de grasas

Las grasas y otras sustancias hidrofobias grandes son un problema para la posibilidad de difusión, de hecho a menos que se encuentren vinculadas a proteínas fuertemente hidrófilas, o que se encuentren al interior de una vesícula, estas sustancias no se difundirán, el lugar más común de su almacenamiento son las membranas, ya sean la externa o de los organelos celulares (Maxfield & Mondal, 2006; Weisiger, 2002).

  4.5 Metabolismo

Las moléculas que se encuentran en el citosol al interactuar generan reacciones químicas, lo cual implica que en el citosol se llevan muchos de los procesos del metabolismo de los seres vivos. Por ejemplo, en los mamíferos casi la mitad de sus proteínas se encuentran en el citosol, y se encuentran involucradas en mayor o menor medida a la regulación de las reacciones químicas del metabolismo. Algunas de las rutas metabólicas más viejas y comunes ocurren en el citosol como la glucólisis, la gluconeogénesis y el ciclo de las pentosas fosfato (Berg, Tymoczko, & Stryer, 2002; Campbell & Farrell, 2012; Murray et al., 2012).

 

5. Otros fluidos semejantes al citosol

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El interior de los organelos no se define como parte del citosol, y esto implica que debemos asignarle un nombre al líquido que estos encierran, después de todo, cualquier membrana biológica debe contener algún tipo de fluido vital. Por lo general los fluidos internos de los organelos se los denomina matriz, y su contenido de sustancias, aunque es el mismo del citosol, varía mucho en concentraciones, por ejemplo la matriz del sarcoplasma en las célula muscular se encuentra saturada del ion calcio(2+) un mensajero intracelular típico (Rhoades & Bell, 2013).

  5.1 Matriz mitocondrial

El interior de la mitocondria posee dos fluidos, ya que es como si se tratara de una bacteria envuelta en un fagosoma. El fluido que se encuentra entre la membrana externa de la mitocondria y la membrana interna o real de la mitocondria es conocido como fluido intermembranal mitocondrial o intersticial mitocondrial, el cual a su vez de divide en dos. El primero es el fluido que rodea a la mitocondria como tal, y el segundo es el fluido intercrestal, que se encuentra embebido en las crestas mitocondriales donde ocurren los cambios electroosmóticos que permiten la síntesis de energía por medio del metabolismo aeróbico. Al interior de la membrana interna de la mitocondria se encuentra el fluido denominado como la matriz mitocondrial, el cual es quien interactua con los fluidos de las crestas mitocondriales. La cadena de transporte de electrones manipula el potencial electro osmótico mediante el flujo de iones protio(1+), así como iones calcio(2+). Debido a que el proceso requiere gases disueltos es común encontrar dioxígeno gaseoso disuelto y dióxido de carbono disuelto, así como sus correspondientes ácidos y iones de su equilibrio triple (Karp, 2013; Scalettar, Abney, & Hackenbrock, 1991).

  5.2 Matriz del cloroplasto

El cloroplasto al poseer tres membranas es un poco más complicado. También posee un fluido intermembranario entre la membrana externa y la primer mebrana del cloroplasto. En este caso no hay crestas, por lo que es un fluido regular. Al interior de la segunda membrana del cloroplasto tenemos la cavidad denominada estroma, y su fluido será el fluido o matriz del estroma. Sin embargo hay una tercera membrana del cloroplasto que forma figuras semejantes a monedas llamadas tilacoides, y en consecuencia hay una cavidad rellena de fluido que denominamos como la matriz del tilacoide (Karp, 2013).

  5.3 Otros organelos

Los demás organelos por lo general no poseen una estructura complicada interna, y en consecuencia su contenido se referencia simplemente como la matriz del organelo en cuestión, aunque sus propiedades difieren dependiendo de la función concreta que desempeña cada organelo (Karp, 2013).

6. Diferentes tipos de sangre

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Por fuera de los tejidos se forma generalmente una cutícula o epitelio que aísla al tejido u órgano del medio circundante. Nuevamente, si el organismo es pequeño el medio es agua, pero si no, entontes el órgano debe ser bañado a su vez por otro fluido vital (De Duve & Pizano, 1995). Existen cuatro fluidos vitales que alimentan a los órganos y tejidos en seres vivos grandes, la hemolinfa, la savia, la linfa y la sangre.

  6.1 La hemolinfa

La hemolinfa es un fluido análogo a la sangre y circula por cualquier sistema circulatorio abierto. Por lo general la diferencia se da debido a que en los sistemas circulatorios cerrados el fluido vital se encuentra encerrado en una tubería perfectamente sellada que mantiene el ambiente interno en el que se encuentran los órganos relativamente secos, este estadio se denomina celoma. Por el contrario, en un sistema circulatorio abierto el fluido vital se desparrama bañando los órganos por fuera por todo el celoma, de allí que el fluido vital recibe el nombre de hemolinfa y la cavidad el de hemoceloma.

Figura 6.1. La hemolinfa carece de pigmentos y por ende es transparente. Al gunos tipos de hemolinfa si portan pigmentos, como la clorocruorina (pigmento verde) o la hemocianina (pigmento azul).

La hemolinfa se encuentra compuesta por un fluido o plasma y una serie de componentes celulares suspendidos llamados hemocitos. En adición a los hemocitos, el plasma contiene nutrientes disueltos y pigmentos respiratorios encargados del transporte de gases de importancia metabólica. Algunas especies emplean la hemolinfa para otras cosas a parte de transportar sustancias de un lugar a otro. Algunas especies de insectos son capaces de generar autohemorragias cuando son atacados por depredadores.

La hemolinfa contiene una serie de agentes nucleantes de naturaleza inorgánica que le confiere protección contra el congelamiento, especialmente en especies que habitan ecosistemas que experimentan fuertes fluctuaciones de temperatura. Adicionalmente también transporta iones como cualquier fluido vital, proteínas, lípidos y pigmentos respiratorios, que pueden ser cualquiera, aunque uno de os más comunes es la hemocianina de color azul. La sangre de los artrópodos posee altos niveles de aminoácidos libres. La mayoría de los aminoácidos se encuentran presentes, aunque sus concentraciones varían de una especie a otra, así como a su estado de desarrollo en sus respectivos ciclos de vida. Por ejemplo, el gusano de seda requiere enormes cantidades de glicina para sintetizar la seda.

Las proteínas presentes en la hemolinfa varían en cantidad durante el desarrollo. Estas proteínas se encuentran clasificadas por sus funciones en proteínas de pigmento, inhibidores de proteasas, transportadores de grasa, enzimas, vitelogeninas y aquellas involucradas en la respuesta inmune.  Al igual que la sangre, la hemolinfa transpoirta los desechos del metabolismo celular como el dióxido de carbono, el amonio, la alantoina, el ácido úrico y la úrea. Algunas hormonas son transportadas por la hemolinfa.

  6.2 La savia

La savia “sap en inglés” es el fluido o líquido transportado por los tejidos de conducción de las plantas (xilema o floema). Otros líquidos exudados por las plantas, tales como látex, cerumen, resinas o mucílago, muchas veces son incorrectamente denominados savia. La savia transportada por el xilema (denominada «savia bruta») consiste principalmente en agua, elementos minerales, reguladores de crecimiento y otras sustancias que se hallan en disolución. El transporte de esta savia se produce desde las raíces de la planta hasta las hojas por los tubos leñosos. En el siglo XX ha existido una gran controversia acerca del mecanismo de transporte de la savia bruta en la planta. Actualmente, se considera que toda la evidencia sustenta la teoría de la cohesión-tensión. La savia elaborada es transportada por el floema de forma basípeta (desde su lugar de formación, hojas y tallos verdes, hacia la raíz) y está compuesta principalmente por agua, azúcares, fitorreguladores y minerales disueltos. El transporte de la savia en el floema se produce desde las fuentes (el lugar donde los carbohidratos se producen y almacenan) hacia los destinos (lugares de la planta donde los carbohidratos se utilizan). La hipótesis de flujo de presión es el mecanismo generalmente aceptado para explicar el transporte floemático.

Las plantas representan claramente la hipótesis evolutiva planteada anteriormente. Las algas unicelulares no requieren matriz extracelular, mientras que las pluricelulares poseen una matriz extracelular simple y un tegumento externo que mantiene unido al conjunto celular. A medida que estas fueron evolucionando se requirió de un fluido conector y esa fue la savia para los musgos. Sin embargo, sin un sistema circulatorio la eficiencia de la savia se vio limitada a permitir el crecimiento de la planta a unos cuantos milímetros. Solo cuando el fluido conector se encuentra con un sistema de circulación, las propiedades menos viscosas de dicho fluido les permiten a los nutrientes moverse con mayor eficacia y en consecuencia el individuo puede crecer mucho.

Figura 6.2. La savia tampoco transporta pigmentos y por ende es transparente.

El fluido de transporte de las plantas es vascular, conecta las zonas de nutrición con los tejidos que no pueden nutrirse por sí mismos, sin embargo, las células propias del tejido reciben los nutrientes por intermedio de la MEC que si entra en contacto con la savia, ya sea bruta o elaborada. La vascularización es tan especializada que hay conductos diferentes para la savia con componentes inorgánicos básicos y otros para la savia que transporta el alimento.

  6.3 La linfa

En los animales vertebrados la vascularización es análoga a la de las plantas, tanto así que se generan dos tipos de conductos para dos tipos de fluidos, aunque evidentemente no los llamamos savia bruta o elaborada, pues la composición de dichos fluidos es diferente. Los dos sistemas de conductos vasculares se denominan el sistema circulatorio linfático y el sistema circulatorio general. La linfa es el fluido que recorre el sistema circulatorio linfático, siendo principalmente un sistema para regular la concentración del MEC, al no recibir eritrocitos no posee coloración roja. Se produce tras el exceso de líquido que sale de los capilares sanguíneos al espacio intersticial o intercelular, siendo recogida por los capilares linfáticos que drenan a vasos linfáticos más gruesos hasta converger en conductos que se vacían en las venas subclavias.

La linfa recorre el sistema linfático gracias a débiles contracciones de los músculos, de la pulsación de las arterias cercanas y del movimiento de las extremidades. Ahora bien, dijimos que su función es la de regular la concentración del MEC, pero que pasa si por alguna razón, como una obstrucción, ¿el sistema linfático no puede cumplir su objetivo? La consecuencia es que del sistema circulatorio general ingresará agua al MEC y el linfático no la drena, por lo que el MEC se empezará llenar de agua alterando los delicados equilibrios osmóticos y eléctricos, lo cual impide que la célula se alimente, excrete o que simplemente muera, esto a nivel celular produce muerte del tejido por acumulación de líquido, proceso denominado edema.

Figura 6.3. La linfa es blanca debido a que porta una alta concentración de glóbulos blancos.

Este fluido está compuesto por un líquido claro pobre en proteínas y rico en lípidos, parecido a la sangre, pero con la diferencia de que las únicas células que contiene son los glóbulos blancos, que migran de los capilares y proceden de los ganglios linfáticos, sin contener glóbulos rojos. También puede contener microorganismos que, al pasar por el filtro de los ganglios linfáticos, son eliminados. La linfa es menos abundante que la sangre: se considera que hay aproximadamente 2 litros de linfa, mientras que el volumen de sangre es de unos 5 litros.

  6.4 La sangre

Es el segundo líquido altamente fluido de los vertebrados, y como sus demás contrapartes transportará nutrientes y desechos. La característica más importante de la sangre y que comparte con la hemolinfa es la posesión de pigmentos que incrementan la eficiencia en el transporte de gases metabólicamente importantes como el oxígeno y el dióxido de carbono. En los vertebrados esta sustancia fluye a través del sistema circulatorio general. A parte del pigmento de transporte de gases metabólicos que llamamos hemoglobina y que es de colores rojizos, la sangre también transporta otras sustancias que mejoran la eficacia del transporte de nutrientes.

Un ejemplo de eso son las lipoproteínas de alta y baja densidad encargadas de distribuir y recolectar las grasas desde y hacia el hígado según requiera el metabolismo del organismo. Adicionalmente también trasporta nutrientes que se disuelven fácilmente en agua y pueden ser transportado sin necesidad de proteínas de transporte, así como componentes auxiliares, como células del sistema inmune y materiales para reparar los vasos sanguíneos en caso de roturas. La mayor parte del presente capítulo de anatomía comparada se dedicará al estudio de los vasos conductores por donde fluye la sangre, más que a la sangre misma.

Figura 6.4. La sangre de los vertebrados porta un pigmento de hierro, y por ende es roja.

7. La hemoglobina

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La coloración de la sangre se debe a sustancias denominadas pigmentos, los cuales por lo general están allí para el transporte de los gases de importancia metabólica como el oxígeno y el dióxido de carbono. Diferentes linajes de seres vivos pueden presentar diferentes tipos de pigmentos, aunque algunos linajes como en ciertos grupos de anélidos se puede presentar sangre con mezcla de pigmentos. A pesar de lo anterior, los dos pigmentos más famosos son la hemoglobina de los vertebrados y la hemocianina en los invertebrados. Algunos invertebrados pueden presentar hemoglobina, pero los vertebrados nunca presentan hemocianina.

A pesar de ser denominados rojos, los eritrocitos no poseen este color por una proteína propia de sus membranas, si no por el contrario por una proteína soluble que se encuentra disuelta en el plasma o en una mayor medida en el interior en sus citoplasmas. Esta proteína se denomina hemoglobina y su función primordial es la de transportar gases metabólicamente importantes como el oxígeno y el dióxido de carbono. En los mamíferos como lo seres humanos, la hemoglobina es una proteína altamente compleja, de estructura cuaternaria, es decir está compuesta por varias unidades proteínas independientes, en este caso cuatro, las cuales rodean a un marco denominado grupo heme donde se encuentra el hierro responsable del transporte de gases.

  7.1 Forma cuaternaria

Al ser una proteína compleja de nivel organizativo cuaternario en los mamíferos, es relativamente pesada, con 64 500 daltons, las cuatro proteínas o unidades que la componente se denominan globinas, las cuales pueden ser de muchos tipos diferentes, codificadas por genes diferentes (β, γ, δ, ε). Cada eritrocito contiene cientos de moléculas de hemoglobina Se pueden encontrar cuatro tipos de hemoglobina en los eritrocitos de los seres humanos, designados por la composición de sus cadenas de globina.

La más prevalente en los adultos es la Hgb-HgA la cual consiste en dos globinas de tipo β y dos globinas de tipo α (α2β2). El otro tipo de hemoglobina presente en los eritrocitos de los adultos se denomina HgA2, con una representación que puede variar entre el 1,5% y el 3%, en esta, se presentan dos globinas tipo α y dos globinas de tipo δ. La hemoglobina fetal (α2γ2), es la hemoglobina más frecuente durante la vida intrauterina. Sus niveles en la sangre circulante disminuyen rápidamente durante la infancia, hasta llegar a una concentración del 0.5% en los adultos. La hemoglobina embrionaria se encuentra mucho antes durante el desarrollo. Su fórmula es la siguiente (α2ε2), aunque la producción de las globinas tipo épsilon cesan al llegar al tercer mes de embarazo.

La producción de cada tipo de globina es controlada por una estructura genética individual con 5 loci diferentes. Las cuatro proteínas resultantes se unen en los eritrocitos en desarrollo, y permanecen juntas durante su periodo funcional. Las mutaciones pueden ocurrir en cualquier momento y en muchas formas diferentes. Cuando estas mutaciones disminuyen la eficiencia de la función, hablaremos de una enfermedad relacionada a la hemoglobina (hemoglobinopatía), y se conocen cerca de 550 casos.

Sin embargo, la mayoría de las mutaciones no poseen una significancia clínica conocida (neutrales), sin embargo, algunas de ellas pueden causar problemas serios. La más conocida se denomina anemia de hemoglobina en forma de hoz o falciforme, la cual difiere de la hemoglobina normal HbA debido a una sustitución de un solo aminoácido en la cadena de globina. Cuando la hemoglobina se oxide con oxígeno hasta el punto de la saturación se denomina oxihemoglobina (HgO2), se forma en los pulmones gracias a la gran concentración de oxígeno en los capilares de los alveolos de los bronquiolos en los pulmones. Cuando la hemoglobina libera al oxígeno en los capilares sistémicos se dice que se está reduciendo.

Al contrario de lo que se creería, la hemoglobina no está diseñada para ser más afín al oxígeno, otros gases presentan una mayor afinidad con la hemoglobina, el caso más conocido es el monóxido de carbono, fruto de la oxidación incompleta de compuestos orgánicos durante un incendio. Debido a que el monóxido de carbono es más afín a la hemoglobina, este puede desplazar al oxigeno rápidamente, y es TAN afín, que después de unido, ya no se liberará, a este compuesto virtualmente permanente se lo denomina carboxihemoglobina (HbCO).

Figura 7.1. Piel cianótica.

Este pequeño fenómeno químico explica la tremenda toxicidad del monóxido de carbono, pues al ser respirado permanece unido a la hemoglobina, por lo que, aun cuando la persona es extraída del lugar, seguirá asfixiándose al estar su hemoglobina inhabilitada de manera permanente. Los nitratos y ciertos compuestos químicos que oxidan el hierro de la hemoglobina a su estado férrico resultan en la formación de methemoglobina (meHb). La methemoglobina contiene oxigeno tan fuertemente unido al hierro férrico, que no será liberado a los tejidos durante su viaje a los capilares, haciendo a esta hemoglobina completamente inútil para la respiración interna.

La cianosis (Figura 7.1), la coloración azul oscura que adquiere la piel asociada a estados de hipoxia o anoxia se vuelve evidente cuando la concentración de hemoglobina reducida (sin oxígeno) excede los 5g/dL. Es un estado reversible si la condición es causada únicamente por una disminución en la obtención de oxígeno, pero es irreversible si es causada por la acumulación de methemoglobina, y ni siquiera la administración concentrada de oxigeno solucionará la asfixia.

Figura 7.2. La estructura de la hemoglobina, es una proteína tetradimencional, en realidad se trata de la unión de cuatro proteínas "globinas" que rodean a cuatro moléculas orgánicas relativamente complejas llamadas grupos heme, es el grupo heme el que se encarga de la función de transporte de oxígeno. En la imagen tenemos 4 globinas, en rojo tenemos alfa globinas y en azul beta globinas. Debemos recordar que, las hemoglobinas humanas son más complejas que las presentadas por otros animales.

  7.2 El grupo Heme

Estructura del grupo heme o hemo también es conocido como grupo Fe(2+) protoporfirina IX, y es la región activa de la hemoglobina humana.

Figura 7.3. es un grupo prostético que forma parte de diversas proteínas, entre las que destaca la hemoglobina, consiste en un ion Fe(2+) (ferroso) contenido en el centro de un gran heterociclo orgánico llamado porfirina, hecho de cuatro grupos pirrólicos unidos entre sí por medio de puentes metino (YouTube).

Es un grupo prostético que forma parte de diversas proteínas, entre las que destaca la hemoglobina, consiste en un ion hierro(2+) “antiguamente llamado ferroso, pero ya no debería” contenido en el centro de un gran heterociclo orgánico llamado porfirina, hecho de cuatro grupos pirrólicos unidos entre sí por medio de puentes metino. No todas las porfirinas contienen hierro, pero una fracción sustancial de las metaloproteínas que contienen el núcleo porfirina, poseen el grupo hemo como grupo prostético; estas proteínas se conocen como hemoproteínas. El grupo hemo es principalmente conocido por formar parte de la hemoglobina, el pigmento rojo de la sangre, pero también se encuentra en un gran número de otras hemoproteínas biológicamente importantes tales como la mioglobina, citocromos, catalasa, y la óxido nítrico sintasa endotelial.

Las hemoproteínas poseen diversas funciones biológicas, incluyendo el transporte de gases diatómicos, catálisis química, y detección de gases diatómicos y transferencia de electrones. El ion hemo sirve como fuente o sumidero de electrones durante transferencias electrónicas o reacciones redox, como ocurre en las cadenas de transporte de electrones. En las reacciones de las peroxidasas, la molécula de porfirina sirve además como fuente de electrones. En el transporte o detección de gases diatómicos, el gas se une al ion hemo. Durante la detección de gases diatómicos, la unión del gas ligando al grupo hemo induce cambios conformacionales en la proteína que lo rodea. Se ha especulado que la función evolutiva original de las hemoproteínas fue la transferencia de electrones en la fotosíntesis primitiva basada en los compuestos de azufre que realizaban los organismos similares a cianobacterias ancestrales, antes de que apareciera el oxígeno molecular.

Las hemoproteínas han alcanzado su remarcable diversidad funcional modificando el ambiente inmediato del macrociclo hemo dentro de la matriz proteica. Por ejemplo, la capacidad de la hemoglobina para entregar en forma efectiva el oxígeno a los tejidos se debe a unos residuos aminoacídicos específicos localizados cerca del grupo hemo de la molécula. La hemoglobina une oxígeno en la vasculatura pulmonar, donde el pH es alto y la pCO2 es baja, y lo libera en los tejidos, donde la situación se invierte. Este fenómeno se conoce como efecto Bohr. El mecanismo molecular detrás de este efecto es la organización estérica de la cadena globina; un residuo de histidina localizado en una posición adyacente al grupo hemo, deviene en positivamente cargado cuando el pH se acidifica (lo cual es causado por la disolución del dióxido de carbono en tejidos con alta tasa metabólica), liberando estéricamente al oxígeno del grupo hemo.

A diferencia de lo que podría esperarse, no existe un único grupo hemo, hay varios tipos de grupos hemo biológicamente importantes.  El tipo de Hemo más común en la naturaleza es el Hemo B; otros tipos importantes son el Hemo A y el Hemo C. Los grupos heme aislados comúnmente se designan con letras mayúscula, mientras que los grupos heme unidos a las proteínas se designan con las letras en minúscula. El citocromo a se refiere al grupo hemo A en una combinación específica con una proteína de membrana para formar una porción del citocromo c oxidasa.

Bajo condiciones de homeostasis, la reactividad del grupo heme se encuentra bajo control, ya que se encuentra insertado dentro de los "bolsillos hemo" de las hemoproteínas. Sin embargo, bajo condiciones de estrés oxidativo, algunas hemoproteínas, tales como por ejemplo la hemoglobina, pueden liberar sus grupos prostéticos. El hemo no proteico (libre) que se produce de esta manera es altamente tóxico, más probablemente debido al átomo de hierro contenido dentro del anillo protoporfirina IX, el cual actúa como un reactivo de Fenton para catalizar la producción de radicales libres.[cita requerida] Esta propiedad del hemo libre puede sensibilizar a una variedad de células para entrar en muerte celular programada en respuesta a agonistas proinflamatorios, un efecto deletéreo que juega un importante rol en la patogénesis de ciertas enfermedades inflamatorias tales como la malaria y sepsis.

  7.3 Las globinas

La globina es una proteína de predominio globular (estructura terciaria) que forma parte de la hemoglobina (heteroproteína) siendo la globina la parte proteica. Existen varios tipos de cadenas de globina o monómeros, que se designan mediante letras griegas (alfa, beta, gamma, etc.). La globina es la parte proteica de la hemoglobina (apoproteína). El hemo es el grupo prostético de la hemoglobina. Está compuesto por cuatro cadenas polipeptídicas, estas son semejantes dos a dos. Los aminoácidos varían según la especie y dentro de la especie humana varían con el desarrollo del organismo, de forma que cambian según se trate de la vida embrionaria, fetal o adulta. La familia de las globinas alfa, se encuentra en el cromosoma 16 y forma un cluster que está compuesto por dos copias de la globina alfa, dos pseudogenes y a continuación la globina zeta. La familia beta ubicada en el cromosoma 11 está compuesta por: beta, seguida por delta (formará junto con la globina alfa la Hb A2), dos gamma (que varían en 1 aminoácido) y épsilon.

