Anatomía y Fisiología II

El eritrocito, comúnmente conocido como glóbulo rojo (o RBC), es con mucho el elemento formado más común: Una sola gota de sangre contiene millones de eritrocitos y apenas miles de leucocitos. En concreto, los hombres tienen unos 5,4 millones de eritrocitos por microlitro (µL) de sangre, y las mujeres aproximadamente 4,8 millones por µL. De hecho, se calcula que los eritrocitos constituyen aproximadamente el 25 por ciento del total de células del cuerpo. Como se puede imaginar, son células bastante pequeñas, con un diámetro medio de sólo unos 7-8 micrómetros (µm) (Figura 1). Las funciones principales de los eritrocitos son recoger el oxígeno inhalado de los pulmones y transportarlo a los tejidos del cuerpo, y recoger algunos residuos de dióxido de carbono (alrededor del 24 por ciento) en los tejidos y transportarlos a los pulmones para su exhalación. Los eritrocitos permanecen dentro de la red vascular. Aunque los leucocitos suelen salir de los vasos sanguíneos para realizar sus funciones defensivas, el movimiento de los eritrocitos desde los vasos sanguíneos es anormal.

Forma y estructura de los eritrocitos

Cuando un eritrocito madura en la médula ósea roja, extruye su núcleo y la mayoría de sus otros orgánulos. Durante el primer o segundo día que se encuentra en la circulación, un eritrocito inmaduro, conocido como reticulocito, suele contener todavía restos de orgánulos. Los reticulocitos deben constituir aproximadamente el 1-2 por ciento del recuento de eritrocitos y proporcionan una estimación aproximada de la tasa de producción de glóbulos rojos, con tasas anormalmente bajas o altas que indican desviaciones en la producción de estas células. Sin embargo, estos restos, principalmente de redes (retículo) de ribosomas, se desprenden rápidamente y los eritrocitos maduros y circulantes tienen pocos componentes estructurales celulares internos. Al carecer de mitocondrias, por ejemplo, dependen de la respiración anaeróbica. Esto significa que no utilizan nada del oxígeno que transportan, por lo que pueden entregarlo todo a los tejidos. También carecen de retículos endoplásmicos y no sintetizan proteínas. Sin embargo, los eritrocitos contienen algunas proteínas estructurales que ayudan a las células sanguíneas a mantener su estructura única y les permiten cambiar su forma para pasar por los capilares. Esto incluye la proteína espectrina, un elemento proteico del citoesqueleto.

Los eritrocitos son discos bicóncavos; es decir, son regordetes en su periferia y muy delgados en el centro (Figura 2). Al carecer de la mayoría de los orgánulos, hay más espacio interior para la presencia de las moléculas de hemoglobina que, como se verá en breve, transportan gases. La forma bicóncava también proporciona una mayor superficie a través de la cual puede producirse el intercambio de gases, en relación con su volumen; una esfera de un diámetro similar tendría una relación superficie-volumen menor. En los capilares, el oxígeno transportado por los eritrocitos puede difundirse en el plasma y luego atravesar las paredes capilares para llegar a las células, mientras que parte del dióxido de carbono producido por las células como producto de desecho se difunde en los capilares para ser recogido por los eritrocitos. Los lechos capilares son extremadamente estrechos, lo que ralentiza el paso de los eritrocitos y proporciona una amplia oportunidad para que se produzca el intercambio de gases. Sin embargo, el espacio dentro de los capilares puede ser tan diminuto que, a pesar de su propio tamaño reducido, los eritrocitos pueden tener que plegarse sobre sí mismos si quieren abrirse paso. Afortunadamente, sus proteínas estructurales, como la espectrina, son flexibles, lo que les permite doblarse sobre sí mismos hasta un grado sorprendente, y luego volver a saltar cuando entran en un vaso más ancho. En los vasos más anchos, los eritrocitos pueden apilarse como un rollo de monedas, formando un rouleaux, de la palabra francesa que significa «rollo».