 

8. La evolución de la hemoglobina

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Alguna vez tuve una discusión con un creacionista sobre la hemoglobina, el planteaba lo siguiente:

“La hemoglobina (proteína de los glóbulos rojos de la sangre), por ejemplo, planteó, de entrada no más, un enigmático problema. Es cierto que está presente en el hombre y en los monos, lo cual provocó un júbilo rayano en el trance místico (parece que algunos llegaron a la "visión unitiva” con Darwin). El problema es que también es­tá presente en todos los vertebrados. Aquí los aplausos comenzaron a ralear, y hasta hubo algu­nas voces que aconsejaron prudencia.  Pero no faltaron los imprudentes, ya sea por un exceso de fervor y falta de una adecuada dirección espiritual, o quizá por algún resto de espíritu científico que los impulsó a tratar de ser coherentes; no faltaron, digo, quienes prosiguie­ron las investigaciones y encontraron que la susodicha hemoglobina -exactamente la misma clase de molécula- aparecía en las lombrices de tierra, en las almejas, en algunos insectos e, incluso, en algunas bacterias (!). ¡Qué horror! Y no era para menos: la hemo­globina no aparecía en forma gradual y progresiva, perfeccionándose cada vez más a medida que ascendía en la escala zoológica -como sería de esperar si la hipótesis evolucionista fuera cierta- sino que aparecía ya perfecta en algunas bacterias, luego desaparecía y volvía a aparecer en las almejas, luego en las lombrices, etc., sin experimentar ningún cambio evolutivo.”

http://www.foros.catholic.net/viewtopic.php?p=425883&sid=e6c0b43b7e9a11d1dca2aee45068b96e

Este argumento destaca el modo en que explicamos el funcionamiento y la estructura de la hemoglobina, por lo general la mayoría de cosas que escribimos sobre la anatomía se basan en el modelo humano, o de los mamíferos si introducimos la información de ratones de laboratorio. Pero para tener una imagen más general de los procesos evolutivos es indispensable tener a nuestra disposición información comparativa de varios linajes.

  8.1 Mas allá de los mamíferos

Si bien la mayoría de los artrópodos emplean una hemoglobina de cuatro cadenas, ese no es siempre el caso. En las lampreas por ejemplo se presenta una hemoglobina compuesta por dos fragmentos (le falta el 50%) y siguen como si nada , de hecho si seguimos alejándonos del parentesco en los artrópodos es un monómero una proteína única con tercer nivel estructural (Doolittle, 1984; Love et al., 1972; Ratner et al., 1996). De hecho, la misma proteína de la hemoglobina se relacionan con ciertas proteínas de la cadena de transporte de electrones en la respiración no solo en su secuencia sino también en su interacción con el oxígeno (Wittenberg & Wittenberg, 1990). Lo anterior se debe a que la cadena de transporte de electrones emplea grupos hemo para que los electrones fluyan (Karp, 2013; Pelletier & Kraut, 1992).

  8.2 Genes duplicaods y retrotrasposones

Los estudios comparativos también se han conducido sobre los genes que sintetizan las cadenas individuales de globinas, que a su vez forman el dímero y luego el tetrámero, la cual ha revelado una rica historia de duplicaciones, loci perdidos por mutaciones deletéreas y campos de posicionamiento del locus (Tejero & Gladwin, 2014; Wajcman, Kiger, & Marden, 2009). Uno de los propósitos de los estudios de evolución mediante genética comparativa es la de lograr un mejor entendimiento de la aparición de los sistemas que regulan la expresión de los genes de globinas de manera correcta, así como poder entender o plantear hipótesis acerca de posibles intervenciones que pudieran realizarse para reparar los sitios en caso de presentarse enfermedades. Muchas enfermedades humanas vinculadas a las globinas resultan de una expresión genética inadecuada.

Ahora, uniendo las dos líneas de investigación, la anatómica y la genética se encontró un detalle impresionante, cuando se analizaron los genes para los dímeros globinicos de las lampreas y mixinos se reveló que la secuencia de dichos dímeros era diferente del dímero de los demás vertebrados, asemejándose más a una proteína denominada CYGB o citoglobina. Lo cual sugiere que la función para el transporte de oxígeno de las globinas que contienen el grupo hemo apareció de manera independiente mediante evolución convergente (Storz, Opazo, & Hoffmann, 2011).

  8.3 Componentes de un circuito eléctrico

Incluso de manera mucho más arcaica, el grupo hemo y las globinas se encuentran fuertemente vinculadas a los metabolismos basales como la respiración celular aeróbica y la fotosíntesis, en ambos casos la función no es el transporte de electrones, sino el transporte de electrones, constituyendo el propio circuito de las cadenas de transporte de electrones. La coopción de los grupos heme y las globinas para el transporte de oxígeno es un fenómeno secundario que deriva probablemente del hecho de que en ambos cadenas de transporte de electrones, el oxígeno es un componente importante, ya sea como desecho o como reactivo (Karp, 2013; Pelletier & Kraut, 1992).

Lo anterior nos lleva a una respuesta común basada en el naturalismo metodológico. Las hipótesis evolutivas planteadas deben seguir algunas leyes de la física preexistentes, la más básica es la ley de causalidad, todo efecto debe tener una causa, o lo que es lo mismo, las cosas no aparecen de la nada, la evolución no puede ser vista como un ente teleológico semejante a un mago que con un puff hace aparecer un gen de la nada. Las estructuras biológicas solo aparentan aparecer de la nada completamente formadas si se las analiza de manera aislada.

  8.4 Otras globinas

Aunque como pigmento circulatorio la hemoglobina es púnica, como estructura evolutiva en los vertebrados mamíferos como el ser humano, no lo es, existen otras globinas con funciones diversas. Durante mucho tiempo se asumió que la hemoglobina y la mioglobina eran las únicas globinas de los vertebrados. En el año 2000 se descubrió un tercer tipo de globina, que sobre la base de su ubicación preferencial en el sistema nervioso fue denominada neuroglobina(Burmester, Weich, Reinhardt, & Hankeln, 2000). Aunque aún se desconoce su función específica, se han planteado varias hipótesis entre las que se destaca la que sugiere que puede descodificar las especies reactivas del oxígeno y el nitrógeno. Otros estudios proponen que es parte de una cadena de transducción de señales que transmite el estado redox de la célula o que inhibe la apoptosis. Aunque algunas funciones son más probables que otras, aún no se ha establecido definitivamente cuál es la función fisiológica de la neuroglobina en los vertebrados. No obstante, no hay dudas de que esta globina tiene una función esencial, conservada y que es beneficiosa para las neuronas.

  8.5 Mioglobina

La mioglobina es una hemoproteína muscular, estructuralmente y funcionalmente muy parecida a la hemoglobina. Es una proteína relativamente pequeña constituida por una cadena polipeptídica de 153 residuos aminoácidos y por un grupo hemo que contiene un átomo de hierro. La función de la mioglobina es almacenar oxígeno. Menos comúnmente se la ha denominado también miohemoglobina o hemoglobina muscular. Las mayores concentraciones de mioglobina se encuentran en el músculo esquelético y en el músculo cardíaco, donde se requieren grandes cantidades de O2 para satisfacer la demanda energética de las contracciones.

Figura 8.1. Todas las hemoproteínas se encuentran relacionadas filogenéticamente, aunque la más antigua parece ser la neuroglobina.

La mioglobina fue la primera proteína cuya estructura tridimensional se determinó experimentalmente. En 1958, John Kendrew y sus colegas determinaron la estructura de la mioglobina empleando cristalografía de rayos X de alta resolución. Por este descubrimiento, John Kendrew obtuvo en 1962 el Premio Nobel de Química, compartido con Max Perutz. Es una proteína extremadamente compacta y globular, en la que la mayoría de los aminoácidos hidrófobos se encuentran en el interior y muchos de los residuos polares están expuestos en la superficie. Alrededor del 78% de la estructura secundaria tiene una conformación de hélice alfa; de hecho, existen ocho segmentos de hélice alfa en la mioglobina, designados con las letras A a H.

Figura 8.2. Comparación entre hemoglobina (Hb) y la mioglobina (Mb).

Dentro de una cavidad hidrófoba de la proteína se encuentra el grupo prostético hemo. Esta unidad no polipeptídica se encuentra unida de manera no covalente a la mioglobina y es esencial para la actividad biológica de unión de O2 de la proteína. La mioglobina y el citocromo B562 forman parte de las proteínas hémicas, que intervienen en el transporte y fijación de oxígeno, el transporte de electrones y la fotosíntesis. Estas proteínas poseen como grupo prostético un tetrapirrol cíclico o grupo hem, o hemo, formado por cuatro anillos de pirrol planares enlazados por puentes de alfa metileno. En el centro de este anillo existe un hierro(2+). En el caso del citocromo la oxidación y reducción del átomo de hierro son esenciales para la actividad biológica. Por el contrario, la actividad biológica de mioglobina y hemoglobina se pierde si se oxida el Fe(2+).

En la mioglobina no oxigenada, el hierro del hemo se encuentra aproximadamente a 0,03 nm fuera del plano del grupo en dirección al residuo de histidina HisF8. La oxigenación de la mioglobina produce el movimiento del átomo de hierro, ya que el oxígeno ocupa la sexta posición de coordinación del hierro y desplaza el residuo HisF8 0,01nm fuera del plano del hemo. Este movimiento de HisF8 produce el cambio conformacional de algunas regiones de la proteína, lo que favorece la liberación de oxígeno en las células deficientes de oxígeno, donde éste se requiere para la generación de energía metabólica dependiente de ATP.

La capacidad de la mioglobina y la hemoglobina para enlazar oxígeno depende del grupo hemo, que además confiere a la hemoglobina y a la mioglobina su característico color rojo. El grupo hemo consta de una parte orgánica y un átomo de hierro. La parte orgánica es la protoporfirina IX, formada por cuatro grupos pirrólicos. Los cuatro pirroles están unidos por medio de puentes meteno1 para formar un anillo tetrapirrólico. A este anillo están enlazados cuatro grupos metilo, dos grupos vinilo y dos cadenas de propionato. El átomo de hierro del hemo está ligado a los cuatro nitrógenos en el centro del anillo de la protoporfirina. El hierro puede formar dos enlaces covalentes con dos nitrógenos y dos enlaces los cuales son enlaces no covalentes o coordinados con los otros dos nitrógenos y también con las hisitidinas presentes en la posición 63 y 94 las cuáles sostienen al anillo pirrólico, uno a cada lado del plano del hemo. Estos lugares se denominan la quinta y sexta posiciones de coordinación. La quinta posición se coordina con un residuo de histidina en la hélice F de la hemoglobina (histidina proximal), mientras que la sexta posición es ocupada por el oxígeno. Cerca de donde se une el oxígeno al grupo hemo existe otra histidina (histidina distal). El átomo de hierro del hemo puede estar en estado de oxidación (+2) o (+3). Las formas correspondientes de la hemoglobina se denominan ferrohemoglobina y ferrihemoglobina (o metahemoglobina), respectivamente. Solamente la ferrohemoglobina (+2) puede captar oxígeno.

  8.6 Neuroglobina

La Ngb fue descubierta en 2000 y recibió su nombre por su localización preferencial en el sistema nervioso, en especial en áreas del cerebro que se han adaptado al estrés fisiológico, como son las neuronas de la corteza cerebral, el hipocampo, el tálamo, el hipotálamo, el cerebelo y la retina. También se encuentra en el sistema nervioso periférico y en el páncreas, en los islotes de Langerhans (Burmester et al., 2000). Desde entonces, se han identificado Ngb en diferentes mamíferos, aves, reptiles anfibios y especies de peces.

Su estructura es muy semejante a la Mb: es un monómero de 150 aminoácidos con una masa molecular de 17 kDa y rasgos típicos del plegamiento de las globinas. Esta proteína une varios ligandos gaseosos como O2, monóxido de carbono y óxido nítrico. Sin embargo, en ausencia de un ligando externo hay diferencias estructurales significativas de la Hb y la Mb con la Ngb. Las 2 primeras son conocidas como globinas pentacoordinadas pues el hierro(2+) es unido por los 4 átomos de nitrógeno del anillo porfirina y la histidina proximal de la hélice F (HisF8). Mientras la Ngb es una globina hexacoordinada, o sea, en el estado desoxi, la histidina distal de la hélice E (HisE7) está unida a la sexta posición de coordinación del hierro(2+). Luego, cualquier ligando externo tiene que competir con la HisE7 para la unión del hierro(2+). La hexacoordinación es un rasgo de varias globinas de plantas, bacterias, invertebrados vertebrados, pero su significado funcional aún no es bien conocido (Burmester & Hankeln, 2004; Pesce et al., 2003; Vallone, Nienhaus, Brunori, & Nienhaus, 2004).

En el sistema nervioso central (SNC) todas o casi todas las neuronas expresan Ngb; sin embargo existen diferencias cuantitativas entre las diferentes poblaciones neuronales. Mientras que en ratones la concentración total de la proteína en el cerebro es baja (menos de 1 µmol/L) el nivel en las neuronas de la retina, que requieren grandes cantidades de O2, es entre 50 y 100 veces mayor.4 La presencia de esta globina como proteína respiratoria en el SNC y otros tejidos nerviosos puede tener importantes implicaciones médicas y fisiológicas.

  8.7 Citoglobina

La citoglobina es una molécula globular ubicuamente expresada en todos los tejidos y usada más notablemente en mamíferos marinos. Fue descubierta en el 2001 y llamada citoglobina en 2002. Se cree que protege contra la hipoxia. La función predicha de la citoglobina es transferir el oxígeno de la sangre arterial al cerebro (Pesce et al., 2002).

 

9. Reciclado de la hemoglobina

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Los eritrocitos son transportados por el sistema circulatorio. La vida media de un glóbulo rojo en la sangre circulante es de aproximadamente 120 días, iniciando su vida en el núcleo de los huesos, especialmente de los huesos largos, hasta que se vuelven viejos. Aproximadamente 200 mil millones de eritrocitos nuevos son producidos cada día para reemplazar a los que se pierden por envejecimiento. La muerte de los eritrocitos poseen diversas formas de morir, algunos simplemente se revienta en el plasma de la sangre.

  9.1 La suerte de los glóbulos rojos

La mayoría simplemente son fagocitados por células del sistema inmune llamados macrófagos.  Otros al ser ya muy rígidos por ser viejos explotan al pasar por los capilares, los capilares son  vasos sanguíneos tan delgados que requiere que los eritrocitos se deformen para pasar por ellos. De cualquier forma, la hemoglobina generada debe ser reciclada debido a su alto contenido de aminoácidos y de hierro, y eso no debe desperdiciarse. La hemoglobina liberada puede tomar dos rutas, en la primera esta es capturada por una proteína de transporte denominada haptoglobina; mientras que en la segunda, las cuatro globinas y los cuatro grupos heme se rompen y separan.

El grupo heme se une a una segunda proteína transportadora soluble en plasma llamada hemopexina, que al igual que la haptoglobina es removida del sistema circulatorio por los macrófagos del hígado. En el caso de la hemoglobina capturada de manera completa por la haptoglobina, cuando esta es absorbida por los macrófagos sufre el rompimiento, liberando globinas y los grupos hemo. Mientras que las globinas son reingresadas al metabolismo como fuente de aminoácidos y reusados para la construcción de nuevas proteínas. El grupo hemo por su parte es roto de forma tal que libera hierro soluble iónico y una molécula denominada biliverdina, una sustancia verde que posteriormente es reducida a bilirrubina

Figura 9.1. La bilirrubina.

  9.2 La bilirrubina

La bilirrubina se une a otra proteína de transporte denominada albumina y es enviada al hígado donde de conjuga de manera química a otra sustancia denominada glucoronida, y finalmente ser segregada en la bilis. Una vez en la bilis se segrega en el duodeno donde sigue la ruta hasta salir por el ano. Básicamente la eliminación de bilirrubina es la única función excretora del sistema intestinal. La bilirrubina conjugada y no-conjugada se mide de forma clínica para monitorear la función del hígado y de la vesícula biliar.

Cuando la bilirrubina no se segrega en el duodeno, empieza a circular por la sangre. Uno de sus síntomas principales, es que la bilirrubina es un pigmento amarillo-anaranjado, lo cual con el tiempo se acumula en los tejidos tinturándolos de amarillo/anaranjado, lo cual a su vez genera un cuadro clínico denominado ictericia (Figura 9.3).

Otro cuadro clínico que puede diagnosticarse con la medición de la bilirrubina es la anemia hemolítica, que es cuando los eritrocitos aun jóvenes explotan de manera espontánea, liberando grandes cantidades de hemoglobina en la sangre, lo cual a su vez provoca una alta producción de bilirrubina por parte del hígado. Una de las causas de la hemolisis temprana puede ser por alteraciones en la forma de los eritrocitos como en la anemia falciforme.

Figura 9.2. La forma de los glóbulos rojos, están condicionados por la forma de la hemoglobina que contienen.

  9.3 Reciclado del hierro

El hierro permanece en tres formas, ferritina (almacenamiento) transferrina (transporte); enzimas (como la hemoglobina o la mioglobina). El hierro de dieta es capturado por la transferrina e integrado al ciclo; mientras que la perdida de hierro se da generalmente en forma de ferritina.

Figura 9.3. Ictericia.

La mayor parte de hierro liberado de la destrucción del grupo hemo es reciclado para la síntesis de nueva hemoglobina. La historia del reciclaje del hierro comienza cuando este es segregado al plasma desde el interior de los macrófagos gracias a una proteína de transporte insertada en la membrana del macrófago llamada ferroportina. Una vez en el plasma el hierro se oxida a su máximo generando el ion hierro(3+), el cual es capturado por una proteína de transporte llamada transferrina. Las células encargadas de la síntesis de grupo hemo o de otras proteínas dependientes del hierro poseen receptores en sus membranas que se unen a la transferrina y la internalizan. Una vez en el interior de la célula, el hierro férrico es liberado de la transferrina y reducido al estado hierro(2+), y luego de ello utilizado para sintetizar grupo hemo o para almacenarlo en un complejo proteínico llamado ferritina.

Cuando el hierro es requerido la ferritina es catabolizada a hemosiderina, un compuesto insoluble que consiste en elementos cristalinos de ferritina. Normalmente la hemosiderina puede ser usada para otras cosas, como la síntesis de grupo hemo, pero si se acumula mucha en poco tiempo puede generar daños a las células y alterar órganos vitales. A pesar de que el reciclaje del hierro es muy eficiente, pequeñas cantidades de hierro se pierden de manera continua y debe ser recuperado mediante el consumo de hierro por el sistema digestivo. La pérdida y hierro es especialmente grave en las mujeres debido al sangrado menstrual. La mayoría del hierro se deriva de grupo hemo en la carne de consumo (generada por la mioglobina), aunque algunos vegetales como los frijoles también lo proveen. El hierro también se puede absorber de manera inorgánica (hierro(3+) o hierro(2+))

 

10. Hemocianina

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La hemocianina es un pigmento de transporte de oxígeno, generalmente se la abrevia con el símbolo Hc, siendo común en los invertebrados como análogo de la hemoglobina. Es el segundo pigmento de transporte de gases de importancia metabólica más frecuente. La Hc no se vincula a células, sino que se encuentra diluida directamente en la hemolinfa.

Figura 10.1. La hemocianina es de color azul.

Al igual que la hemoglobina, la hemocianina es una metaloproteína con un grupo prostpético que sirve como el marco para el ion que oscila en estados oxidado y reducido a medida que se une o se desprende del oxígeno. A diferencia de la hemoglobina, en la hemocianina los átomos del metal no están unidos a un grupo de porfirina sino a grupos prostéticos proteínicos con contenido de histidina. La oscilación de color va desde el transparente cobre(1+) cuando se encuentra desoxigenada a un azul intenso debido a la oxidación a cobre(2+) cuando se une al oxígeno. Los dos centros metálicos no están en contacto directo, pero sí muy próximos entre ellos. La molécula de oxígeno se inserta entre los dos átomos de cobre, los cuales cambian su estado de oxidación, de 1+ a 2+, cediendo un electrón cada uno a la molécula de oxígeno. Como consecuencia, ésta se reduce pasando a peróxido (peróxido de hidrógeno desprotonado). La transferencia de los electrones a pares evita la formación del ion superóxido (Coates & Nairn, 2014)

  10.1 Distribución taxonómica

La hemocianina se encuentra más localizada que la hemoglobina, encontrándose únicamente en los moluscos y los artrópodos, y al igual que en la hemoglobina, la palabra hemocianina es más una sombrilla para una amplia gama de moléculas relacionadas funcional y evolutivamente como las fenoloxidasas, las hexamerinas, las pseudohemocianinas/criptocianinas y los receptores hexamerinicos.

La fenoloxidasa es un derivado de la hemocianina que contiene tirosinasas entre los cobres. Estas proteínas están involucradas en la esclerotización de la cutícula de los artrópodos, el sellamiento de las heridas, y el sistema inmune humoral.  Las hexamerinas son proteínas de almacenamiento encontradas en los insectos. Estas proteínas se generan en los cuerpos larvarios para almacenar grasa y están asociadas a los ciclos de metamorfosis y/o cambio de pieles. La criptocianina corresponde a un homólogo de la hemocianina, pero sin el grupo prostético (Coates & Nairn, 2014; Jaenicke, Pairet, Hartmann, & Decker, 2012; MARKL, 1986; Pick et al., 2014; Terwilliger, 2015; Voit, Feldmaier-Fuchs, Schweikardt, Decker, & Burmester, 2000).

  10.2 Anticancerígeno

La hemocianina encontrada en los cangrejos de herradura posee efectos inmunoterapeuticos contra el cáncer de vejiga, así como un potente antibacteriano e inductor de la respuesta inmune.  La biotecnología ha aprovechado esta capacidad de la hemocianina para diseñar las "vacunas del futuro", que no inocularán virus o bacterias atenuados, sino pequeños trozos de proteínas que inducen y potencian la producción de anticuerpos específicos. También para desarrollar alternativas más eficientes en el tratamiento de algunos cánceres humanos (Guncheva et al., 2016; Lee, Collins-Hall, Hendrick, & Brabetz, 2016).

Las hemocianinas están entre las proteínas más grandes y complejas que se conocen en la naturaleza. Cuando son inyectadas en los mamíferos en muy pequeñas cantidades, el sistema inmune, que vela por la salud, las reconoce como extrañas (antígeno) desarrollándose una reacción en cadena de alerta y activación de un conjunto de células, como células fagocíticas y linfocitos, quienes realizan la vigilancia y destrucción permanente de los antígenos que ingresan al cuerpo, ya sean microorganismos como bacterias, virus y hongos o también células tumorales (McFadden, Riggs, Jackson, & Vona-Davis, 2003; Orlova et al., 1997; Riggs, Jackson, Vona-Davis, & McFadden, 2002). Por esta razón, se dice que las Hemocianinas son un poderoso inmunoestimulante, propiedad que las hace un material invaluable en biotecnología para desarrollar una variada gama de productos ya sea para la salud humana y animal, o para desarrollar investigaciones en Biomedicina y también, productos aplicables en empresas productivas.

  10.3 Base para vacunas

También, se utiliza Hemocianina en el diseño de las “vacunas del futuro” en las cuales ya no se ocupan los virus ni las bacterias atenuadas, sino que se identifican en dichos patógenos trocitos de proteínas (péptidos) que inducen la respuesta inmune, luego se sintetizan artificialmente y se pegan químicamente a Hemocianina (Swartz, Batich, Fecci, & Sampson, 2015; Tam, 1988; Tam & Lu, 1989). De esta forma, la Hemocianina transporta los péptidos de los patógenos de interés y además, por sus propiedades de inmunoestimulante, potencia y hace más vigorosa y efectiva la respuesta que nos mantiene protegidos contra ellos. Por esto mismo también, actualmente se utiliza Hemocianina como alternativa terapéutica frente a la quimioterapia y radioterapia en el tratamiento de algunos tipos de cáncer que afectan a humanos, como es el cáncer superficial de vejiga, con la ventaja que ella no produce efectos secundarios (Antonova et al., 2015; Boyanova, Dolashka, Toncheva, Rammensee, & Stevanović, 2013; Stenzl et al., 2016). Estos auspiciosos resultados han llevado a que hoy se realizan estudios para evaluar su efectividad en otros tipos de tumores, como melanoma maligno y cáncer de mama y ovario, aumentando aún más las potencialidades de uso de esta notable proteína.

 

11. Otros pigmentos sanguíneos

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  11.1 Clorocruorina

La clorocruorina es una hemoproteína portadora del oxígeno de muchos anélidos, y destaca porque presenta una coloración verde cuando está desoxigenada (en contraste con el rojo intenso de la hemoglobina), aunque es de color rojo claro cuando contiene oxígeno.

Figura 11.1. La clorocruorina es de color verde.

Contrario a lo que se esperaría de su nombre, el grupo prostético no es a base de cloro, sino de hierro, de hecho al ser una hemoproteína eso significa que su grupo prostético es el grupo hemo, como en las hemoglobinas. La diferencia radical es simplemente que se torna verde cuando no porta oxígeno. Su estructura es muy similar a la de la eritrocruorina (que también es muy similar a múltiples subunidades del VIH y mioglobina) y contiene muchas subunidades parecidas a la mioglobina de 16-17kDa ensambladas en un complejo gigante de más de cien subunidades con proteínas entrelazadas, de un peso total de más de 3.600kDa. Debido a su estructura de macromolécula gigante, la clorocruorina flota libremente en la sangre. La única diferencia significativa entre la clorocruorina y la eritrocruorina es que la primera tiene una estructura de los grupos hemo anormal (Linzen, 2013).

  11.2 Hemeritrina

La hemeritrina es una proteína oligomérica responsable del transporte de oxígeno en invertebrados marítimos y el gusano anélido, magelona. No contiene el grupo hemo. La hemeritrina es transparente cuando se encuentra desoxigenada, pero cambiando aun tono violeta-rosado cuando se encuentra en estado oxigenado. Estudios recientes sugieren que se trata de una proteína multifuncional relacionada también con la respuesta inmune y la regeneración tisular de los gusanos (Linzen, 2013).

  11.3 Hemovanadina

Basada en el vanadio, no es un pigmento respiratorio y su color base es el verde, pero al mezclarse con la hemocianina hace que la sangre adquiera un tono anaranjado marrón (Linzen, 2013).

 

12. Las funciones de la sangre

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Habiendo trabajado los preconceptos, es hora de lo bueno, y la razón por la cual muchos de ustedes abran llegado aquí, la sangre. La sangre es un fluido corporal vital especializado en el transporte de sustancias. Por lo general la sangre está compuesta por una matriz líquida o plasma y células del tejido sanguíneo circulante, siendo las más importantes las que se encargan del transporte de gases de importancia metabólica llamadas eritrocitos, las células de defensa o inmunes llamadas leucocitos y las células se sellamiento para cortes en los vasos sanguíneos. Hay que destacar que en la última categoría los mamíferos no usan células para tapar sus heridas, sino fragmentos de células que llamamos plaquetas. Las células producidas por los tejidos hematopoyéticos que forman los eritrocitos, leucocitos y plaquetas usualmente ingresan al sistema circulatorio para convertirse en sangre circulante o periférica.

La sangre circulante está formada por el plasma y los componentes celulares. El plasma es un fluido, que puede imaginarse como en componente básico de la sangre y es una especie de tejido conectivo. Los elementos celulares son células disueltas en el torrente sanguíneo y que cumplen una gran variedad de funciones. El componente más famoso es el eritrocito o glóbulo rojo. Todos los eritrocitos poseen núcleo a excepción de los que pertenecen a los mamíferos “lo que implica que los humanos tenemos eritrocitos sin núcleo”. La hemoglobina es el pigmento de transporte de oxigeno es segregado por los riñones y disuelto en el plasma, luego, los eritrocitos lo capturan, actuando como contenedores de este evitando que sea eliminado del cuerpo por un periodo de tiempo determinado.

El tamaño de los eritrocitos varía dependiendo del animal, desde 8 micrómetros en los humanos, a 9 micrómetros en los elefantes, a incluso 80 micrómetros en algunas salamandras. La mayoría de los eritrocitos poseen una vida media de 3 a 4 meses dependiendo de la especie, antes de ser eliminados. Los glóbulos blancos o leucocitos son células relacionadas con la función inmune del cuerpo al igual que el resto de células relacionadas con el cómo las células asesinas naturales, los fagocitos y los linfocitos.  Las plaquetas son el tercer elemento celular disuelto en la sangre. Ellas segregan factores que producen una cascada de eventos químicos que conllevan a la generación de coágulos o trombos en los sitios donde los vasos sanguíneos se dañan. El plasma está formado por elementos que le otorgan a la sangre una gran variedad de funciones en los procesos vitales. Bueno, para hablar en serio, la sangre toma parte en prácticamente todas las funciones del cuerpo que no ocurren en el interior de una célula.

Las células sanguíneas interactúan con las células de los tejidos por medio del sistema de capilares manteniendo un ambiente en condiciones constantes que incluyen un pH, concentración salina, temperatura y azucares. Por lo anterior, las pruebas de sangre son métodos usuales para el diagnóstico de irregularidades en la homeostasis del cuerpo. La sangre también juego un rol vital como órgano inmune. La sangre es por lo tanto un tejido complejo y dinámico que lleva a cabo 4 principales funciones: transporte de sustancias, detención del sangrado, mantenimiento del balance interno y protección contra las infecciones. El plasma y los componentes celulares deben actuar al unísono para llevar a cabo estas funciones.

  12.1 Transporte

La sangre es el medio principal para el transporte a larga distancia entre los tejidos del cuerpo de los animales. Transporta una abundante cantidad de sustancias indispensables desde un área del cuerpo a otra donde es requerida, incluyendo anticuerpos, ácidos y bases, iones salinos, vitaminas, cofactores, hormonas, nutrientes, lípidos, pigmentos, metabolitos “desechos” y minerales. Estas sustancias pueden encontrarse disueltas de manera libre en el plasma o atadas a proteínas que les permiten disolverse. Por ejemplo, la mitad de los iones de calcio II se encuentran disueltos de manera libre, mientras que la otra mitad se encuentran vinculados a la proteína albumina y otros iones solubles.

Figura 12.1. El transporte de sustancias en la sangre se logra gracias a la parte acuosa del plasma que disuelve algunas sustancias, a las proteínas del plasma que permiten disolver las demás sustancias que no son solubles y a las células de transporte como los glóbulos rojos.

Algunas otras sustancias son transportadas en el interior de elementos celulares (eritrocitos) como los gases de importancia metabólica (el oxígeno molecular y el dióxido de carbono) atados a proteínas específicas (hemoglobinas).  Adicionalmente al transporte de sustancias, la sangre también transporta calor, siendo el responsable de la manutención de niveles constantes de calor en todo el cuerpo, así como de la termorregulación con respecto al ambiente externo por medio de los capilares que se encuentran en la piel.

  12.2 Hemostasis

La homeostasis es un estado dinámico que provee un ambiente interno óptimo para desempeñar todas las funciones vitales de una célula, un tejido o un organismo. La manutención de la homeostasis se logra por dos rutas, detención del sangrado, mantenimiento del balance interno.

Detención del sangrado: Si un vaso sanguíneo se rompe y la sangre empieza escapar, se corre el riesgo de perder las condiciones internas del cuerpo, así como una falla catastrófica de los tejidos alimentados por el vaso sanguíneo en cuestión. Por esta razón la detención del sangrado es uno de los mecanismos en los que se mantiene la homeostasis. Por lo general esta función es llevada a cabo por las plaquetas.

Mantenimiento del balance interno: El sistema sanguíneo se encuentra integrado a y controlado por los sistemas nervioso y endocrino, posee válvulas especializadas para permitir el paso de sangre a unos tejidos y a otros no, de acuerdo a las necesidades oportunas, por lo general en condiciones de necesidad, la sangre será enviada a los órganos vitales sin importar nada más. Un ejemplo de esto puede generar condiciones patológicas, por ejemplo, un alpinista expuesto a una tormenta muy fría llevara su sangre a los órganos internos para mantenerlo vivo, pero esto puede causar la muerte celular de los tejidos de sus extremidades generando gangrena. La homeostasis es un proceso delicado, pero dinámico, fluye y cambia todo el tiempo para (aunque sea paradójico) mantener las condiciones de los tejidos lo más estables posibles para que puedan realizar sus funciones. Por lo general, las células más sensibles a las alteraciones de la homeostasis son aquellas que poseen un nivel metabólico muy alto, específicamente las células neuronales y nerviosas.

  12.3 Inmune

La función inmune de la sangre es llevada a cabo por los leucocitos, los cuales afrontan la batalla contra las infecciones. Aunque la piel y las mucosas se encargan de ser barreras de primera línea, los microorganismos constantemente logra sobrepasarlas y pueden amenazar con generar una infección. Los leucocitos actúan en conjunto con proteínas generadas por ellos mismos patrullan el torrente sanguíneo para detectar agentes extraños. En la mayoría de los casos, el sistema inmune es tan eficiente en su función, que ni siquiera se generan síntomas de enfermedad.

 

13. La sangre como un tipo de tejido conectivo

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Un adulto promedio posee cerca de 5 litros de sangre total, con rangos que varían entre 5 y 6 litros para los hombres; y 4.5 y 5.5 litros en las mujeres. Alrededor del 55% corresponde a la porción líquida. El resto corresponde a la porción soluble que se agrupa entre las proteínas y las células. La sangre representa entre el 6 al 8 por ciento del peso total de un adulto saludable.

A pesar de que, a simple vista, definir a la sangre suena relativamente extraño, cuando examinamos la definición del tejido conectivo la cosa cobra más sentido.  El tejido conectivo se define como un conjunto de células rodeadas por una matriz extracelular, y en el caso de la sangre la matriz extracelular es el plasma, la parte liquida de la sangre. Los elementos celulares se los puede distinguir en tres categorías celulares generales, los glóbulos rojos que se relacionan con la respiración celular, la respiración organísmica y las respiraciones externa e interna.

También están los glóbulos blancos, los cuales son un grupo de células especializadas en la defensa del cuerpo, existen muchos tipos de glóbulos blancos, y sus efectos para la defensa varían mucho, algunos rodean a los elementos invasores y se los comen (fagocitosis) otros segregan proteínas especializadas las cuales marcan a los elementos extracelulares haciéndolos más fáciles de reconocer, comer o eliminándolos directamente. Por último, se encuentran las plaquetas que se encargan de sellar las lesiones que puedan afectar la integridad de los vasos sanguíneos.

  13.1 Sangre roja

En los esquemas de estudio del sistema circulatorio siempre se utiliza un código de colores, los cuales representan fenómenos reales macroscópicos y moleculares. En este caso dos son los colores a los que generalmente nos referiremos. La sangre que porta oxigeno es de un color rojo intenso, el rojo se debe al color que adquiere un ion de hierro presente en una proteína especializada que sirve de marco para este ion, la hemoglobina.

Figura 13.1. Los colores reales de la sangre desoxigenada "izquierda" portadora de dióxido de carbono disuelto; y de la sangre oxigenada "derecha" portadora de oxígeno molecular disuelto.

  13.2 Sangre azul

La sangre desoxigenada se representa en los esquemas como azul, aunque su visualización anatómica real es de un rojo oscuro esta diferencia se explica debido a que estas sangres rojas oscuras al pasar por las venas las pigmentan de un color azul cianótico, debido a un fenómeno visual llamado deflexión, cuando un rayo de luz atraviesa un medio diferente este cambia de dirección y por lo tanto de color. Los términos científicos/médicos relacionados con sangre total siempre comienzan con los prefijos hemo o hemato de la palabra griega haima que significa literalmente, sangre. Por ejemplo, hemólisis significaría rompimiento de la sangre, lo que generalmente se entiende más como la destrucción de los glóbulos rojos cuando estos estallas como su fueran una bomba de aire atravesadas por un alfiler. Otro ejemplo es el de hematología, que significa el estudio de la sangre y hematólogo que es el especialista que se encarga de estudiar la sangre.

Figura 13.2. El color de la sangre venosa sistémica en los esquemas no obedece a su color real, si no al color con que vemos las venas a través de la piel en individuos con pieles claras en los que se pueden ver las venas.

Para poder estudiar la sangre total en el laboratorio, se debe adicionar a la mezcla un anticoagulante para evitar la generación de trombos al activarse las plaquetas disueltas en el plasma. Cuando las plaquetas generan un trombo, la apariencia fluida de la sangre total desaparece, para convertirse en una masa gelatinosa en la cual los reactivos que se utilizan para los análisis no podrían mezclarse y mucho menos diluirse, fenómeno necesario para poder realizar las pruebas.

  13.3 La sangre venosa y la sangre arterial

La extracción de sangre es necesaria para las pruebas hematológicas. La muestra de sangre es generalmente obtenida de una vena del brazo (venipunctura). En los recién nacidos, la sangre es recolectada mediante una punción en el talón “imagen siguiente”.

Figura 13.3. Punción de talón.

La sangre de una arteria es generalmente obtenida para medir la presión de gases sanguíneos como el oxígeno, el dióxido de carbono y el ácido carbónico molecular. Para determinar los cambios de sus niveles antes de ingresar al sistema de capilares y así realizar un contraste entre la sangre venosa sistémica y la sangre arterial sistémica. Por lo general, para muchas sustancias en la sangre, sus concentraciones varían muy pocos en el lado arterial y en el lado venoso.

  13.4 La sangre venosa como reservorio de sustancias

Para muchas drogas y sustancias metabólicamente importantes como los azucares o las grasas, la concentración en el lado arterial es mayor que en el lado venoso, debido al consumo que se da en los capilares por parte de los tejidos celulares. Y del mismo modo, algunos metabolitos de desecho serán más comunes en el lado venoso, debido a que estos son segregados a la sangre en los capilares. Sin embargo, la toma de sangre de una arteria suele evitarse debido a que mucho más dolorosa que la que se obtiene en una vena.

La sangre se recolecta en tubos de ensayo especializados que generalmente tienen una capacidad de 7 ml. Las tapas de los tubos poseen una coloración estandarizada dependiendo del aditivo y de los propósitos.

Figura 13.4. Tubos de ensayo especializados para diferentes pruebas de sangre.

Por ejemplo, tubos con tapa purpura contienen EDTA para extraer el calcio, un componente crítico para que la sangre se pueda coagular. Estas muestras generalmente se utilizan para análisis de sangre total y para análisis en bancos de sangre. Tubos de ensayo con tapas azules contienen citrato de sodio, el cual también sirve para extraer el calcio y de esta forma producir plasma. En tubos verdes el anticoagulante es la heparina el cual es otra forma de obtener plasma para una variedad de pruebas químicas. Los tubos rojos no tienen anticoagulantes como aditivos, si no, lo opuesto, es decir compuestos que inducen una coagulación acelerada de la sangre, para poder obtener suero.

 

14. El plasma

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Químicamente, la parte liquida de la sangre puede entenderse como una solución química, como es muy acuosa, es un medio se solución relativamente polar. Este solvente participa en muchas reacciones químicas generalmente relacionadas con la disociación en un medio líquido polar de muchas sustancias iónicas. Por ejemplo, los ácidos tienden a desprotonarse en el plasma, generando iones hidronio y el ion inorgánico en cuestión, un ejemplo es el ácido carbónico “ahora llamado dihidrogeno(trioxidocarbonato)”, el cual en la sangre se disocia de acuerdo a su equilibrio químico para formar iones bicarbonato “ahora llamado hidrogeno(trioxidocarbonato)(1-)” carbónico “ahora llamado trioxidocarbonato(2-), un ion protio(1+) y moléculas de ácido molecular en estado de equilibrio químico.

Muchas de las sustancias en la sangre son de naturaleza orgánica que experimentan disociaciones incompletas, es decir son electrolitos débiles que se disuelven mediante un equilibrio químico, tal es el caso del dihidrogeno(trioxidocarbonato) “H2CO3” o ácido carbónico, el cual es producido cuando el dióxido de carbono producido por el metabolismo celular reacciona con el agua del plasma, a su vez y de manera instantánea el dihidrogeno(trioxidocarbonato) experimenta dos reacciones de equilibrio, generando el ion hidrogeno(trioxidocarbonato)(1-) “HCO3(1-)” y el ion trioxidocarbonato(2-) “CO3(2-)”. Todas las especies de esta reacción conviven de manera mutua en un estado de equilibrio dinámico en la sangre. La alteración en la cantidad de una especie afecta al resto, por ejemplo, un incremento de gas carbónico genera un incremento de todas las especies hasta llegar a un nuevo equilibrio y viceversa.

Otras moléculas polares que experimentan la disociación al estar en el medio acuoso del plasma son los iones de diferentes sales, por ejemplo, la sal de cocina al estar en la sangre nunca se encuentra de forma molecular, si no en forma iónica disociada, como iones cloruro(1-) y iones sodio(1+). Los constituyentes más comunes del plasma sanguíneo son las proteínas. Otros constituyentes incluyen nutrientes como azúcares, aminoácidos, lípidos solubles o contenidos en estructuras solubles como los quilomicrones, los cuales deben ser transportados hacia los tejidos.

El plasma es la parte liquida de la sangre. Está compuesta en su mayoría por agua (93%) la cual es responsable de las propiedades como solvente y el restante 7% es una combinación de solutos (6% sustancias orgánicas y el restante 1% sustancias inorgánicas). El plasma puede obtenerse al recolectar sangre total con un anticoagulante como el ácido etilenadiaminatetracetico (EDTA), citrato o heparina. Luego, una centrifugación por unos 5 minutos separara la sangre. La forma en que aparece el resultado es bastante clásico, una capa de plasma amarillo en la parte superior, una pequeña capa intersticial de células blancas y una parte inferior de células rojas.

Figura 14.1. Al centrifugar una muestra de sangre tratada de manera apropiada con un anticoagulante se obtienen tres fracciones que corresponden a varios tipos de componentes celulares. En el fondo se encuentra la fracción de los glóbulos rojos, en medio hay una capa muy fina y en ocasiones difícil de ver compuesta por los glóbulos blancos y en la parte superior quedan el plasma con sus componentes inorgánicos.

Los colores del plasma pueden variar dependiendo de la interpretación, pero en general la podemos visualizar como una sustancia turbia de un color amarillo grisáceo pálido. Cuando este aparece lechoso significa que existe una gran cantidad de lípidos disueltos, lo cual puede deberse a una enfermedad, o a que simplemente les sacaron sangre poco tiempo después de comer. Las muestras más rojas pueden deberse a hemolisis, lo que quiere decir que los glóbulos rojos explotaron liberando la hemoglobina en la solución. Cuando a la sangre se le permite coagular, usualmente en un periodo de tiempo de 15 a 30 minutos, el líquido remanente, después de centrifugarlo adquiere la denominación de suero. El suero es un líquido claro bastante similar al agua, pero con una concentración de sales muy específica.

Para muchas pruebas bioquímicas, el plasma y el suero pueden usarse de manera indistinta. Para algunas pruebas solo puede usarse el suero, debido a que los factores de coagulación interfieren con los ensayos. Para pruebas de coagulación solo el plasma puede ser usado, porque se requieren los factores de coagulación para ver cómo se están comportando. El plasma puede ser almacenado a una temperatura de – 20 °C para análisis futuros, pero este debe ser congelado entre 6 a 8 horas después de la donación para preservar los factores de coagulación.

El plasma congelado puede ser almacenado en bancos de sangre por 1 a 7 años y puede ser usado para terapias de plasma. El suero también es usado como un suplemento de sales para medios de cultivo en biología de tejidos, biología celular, bacteriología y virología. La enorme cantidad de proteínas, nutrientes, hormonas, iones salinos y factores unidos convierten al suero como un excelente medio de cultivo para el crecimiento de células in vivo.

 

Figura 14.2. Los quilomicrones son un mecanismo para el transporte de lípidos en su interior. La membrana externa está hecha por fosfolípidos los cuales son lípidos especiales capaces de diluirse en agua gracias a sus grupos fosfato (cabezas azules)

 

15. Iones del plasma

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Cerca del 55% de la sangre total está hecha de plasma, la parte liquida de la sangre. El plasma contiene electrolitos (sustancias generadas por la electrolisis, es decir el rompimiento de una molécula en un solvente polar), los cuales pueden ser iones cargados negativamente (aniones) o positivamente (cationes), sustancias que le confieren conductividad eléctrica a los líquidos como el agua o el plasma.

La sangre es electroneutra, lo que quiere decir que las cargas positivas se anulan con las negativas, básicamente la única evidencia de la presencia de los electrolitos es la tremenda conductividad de nuestros cuerpos a la electricidad. El catión sodio I es el ion positivo más abundante en la sangre, mientras que los aniones más comunes son el ion cloro I o el grupo bicarbonato. Estos tres solutos son los componentes que generan la mayoría de la presión osmótica en la sangre. Es decir, pérdidas o ganancias de sodio I por ejemplo provocaran disminución o incremento en el volumen de agua, respectivamente. Algunos electrolitos son proteínas, las cuales tienen carga negativa al pH fisiológico. Existen cerca de 1400 tipos de proteínas disueltas en el plasma que han sido identificadas.

Las proteínas son necesarias para prácticamente todo en las células y los tejidos: ellas funcionan como enzimas que aceleran las reacciones químicas, hormonas que controlan el orden de las reacciones químicas del cuerpo, anticuerpos que protegen al cuerpo de invasiones, transportadores que se unen a sustancias no solubles y les permiten solubilizarse en el plasma. Las proteínas también contribuyen al balance osmótico y al balance acido base o pH. Inclusive, debido a sus esqueletos de carbono y a que son moléculas grandes de estado reducido, pueden ser usadas como fuentes de energía durante condiciones de necesidad.