Hemoglobina

La hemoglobina es una gran molécula formada por proteínas y hierro. Está formada por cuatro cadenas plegadas de una proteína llamada globina, designadas alfa 1 y 2, y beta 1 y 2 (Figura 3a). Cada una de estas moléculas de globina está unida a una molécula de pigmento rojo llamada hemo, que contiene un ion de hierro (Fe2+) (Figura 3b).

Cada ion de hierro del hemo puede unirse a una molécula de oxígeno; por tanto, cada molécula de hemoglobina puede transportar cuatro moléculas de oxígeno. Un eritrocito individual puede contener unos 300 millones de moléculas de hemoglobina y, por tanto, puede unirse y transportar hasta 1.200 millones de moléculas de oxígeno (véase la figura 3b).

En los pulmones, la hemoglobina recoge oxígeno, que se une a los iones de hierro, formando la oxihemoglobina. La hemoglobina oxigenada, de color rojo brillante, se desplaza a los tejidos corporales, donde libera algunas de las moléculas de oxígeno, convirtiéndose en desoxihemoglobina de color rojo más oscuro, a veces denominada hemoglobina reducida. La liberación de oxígeno depende de la necesidad de oxígeno en los tejidos circundantes, por lo que la hemoglobina rara vez, o nunca, deja todo su oxígeno. En los capilares, el dióxido de carbono entra en el torrente sanguíneo. Alrededor del 76 por ciento se disuelve en el plasma, permaneciendo parte de él como CO2 disuelto y el resto formando iones de bicarbonato. Alrededor del 23-24 por ciento se une a los aminoácidos de la hemoglobina, formando una molécula conocida como carbaminohemoglobina. Desde los capilares, la hemoglobina transporta el dióxido de carbono de vuelta a los pulmones, donde lo libera para el intercambio de oxígeno.

Los cambios en los niveles de glóbulos rojos pueden tener efectos significativos en la capacidad del organismo para suministrar eficazmente oxígeno a los tejidos. Una hematopoyesis ineficaz da lugar a un número insuficiente de glóbulos rojos y provoca una de las diversas formas de anemia. La sobreproducción de glóbulos rojos produce una condición llamada policitemia. El principal inconveniente de la policitemia no es la incapacidad de suministrar directamente suficiente oxígeno a los tejidos, sino el aumento de la viscosidad de la sangre, que dificulta la circulación de la misma por parte del corazón.

En los pacientes con hemoglobina insuficiente, los tejidos pueden no recibir suficiente oxígeno, lo que da lugar a otra forma de anemia. Para determinar la oxigenación de los tejidos, el valor de mayor interés en la asistencia sanitaria es el porcentaje de saturación; es decir, el porcentaje de sitios de hemoglobina ocupados por el oxígeno en la sangre de un paciente. Clínicamente, este valor suele denominarse simplemente «porcentaje de saturación».

La saturación porcentual se monitoriza normalmente mediante un dispositivo conocido como pulsioxímetro, que se aplica a una parte fina del cuerpo, normalmente la punta del dedo del paciente. El dispositivo funciona enviando dos longitudes de onda diferentes de luz (una roja y otra infrarroja) a través del dedo y midiendo la luz con un fotodetector a su salida. La hemoglobina absorbe la luz de forma diferente según su saturación de oxígeno. El aparato calibra la cantidad de luz que recibe el fotodetector con respecto a la cantidad absorbida por la hemoglobina parcialmente oxigenada y presenta los datos como porcentaje de saturación. Las lecturas normales del pulsioxímetro oscilan entre el 95 y el 100 por ciento. Los porcentajes más bajos reflejan una hipoxemia o un bajo nivel de oxígeno en la sangre. El término hipoxia es más genérico y se refiere simplemente a niveles bajos de oxígeno. Los niveles de oxígeno también se monitorizan directamente a partir del oxígeno libre en el plasma, normalmente tras una punción arterial. Cuando se aplica este método, la cantidad de oxígeno presente se expresa en términos de presión parcial de oxígeno o simplemente pO2 y suele registrarse en unidades de milímetros de mercurio, mm Hg.