Se los clasifica en microelementos y traza según las cantidades en mg que se necesitan: los microelementos se necesitan más de 100 mg por día. Se hallan en el organismo como partículas cargadas eléctricamente (iones, electrolitos), sirven para conservar la polaridad de eléctrica de la membrana celular, para mantenerla presión osmótica y para producir las señales nerviosas. Contrarrestan tanto las sustancias ácidas como las alcalinas, preservando la neutralidad del medio interno. Actúan asimismo como coenzimas, activando o inhibiendo la acción de muchas enzimas. También son componentes de los tejidos duros, como huesos y dientes. La carencia de micro elementos se presenta en le caso de consumo insuficiente o de excesiva eliminación a través de sudor, vómitos y diarrea. De las trazas se sabe que se emplean en proteínas como grupos prostéticos, es decir en el centro funcional de la proteína, lo cual hace que se necesiten en pocas cantidades, pero sus funciones son muy impactantes como en el caso del hierro(2+) y el hierro(3+).

  15.1 Cationes:

El ion sodio(1+) se emplea en la regulación de la presión osmótica celular, es una moneda de intercambio para que otras sustancias con carga puedan pasar o permanezcan e algún lado de la membrana. También es empleado en los potenciales de acción para los impulsos nerviosos y como cofactor enzimático. El ion potasio(1+) se encuentra vinculado en los potenciales de acción a través de la bomba de sodio y potasio, la contracción muscular, la activación enzimática (cofactor enzimático), la presión osmótica intracelular, como compone el tejido óseo y en la formación de la sangre.

El ion calcio(2+) actúa como mediador intracelular cumpliendo una función de segundo mensajero; por ejemplo, el ion Ca(2+) interviene en la contracción de los músculos y es imprescindible para la coagulación de la sangre y la apoptosis. El principal almacén de calcio dentro de las células es el retículo endoplasmático. También está implicado en la regulación de algunas enzimas quinasas que realizan funciones de fosforilación, por ejemplo, la proteína quinasa C (PKC), y realiza unas funciones enzimáticas similares a las del magnesio en procesos de transferencia de fosfato (por ejemplo, la enzima fosfolipasa A2). Además, diversos estudios apuntan a que el calcio también podría ser una señal de apoptosis, a través de la excesiva recaptación del ión en la mitocondria y, por tanto, donde lugar a una generación de estrés oxidativo. Algunas de sus sales son bastante insolubles, por ejemplo, el sulfato (CaSO₄), carbonato (CaCO₃), oxalato, etc. y forma parte de distintos biominerales. Así, en el ser humano, está presente en los huesos como hidroxiapatito cálcico, Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆. El calcio interviene en la formación de las placas de algunas arterioesclerosis.

El ion magnesio(2+) es un oligoelemento, es decir, un elemento químico esencial para todas las formas de vida. Se ha comprobado que el manganeso tiene un papel tanto estructural como enzimático. Está presente en distintas enzimas, destacando la superóxido dismutasa de manganeso (Mn-SOD), que cataliza la dismutación de superóxidos, O(2-); la Mn-catalasa, que cataliza la dismutación de peróxido de hidrógeno, H₂O₂; así como en la concavanila A (de la familia de las lectinas), en donde el manganeso tiene un papel estructural. El cuerpo humano logra absorber el manganeso en el intestino delgado, acabando la mayor parte en el hígado, de donde se reparte a diferentes partes del organismo. Alrededor de 10 mg de manganeso son almacenados principalmente en el hígado y los riñones. En el cerebro humano el manganeso es unido a metaloproteínas de manganeso, siendo la más relevante la glutamina sintetasa en los astrocitos. El manganeso es también importante en fotosíntesis oxigénica en las plantas. El complejo oxigénico es parte del fotosistema II contenido en las membranas de los cloroplastos; es responsable de la fotoxidación final del agua durante la fase luminosa de la fotosíntesis y tiene una metaloenzima con cuatro átomos de manganeso. Por esta razón, la mayoría de los fertilizantes contienen manganeso.

Los iones hierro(2+) y hierro(3+), Aunque solo existe en pequeñas cantidades en los seres vivos, el hierro ha asumido un papel vital en el crecimiento y en la supervivencia de los mismos y es necesario no solo para lograr una adecuada oxigenación tisular sino también para el metabolismo de la mayor parte de las células. La proteína más importante vinculada al hierro es la hemoglobina, un pigmento que se encarga del transporte de los gases de importancia metabólica por medio de la vinculación del gas al hierro en el centro del grupo prostético que vira entre sus formas oxidada (3+) y reducida (2+) para unirse, ya sea al oxígeno o al dióxido de carbono.

  15.2 Aniones

Los iones cloruro(1-), representan las dos terceras partes de la carga negativa de todos los aniones en la sangre. Juegan un papel esencial en el mantenimiento de la estabilidad de los fluidos corporales y en el correcto pH de los jugos gástricos. Ingerir iones cloruro, principalmente en forma de cloruro de sodio es indispensable para nuestra salud, principalmente si sudamos mucho y en los casos de diarreas. El cloro se almacena en el organismo en los tejidos subcutáneos y en el esqueleto. Los jugos gástricos contienen una disolución de cloruros y en el estómago mantenemos una concentración en cloruro de hidrógeno ácido, HCl indispensable para que se realice la digestión. El sudor, la orina y la excreción en el proceso digestivo son las tres maneras que tiene nuestro organismo de eliminar iones cloruro. Puesto que el organismo mantiene un perfecto, aunque delicado equilibrio entre el cloro que entra y el que expulsa, en el caso de que se elimine más cloro del que entra, es indispensable compensar esta pérdida. La mejor manera, sin embargo de proporcionar el cloro indispensable al organismo es la sal común, aunque no debe abusarse de ella, puesto que al mismo tiempo que tomamos iones cloruro también entran iones sodio(1+), y un exceso de estos iones favorece la retención de agua en las células y puede crear problemas en el riñón. La carne, la leche y los huevos contienen también iones cloruro y son una fuente adecuada de éstos.

Los iones del fosfato en equilibrio.

El grupo fosfato es uno de los grupos funcionales más importantes para la vida. Se halla en los nucleótidos, tanto en los que forman parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), como los que intervienen en el transporte de energía química (ATP). También está presente en los fosfolípidos, moléculas que forman el esqueleto de las bicapas lipídicas de todas las membranas celulares. Tanto en los ácidos grasos como en los fosfolípidos. El grupo fosfato forma enlaces fosfodiéster.

Los iones del carbonato en equilibrio son importantes en el mantenimiento de la acidez en la sangre y demás fluidos vitales, y también de las presiones osmóticas. Se forma espontáneamente cuando del dióxido de carbono gaseoso se diluye lo bastante como para reaccionar con el agua, lo cual forma el ácido, y de allí se generan las dos disociaciones del hidrógeno para formar los dos carbonatos. Algunos seres vivos emplean los carbonatos para crear conchas carbonatadas. A demás de ser un estabilizador osmótico, el equilibrio triple de los carbonatos también funciona como solución reguladora de acidez o buffer, la cual mantiene la acidez de la sangre dentro de rangos tolerables por los tejidos que ella circundante y por sus elementos celulares.

Estos son solo algunos de los iones más comunes, pues el cuerpo emplea comúnmente trazas de otros cationes y aniones para funciones muy importantes. El hecho de que el cuerpo necesito poco de algo no quiere decir que no sea importante, al contrario, significa que esa sustancia es tan poderosa que se necesita muy poco de ella, y su carencia conlleva a severos desordenes nutricionales.

 

16. Proteínas del plasma

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A diferencia de lo que ocurre en el MEC o en citosol, en la sangre se espera que las proteínas se encuentren en suspensión. Aquí mencionaremos solo las proteínas más importantes:

  16.1 Albúmina

Una de las proteínas más importantes es la albumina, la cual es una proteína de pequeño tamaño, pero que suma el 60% del total de las proteínas disueltas en el plasma. Una de las funciones principales de la albumina es la de mantener la presión oncónica, la cual representa el 0,5% del total de la presión osmótica. La presión osmótica juega roles importantes en el intercambio de fluidos a través de los capilares, debido a que la albumina no puede atravesar las membranas de los epitelios capilares fácilmente.

Una segunda función de la albumina es la de transportar ácidos grasos (al ser grasas apolares, no se disuelven en un solvente polar, por lo que requieren de una sustancia que se una a ellas y las vuelva solubles, similar a lo que hace un jabón). La albumina también puede transportar hormonas, drogas y otras sustancias no solubles en un solvente polar como el plasma de la sangre. La albumina es producida en el hígado, y una baja de concentración en el suero puede indicar enfermedad del hígado o desnutrición.

  16.2 Globulina

Constituyen cerca del 36% del total de las proteínas disueltas en el plasma. Las globulinas a y b son producidas en el hígado y realizan una diversidad de funciones, como transportadores o sustratos de reacción.

Por ejemplo, el transportador para la tiroxina es una globulina de tipo a2; y el transportador para el plasminógeno, una forma inactiva de la proteína plasmina es una globulina tipo b. Las globulinas tipo gamma producidas por el tejido linfático son anticuerpos necesarios para la activación de la parte humoral del sistema inmune.

  16.3 Fibrinógeno

Son moléculas de alto peso molecular que son sintetizadas en el hígado, las cuales representan cerca del 4% de las proteínas disueltas en plasma. Cuando se convierten en su forma insoluble llamada fibrina, se agrupan en una masa llamada coagulo. En los tubos de ensayo, el plasma que es liberado del fibrinógeno es incapaz de coagular correctamente.

Figura 16.1. El fibrinógeno es reclutado de la fibrina en el plasma por parte de las plaquetas para formar los coágulos.

Altos niveles de fibrinógeno en la sangre son un indicador de alto riesgo para una obstrucción arterial, lo que puede generar incremento en la presión, taponamiento, infarto o derrame.

17. Lípidos y carbohidratos del plasma

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Los principales lípidos del plasma son el colesterol, los fosfolípidos y los triglicéridos. El colesterol es un componente importante de las membranas celulares y también es la base para la síntesis de ciertas hormonas. Los fosfolípidos se forman en el hígado y son usados principalmente como bloques de construcción para las membranas celulares, debido a que tienen la capacidad de formar bicapas lipídicas. Los triglicéridos son importantes para la transferencia de la energía derivada de los alimentos a las células. Debido a la naturaleza apolar y por lo tanto hidrofóbica de los lípidos, estos no se disuelven en medios acuosos como el plasma de la sangre, lo que implica la necesidad de la unión a proteínas de transporte, que conviertan a los lípidos en sustancias solubles.

Los triglicéridos y el colesterol obtenidos del intestino delgado son ensamblados en la mucosa del intestino en forma de quilomicrones, para luego ser liberados a través del sistema linfático a la circulación. Sin embargo, estos no son la mayoría de los triglicéridos o el colesterol circulante en la sangre, y para ser más sinceros “feamente”, la mayoría del colesterol y los triglicéridos circulantes en la sangre son sintetizados por el hígado a partir de otras sustancias.

Los triglicéridos y el colesterol sintetizados por el hígado son empaquetados en lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) y luego liberados en el plasma para distribuir los lípidos en los tejidos. Los VLDL pueden ser convertidos a lipoproteínas de baja densidad (LDL). El hígado y el intestino delgado también forman y segregan proteínas de alta densidad (HDL). Los quilomricrones y las proteínas de transporte de lípidos como el LDL y el HDL poseen una estructura similar entre sí, variando en el tipo de proteína que llevan insertadas en sus bicapas lipídicas y en sus funciones. El quilomicrón será el más grande, mientras que el HDL será el más denso y pequeño.

Figura 17.1. Transportadores de grasa, el LDL se encuentra relacionado con la arteriosclerosis (YouTube).

Las HDL inicialmente no tienen colesterol unidas a ellas, y su misión es recorrer el cuerpo ubicando y uniéndose al colesterol unido a los tejidos, a algunas células plantas o incluso a las arterias ateroscleróticas, luego lo transportan al hígado, donde son liberadas del cuerpo al ser segregadas por la bilis.

En el video anterior podemos apreciar el colesterol bueno (HDL) es un nombre algo impreciso al igual que con los quilomricrones, las lipoproteinas de transporte son burbujas compuestas por una bicapa de fosfolípidos y proteínas asociadas, y son estas proteínas quienes le confieren sus propiedades. El HDL o (bueno) es un recolector de colesterol, mientras que el LDL (malo) es un distribuidor.

  17.1 Carbohidratos del plasma

Los principales carbohidratos del plasma son la glucosa. Existe muy pocas trazas de otros azucares presentes en la sangre. La glucosa es la principal fuente de energía para el cuerpo, incluyendo a los glóbulos rojos. Los niveles de glucosa en la sangre son fuertemente regulados a concentraciones que varían entre 70 a 110 mg/dL.

A pesar de que la glucosa es el principal componente en terminos de carbohidratos disueltos en la sangre, asociados a esta se encuentran otros. Por ejemplo, las proteínas asociadas a los tipos de sangre, que son proteínas unidas a las membranas de los glóbulos rojos poseen varios tipos de carbohidratos complejos.

 

18. Perfiles sanguíneos y análisis de sangre

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El perfil de lípidos sanguíneos ayuda a determinar el riesgo de un paciente para presentar enfermedades de tipo cardiovascular. Un perfil de lípidos sanguíneos normal incluye valores para colesterol total, colesterol unido a LDL, colesterol unido a HDL y triglicéridos totales. El colesterol malo es una estructura similar al quilomicrón más pequeña y de baja densidad "con un volumen mayor al de su hermano el bueno" su función no es ser maligno, tan solo distribuir colesterol a las células que lo necesitan, y se designa LDL "lipoproteina de baja densidad por sus siglas en inglés". El colesterol bueno es más pequeños que el malo, se denomina HDL “lipoproteina de alta densidad por sus siglas en inglés”, en la imagen siguiente se presentan modelos de ambas lipoproteínas.

Esto de la al médico una herramienta importante a cerca del riesgo que tiene el paciente de desarrollar condiciones de riesgo cardiovasculares. Por lo general los indicadores de riesgo son altos niveles de triglicéridos y LDL y bajos niveles de HDL. Altos niveles de LDL, el riesgo de comenzar a generar taponamiento arterial (arteriosclerosis) se incrementa, ya que los LDL son los principales transportadores de lípidos a hacia los tejidos. Bajos niveles de LDL indican un incremento en la habilidad del cuerpo para remover el colesterol.

Al igual que todos los tejidos, el corazón funciona con dioxígeno y nutrientes que son proporcionados por una arteria, la arteria cardíaca, cuando esta arteria se obstruye genera un infarto localizado que genera la muerte del sistema nervioso del corazón lo que a su vez provoca el infarto general que concluye con la muerte del individuo. Muchas personas con obesidad, enfermedad cardíaca y/o diabetes también presentan altos valores de triglicéridos. Varios radios (divisiones entre valores de concentración) como el radio LDL/HDL o el radio triglicéridos/HDL son empleados como valores de predicción de riesgo de enfermedad cardiovascular.

  18.1 Paneles metabólicos de sangre y análisis de sangre

El panel metabólico básico o BMP por sus siglas en inglés, es un grupo de pruebas químicas que incluye análisis de glucosa, catión calcio II, catión sodio I, catión potasio I, dióxido de carbono diluido, anión bicarbonato, anión cloro I, nitrógeno contenido en urea sanguínea y creatinina. Los dos últimos son metabolitos de desecho celular que son extraídos por filtración de la sangre por los riñones, por lo que su incremento en el plasma sanguíneo es un buen indicador del mal funcionamiento de los riñones.

Dependiendo de los problemas clínicos, se puede hacer un panel solo de electrolitos o monitorear el cambio en e tiempo de uno solo. El panel metabólico completo incluye los análisis de panel básico además de análisis para albumina, proteínas totales, fosfato alcalino, transaminasa alanina, transaminasa de aspartato y bilirrubina, donde los últimos cuatro componentes se reaccionan con la función del hígado.

  18.2 Electroforesis de proteínas de suero

Como lo discutiremos más a fondo en la sección de biología molecular, la electroforesis es una metodología diseñada para la separación de sustancias de acuerdo a su tamaño y polaridad.  Las proteínas más grandes se mueven poco y las más pequeñas se desplazan a una mayor velocidad y distancia. La electroforesis es un método muy utilizado para análisis de sangre y sirve para separar las proteínas totales en diferentes grupos más fáciles de analizar.

Cuando las proteínas totales migran, después de un tiempo suelen agruparse en 5 zonas o picos, donde el 59% corresponde a la albumina, y las demás zonas reciben los nombres respecticos a1 con un 4%, a2 con un 7,5%, b con un 12% y g con un 17,5% Estas zonas pueden variar entre los diferentes individuos y depender de sus condiciones de salud. Por ejemplo, un incremento en la concentración de la región b1 es típica de deficiencia de hierro debido al incremento de una proteína de transporte de hierro llamada transferrina.

19. Propiedades de la sangre total y su análisis

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La sangre posee una serie de parámetros físicos y químicos que permiten establecer intervalos de normalidad y patología. Mediante estudios poblacionales es posible establecer tablas de normalidad, así como estados anormales que sirven como criterios de diagnóstico para una amplia variedad de patologías humanas. Es evidente por lo tanto que esta sección está enfocada a la sangre humana.

  19.1 Densidad de la sangre

La densidad se define como unidades de masa total dividida entre unidades de volumen. Sin embargo, existe otro concepto de densidad relacionado con el agua llamado gravedad especifica. Por ejemplo, la gravedad específica del agua pura es de 1g/ml, mientras que la de la sangre total es de 1,050g/ml. El valor exacto depende de la cantidad de células sanguíneas que se encuentran diluidas en la solución del plasma sanguíneo. En la sangre venosa, la densidad se hace mayor cuando la persona está de pie que cuando está sentada. En estos casos, la densidad puede incrementarse a niveles de 1,025g/ml.

La densidad de las células sanguíneas individuales varía de acuerdo al tipo de células, en un intervalo que varía entre 1.115g/ml para los eritrocitos a 1.070 g/ml para ciertos leucocitos. La gravedad especifica se mide clínicamente en muestras de orina o de sangre mediante difracción de luz mediante un refractómetro. Incrementos en la densidad sanguínea pueden indicar deshidratación, o un incremento en los componentes celulares de la sangre.

  19.2 Viscosidad de la sangr

A pesar de que la sangre es levemente más pesada que el agua, es muchísimo más gruesa/viscosa. La viscosidad de la sangre es una medida de la resistencia al flujo es entre 3.5 a 5.5 veces la del agua. La viscosidad del plasma es ceca de 1.5 a 1 ml veces la del agua. La viscosidad de la sangre se incrementa a medida de la cantidad de células disueltas en ella aumenta, así como cuando aumenta la cantidad de proteínas.

Una sangre más viscosa es más resistente al movimiento, lo cual implica que se requiere una mayor presión sanguínea para que esta se mueva a través de los vasos sanguíneos. Adicionalmente, una alta viscosidad sanguínea es un factor que predispone a coagulaciones no controladas. En las personas sanas, un incremento en la viscosidad sanguínea causada por una producción de células sanguíneas de tipo defensivo y a la deshidratación causada por la fiebre por enfermedades leves como la gripe es fácilmente tolerable.

Sin embargo, en pacientes con sangre de por sí muy viscosa, como aquellos con enfermedades pulmonares, in incremento adicional puede conllevar a la coagulación sanguina, al taponamiento de las arterias y por lo tanto a infartos obstructores o a derrames internos. Incluso, la resistencia al movimiento de la sangre puede llegar a ser tan alto que el musculo cardíaco o miocardio puede llegar a ser insuficiente para empujar la sangre, lo que conlleva a un infarto del miocardio.

  19.3 Respuesta inflamatoria y los eritrocitos

Los eritrocitos tienen una densidad levemente mayor que la del plasma en la que se encuentran disueltos.  Lo anterior genera cierta tensión en la solución, los eritrocitos tienden a caer y a sedimentarse.

Figura 19.1. La respuesta inflamatoria desencadena accidentes vasculares mortales muy rápido (YouTube).

La tasa de sedimentación de los eritrocitos es una herramienta de diagnóstico útil y poco costoso, ya que sus alteraciones se encuentran relacionadas con ciertos estados patológicos de índole autoinmune, infecciosos, y procesos inflamatorios. Cuando se incrementa la concentración de las proteínas disueltas en plasma, los eritrocitos tienden a sedimentarse más rápido.

  19.4 Hematocrito

El hematocrito (HCT) es una fracción del volumen total de la sangre, el cual está hecho por las células rojas.El hematocrito puede ser determinado por centrifugación de sangre tratada con anticoagulante contenida en tubos pequeños de tipo capilar, los cuales permiten separar las células sanguíneas del fluido en suspensión. El volumen de hematocrito y del plasma puede usarse para calcular el volumen total de la sangre.

(Eq  19.1)

En la fórmula anterior tenemos la definición de hematocrito, y representa un valor porcentual o en el caso de la ecuación anterior en frecuencia (un valor entre 0 y 1 que puede convertirse a porcentaje multiplicando por cien), las variables se denominan como Vs o sangre total y Vp o plasma. El hematocrito es el porcentaje del volumen de la sangre que es ocupado por glóbulos rojos, es una unidad adimensional. La determinación del hematocrito es una herramienta de diagnóstico básico para la evaluación de enfermedades de la sangre. Los valores normales de hematocrito para los hombres es aproximadamente el 48% y en mujeres del 38%.

Tabla 19.1. En la siguiente tabla presentamos los valores promedio de hematocrito. Dado que es un valor fraccionario el hematocrito puede ser representado como fracción, frecuencia o porcentual, esta última fue la elegida para construir la tabla.

Los descensos de los valores del hematocrito indican la presencia de anemia (causada por perdida d sangre, o deficiencias en la producción se eritrocitos). Valores aumentados del hematocrito pueden indicar poli-isquemia y pueden resultar del incremento en la producción de los eritrocitos y/o una disminución en la tasa de eliminación. La deshidratación, la cual disminuye el contenido de agua y por lo tanto del volumen de plasma, también genera un incremento en las lecturas del hematocrito.

  19.5 Conteo de sangre total y conteo de glóbulos rojos

El conteo de sangre total o CBC por sus siglas en inglés, es parte de los exámenes de rutina. Incluye los análisis listados en la siguiente tabla. El conteo de sangre total se realiza usualmente de manera automática, y una gran variedad de instrumentos son capaces de realizarlo. Los valores arrojados son inmediatamente marcados y comparados con los valores promedio estándar, los cuales se expresan en unidades del SI de unidades tal como se muestra en la siguiente tabla. Los datos varían dependiendo con la edad, el sexo, la condición fisiológica (embarazo, altitud) y también pueden variar levemente dependiendo a las condiciones de un laboratorio a otro. Cuando se evalúan pacientes para enfermedades hematológicas “enfermedades de la sangre”, es importante determinar la cantidad total de eritrocitos circulantes en la sangre y la concentración de hemoglobina disuelta en la sangre.

Tabla 19.2. Valores de referencia para conteo de glóbulos rojos.

Valores promedio para el conteo de glóbulos rojos por unidad de volumen, ya sea en valores de referencia estándar o en valores de referencia con unidades del sistema internacional, tanto para varones como para mujeres. Cada cuadro muestra un intervalo inferior y superior de variación en los promedios registrados. Esta información es empleada para determinar cuando un paciente se encuentra anémico. Debido a que no existe un órgano de almacenamiento de los eritrocitos, virtualmente todas las células rojas se encuentran en la sangre en cualquier momento. El hematocrito solo puede ser empleado para determinar la anemia cuando se toma en cuenta el estado del plasma y de hidratación. El conteo de sangre total, hemoglobina y el hematocrito muchos otros indicios pueden ser derivados para un diagnóstico.

  19.6 Volumen corpuscular medio

Representa el índice del volumen promedio de cada eritrocito. Se calcula de la siguiente manera.

(Eq  19.2)

Las células de tamaño normal son descritas como normocíticas, las células con un volumen menor se denominan microcíticas, y las que tienen volúmenes más grandes serán macrocíticas.

Tabla 19.3. Valores de referencia para volumen corpuscular medio.

Estos tamaños celulares se utilizan para clasificar diferentes tipos de anemia, aunque puede ser útil cuando tenemos una población de eritrocitos de volúmenes muy variables.

  19.7 Hemoglobina corpuscular media

Es el estimado promedio del contenido de hemoglobina de cada glóbulo rojo. Se obtiene de la siguiente manera.

(Eq  19.3)

Donde Ht es la hemoglobina la concentración de la hemoglobina expresada en gramos sobre litro. La hemoglobina corpuscular media usualmente sube o baja, dependiendo de si el volumen corpuscular medio sube o baja. Por esta razón, a la hemoglobina corpuscular media se la conoce como promedio corpuscular de concentración de hemoglobina, debido a que el conteo de sangre total se encuentra usualmente relacionado al hematocrito.

Tabla 19.4. Valores de referencia para la hemoglobina corpuscular media.

Excepciones a esta regla generan importantes pistas de diagnóstico. El promedio corpuscular de concentración de hemoglobina es un índice del promedio de hemoglobina en una masa determinada de glóbulos rojos circulantes. Se puede calcular del siguiente modo:

(Eq  19.4)

Bajos niveles de concentración corpuscular de concentración de hemoglobina indica deficiencias en la síntesis de hemoglobina, y las células se denominan hipocrómicas (poco coloreadas, refiriéndose a que la hemoglobina es quien da el color rojo a los eritrocitos). Altos valores para la concentración corpuscular promedio de hemoglobina son raros, debido a que normalmente la concentración de hemoglobina posee un límite de saturación en los glóbulos rojos.

Tabla 19.5. Valores de referencia para porcentaje de concentración corpuscular media.

Los valores altos solo se producen cuando los eritrocitos tienen forma esférica y no en forma de dona como es lo normal.

  19.8 Distribución de los eritrocitos y capacidad de transporte de oxígeno

La distribución de eritrocitos mide el grado de dispersión promedio de los eritrocitos y de manera indirecta el tamaño de los eritrocitos también denominada anisocitosis “literalmente diferencia en forma celular”. Este valor ayuda a clasificar anemias, especialmente las de tipo microcistico y macrocistico. La capacidad de transporte de oxígeno no hace parte de los procedimientos normales del conteo de sangre total, pero es un indicador clínico muy importante, debido a que la anomia puede conllevar a hipoxia tisular. La capacidad de transporte de oxigeno representa la máxima cantidad de oxigeno que puede ser transportada en un decilitro (100 mL) de sangre, incluyendo tanto el oxígeno unido a la hemoglobina como el oxígeno disuelto en el plasma. Cada gramo de hemoglobina se puede combinar con y transportar 1,34 mL de oxígeno gaseoso. Por cada milímetro de mercurio de presión de sangre arterial oxigenada (Pa O2) existe 0,003 mL de oxígeno disuelto en 1dL de sangre.

  19.9 Conteo de glóbulos blancos

Mide la concentración de leucocitos en la sangre, como un indicador del estado inmunológico del cuerpo. Una alta concentración de células blancas se denomina leucocitosis y ocurre cuando una infección, una alergia, una enfermedad sistémica, una inflamación, una herida tisular o cuando se produce leucemia. Un bajo conteo de células blancas es denominado leucopenia, y puede presentarse bajo ciertas enfermedades virales están presentes, cuando el paciente sufre un estado de inmunodeficiencia o con defectos en núcleo de los huesos largos “tuétano”.

Tabla 19.6. Valores de referencia para conteo de glóbulos blancos (YouTube).

En la tabla anterior podemos ver los v alores de referencia para el conteo de glóbulos blancos. Este factor es sumamente importante para el diagnóstico de ciertos picos de cáncer del sistema linfático y de enfermedades de tipo inmunodeficiencia como el SIDA. El conteo de células blancas también se usa para monitorear la recuperación de un paciente después de una enfermedad. Para propósitos diagnósticos se utiliza un indicador extra denominada conteo diferencial de células blancas (se abrevia diff en inglés) el cual diferencia los diferentes tipos de células blancas en la solución. Existen algunos factores que dificultan el análisis de los datos del conteo de células blancas. A diferencia de las células rojas, donde la totalidad de la población funcional se encuentra vertida en la sangre, en los glóbulos blancos si existe una multitud de órganos de almacenamiento como el vaso o los nódulos linfáticos.

En la tabla anterior podemos ver los v alores de referencia para el conteo de glóbulos blancos. Este factor es sumamente importante para el diagnóstico de ciertos picos de cáncer del sistema linfático y de enfermedades de tipo inmunodeficiencia como el SIDA. El conteo de células blancas también se usa para monitorear la recuperación de un paciente después de una enfermedad. Para propósitos diagnósticos se utiliza un indicador extra denominada conteo diferencial de células blancas (se abrevia diff en inglés) el cual diferencia los diferentes tipos de células blancas en la solución. Existen algunos factores que dificultan el análisis de los datos del conteo de células blancas. A diferencia de las células rojas, donde la totalidad de la población funcional se encuentra vertida en la sangre, en los glóbulos blancos si existe una multitud de órganos de almacenamiento como el vaso o los nódulos linfáticos.

También se tiene que el porcentaje de los leucocitos varía con la edad. Los recién nacidos poseen valores muy altos de neutrófilos, en la niñez los linfocitos son predominantes, mientras que en la vejez el conteo total disminuye. Por último, algunos medicamentos pueden afectar grandemente los resultados del conteo de células blancas como aquellos empleados contra el cáncer.

  19.10 Conteo de plaquetas

Niveles bajos de plaquetas puede ser el resultado de defectos en el núcleo de los huesos largos “tuétano”, o de destrucción periférica de las plaquetas. El volumen promedio de las plaquetas ayuda a determinar el tamaño de las plaquetas. Altos valores indican plaquetas jóvenes, mientras que valores bajos pueden indicar fallas en el núcleo de los huesos largos.

Tabla 19.7. Valores de referencia para conteo de plaquetas.

20. Detección de parásitos y otros desordenes clínicos

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Si existen anormalidades e una o más de las poblaciones celulares de la sangre, se requiere un análisis visual o frotis de sangre para validar los resultados automatizados. En este tipo de análisis, una gota de sangre es depositada en una lámina de portaobjetos para microscopia, luego esparcida hasta formar una capa muy delgada y finalmente se le permite secarse. Luego (y muy importante) se las entintan con un colorante especial.

Figura 20.1. Frotis de sangre (YouTube).

Procedimiento para realizar un frotis de sangre, esto se debe realizar para que la capa de sangre sea muy delgada y de este modo la luz del microscopio pase de una mejor forma, permitiendo ver de una manera más cómoda y estandarizada la cantidad y calidad de las células de la sangre.

El análisis microscópico permite la diferenciación de los leucocitos de acuerdo con su apariencia morfológica y características de tinturado. La inspección visual también permite la identificación se células inmaduras, también denominadas células de banda. Con respecto a los eritrocitos, también se puede identificar sus diferentes morfologías, las cuales pueden traer consecuencias patológicas, como en el caso de la anemia falciforme. También permite encontrar células rojas infectadas con paracitos intracelulares como la malaria.

Por último, este análisis permite corregir algunos errores metodológicos de los conteos automatizados de plaquetas ya que están tienden a agruparse o a que los glóbulos rojos microciticos pueden pasar ante el lector automático como plaquetas. Los frotis de sangre también son comúnmente coloreados con pigmentos policrómicos como Wrigth-Giemsa después de fijar las células con metanol. El naranja de eosina tintura los componentes básicos de las células como los gránulos de los eosinofilos o la hemoglobina de los eritrocitos.

El azul de metileno colorea los componentes ácidos de las células como el ADN y el ARN, Existen muchos otros colorantes para análisis de sangre más específicos. El análisis visual de un frotis de sangre se basa en el conteo y análisis de 100 células, desde la cual, el porcentaje de cada célula blanca es calculado. Estos conteos relativos muestran cual tipo de célula posee una mayor frecuencia con respecto a las demás de manera relativa.

Figura 20.2. En las microfotografías anteriores tenemos que los recuadros A y B poseen una tinsión Wrigth-Giemsa, mientras que los C y D están coloreados con azul de metileno

El hemocitometro es un método empleado para el conteo manual de células. Actualmente se emplea en raras ocasiones cuando la concentración de células a analizar en una muestra es demasiado pequeña para ser detectado por los métodos automatizados. Ejemplos de un caso así es en pacientes inmunocomprometidos, en los cuales, ciertas poblaciones de leucocitos disminuyen dramáticamente.

Figura 20.3. El hemocitómetro es una regla estandarizada de medida, básicamente es un cubreobjetos especializado con líneas para poder determinar el área de lo que se observa al microscopio (YouTube).

 

21. Sistema de grupos de sanguíneos humanos

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Los sistemas de tipo sanguíneo fueron desarrollados para disminuir los riesgos de la transfusión de sangre de humano a humano, aunque de hecho los chimpancés son los suficientemente compatibles evolutivamente para entrar en la posibilidad de transfusiones. En ambos casos el problema es la compatibilidad inmunológica establecida por receptores de membrana de los eritrocitos. Si el sistema inmune los detecta como extraños mata a los eritrocitos impidiendo su función de transporte de oxígeno, condenando al paciente a muerte por hipoxia. Para evitar eso se debe transferir sangre con el mismo tipo de receptor y en consecuencia el sistema inmune no la ataca. Existen receptores que generan una respuesta inmune fuerte y otros que generan una respuesta inmune débil.  Los receptores que generan una respuesta inmune fuerte son los que deben ser rastreados de forma preponderante, y corresponden a los dos sistemas más comunes: el HB0 y el factor Rhesus. Se los denomina como de respuesta fuerte ya que pueden matar en una sola transfusión. Existen otros tipos de receptor que solo se hacen importantes cuando el paciente debe ser sometido a constantes transfusiones de sangre, debido a su efecto débil en individuos en los que se transfiere sangre una vez, se los denomina como de respuesta inmune débil.

  21.1 El sistema HB0

Los tipos de sangre A, B, AB y O se basan en la presencia o ausencia de diferentes antígenos presentes en los glóbulos rojos. Para ser más claros, los antígenos son proteínas ancladas a la membrana de los glóbulos rojos, que sirven como banderas de identificación para el sistema inmune del cuerpo, y de esa manera identificar las células propias de células extrañas. Las personas que poseen glóbulos rojos cubiertos con proteínas de tipo A o de tipo B se dice que tienen un tipo de sangre A o tipo B respectivamente. Si la persona expresa las dos proteínas al mismo tiempo, se dice que su tipo de sangre es AB. Si la persona no expresa ninguno se dice entonces que es de tipo O (que se lee cero).

Figura 21.1. En el sistema AB0 debemos distinguir entre dos tipos de proteínas, primero está el antígeno de superficie que se encuentra insertado en la membrana del glóbulo rojo. La segunda es la inmunoglobulina anticuerpo. Para el tipo de sangre A se tiene en antígeno A y el anticuerpo B, para el tipo de sangre B se tiene en antígeno B y el anticuerpo A, para el tipo de sangre AB se tiene ambos antígenos pero ningún anticuerpo "o se autoaglutinaria su propia sangre", mientras que para el tipo de sangre 0 no se presentan antígenos de membrana, pero si ambos anticuerpos.

El conocimiento de los tipos de sangre es importante para las transfusiones de sangre, una combinación inapropiada entre sangres de diferentes grupos puede conllevar a una aglutinación de la sangre masiva y fatal, debido a que el sistema inmune reconoce a la sangre transfundida como un cuerpo extraño y potencialmente peligroso. La aglutinación de los glóbulos rojos puede conllevar a una circulación sanguínea inapropiada, cristalización de la hemoglobina liberada y eventualmente falla renal.

Una persona con tipo de sangre A puede recibir sangre de otra persona con su mismo tipo de sangre, o de una persona cuyos glóbulos rojos no posean antígenos de marca, es decir tipo 0. Una persona tipo B sigue el mismo patrón. Esto se debe a que una persona con sangre A posee anticuerpos en su sangre que reconocen y aglutinan al marcador B, por lo que se denomina inmunoglobulina M anti B. Una persona con ambos tipos de marcadores en la sangre no posee inmunoglobulinas anti y por lo tanto puede recibir sangre de cualquiera. Una persona de tipo 0 posee ambas inmunoglobulinas anti, y por lo tanto solo puede recibir sangre de una persona de tipo 0.

Debido a que las personas tipo AB pueden recibir sangre de cualquiera se los denomina receptor universal; y del modo inverso, debido a que una persona tipo 0 puede donarle a cualquiera se la denomina donante universal. Los tipos de sangre pueden ser una herramienta de identificación humana de tipo forense o de parentesco genético. Esto se debe a que el sistema AB0 es un sistema de genes mendeliano clásico con un gen y tres alelos. La frecuencia de los alelos A, B y 0 varía dependiendo del origen poblacional, algunos alelos son más frecuentes en unas poblaciones y menos frecuentes en otras. En los Estados Unidos y en América Latina los tipos de sangre más comunes son el 0, es decir, el genotipo de la mayoría de la población será 00. Es más, los grupos de sangre pueden generar agrupaciones dentro de un mismo país debido a diferencias de clase y de parentesco. Sin embargo, este tipo de segregación fenotípica está decayendo poco a poco, con el incremento de la movilidad geográfica, social y cultural. El tipo de sangre de una persona no se relaciona con el tipo de hemoglobina que posee, esto se debe a que son dos tipos de proteínas diferentes que se encuentran en lugares diferentes, la hemoglobina es una proteína soluble que se encuentra flotando en el plasma o el citoplasma, mientras que las proteínas AB se encuentran ancladas a la membrana de los eritrocitos.

  21.2 Factor Rhesus

Otro de los tipos de sangre muy utilizados es el factor Rhesus (Rh), el cual también es una proteína de membrana. El Rh es un sistema complejo el cual aborda tres genes que producen los antígenos C, D y E.  El Rh D es el más importante y puede encontrarse en el 85% de la población que se clasifican como Rh+, el restante 15% es denominado Rh- El conocimiento del factor Rh es importante en mujeres embarazadas debido a que la vida él bebe puede estar en peligro, y por lo tanto, generase un aborto espontáneo si el bebé hereda Rh+ del padre, siendo la madre Rh-.

Tabla 21.1. Tabla de donante receptor en el sistema dígeno HB0/rhesus.

Durante el primer embarazo no se corren problemas serios ya que en ese solo se forman los anticuerpos anti Rh, sin embargo, en un segundo embarazo en el que la disparidad fenotípica se dé, el sistema inmune de la madre formará una reacción inmune en contra de la sangre del bebé que ingresa a su sistema. Para prevenir eso, la madre recibe inmunoglobulinas anti Rh D alrededor del día 28 de embarazo y justo antes del parto. La inmunoglobulina se une a las células Rh+ del bebe en el sistema sanguíneo de la madre y evita que ella produzca sus propias inmunoglobulinas anti D.

¿Y cuál es el sentido de esto?, es simple, el sistema inmune posee memoria, administrando la inmunoglobulina de manera externa se evita que la madre genere una memoria y por lo tanto que monte una respuesta inmune en futuros embarazos. No existen problemas de incompatibilidad tan serios en el sistema AB0 entre madres y bebes, debido a que las inmunoglobulinas que son específicas para estas proteínas son de tipo M y/o puede cruzar la placenta. Sin embargo, en casos raros cuando la madre es tipo 0 y él bebe es cualquier otro tipo, este puede nacer con síntomas leves de anemia con niveles levemente altos de bilirrubina.

Debido a estas complicaciones, siempre se recomienda a las mujeres embarazadas determinar su tipo de sangre durante su primera visita prenatal. Existen más de 600 tipos de antígenos de sangre que han sido descritos desde el descubrimiento de los AB0 y Rh, pero son considerados antígenos menores. Sin embargo, pueden ser incluidos en los análisis de pacientes que requieren transfusiones de sangre muy frecuentes.

  21.3 Sistema secretor

En el año 1926 se observa por primera vez que los antígenos A, B, O (H), no solamente se encontraban en eritrocitos, sino que también se venía observando especificidades antigénicas ABH en los líquidos y secreciones corporales: lágrimas, saliva, semen, sudor, líquido amniótico. Donde mayor cantidad de antígenos se manifestaba era en la saliva. Más tarde se vio la existencia de esas sustancias antigénicas con especificidad grupal en líquidos y secreciones estaba regulado por un locus autosómico dialélico: Secretor (Se/se). Aparecían tres genotipos posibles! Se/Se, Se/se y se/se.

Se es dominante con expresividad completa sobre s. Los dos primeros genotipos (Se/Se y Se/se) son los responsables del fenotipo secretor de antígenos ABH. Mientras que el tercer genotipo correspondería a las personas no secretoras ABH. Este fue el segundo avance en el descubrimiento de este locus. El interés empezó a incrementar cuando la genética bioquímica interrelacionó el locus secretor, el Hh y el ABO. Se llegó a demostrar que el locus secretor regula la actividad del locus Hh cuando se intenta explicar la presencia o ausencia de antígenos ABH fuera de los glóbulos rojos. El locus secretor regula la función del locus Hh, mientras que este a su vez regula la actividad del ABO, la expresión de toda esta relación puede escribirse La ausencia de Se inhibe la actividad del alelo H sobre la sustancia precursora, y por tanto no se puede desarrollar la actividad del sistema ABO. Hoy en día a este locus se le está confiriendo importancia debido a la relación de la no presencia de Se con enfermedades crónicas. También existe una relación entre poseer el alelo Se y un mayor riesgo de tener un aborto (Daniels, 2008; Friedman, West, & Bizargity, 2016; Race, Sanger, & Fisher, 1962).

  21.4 Sistema Lewis

Es conocido corrientemente como otro de los sistemas eritrocitarios inmunológicamente débiles. Tiene una doble importancia por: El locus Lewis interrelaciona su genética bioquímicamente con el locus ABO, por tanto, es imprescindible tener en cuenta este sistema cuando se estudia el ABO y los sistemas asociados. Este sistema Lewis es inicialmente plasmático, y una vez que se forman bioquímicamente son adsorbidos por la membrana del eritrocito. Los antígenos Lewis, por tanto, se generan en el plasma, que es un líquido corporal. Existen dos antígenos diferentes para este sistema: Lea y Leb. El primero es un antígeno simple, mientras que es segundo es compuesto, y además el antígeno Lea, sólo se produce por la actividad de uno de los alelos que se segregan del locus Lewis.

Podemos señalar que el locus Lewis está controlado por dos alelos: Le/le, y por tanto aparecen 3 genotipos posibles ! Le/Le, Le/le y le/le. Le es dominante sobre le, y además también se ha constatado que el Le es un gen activo, mientras que le es un gen amorfo del que no se le conoce producto alguno. Los dos primeros genotipos son los que generan el antígeno Lewis simple, y por tanto, esas personas son siempre portadoras del antígeno con especificidad Lewis, que genotípicamente se denota Lea+. El tipo le/le, es el que corresponde al genotipo Lea-, nunca Leb+ La inferencia inmediata es que los alelos ABO necesitan de manera obligatoria, para provocar la síntesis de antígenos ABO es el sustrato conocido como Ag H, mientras que le alelo Lewis no requiere el alelo H, pero si la sustancia sustrato inicial de la que parten todas la rutas bioquímicas (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.5 Sistema MNS

Históricamente fue el segundo que se descubrió después del ABO. Unos años después se detectan otros dos anticuerpos de origen humano, denominados haloanticuerpos (pertenecientes a la misma especie), fueron el Anti S y el Anti s, estos dos alelos tenían la propiedad de ser antitéticos, pero su mayor propiedad es la de que el locus Ss aparece estrechamente ligado al MN, esto se detectó a través de análisis de segregación familiar. Aparecen en el cromosoma número cuatro del genoma humano. Se puede señalar que estamos ante un sistema sanguíneo con dos loci estrechamente ligados, esto hace que la recombinación sea posible, pero altamente improbable. Los genes del sistema MNSs se transmiten en bloque en la meiosis para dar lugar a asociaciones o haplotipos (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.6 Sistema Duffy

Es el primer grupo sanguíneo que se localiza en el genoma humano, más exactamente en el cromosoma uno, cerca del centrómero y por tanto es sinténico con el locus Rh. Otra razón de su importancia es porque se conoce con bastante detalle a nivel de genética molecular. Los antígenos más frecuentes son Fya y Fyb, que se distinguen únicamente en un aminoácido de la secuencia proteica. Hoy también se conoce que existe un cuarto alelo, el Fyx, y también se sabe que este es una variante del Fyb. La tercera razón de su importancia es que se sabe que los individuos Duffy activos y frecuentes (Fya y Fyb) son receptores de los agentes parasitarios que inducen la malaria (Plasmodium vivax). Cuando la sangre humana del fenotipo Duffy nulo se enfrentan a la sangre del parásito P. knowlesi, este encuentra resistencia a infectar la sangre (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.7 Sistema Xg

Fue el último grupo sanguíneo que se descubre dentro del genoma humano. En 1962 se descubre el sistema Xg, y se detecta un nuevo anticuerpo en el suero de una mujer que había tenido un hijo con incompatibilidad feto-materna. Se le denominó Anti Xga (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.8 Sistema Chido/Rodgers (Ch/Rg)

El primer ejemplo de anti-chido, fue estudiado en 1962. Posteriormente se identificaron seis ejemplos más en 1964-1965. inicialmente fue considerado como célula blanca o anticuerpo del HLA (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.9 Sistema Cartwrigth (Yt)

Fue descubierto en 1956 por Eaton. Este antígeno se probó que era un carácter hereditario dominante e independiente de otros sistemas conocidos en ese momento (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.10 Sistema Cromer

Fue descubierto en 1965 en el suero de un americano africano prenatal. Se comprobó tras diversos análisis que el anticuerpo no era del sistema Rh y fue nombrado como Cromer (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.11 Sistema Colton (Co)

En 1967 Heisto informo de tres ejemplos de un anticuerpo semejante, contra un antígeno de elevada frecuencia que nombraron como Co. Posteriormente en 1970 se identificó el Anti- Cob y el grupo sanguíneos quedó establecido (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.12 Sistema Kidd

El primer caso hallado fue en 1951 en el cual, el citado anticuerpo porvocó una enfermedad hemolítica en el recién nacido. Se le dio el nombre de Jk, posteriormente apareció el Jkb (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.13 Sistema JMH

Normalmente son anticuerpos hallados en personas de avanzada edad. Casi siempre es una supresión adquirida del antígeno y hasta la fecha solo se ha sabido la existencia de una familia con JMH- heredado (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.14 Sistema Diego

Los primeros casos de Dia se recogieron en 1956 mientras que el Anti-Dib en 1967. En 1990 el sistema Diego (Diª y Dib) y los antígenos Wright (Wra y Wrb) quedaron consolidados (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.15 Sistema Knops (Kn)

Fue hallado por primera vez en el suero de un paciente con 0- tras una transfusión con dicho antígeno. Su sangre era incompatible con todos los tipos de 0. El anticuerpo fue llamado Anti-Kn

  21.16 Sistema Ok

El primer caso fue estudiado en una mujer con una previa transfusión sanguínea. El genotipo Okª- está limitado a la zona del Japón (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.17 Sistema Raph

Consiste en un único antígeno. El anticuerpo Raph es hallado en el 92% de la población inglesa y es un producto de un gen situad en el brazo corto del cromosoma 11 (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

  21.18 Sistema Knops (Kn)

Fue hallado por primera vez en el suero de un paciente con 0- tras una transfusión con dicho antígeno. Su sangre era incompatible con todos los tipos de 0. El anticuerpo fue llamado Anti-Knª (Daniels, 2008; Friedman et al., 2016; Race et al., 1962).

22. Los glóbulos rojos o eritrocitos

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También denominadas células rojas o eritrocitos, son el tipo de células más comunes en el torrente sanguíneo y son el principal mecanismo para la distribución de oxígeno a los tejidos, desde el sistema de capilares respiratorios (anclados a las branquias, los alveolos, la piel o cualquier órgano encargado de la respiración externa) hasta los tejidos internos del cuerpo. Los eritrocitos actúan básicamente como bolsas para contener una proteína soluble denominada hemoglobina, esta proteína es básicamente un marco que optimiza la función natural del hierro de oxidarse o reducirse dependiendo de las concentraciones de oxígeno y dióxido de carbono presentes en un medio, es decir, tratamos con una biomolécula cuyo centro activo se basa en una función netamente inorgánica.

Cuando el hierro pasa del estado ferroso al estado férrico adquiere una coloración marrón-rojiza, lo que, al ser optimizado por la proteína alrededor de él, genera una coloración roja más intensa, en otras palabras, es el hierro presente en el centro activo de la hemoglobina quien es responsable del color rojo de la sangre. Los eritrocitos morfológicamente se distinguen de otras células al poseer una forma de disco aplanado bicóncavo, al microscopio se asemejan a una dona o a un roscón.  Los eritrocitos de los mamíferos carecen de núcleos, lo cual es una característica más bien única, ya que los eritrocitos de los demás vertebrados si poseen núcleo.

En los seres humanos, la vida media de un eritrocito funcional dura alrededor de 100 a 120 días y son reciclados por una combinación del sistema de capilares y los leucocitos macrófagos.

Figura 22.1. Forma de un glóbulo rojo, "arriba" tenemos una vista lateral que revela la forma aplanada en forma de moneda con una región centran deprimida en forma de dona. "Abajo" tenemos la vista al microscópio con un borde mucho más marcado y un centro claro (YouTube)(YouTube).

  22.1 Contenido interno de un glóbulo rojo

Como lo dijimos en la introducción, los eritrocitos son células aplanadas bicóncavas, similar a una dona, su diámetro es de 7 µm con un grosor máximo de 2,5 µm. ¿Por qué no son esféricos?, recordemos que la esfera es la forma que posee un mayor volumen posible, por lo que los eritrocitos esféricos podrían teóricamente cargar una mayor cantidad de hemoglobina y por lo tanto más oxígeno, ¿cierto? La respuesta a este asunto radica en la velocidad, al incrementar el volumen, el área disminuye y por consiguiente la velocidad de intercambio de gases, un eritrocito esférico se tardaría más tiempo en intercambiar gases metabólicos y en suma, haría de la respiración un proceso más lento e incómodo. Al aplanar los eritrocitos, la superficie o área de estos aumenta, incrementando la velocidad de intercambio de gases, cada eritrocito carga menos oxígeno, pero intercambia gases a una mayor velocidad.

Los eritrocitos también juegan un papel importante en mantener el equilibrio de acidez del cuerpo. Cuando el dióxido de carbono se mezcla con el agua del plasma reacciona de manera típica produciendo ácido carbónico molecular, el cual subsecuentemente reacciona con más agua para disociarse, generando un equilibrio químico entre la forma molecular, el ion acetato y el ion hidronio. Cuando se libera ion hidronio a una solución esta aumenta su pH (potencian de iones hidronio) y por lo tanto se hace más acida. La acidez es un factor de vital cuidado para los sistemas bilógicos, ya que las proteínas se ven afectadas en sus funciones si la acidez de su medio cambia. La hemoglobina funciona como una solución buffer cuando está disuelta en el plasma, manteniendo una concentración constante de iones hidrogeniones.

  22.2 Variación morfológica de los eritrocitos

La alteración en la forma de los eritrocitos, ya sea en composición o en la membrana puede conllevar a alteraciones en su forma microscópica, los cuales proveen información importante para el diagnóstico de patologías. La membrana de los eritrocitos está unida a un esqueleto fibroso de proteínas intracelulares. La organización estructural le otorga a la célula estabilidad así como flexibilidad. Los eritrocitos normales poseen una forma de disco aplanado con el centro hundido de forma tal que al microscopio parecen anillos gruesos, roscones o donas rosadas.

Figura 22.2. Glóbulos rojos.

La alteración morfológica de los eritrocitos puede diferenciarse en las siguientes categorías: Cambios de tamaño y forma; Cambios de pigmentación; Inmadurez; Inclusiones y cuerpos extraños.

  22.3 Cambios de tamaño y forma de los eritrocitos

La variación notable en el tamaño o la forma de las células se denomina anisocitosis (forma diferente). Los eritrocitos más grandes de lo normal son designados con el termino macrocitos; mientras que los más pequeños microcitos.

Figura 22.3. En las anisocitocis los eritrocitos presentan tamaños diversos.

Figura 22.4. La poiquilocitosis se caracteriza por una irregularidad en las formas, los equinocitos o células de Burr, son eritrocitos con forma espinosa generados por la alteración del plasma alrededor de los eritrocitos debido a la pérdida de agua.

Figura 22.5. Existe otra manera en que los eritrocitos pueden experimentar cambios de forma, cuando pasan a través de vasos sanguíneos capilares anormales (muy delgados) los eritrocitos alteran su forma al pasar de manera permanente, quedando deformes, a estos se los denomina esquistocitos.

   22.4 Cambios de color de los eritrocitos

El contenido anormal de hemoglobina en los eritrocitos puede conllevar a una coloración anormal cuando se fijan con tinciones durante los frotis al microscopio .

Figura 22.6. Eritrocitos normocrómicos "color normal" a la izquierda y eritrocitos hipocrómicos "bajos de color" a la derecha.

Los eritrocitos normales aparecen como roscones rojos-anaranjados-morados-rosados dependiendo del colorante utilizado, la zona central pareciera inexistente debido a la forma bicóncava, a esta coloración se la denomina normocrómica.  Los eritrocitos hipocrómicos se manifiestan casi decoloreados, solo con un anillo muy tenue de coloración en la periferia. Los dianocitos son otra alteración en forma y color, ocurre cuando el centro del eritrocito que normalmente debe aparecer decoloreado aparece con un circulo como si fuera una diana de tiro al blanco.

Figura 22.7. Dianocitos.

Otra variación patológica en la coloración de una célula roja es en realidad una alteración en su forma. Los eritrocitos con forma esférica se presentan totalmente coloreados al microscopio por lo cual se los denomina esferocitos.

Figura 22.8. Esferocitos.

Como dijimos antes, los eritrocitos normales parecen roscones/donas/anillos al microscopio, con la zona central aparentemente vacía, sin embargo, en algunas ocasiones los eritrocitos aparecen “aparentemente llenos” esto se debe a que presentan una forma esférica y por lo tanto se los denomina esferocitos.

  22.5 Inmadurez de los eritrocitos

Los eritrocitos normales y maduros en los mamíferos como los seres humanos carecen de núcleos, y por lo tanto la presencia de glóbulos rojos con núcleos en la sangre circulante posee un significado diagnóstico.

Figura 22.9. Normoblasto.

Un tipo específico de glóbulo rojo nucleado se puede encontrar en ciertos tipos de anemias llamado normoblasto “Figura 22.9. Normoblasto.”, se presenta cuando hay una gran pérdida de sangre y la persona empieza a producir tanto que no da abasto, la aparición de los normoblastos es una mala señal que antecede a la muerte en varias horas. Otro tipo de eritrocito nucleado es el megaloblasto “Figura 22.10” puede detectarse en la sangre circulante cuando hay presencia de anemia por deficiencia de ácido fólico.

Figura 22.10. Megaloblasto, es una célula con un enorme núcleo púrpura.

Los retioculocitos “Figura 22.11” son células inmaduras que han perdido sus núcleos, pero que aún conservan algo del material nuclear el cual puede ser visible mediante una coloración especial. El porcentaje de reticulocitos es un indicador del nivel de eritropoyesis (formación de eritrocitos) en el tuétano. Por ejemplo, si el paciente esta anémico y el tuétano esta funcionando adecuadamente el nivel de reticulocitos (globulos rojos muy jóvenes) debe ser alto.

Figura 22.11. Reticulocitos.

  22.6 Otros cambios morfológicos de los eritrocitos

Existe una gran abundancia de otras anormalidades en los eritrocitos que pueden ser resultado de hemoglobinopatías (drepanocitos, falciformes como en la imagen siguiente) enfermedades hepáticas (estomatocitos), hematopoyesis fuera del tuétano (dacriocitos).

Figura 22.12. Eritrocitos falciformes.

Las células también pueden presentar “artefactos” que son inclusiones de proteínas resultados de la anormalidad en la hemoglobina, envenenamiento por plomo o por una eritropoyesis anormal. Los glóbulos rojos también pueden presentar inclusiones anormales debido al ingreso de cuerpos extraños, como la infección por parásitos intracelulares, tales como la malaria o la babesia.

Figura 22.13.  Alteraciones morfológicas de un eritrocito infectado por el parásito causante de la malaria.

 

23. Los glóbulos blancos o leucocitos

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Los glóbulos blancos o leucocitos son enviados a través de la sangre a los sitios de la infección, donde defienden el cuerpo contra microorganismos invasores y agentes extraños en conjunción con los anticuerpos y agentes proteínicos de la sangre. A pesar de su nombre genera, los glóbulos blancos comprenden 5 líneas celulares independientes denominados: neutrófilos, eosinófilos, basófilos, linfocitos y monocitos. Estas 5 líneas se derivan de tres líneas de desarrollo, la línea mieloide la línea linfoide y la línea monocítica.

Figura 23.1. El color de los leucocitos es de hecho blanco, pues es el color con el que pigmentan a la linfa o en el centrifugado de sangre total, al microscopio los vemos morados debido a que usamos pigmentos para poderlos ver, y valla que es difícil.

Las células maduras de la línea mieloide (neutrófilos, eosinófilos y basófilos) son denominados granulocitos basados en su apariencia después de ser coloreados con colorantes policrómicos como el Wright. Los núcleos de los granulocitos más maduros poseen núcleos que se han dividido parcialmente en dos o más hasta cinco lóbulos interconectados por líneas de cromatina. Esta disposición del núcleo les otorga una apariencia multinucleada, por lo que también son conocidos por leucocitos polimorfonucleados.

Los linfocitos y los monocitos se conocen como leucocitos agranulados, y sus núcleos generalmente mantienen una morfología normal, por lo que también de los denomina leucocitos mononucleados. Encontrar a los cinco guardianes del cuerpo de forma simultánea es un evento raro, tan raro que solo se conoce una microfotografía de tal evento. Esto se debe a que algunosleucocitos como los monocitos son muy poco comunes y es raro encontrarlos solos, menos aun con los demás leucocitos.

  23.1 Leucocitos neutrófilos

Los leucocitos neutrófilos son el tipo de leucocito con mayor prevalencia en la sangre periférica la mayoría del tiempo (40-75% de todos los leucocitos). Los neutrófilos fagocitos “en la imagen siguiente se lo muestra fagocitando a una bacteria de antrax” con apariencia de amebas y representan la primera línea de defensa celular del organismo, en una respuesta inflamatoria son los primeros en llegar al sitio de la alarma. Los neutrófilos son una piedra angular del sistema inmune, ya que ellos son los de dan la alarma a las siguientes líneas celulares de leucocitos, defectos en el funcionamiento de estas células conlleva con rapidez a una infección masiva y de manera casi inevitable a la muerte.

La misión primaria de los neutrófilos es encontrar bacterias u hongos y neutralizarlos mediante un proceso de fagocitosis (una célula engloba a otra y luego la mata). El proceso puede dividirse en cuatro pasos:

En el primer paso la célula intrusa es marcada por anticuerpos circulantes en sangre que se unen a ella. Esto la marca como un agente extraño. En otras ocasiones la bacteria simplemente libera factores quimiotácticos que atraen a los neutrófilos. Los neutrófilos reconocen a la célula intrusa como tal gracias a las marcas de los anticuerpos. Sin embargo, el sistema inmune es altamente redundante, la célula intrusa también puede interactuar con proteínas de membrana de los linfocitos o de las plaquetas, lo cual puede activar señales de alarma que atraen a los neutrófilos.

En el segundo paso, los neutrófilos activan sus característica más amebiana, fagocitando a la célula intrusa por medio de una deformación de su membrana celular, la cual rodea al intruso hasta embolsarlo en un organelo en el interior. La fagocitosis es facilitada cuando la célula intrusa está cubierta con proteínas defensivas denominadas opsoninas.

En el tercer paso tenemos una bolsa interna en el neutrófilo que contiene la célula extraña, a esta bolsa la denominaremos fagosoma. Activación de la fagocitosis, generalmente se da por la adhesión de proteínas Ig (anticuerpos también llamadas inmunoglobulinas) al cuerpo extraño, cuando el neutrófilo entra en contacto con las Ig se activa la respuesta de fagocitosis.

Figura 23.2. Neutrófilo tal como se ve al microscopio de una muestra de frotis de sangre periférica.

En el paso cuatro, las proteínas de la membrana del fagosoma son activadas, y además otras vesículas del neutrófilo producidas en los gránulos se unen al fagosoma, descargando enzimas proteolíticas y también la generación de iones superoxido. La mezcla final se denomina Descarga oxidativa o Descarga respiratoria. Esta Descarga mata la célula intrusa.

Fagocitosis de una bacteria por parte de un leucocito neutrófilo. El video se encuentra acelerado para poder notar el movimiento.

  23.2 Leucocitos eosinófilos

Los leucocitos basófilos son células del sistema inmune especializadas en la defensa contra parásitos de tipo eucariótico. Su conteo en sangre es muy bajo y encontrarlos en un frotis normalmente es más un asunto de suerte que otra cosa.  Junto con los basófilos representan entre el 1% y el 6% del total de leucocitos en condiciones normales. Aunque los eosinófilos son raros, cuando se los encuentra son fáciles de identificar debido a su apariencia característica. Como su nombre implica, los eosinófilos capturan con fortaleza la colorante eosina tornándose anaranjados/rojos.

Figura 23.3. En la microfotografía siguiente tenemos un frotis de sangre con dos leucocitos (E) eosinófilo y (N) neutrófilo.

Como los neutrófilos, los eosinófilos migran a los sitios de inflamación, y al llegar su arma principal es la descarga metabólica (mezcla de enzimas proteolíticas con radicales libres superóxido). Los eosinófilos participan en la defensa contra infecciones de parásitos eucarióticos multicelulares como las de gusanos planos, aunque también se los relaciona con el cierre de heridas y con las respuestas alérgicas, contribuyendo a inflamaciones crónicas.

  23.3 Leucocitos basófilos

Una de las funciones principales de los basófilos es la de incrementar la señal de alarma, favoreciendo las señales para la migración de los neutrófilos y los eosinófilos. Como los anteriores, los basófilos son leucocitos granulares polimorfonucleados, aunque su conteo en sangre normal es muy bajo, su porcentaje es entre el 0% y el 2%. Los gránulos de los basófilos poseen proteínas anticoagulantes y vasodilatadores como la heparina y la histamina, esto le permite a la sangre fluir con mayor libertad al sitio de la inflamación “lo cual favorece la hinchazón, incrementa la temperatura en la zona y la pone muy roja”. Esta hinchazón o mejor dicho, este incremento en el flujo de sangre en los vasos sanguíneos le permiten a los leucocitos neutrófilos y eosinófilos llegar con mayor velocidad y probabilidad a la zona de la inflamación.

Los leucocitos basófilos se caracterizan por una densa concentración de gránulos, los cuales producen las proteínas se alarma (inflamatorias, anticoagulantes y basodilatadoras). Adicionalmente, también segregan otras proteínas de alarma como las prostaglandinas y las leucotrienas. Los basófilos segregan casi las mismas proteínas inflamatorias que los mastocitos, y son activados por el reconocimiento de la inmunoglobulina E, de señales de heridas externas o por algunas drogas. El polen y otras sustancias pueden activarlos también, generando una señal de alarma innecesaria inflamando las zonas en contacto, lo cual genera una reacción alérgica.

Figura 23.4. Basófilo.

  23.4 Los leucocitos linfocitos

Cerca del 16% al 45% de los leucocitos son linfocitos. Los linfocitos se subdividen en dos grupos principales, los linfocitos B generadores de anticuerpo y diversas clases de linfocitos T, de entre los cuales los más famosos son los citotóxicos. Morfológicamente un linfocito B es indistinguible de un linfocito T en un frotis de sangre.

Figura 23.5. Varios glóbulos blancos.

La identificación por lo tanto debe realizarse por métodos de inmunofluoresencia, donde se utilizan anticuerpos marcados para las proteínas específicas de cada linfocito. Al microscopio, los linfocitos aparecen con un núcleo muy denso y purpura que es bastante grande en comparación con el resto de la célula que parece un mero borde muy delgado. Existe otra línea de linfocitos generalmente no relacionados como tales, denominados células asesinas naturales, las cuales poseen un citoplasma más amplio, y prácticamente se asemejan a los monocitos. La mayoría de los linfocitos circulantes son del tipo T (linfocitos timo-dependientes), y se los clasifica como linfocitos T efectores, linfocitos T citotóxicos y células asesinas naturales.

Entre el 20% y el 30% de los linfocitos circulantes son del tipo B, las cuales se encargan de la síntesis de anticuerpos. Los linfocitos B son dependientes del tuétano, el núcleo de los huesos (en inglés hueso es Bone, por lo que al denominarlos linfocitos dependientes del hueso sería Bone lymphocytes, de allí la gran B de los linfocitos B)

Cuando los receptores de membrana de un linfocito B detectan su activador (antígeno) especifico inducen dos respuestas, la primera es una reproducción clonal del linfocito, y la segunda, hacen que este empiece a segregar anticuerpos que se unen de la misma manera al mismo antígeno exacto, lo cual dispara otras respuestas y líneas celulares en el sistema inmune. Existe otra línea celular de linfocitos llamada células nulas (null cell) cuyas funciones no han sido elucidadas de manera precisa, aunque se ha hipotetizado que están relacionadas junto con los linfocitos T citotóxicos en la respuesta contra virus y tumores cancerígenos.

  23.5 Los leucocitos monocitos

Al igual de los linfocitos, los monocitos son leucocitos carecen de gránulos con un núcleo simple “a veces”. Los monocitos representan entre el 4% y el 10% del total de leucocitos. Los monocitos son células fagocíticas que se distinguen de los linfocitos debido a su color más grisáceo de citoplasma cuando se los colorea con Wright. En ocasiones, el núcleo de los monocitos puede asemejarse a una herradura o a un frijol o ser ovoide.

Figura 23.6. El núcleo del monocito parece un frijol.

Al activarse los monocitos migran al tejido infectado, una vez en el lugar se transforman de los macrófagos, las cuales son células grandes de apariencia amebiana. Los macrófagos contienen gránulos, las cuales son vesículas cargadas de enzimas proteolíticas que se utiliza para matar y digerir a las bacterias y demás células extrañas.

Los monocitos al activarse generan varias líneas celulares, en general hablamos de dos tipos generales que varían mucho en muchos subtipos independientes. Uno de los grandes grupos de monocitos maduros son los macrófagos encargados de devorar células extrañas y de activar al a los linfocitos T. El otro grupo es el de las células dendríticas, las cuales son fagocitos, aunque estas últimas permanecen en el nódulo linfático.

24. Las plaquetas o trombocitos

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El daño vascular conlleva rápidamente al flujo de sangre, lo que, si no se repara con rapidez conllevaría a una pérdida de sangre peligrosamente masiva, lo que conllevaría a la falla de los órganos debido a la muerte celular. El procedimiento que sigue el organismo una vez se da un daño vascular consiste en una vasoconstricción de los capilares y demás vasos sanguíneos involucrados, lo cual disminuye el flujo de sangre. Posteriormente, se forma un trombo de plaquetas temporal (también denominado hemostasis primaria), para luego darse la formación de un coagulo de fibrina mucho más estable (también denominada hemostasis secundaria). Finalmente, una vez que el epitelio dañado se ha reparado se debe dar una retracción del coagulo hasta su disolución definitiva.

  24.1 Daño endotelial

Inmediatamente después de una herida, el flujo de sangre a través del vaso sanguíneo disminuye debido a una serie de factores. Entre los factores físicos incluimos una dilatación del tejido adyacente que ejerce presión para cerrar el vaso sanguíneo, además que este por sí mismo genera una vasoconstricción que cierra lo más posible el volumen por donde puede circular y perderse la sangre. El nivel de compresión varía entre los diferentes tejidos, por ejemplo, el sangrado detrás del ojo no es detenido rápidamente debido a que la piel en esta área es fácilmente distensible (no ejerce presión con fortaleza). El ojo negro (una hemorragia interna debajo de la piel) es una consecuencia de no poder cerrar los capilares con eficiencia. Sin embargo, en muchas ocasiones el tejido adyacente a una herida, como el musculo, se tensa con fortaleza cerrando el corte para minimizar la pérdida de sangre, esta es una de las respuestas fisiológicas del útero después de que una mujer da a luz. En muchos casos, las células dañadas en el lugar de la herida liberan poderosas sustancias de vasoconstricción como la serotonina, el trombonxan A2, la epinefrina y el fibrinopeptido B.

Figura 24.1. Las plaquetas (trombocitos) en frotis de sangre periférica se observan de un tamaño muy reducido.

  24.2 Activación de las plaquetas

El objetivo primordial de la hemostasis es la producción rápida de una barrera que cubra la abertura en el vaso sanguíneo. Esta barrera no es única como se piensa comúnmente, es más una sucesión de componentes. La primera barrera es una barrera celular generada por plaquetas (trombocitos) las cuales se unen unas con otras por cadenas de fibrinógeno.

Figura 24.2. El megacariocito.

Esta primera barrera, aunque útil, es relativamente frágil, lo que conlleva a una regla médica, nunca quitar de manera brusca la sangre de una herida, so pena de volverla a abrir y generar nuevamente una hemorragia, en su lugar se la debe limpiar con mucho cuidado para que esta barrera primaria no se rompa. Las plaquetas son fragmentos celulares irregulares con forma de disco generadas a través de la división de una célula precursora denominada megacariocito. Poseen un cuarto del tamaño de un glóbulo rojo (1.5-3 um). A medida que el megacariocito madura, atraviesa por un proceso de fragmentación que resulta en la liberación de cerca de 1 000 plaquetas.

Existe una gran cantidad de factores que estimulan a los megatcariocitos a liberar plaquetas en las sinuosidades del tuétano. Entre otras incluimos a la hormona trombopoyetina la cual es generada principalmente en el hígado y los riñones y es liberada en respuesta a bajos niveles de plaquetas circulantes. Las plaquetas no poseen un núcleo definido, pero poseen proteínas importantes, las cuales son almacenadas en gránulos intracelulares, los cuales son segregados en el momento en que la plaqueta es activada durante la primera parte de la coagulación.

  24.3 Conteo de plaquetas y tiempo de sangrado

La baja cantidad de plaquetas en la sangre se denomina trombocitopenia, y puede ser causada por una baja producción de plaquetas (pacientes que tienen enfermedad del núcleo de los huesos largos), secuestro de plaquetas en un vaso agrandado (esplenomegalia) o a una destrucción acelerada (formación de coágulos primarios con inmunoglobulina G “modelo siguiente” y remoción por fagocitos).

La trombocitopenia inmune es un desorden autoinmune común en el cual los anticuerpos erróneamente reconocen las proteínas de membrana de las plaquetas como agentes extraños, lo cual activa al sistema inmune destruyéndolas. Adicionalmente a las plaquetas del suero, se deben realizar conteos mediante punción del núcleo de los huesos largos que luego es analizada como una biopsia.

También se ha estandarizado un examen que mide el tiempo de sangrado. El tiempo que le toma a una herida formar la barrera primera de plaquetas es medido mediante una incisión de un mm en la piel del brazo a la cual se somete a un corte de presión de 40 mm Hg. Bajo este método, el sangrado debe detenerse entre 1 y 9 minutos.

  24.4 Conversión de fibrinógeno

En el siguiente paso, la barrera relativamente débil y soluble de plaquetas y fibrinógeno madura hasta formar una barrera mucho más estable de un polímero de fibrina completamente insoluble. La proteína clave en este caso se denomina trombina. La trombina corta cuatro péptidos de la molécula de fibrinógeno, una vez cortado, la parte expuesta puede ensamblarse con otras del mismo tipo, generando una reacción de polimerización espontánea hasta formar una larga cadena llamada fibrina.

(YouTube) Formación de trombina (minuto 0:19)  corte del fribrinógeno para formar el monómero de fibrina (minuto 0:26) polimerización espontánea de fibrina (minuto 0:27). Nota, ya sé que el video está en alemán, ¡pero la animación es muy buena!

Cuando crecen, las cadenas de fibrina forman una red que atrapa más plaquetas, eritrocitos y leucocitos formando un coagulo estable y muy duro. Una segunda proteína denominada factor de estabilización de fibrina (Factor XIII) cataliza la formación de enlaces covalentes entre las uniones de los monómeros de la fibrina haciendo al coagulo aún más duro y estable.

  24.5 Cascada de coagulación

La formación de un coagulo de fibrina es el objetivo final, es generado por un sistema complejo de múltiples componentes integrados, que regulan y amplifican su formación “por lo menos para los seres humanos”. Ruta extrínseca de coagulación. El factor VII circula en la sangre en su forma activa, pero para operar requiere como cofactor al factor III "factor tisular" el cual solo es liberado en el momento de una hemorragia. Esto es el desencadenante primordial de todos los demás eventos. A esta serie de eventos se lo denomina cascada de coagulación la cual es mediada por varias proteínas que actúan en sucesión, y que reciben el nombre colectivo de factores de coagulación. Estas proteínas son sintetizadas en el hígado y que circulan en el plasma en estados inactivos.

Figura 24.3. Ruta extrínseca de la coagulación hasta llegar al factor Xa.

Figura 24.4. Ruta intrínseca de la coagulación hasta llegar al factor Xa.

La ruta intrínseca de coagulación, por mucho es la más compleja, la que contiene la mayoría, si no, todos los bucles de aceleración, y además, para que funcione, ya debe estar andando la ruta extrínseca, especialmente porque sin eso no se activaría el factor VIII. Estas proteínas son nombradas con numerales romanos, basado en la sucesión cronológica en que fueron descubiertos.

Figura 24.5. Ruta común de la coagulación.

La parte final de la cascada es convergente y se denomina ruta común, es interesante resaltar que, en esta parte es donde inician todos los bucles de aceleración y el de estabilización, todos junto con la reacción que genera la fibrina son catalizados por la misma proteína, el factor IIa o trombina. SE puede notar como la ruta intrínseca requiere para empezar a funcionar de la conversión del factor VIII a VIIIa por parte de la trombina en la figura CC-02.

  24.6 Rutas extrínsecas e intrínsecas de coagulación

La coagulación de la sangre depende de dos rutas de cascada de coagulación, lo cual le permite a la sangre coagularse en momentos diferentes. Sin embargo, ambas cascadas se unen en los pasos finales en los que la fibrina se forma. El nombre de las rutas es la ruta intrínseca y la ruta extrínseca. La ruta intrínseca se inicia cuando la sangre entra en contacto con superficies cargadas negativamente y por la activación del factor XII a través del contacto con una superficie expuesta en la matriz endotelial del epitelio como el colágeno.

La ruta intrínseca también es conocida como ruta activada por contacto. La activación del factor XII requiere de numerosos cofactores calicreina y quinonogeno. Para el inicio de la ruta extrínseca, se requiere un factor extrínseco a la sangre que es liberado en el momento de una herida, llamado factor III (tromboplastina). Desde el punto de vista de la complejidad, la cascada es muy interesante, nuevamente “para los humanos” ambas cascadas estaban integradas, y numerosos pasos se unen entre ellas; de hecho, cualquier intento de estudiarlas por separado conlleva a sobresimplificaciones.

  24.7 Ruta común de coagulación

Los eventos finales (y que de hecho son de los más importantes para estudiar el origen evolutivo de la cascada de coagulación, al ser con mucha probabilidad los más antiguos) conllevan a la formación de la red de fibrina en ambas rutas. La ruta comienza con la activación de un factor de coagulación inactivo llamado protrombina “factor X” a su forma activa llamada factor Xa. En la ruta de coagulación extrínseca, el factor X es activado por un complejo que consiste del factor VII, ion calcio y factor III. La activación de este complejo omite el requerimiento de activar los factores VIII, IX, XI y XII usado en la ruta intrínseca. En la ruta intrínseca el factor X es activado por un complejo que consiste en factor VIII, factor IXa, factor 3 plaquetario y ion calcio.

Siendo el calcio un factor necesario para la activación de ambas rutas, el uso de agentes quelantes como el EDTA inhibe mucho la coagulación de la sangre. En cualquier caso, la activación del factor X conlleva a la activación de la protrombina en trombina, la cual a su vez convierte el fibrinógeno en monómeros de fibrina que se polimerizaran de manera espontánea. La trombina también optimiza la función de los factores V y VIII acelerando los eventos de la cascada de coagulación. Adicionalmente, la trombina también actúa como un señalizador, que atrae a las plaquetas para que ayuden en el proceso de coagulación.

La tabla anterior muestra las proteinas involucradas en la coagulación, junto con sus nombres comunes y la ruta en las que se presentan. En resumen, mucho de la historia de la cascada de coagulación ocurre cerca de la superficie de las plaquetas y células del endotelio. Aunque el plasma puede coagular en ausencia de superficies, el uso de superficies simplifica el proceso y acelera la tasa de reacción en varios ordenes de magnitud.

  24.8 Las plasmina y la fibrinólisis

La fibrinólisis es el proceso por el cual la red de fibrina se rompe, retrayendo el coagulo. La principal enzima involucrada en el proceso se conoce como plasmina. La plasmina corta la fibra de fibrina en varias partes, haciendo que el sistema pierda estabilidad, los fragmentos resultantes son solubles, y por lo tanto la corriente de plasma se los puede llevar como si fueran la eran de un rio embravecido.

El proceso puede ser acelerado por otras proteasas circulantes producidas por el hígado o los riñones. La plasmina es una proteinasa de serina igual a la mayoría de los cofactores involucrados en la coagulación. Por lo general se encuentra de manera circulante en sangre en un estado inactivo (¡que sorpresa!, “si fue un sarcasmo”) denominado plasminógeno. El plasminógeno es activado mediante una proteína denominada, activador tisular de plasminógeno, el cual es liberado por las células endoteliales que ya han sido reparadas del daño.

(YouTube)La retracción del coagulo es un fenómeno que puede ocurrir entre minutos a horas.

  24.9 Factores de crecimiento

Mientras que el coagulo resuelve muchos problemas de la cura de una herida, el proceso de regeneración del tejido dañado requiere una mayor cantidad de factores. La regeneración óptima requiere el reclutamiento y proliferación de nuevas células de tejido, así como nuevo epitelio vascular, musculo liso y nervioso. El proceso requiere de proteínas como quemoatractores, las cuales atraen el musculo liso, células infamatorias y fibroblastos a la herida. Los mitógenos inducen la proliferación de las proteínas antes mencionadas.

Otros factores de crecimiento del tipo de las citoquinas inducen la proliferación y especialización de células no diferenciadas. Todas controlan la contracción y la remodelación continua del tejido y del colágeno sobre el por un periodo extenso de tiempo hasta lograr la reparación completa. Un evento importante durante la reparación de una herida es la angiogénesis, que es la formación de nuevos vasos sanguíneos. Las plaquetas juegan un rol primordial debido a que segregan factores que inducen a la proliferación, migración y diferenciación de los dos mayores componentes de los vasos sanguíneos, células endoteliales y musculo liso.

Existen cerca de 20 factores angiogénicos y 30 inhibidores de la angiogénesis encontrados naturalmente en el cuerpo. Cuando se produce una herida, el equilibrio entre ese grupo de proteínas favorece a la angiogénesis, produciendo una red de capilares nuevo alrededor de la herida, los cuales transportan nutrientes y factores de crecimiento a los tejidos en reparación.

 

25. Hematopoyesis, el nacimiento de la sangre

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La hematopoyesis es un proceso general de formación de elementos que componen la sangre e incluye la eritropoyesis, la granulopoyesis y la trombopoyesis. Todos los elementos sanguíneos tienen un tiempo de vida útil, por lo que se van degradando paulatinamente. El objetivo de la hematopoyesis es el de mantener estables los niveles de los diferentes tipos celulares encontrados en la sangre periférica. Los glóbulos rojos por ejemplo tienen una vida útil de 120 días, las plaquetas por su parte tienen una garantía de 10 días, los leucocitos por otro lado tienen expectativas de vida variables, algunos pueden durar décadas o casi toda la vida como en el caso de los linfocitos B de memoria.  En el ser humano adulto los eritrocitos, granulocitos, monocitos y plaquetas se forman al interior del tuétano rojo. Los linfocitos se pueden formar tanto en el tuétano como en los nódulos linfáticos.

Figura 25.1. El modelo anterior representa los principales procesos relacionados con la hematopoyesis. Muestra las células sanguíneas desarrollarse a partir de las células madre hematopoyéticas en el tuétano hasta convertirse en células funcionales maduras, así como su distribución en la sangre y el tejido conectivo. En todos los linajes cada flecha de progresión oculta el hecho de que se da una proliferación mitótica, o lo que es lo mismo, se producen muchos individuos.

  25.1 Inicio en el desarrollo embrionario

Durante la vida fetal tanto los eritrocitos como los leucocitos se forman en muchos órganos antes de la diferenciación del tuétano.  La primera etapa es conocida como etapa vitelina, la cual da inicio en la tercera semana de gestación, caracterizada por la formación de las islas de sangre en la pared del saco vitelino. La segunda etapa se denomina hepática, pues el hígado temprano funciona como órgano hematopoyético. La línea celular más producida en estas etapas es la eritroide, aunque se ha reportado el desarrollo limitado de la leucopoyesis en el hígado. El hígado es el principal órgano de formación sanguínea fetal durante el segundo trimestre de embarazo. El bazo “Spleen” es el órgano gemelo del hígado, por lo que ambos comparten en esta etapa temprana la capacidad hematopoyética, aunque en este caso es mucho más limitada.

La tercera etapa o definitiva es la etapa del tuétano rojo, iniciando en el segundo trimestre de embarazo. Después del nacimiento el hígado deja de producir eritrocitos, por lo que el tuétano se convierte en el único sitio para la formación de la sangre humana.

Figura 25.2. El modelo anterior muestra el desarrollo de las etapas hematopoyéticas por meses. La etapa vitelina llega hasta el tercer mes de embarazo. La etapa heática inicia en el primer mes y continua hasta el nacimiento, en medio de esta el bazo produce eritrocitos entre el tercer y el sexto mes. La etapa definitiva o del tuétano rojo da inicio en el cuarto mes de embarazo y continua por el resto de la vida del individuo.

  25.2 La teoría monofilética del nacimiento de la sangre

De acuerdo a la teoría monofilética del nacimiento de la sangre, todos los elementos celulares de la sangre, incluyendo las plaquetas se derivan filogenéticamente de un solo ancestro común, una célula madre pluripotencial que se encuentra en el tuétano y en los tejidos de los órganos hematopoyéticos embrionarios. Por muchos años se acumuló evidencia circunstancias de que las células de la sangre derivaban de un único progenitor directo, pero no fue aceptada como teoría científica hasta que se logró aislar la célula madre hematopoyética o HSC por sus siglas en ingles. La célula madre hematopoyética se clasifica como célula madre pluripotente dado que solo es capaz de diferenciarse en algunos tipos de células de un mismo tipo de tejido o de tejidos muy semejantes entre sí, aunque también es capaz de la auto-regeneración.

Estudios recientes ha dado evidencia de las HSC son multipotentes, es decir, que poseen potencialmente la capacidad de generar otros tejidos no relacionados con la sangre, contribuyendo a la regeneración celular de varios tipos de tejidos y órganos. Durante el desarrollo embrionario las HSC se encuentran distribuidas por el torrente sanguíneo, y experimentan una diferenciación tisular en diferentes órganos.

Las HSC humanas han sido aisladas en el cordón umbilical, el hígado fetal, así como en el tuétano rojo fetal y del adulto. En el adulto poseen el potencial de reparar tejidos bajo condiciones patológicas como las isquemias y el fallo de un órgano. Las HSC poseen receptores de membrana específicos como los CD34 y CD90 que permite identificarlas y aislarlas de otras células hematopoyéticas.

  25.3 Las células progenitoras

La HSC hacen dos cosas, la primera se regeneran a sí mismas, y la segunda, generan múltiples colonias de células madre progenitoras pluripotenciales más limitadas. Dos son las colonias más importantes: la línea mieloide común o CMP por sus siglas en inglés y la línea común linfoide o CLP por sus siglas en inglés. ¿Qué significa esto? Básicamente que hay dos linajes, el primero es el de los linfocitos verdaderos, mientras que el otro linaje son todas las demás células. Hay que destacar que los progenitores son todos semejantes morfológicamente, por lo que no vale la pena moscrar sus microfotografías, estos se distinguen por marcadores inmunológicos de membrana de tipo CD.

El linaje linfoide: El progenitor linfoide común o CLP es capaz de diferenciarse en los linfocitos más comunes que llamamos B y T, pero también genera un tercer tipo de linfocito menos famoso denominada célula asesina natural o NK por sus siglas en inglés. Progenitor mieloide: Este se divide a su vez en dos linajes:  Progenitor granuloide: El primer grupo es el leucocitario que da lugar a la mayoría de leucocitos que vismoa anteriormente como los basófilos, eosinófilos, neutrófilos y monocitos, pero también da lugar a otras células involucvradas en el sistema inmune menos famosas llamadas mastocitos. Progenitor eritroide: El segundo sublinaje es el que da lugar a los elementos comunes de la sangre, los eritrocitos y las plaquetas.

Ya hemos mencionado las propiedades de cada uno de los productos maduros, excepto de los mastocitos, que por alguna razón son omitidos en algunos textos de fisiología médica, aunque prometo trabajarlos cuando veamos en sistema inmune en pleno. El enfoque de las siguientes secciones es lo que sucede entre los progenitores hasta las versiones casi maduras de cada uno de los elementos celulares de la sangre. De este modo analizaremos la línea linfoide, la línea granuloide y la línea eritroide.

Figura 25.3. Las células progenitoras.

26. Células del linaje eritroide

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  26.1 Progenitores de megacariocitos/eritrocitos (MEP)

Es el progenitor de los eritrocitos y de las plaquetas. Los eritrocitos de desarrollan a partir de células CMP que, bajo la influencia de la eritropoyetina, se diferencian en células MEP. Para la diferenciación terminal de las células MEP en el linaje eritroide definitivo es necesaria la expresión del factor de transcripción GATA-1. Bajo la acción de este factor las células MEP se transforman en progenitores sensibles de a la eritropoyetina predestinadosa convertirse en eritrocitos que dan origen al proeritroblasto.

Figura 26.1. El linaje eritroide.

  26.2 Precursores

Hay dos precursores indistinguibles al microscopio, el eritroide que da lugar a los glóbulos rojos y el megacarioide que da lugar a las plaquetas.

  26.3 Megacarioblasto

Primer precursor distinguible de los megacariocitos. Son células redondeadas u ovales de un diámetro aproximado de entre 15 y 25 micras. Frecuentemente son binucleadas, poseyendo el núcleo varias invaginaciones y varios nucleolos. Las masas de cromatina son más densas que las del mieloblasto. Tiene citoplasma basófido agranular con pequeñas mitocondrias, un aparato de Golgi relativamente bien desarrollado, algunas cisternas de retículo rugoso y moderado número de ribosomas libres. El megacarioblasto se diferencia durante la trombopoyesis hacia promegacariocito.

Figura 26.2. Megacarioblasto.

  26.4 Megacariocito

Son unas células muy grandes y conspicuas que forman parte del tejido hematopoyético de la médula ósea y de otros tejidos hematopoyéticos. Se trata de una célula muy grande (mide unos 30 μm de diámetro), poliploide y polinucleada, con numerosas ramificaciones. La participación del megacariocito en la hematopoyesis (formación de los elementos formes de la sangre) se limita a la producción de las plaquetas o trombocitos. Para formar las plaquetas, los megacariocitos liberan fragmentos de su citoplasma directamente a un vaso sinusoide (vaso poroso), pasando así a la circulación sanguínea. El proceso madurativo desde la célula madre hasta megacariocito, posteriormente a trombocitos se denomina trombopoyesis.

Figura 26.3. Megacariocito.

  26.5 Proeritroblasto

En condiciones normales se encuentra en la médula ósea de 1 a 4%. Es una célula ovoide, su núcleo es el doble de un hematíe normal con un diámetro de 14-19 μm. Esta célula capta el hierro circulante en el plasma y lo almacena para su uso posterior. Da origen por divisiones mitóticas al eritroblasto basófilo. Núcleo: Grande, redondo, de color púrpura claro con cromatina laxa uniforme dispuesta en forma filamentosa, puede tener de 2 a 3 nucleolos rodeados de cromatina intensa y la relación nucleo – citoplasma se encuentra aumentada. Citoplasma: Escaso, basófilo por la gran cantidad de ácidos nucleicos presentes y que son útiles para la producción de proteínas que se emplearán en la síntesis de hemoglobina.

Figura 26.4. Proeritroblasto.

  26.6 Eritroblasto

Los eritroblastos son células eritropoyéticas. El proceso de producción de eritrocitos o glóbulos rojos pasa por varios estados eritroblásticos. En la línea de eritropoyesis, el primer eritroblasto presente en humanos (que proviene del proeritroblasto) se denomina eritroblasto basófilo. Este eritroblasto es pequeño, de unas 12 micras, y posee un citoplasma basófilo debido a la presencia de abundantes ribosomas encargados de sintetizar la hemoglobina (la proteína que transporta el oxígeno). El eritroblasto basófilo capta ferritina de la sangre por pinocitosis para aumentar su contenido en hierro.

Figura 26.5. Eritroblastos.

  26.7 Policromatófilo

Del eritroblasto basófilo se diferencia el eritroblasto policromatófilo cuando su contenido de hemoglobina pasa a ser muy alto. Esto sucede porque esta proteína es ácidófila y enmascara la afinidad por tintes básicos de los ribosomas. Su cromatina está más condensada que en estados anteriores.

  26.8 Ortocromático o normoblasto

El siguiente estado en la transformación es el eritroblasto ortocromático, eritroblasto ortocromatófilo o normoblasto. Puesto que los eritrocitos son acidófilos por definición, el prefijo de estos eritroblastos incide en que ya poseen esta característica acidofilia. Esta modificación se debe a una menor presencia de ribosomas, porque ya no se requiere una síntesis de hemoglobina activa. El normoblasto sufre la pérdida del núcleo (que es fagocitado por macrófagos) dando lugar al reticulocito o eritrocito inmaduro. Tras unos días de maduración en la médula ósea finalmente la abandona entrando en el torrente sanguíneo y pasando a ser un eritrocito maduro. En vertebrados no mamíferos la pérdida del núcleo no siempre sucede, manteniéndose por tanto eritrocitos nucleados en el torrente sanguíneo.

  26.9 Reticulocito

Son glóbulos rojos que no han alcanzado su total madurez. Se encuentran en niveles elevados en el plasma sanguíneo por causa de algunas anemias, cuando el organismo incrementa la producción de glóbulos rojos y los envía al torrente sanguíneo antes de que sean maduros.1 Los reticulocitos se caracterizan por presentar una red de filamentos y gránulos que hacen que se tiñen en el frotis de sangre, distinguiéndose así de los glóbulos rojos maduros. Normalmente representan el 0,5-1,5% del conteo de glóbulos rojos, pero pueden exceder el 4% cuando compensan la anemia.

Los reticulocitos son células anucleadas predecesoras de los eritrocitos con la diferencia de que poseen gránulos de ribosomas y algunas mitocondrias que les son útiles para sintetizar el 35 % de la hemoglobina restante. Este tipo de células está en la circulación periférica aproximadamente un día para convertirse posteriormente en un hematíe maduro que cumplirá con todas las funciones biológicas de estas células. A diferencia de los hematíes o glóbulos rojos maduros, los reticulocitos aún poseen ARN. El reticulocito es la célula roja que antecede en maduración al eritrocito, es el resultado de la pérdida del núcleo que sufre el eritroblasto ortocromático. Su tamaño varía de 10 - 15 micras de diámetro.

Figura 26.6. Reticulocito.

El reticulocito tiene una vida media de dos días en médula ósea, de allí sale a la circulación donde requiere un día para convertirse en célula roja madura. Durante este período sintetiza el 20% de la hemoglobina contenida en la célula roja. Se han propuesto varios mecanismos mediante los cuales el reticulocito finaliza su maduración: autofagia y eyección de orgánulos no necesarias, acción "pitting" del bazo y degradación bioquímica por medio de la 5 pirimidín nucleotidasa.

  26.10 Eritropoyesis

La eritropoyesis (del griego 'eritro', que significa "rojo", y "poiesis", que significa "hacer") es el proceso de producción de glóbulos rojos (eritrocitos). Se estimula mediante la disminución de O₂ en la circulación, detectada por los riñones, que entonces secretan la hormona eritropoyetina. Esta hormona estimula la proliferación y diferenciación de los precursores de los glóbulos rojos, lo que activa el aumento de la eritropoyesis en los tejidos hematopoyéticos y, en última instancia, en la producción de glóbulos rojos. Por lo general, en las aves y los mamíferos (seres humanos incluidos) recién nacidos, esta se produce dentro de la médula ósea roja. En los fetos en desarrollo inicial, la eritropoyesis tiene lugar en las células mesodermales del saco vitelino. Al tercer o cuarto mes, la eritropoyesis se traslada al hígado. Transcurridos siete meses, la eritropoyesis tiene lugar en la médula ósea. El aumento de la actividad física puede producir un aumento de la eritropoyesis.  Sin embargo, en humanos con ciertas enfermedades y en algunos animales, la eritropoyesis también puede tener lugar fuera de la médula ósea, en el bazo o en el hígado. Esta recibe el nombre de eritropoyesis extramedular.  La médula ósea de prácticamente todos los huesos produce glóbulos rojos hasta que una persona alcanza aproximadamente los cinco años de edad. La tibia y el fémur dejan de ser centros de hematopoyesis alrededor de los 25 años de edad; las vértebras, el esternón, la pelvis, las costillas y los huesos del cráneo siguen produciendo glóbulos rojos durante el resto de la vida.

Figura 26.7. Eritropoyesis.

En el proceso de maduración del corpúsculo rojo, una célula sufre una serie de diferenciaciones. Las siguientes etapas de desarrollo se producen dentro de la médula ósea: (1) un hemocitoblasto, una célula madre hematopoyética multipotente, se convierte en (2) un progenitor mieloide común o en una célula madre multipotente, y luego (3) en una célula madre unipotente, después (4) en un pronormoblasto, también comúnmente llamado proeritroblasto o rubriblasto, después, (5) este se convierte en un normoblasmo basófilo o temprano, también comúnmente llamado eritroblasto, después, (6) en un normoblasto policromófilo o intermedio, luego (7) en un normoblasto ortocromático o tardío. En esta etapa, el núcleo es expulsado antes de que la célula se convierta en un reticulocito. La célula se libera de la médula ósea después de la séptima etapa y, por lo tanto, en los glóbulos rojos de reciente circulación hay aproximadamente un 1 % de reticulocitos. Tras uno o dos días, estos últimos se convierten en "eritrocitos" o glóbulos rojos maduros.

Estas etapas se corresponden con aspectos específicos de la célula cuando se tiñen con la tinción de Wright y se examinan mediante microscopía óptica, y también se corresponden con otros cambios bioquímicos.  En el proceso de maduración, un pronormoblasto basofílico se convierte de una célula con un núcleo grande y un volumen de 900 fL a un disco enucleado con un volumen de 95 fL. En la etapa de reticulocitos, la célula ha extrudido su núcleo, pero todavía es capaz de producir hemoglobina.  Esenciales para la maduración de los glóbulos rojos son la vitamina B12 (cobalamina) y la vitamina B9 (ácido fólico). La carencia de cualquiera de las dos hace que la maduración fracase en el proceso de eritropoyesis, que se manifiesta clínicamente como reticulocitopenia, una cantidad anormalmente baja de reticulocitos.

A medida que maduran, cambian algunas características de los eritrocitos: El tamaño de la célula se reduce y la matriz citoplásmica aumenta en cantidad y la reacción de tinción del citoplasma cambia de azul a rojo rosado debido a la disminución de la cantidad de ARN y ADN. Inicialmente, el núcleo es de gran tamaño y contiene cromatina abierta. Pero a medida que los glóbulos rojos maduran el tamaño del núcleo disminuye y finalmente desaparecen con la condensación del material de la cromatina

  26.11 Cinética de la eritropoyesis

En cada una de las etapas de desarrollo de la eritropoyesis desde el proeritroblasto al eritroblasto al normoblasto al reticulocito implica muchas divisiones mitóticas. Toma alrededor de una semana para que los reticulocitos inmaduros inicien su migración al torrente sanguíneo. Prácticamente todos los eritrocitosmaduran justo en los espacios intersticiales de la matriz extracelular de la médula ósea y llegan al torrente sanguíneo maduros. La médula ósea no es capaz de almacenar eritrocitos.

La eritropoyesis es un proceso regulado por la hormona eritropoyetina, una glicoproteína con función hormonal, y segregada por el riñón en respuesta a la detección de cantidades bajas de oxígeno en la sangre circulante. La eritropoyetina como toda hormona se acopla a receptores específicos de los precursores estimulando su proliferación y diferenciación. Cuando los eritrocitos llegan al torrente sanguíneo elevan la cantidad de oxígeno circulante, y al eritropoyetina deja de segregarse. De allí en adelante la cohorte de eritrocitos funcionará por 120 días, hasta que pierden elasticidad en sus membranas para pasar por los capilares del bazo, momento en el cual los macrófagos los devoran. Los macrófagos lisan los eritrocitos, y procesas su contenido que es casi que exclusivamente hemoglobina. Las globinas se separan del grupo heme, siendo reprocesadas para hacer parte de las reservas de aminoácidos en espera de una síntesis de más proteínas, mientras que el grupo heme es liberado de su hierro para formar hemosiderina o ferritina, y es almacenada para sintetizar nueva hemoglobina. Parte del entramado del grupo heme no puede reciclarse, y es convertido en bilirrubina, la cual se enlaza a la albumina y es liberada al torrente sanguíneo donde el hígado la captura y la excreta por medio de la bilis.

Las cohortes de producción y destrucción son procesos continuos, generándose un estado cíclico homeostático de retroalimentación en el que interviene la eritropoyetina que ayuda a regular el proceso de eritropoyesis de modo que, en fases que no pertenecen a una enfermedad, la producción de glóbulos rojos se equipara a la destrucción de glóbulos rojos y el número de glóbulos rojos es suficiente para mantener los niveles de oxígeno necesarios en los tejidos pero no tan altos como para causar lodo, trombosis o accidente cerebrovascular. La eritropoyetina se produce en el riñón y el hígado en respuesta a bajos niveles de oxígeno. Además, la eritropoyetina está unida por los glóbulos rojos en circulación: a un número bajo de eritrocitos en circulación se corresponde un nivel relativamente alto de eritropoyetina liberada, que estimula su producción en la médula ósea.

Algunos estudios recientes también han demostrado que la hormona peptídica hepcidina puede desempeñar un papel importante en la regulación de la producción de hemoglobina y, por lo tanto, influir en la eritropoyesis. El hígado produce hepcidina. La hepcidina controla la absorción de hierro en el tracto gastrointestinal y la liberación de hierro del tejido reticuloendotelial. El hierro debe ser liberado de los macrófagos en la médula ósea para ser incorporado en el grupo hemo de la hemoglobina en los eritrocitos. Hay unidades que forman colonias y que las células siguen durante su formación. Estas células se denominan células comprometidas incluyendo las unidades formadoras de colonias de monocitos formadas por granulocitos.

La secreción de hepcidina es inhibida por otra hormona, eritroferrona, producida por eritroblastos en respuesta a eritropoyetina, e identificada en 2014. Parece que esta vincula la eritropoyesis impulsada por la eritropoyetina con la movilización de hierro necesaria para la síntesis de la hemoglobina.  La pérdida de función del receptor de la eritropoyetina o JAK2 en las células de los ratones causa falla en la eritropoyesis, por lo que la producción de glóbulos rojos en los embriones y el crecimiento se interrumpen. Si no existiese una inhibición de la retroalimentación, como por ejemplo, la realizada por los supresores de proteínas de señalización (citoquinas) en el sistema, se produciría gigantismo en los ratones.

 

27. Origen de otros componentes de la sangre

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 27.1 Trombopoyesis

La trombopoyesis es el proceso que permite la formación de plaquetas para la normal coagulación de la sangre. Cada día un adulto sano normal es capaz de procesar (1,0E+11) plaquetas, un número que puede aumentar cies veces en caso de que exista demanda debido a alguna hemorragia. La trombopoyesis es un proceso que requiere una compleja red de hormonas como las interleuquinas, factores de crecimiento colonial y otras hormonas.

Figura 27.1. Trombopoyesis.

Se distinguen cuatro estadios evolutivos: megacarioblasto, elemento más inmaduro, promegacariocito, megacariocito granular y el más maduro el megacariocito liberador de plaquetas. El megacariocito, al desprender parcelas citoplasmáticas delimitadas por las membranas de demarcación, como se ha demostrado a nivel estructural, origina las plaquetas de la sangre periférica. En la serie megacariocítica, a diferencia de lo que ocurre en el resto de las células hematopoyéticas, las divisiones nucleares no van seguidas de las correspondientes divisiones citoplasmáticas, lo que determina la formación de células poliploides de gran tamaño con numerosos núcleos. En el estadio de megacarioblasto se suceden en número variable las mitosis nucleares, apareciendo las sucesivas ploidías nucleares. Ello se acompaña, gracias a una elevada síntesis de DNA, de un aumento de la talla nuclear. Finalizada esta etapa de síntesis de DNA y duplicación nuclear, se inicia en el citoplasma la granulogénesis que dará origen a las futuras plaquetas sanguíneas.

El promegacarioblasto no tiene identificación morfológica. Es un elemento mononucleado de aspecto a veces pseudolinfoide que precisa para su filiación demostrar la presencia de peroxidasa plaquetaria a nivel estructural o del empleo de anticuerpos monoclonales específicos de esta línea (CD 41). El megacarioblasto es el elemento de menor tamaño de esta serie con un núcleo es único, grande, ovalado o bilobulado, con cromatina laxa y numerosos nucleolos. El citoplasma es intensamente basófilo, agranular y puede presentar algunas prolongaciones a modo de pseudópodos. El promegacariocito inicia ya la granulogénesis en distintas áreas de su citoplasma. Es una célula fácilmente identificable por su gran tamaño y por el aspecto característico de su citoplasma, que posee bordes mal limitados y emite numerosas prolongaciones. El núcleo es multilobulado, con cromatina densa y sin nucleolos. En el citoplasma persiste una tonalidad basófila, cubierta zonalmente por numerosas granulaciones azurófilas. El megacariocito posee como características más destacables su gran tamaño (80 o más um) y su elevada ploidía. Se distinguen dos tipos de megacariocitos: el megacariocito granular y el maduro. El granular tiene un núcleo multilobulado, de citoplasma de tonalidad rosada y es de gran tamaño. Los maduros, liberadores de plaquetas, poseen un extenso citoplasma que ha perdido todo resto de basofilia y está cubierto totalmente por granulación azurófila. El núcleo, también multilobulado o segmentado, posee una cromatina condensada sin nucleolos. Los gránulos azurófilos se disponen especialmente en la periferia en cúmulos que irán delimitando las futuras plaquetas. Las plaquetas pasan a la sangre periférica donde ejercen sus funciones en los mecanismos de coagulación. Los trombocitos son elementos formes de la sangre de menor tamaño (de 2 a 3 um) y están desprovistos de núcleo, por lo que no se trata de verdaderas células, sino de fragmentos celulares. Su forma fisiológica es discoide, aspecto que se modifica con facilidad por las maniobras de extensión o centrifugación, adquiriendo un aspecto redondeado y emitiendo finas prolongaciones.

La identificación de los elementos megacariocíticos maduros o semimaduros es muy sencilla por simples criterios morfológicos; sin embargo; los precursores megacariocíticos (promegacarioblastos) precisan de la reacción de la peroxidasa plaquetar a nivel ultraestructural y de la detección de glicoproteinas de superficie mediante los anticuerpos monoclonales CD 41, CD 42 o de anticuerpos dirigidos contra el factor VIII o plaquetar 4. En la mayoría de los casos el primer marcador que aparece es la peroxidasa plaquetar que se anticipa a la presentación de las membranas de demarcación o los gránulos en ojo de buey, orgánulos sólo detectables a nivel ultraestructural. A ésta, le sigue la glicoproteina IIIa (CD 61), la IIb/IIIa (CD 41) y la Ib (CD 42 ). Todos estos marcadores persisten a lo largo del eje madurativo megacariocítico.

  27.2 Granulopoyesis

La granulopoyesis se encarga de producir a los leucocitos de primera línea de batalla, encargados de contener las infecciones hasta que los linfocitos entran en acción para eliminar las infecciones.

Figura 27.2. Granulopoyesis.

Los granulocitos maduran morfológicamente de manera semejante; se originan en la célula madre mieloide multipotencial, que es inducida por citocinas a diferenciarse en CFU-Eo para convertirse en eosinófilo, en CFU-Ba para convertirse en basófilo o en CFU- GM (célula madre bipotencial) para convertirse en neutrófilo (proceso cuyo primer paso es diferente al de los demás granulocitos y comprende la transformación de CFU-GM en CFU-G). • El mieloblasto es la primera célula precursora reconocible de la granulopoyesis. Mide de 14 a 20 µm de diámetro y posee un núcleo esferoidal eucromático grande con 3 a 5 nucléolos. Su pequeña cantidad de citoplasma agranular es bien basófilo. El mieloblasto se convierte en promielocito, con un núcleo casi igual pero con gránulos azurófilos (primarios) en su citoplasma, que sólo se producen en estas células.

El reconocimiento de los linajes neutrófilo, basófilo y eosinófilo sólo es posible en la siguiente etapa, en la que se origina el mielocito, cuyo núcleo se va tornando cada vez más hipercromático y va adquieriendo una escotadura. Aquí empiezan a surgir los gránulos específicos. Las divisiones del mielocito originan al metamielocito, etapa en la que los linajes son ya bien distinguibles gracias a que los gránulos específicos superan en número a los azurófilos.  En las series basófila y eosinófila, la siguiente fase es la de basófilo y eosinófilo maduros; pero en la serie neutrófila, el paso siguiente origina una célula con núcleo “en cayado”, cuyos lóbulos están en formación. Al distinguirse bien los lóbulos nucleares, se habla de neutrófilo maduro.

Los mielocitos continúan diferenciándose para dar lugar a los metamielocitos, siendo la primera etapa en la que los neutrófilos, basófilos y eosinófelos pueden comenzar a diferenciarese, los metamielocitos son algo más pequeños que sus versiones maduras. El metamielocito neutrófilo tiene un núcleo con una escotadura evidente, con cromatina más condensada, tiene un citoplasma un poco más eosinofilo, en este, el 80% de los gránulos son secundarios, el metamielocito neutrófilo madura y da lugar al cayado o banda. El metamielocito eosinófilo tiene un núcleo con una escotadura evidente con cromatina más condensad, su citoplasma un poco más eosinofilo, En este el 80% de los gránulos son secundarios, son más abundantes que los inespecíficos. El metamielocito basófilo tiene un núcleo con una escotadura evidente, con cromatina más condensada, pero menos que los meta mielocitos anteriores, su citoplasma un poco más basófilo. Una vez en la etapa de metamielocito cada uno de los tres puede diferenciarse en sus versiones maduras.

  27.3 Cinética de la granulopoyesis

La granulopoyesis toma alrededor de dos semanas, en la primera semana se dan todas las tapas hasta llegar al metamielocito, mientras que la maduración del metamielocito a la versión madura toma alrededor de otra semana. El tiempo que tarda la mitad de los neutrófuilos maduros para abandonar la sangre circulante es de unas 6 a 8 horas. El tiempo en la sangre circulante es aleatorio variando desde unos cuantos minutos hasta unas 16 horas, con un promedio de entre 8 a 12 horas.

En el tejido conectivo los neutróifilos tienen una vida adicional de 1 a 2 dias antes de autodestruirse por apoptosis y sus restos ser devorados por los macrófagos. Muchos neutrófilos migran al epitelio gastrointestinal, donde son liberados en las heces. La médula ósea mantiene una reserva de neutrófilos funcionales listos para reemplazar a los que se encuentran en sangre, ya sea en estado de normalidad o de respuesta a una infección aguda. En condiciones normales la sangre posee cerca de 1,0E+11. El tamaño de las reservas depende de la velocidad con que se ejecuta la granulopoyesis, el periodo de vida de los neutrófilos y las tasas de migración al sistema circulatorio y tejido conectivo.

  27.4 Desarrollo de los monocitos

Por monopoyesis se conoce la formación de monocitos a partir de las UFC-M (Unidad Formadora de colonias Monocíticas o monocitos). Su formación está caracterizada por dos fases de maduración que se consideran las más importantes: (1) Monoblastos: Células de 18 a 22uM de diámetro similares a los mieloblastos, con la diferencia del que el núcleo es más claro y la cromatina nuclear mucho menos diferenciada. (2) Promonocitos: Células de 20uM de citoplasma azulado grisáceo, donde no es posible distinguir a los nucleolos. Es posible distinguir granulaciones azurófilas. Los monocitos se pueden localizar como células fijas en órganos como el bazo, los alveolos pulmonares, y las células de Kupffer del hígado. Su función principal consiste en fagocitar bacterias, micobacterias, hongos, protozoos, o virus.

28. Linfopoyesis

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Es Formación de linfocitos y células plasmáticas a partir de las células madre linfoide que se desarrollan de las células madre hematopoyeticas de la médula ósea. Estas células madre linfoide se diferencian en linfocitos t, linfocitos b, células plasmáticas o células NK (células asesinas naturales), dependiendo de los órganos o tejidos (tejido linfoide) los que emigran.

Figura 28.1. Linfopoyesis.

  28.1 Linfocitos B

En la ontogenia, el desarrollo de las células B puede ocurrir en el epiplon y el hígado fetal, mientras que después del nacimiento se confina primordialmente a la médula ósea. Aun cuando la información acerca de los eventos de transición a partir de los potenciales CLPs a los precursores de células B es muy limitada, se han identificado poblaciones funcionales que definen la vía de diferenciación río abajo, iniciando con las células B tempranas CD34+CD19-CD10+ y continuando con pro-B CD34+CD19+CD10+, pre-BI grandes CD34+CD19+CD10+, pre-BII grandes CD34-CD19+CD10+, pre-BII pequeñas CD34-CD19+CD10+, B inmaduras CD34-CD19+CD10+sIgM+ hasta la producción de B maduras CD34-CD19+CD10-sIgM+sIgD+, que eventualmente serán exportadas a los tejidos linfoides periféricos para cumplir su función de reconocimiento de antígeno, activación y producción de anticuerpos específicos. El proceso completo en la médula ósea requiere de la acción concertada de múltiples factores de transcripción, incluyendo Ikaros, PU.1, E2A, EBF y Pax-5. Los dos primeros actúan paralelamente en el control de la transición de las células troncales a progenitores, mientras que E2A, EBF y Pax-5 regulan secuencialmente el desarrollo de las células B tempranas (34). La linfopoyesis de B en el humano parece cumplirse sin el requerimiento de algunas citocinas documentadas como esenciales para el proceso en el ratón, como la interleucina 7, y hasta el momento se desconocen los factores de crecimiento y/o citocinas que la dirigen.

  28.2 Linfocitos T

Debido a que el timo no produce progenitores de renovación autóloga, la linfopoyesis de los linfocitos T es mantenida por la importación periódica de progenitores hematopoyéticos a través de la corriente sanguínea, y aunque a múltiples progenitores se les reconoce cierto potencial para generar células T, no todos ellos tienen la propiedad de establecerse en este órgano. Las bases moleculares de su entrada no han sido totalmente elucidadas, pero se predice que pudiera ser un proceso secuencial análogo al ‘homing’ de leucocitos, esto es: adhesión débil al endotelio vascular mediado por selectinas, señalización vía quimiocinas, adhesión fuerte a través de integrinas, y transmigración. Al respecto, los modelos experimentales han mostrado la importancia que CD44, P-selectina y CCR9 tienen en la colonización tímica (36).

Los precursores tímicos más tempranos (ETP) residen en la población CD34+CD1a- CD38loCD44+IL-7R+ y a partir de ellos se inicia el proceso de compromiso de estadios intermedios de diferenciación desde células pre-T, células inmaduras CD4 uni-positivas pequeñas, células CD4 uni-positivas grandes, células tempranas doble-positivas (EDP), hasta los timocitos DP CD4+CD8+TCR+, los cuales darán origen a la diversidad de linfocitos T maduros CD4 y CD8 con capacidad de reconocimiento de antígeno y activación. La participación de algunos factores de transcripción en éste proceso ha sido blanco de gran investigación, y actualmente es claro que las interacciones de los receptores Notch con sus ligandos juegan un papel crucial en el control de la diferenciación y proliferación de los precursores tempranos, dirigiendo así las decisiones de linaje de T en el timo (35), concomitante con la supresión del linaje de B. Así mismo, el balance de la expresión de las proteínas E y sus antagonistas naturales Id está implicado en la diversificación tímica T/NK , y el factor GATA3 es esencial para el re-arreglo apropiado de genes del receptor de células T.

  28.3 Asesinas naturales

Las células asesinas naturales (NK) pueden producirse en múltiples sitios. En el feto se han encontrado precursores en médula ósea, hígado, timo, bazo y ganglios linfáticos, mientras que en niños y adultos la médula ósea es el sitio predominante de su desarrollo a partir de progenitores linfoides. Los factores de transcripción Id2 y Id3 controlan el desarrollo temprano de las células NK, mientras que los tres estadios que definen el proceso completo -el compromiso de linaje, la selección del repertorio de receptores NK y la maduración funcional- son críticamente dependientes de interleucina 15, que mantiene la viabilidad y sostiene la proliferación de las células en desarrollo.

29. La sangre y el tuétano

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En el lenguaje coloquial, se le llama tuétano; pero generalmente se refiere más a la médula ósea de los animales empleados en la gastronomía; por ejemplo, el corte de carne conocido como "chambarete", "caracú" u "osobuco" tiene una porción de tuétano o médula ósea, que es apreciada por aficionados y se consume después de ser cocinada. En otros casos, dependiendo del corte del hueso, después que el tuétano ha sido retirado, el hueso puede ser empleado en el escultismo, para hacer el nudo de la pañoleta.

Figura 29.1. Relación entre el tuétano y las células sanguíneas.

La médula ósea es un tipo de tejido biológico flexible que se encuentra en el interior de los huesos largos, vértebras, costillas, esternón, huesos del cráneo, cintura escapular y pelvis. Todas las células sanguíneas derivan de una célula madre hematopoyética pluripotencial ubicada en la médula ósea. En promedio, la médula ósea constituye el 4% del total de la masa corporal del ser humano; por ejemplo, en un adulto que pesa unos 65 kilos, su médula ósea pesa unos 2.6 kg. El componente hematopoyético de la médula ósea produce unos 500 000 millones de glóbulos rojos por día, que utilizan la vasculatura de la médula ósea como conducto de la circulación sistémica del cuerpo. La médula ósea también es un componente clave del sistema linfático, produciendo los linfocitos que forman parte del sistema inmune del cuerpo. No debe confundirse con la médula espinal localizada en la columna vertebral y encargada de la transmisión de los impulsos nerviosos hacia todo el cuerpo.

Hay dos tipos de médula ósea: (1) La médula ósea roja, que ocupa el tejido esponjoso de los huesos planos, como el esternón, las vértebras, la pelvis y las costillas; es la que tiene la función hematopoyética. (2) La médula ósea amarilla, que es tejido adiposo y se localiza en los canales medulares de los huesos largos. La médula ósea roja, a la que se refiere habitualmente el término médula ósea, es el lugar donde se produce la sangre (hematopoyesis), porque contiene las células madre que originan los tres tipos de células sanguíneas que son los leucocitos, hematíes y plaquetas.

La médula ósea puede trasplantarse, ya que puede extraerse de un hueso de donante vivo, generalmente del esternón o de la cadera, mediante una punción y aspiración y transfundirse al sistema circulatorio del receptor si existe compatibilidad del sistema HLA (compatibilidad de órganos entre donante y receptor). Las células madre transfundidas anidarán en la médula ósea de los huesos del receptor. Es lo que se llama trasplante de médula ósea. Los trasplantes de médula ósea están siendo muy útiles en la investigación y en las terapias de regeneración del sistema nervioso central, debido al tipo de células (pluripotenciales) que la componen; siendo de las líneas celulares más utilizadas en estos campos.  

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