Los riñones filtran unos 180 litros (~380 pintas) de sangre en un adulto medio cada día, o aproximadamente el 20 por ciento del volumen total en reposo, y por lo tanto sirven como sitios ideales para los receptores que determinan la saturación de oxígeno. En respuesta a la hipoxemia, saldrá menos oxígeno de los vasos que irrigan el riñón, lo que provocará hipoxia (baja concentración de oxígeno) en el líquido tisular del riñón, donde se controla realmente la concentración de oxígeno. Los fibroblastos intersticiales del riñón secretan EPO, aumentando así la producción de eritrocitos y restableciendo los niveles de oxígeno. En un bucle clásico de retroalimentación negativa, cuando la saturación de oxígeno aumenta, la secreción de EPO disminuye, y viceversa, manteniendo así la homeostasis. Las poblaciones que viven a gran altura, con niveles inherentemente más bajos de oxígeno en la atmósfera, mantienen naturalmente un hematocrito más alto que las personas que viven a nivel del mar. En consecuencia, las personas que viajan a grandes alturas pueden experimentar síntomas de hipoxemia, como fatiga, dolor de cabeza y dificultad para respirar, durante unos días después de su llegada. En respuesta a la hipoxemia, los riñones segregan EPO para aumentar la producción de eritrocitos hasta que se alcanza de nuevo la homeostasis. Para evitar los síntomas de la hipoxemia o el mal de altura, los alpinistas suelen descansar de varios días a una semana o más en una serie de campamentos situados a alturas cada vez mayores para permitir que aumenten los niveles de EPO y, en consecuencia, el recuento de eritrocitos. Cuando escalan los picos más altos, como el Everest y el K2 en el Himalaya, muchos alpinistas dependen del oxígeno embotellado a medida que se acercan a la cumbre.

Ciclo de vida de los eritrocitos

La producción de eritrocitos en la médula se produce a la asombrosa velocidad de más de 2 millones de células por segundo. Para que esta producción se produzca, una serie de materias primas deben estar presentes en cantidades adecuadas. Entre ellas se encuentran los mismos nutrientes que son esenciales para la producción y el mantenimiento de cualquier célula, como la glucosa, los lípidos y los aminoácidos. Sin embargo, la producción de eritrocitos también requiere varios oligoelementos:

• Hierro. Hemos dicho que cada grupo hemo de una molécula de hemoglobina contiene un ion del oligoelemento hierro. Por término medio, se absorbe menos del 20 por ciento del hierro que consumimos. El hierro hemo, procedente de alimentos de origen animal como la carne, las aves de corral y el pescado, se absorbe con mayor eficacia que el hierro no hemo procedente de alimentos de origen vegetal. Una vez absorbido, el hierro pasa a formar parte de la reserva total de hierro del organismo. La médula ósea, el hígado y el bazo pueden almacenar hierro en los compuestos proteicos ferritina y hemosiderina. La ferroportina transporta el hierro a través de las membranas plasmáticas de las células intestinales y desde sus lugares de almacenamiento al líquido tisular, donde entra en la sangre. Cuando la EPO estimula la producción de eritrocitos, el hierro se libera de su almacenamiento, se une a la transferrina y se transporta a la médula roja, donde se une a los precursores de los eritrocitos.
• Cobre. El cobre, un oligoelemento, es un componente de dos proteínas plasmáticas, la hefaestina y la ceruloplasmina. Sin ellas, la hemoglobina no podría producirse adecuadamente. Situada en las vellosidades intestinales, la hefaestina permite que el hierro sea absorbido por las células intestinales. La ceruloplasmina transporta el cobre. Ambas permiten la oxidación del hierro de Fe2+ a Fe3+, una forma en la que puede unirse a su proteína transportadora, la transferrina, para su transporte a las células del cuerpo. En un estado de deficiencia de cobre, el transporte de hierro para la síntesis del hemo disminuye, y el hierro puede acumularse en los tejidos, donde puede acabar provocando daños en los órganos.
• Zinc. El oligoelemento zinc funciona como una coenzima que facilita la síntesis de la porción hemo de la hemoglobina.
• Vitaminas B. Las vitaminas B, folato y vitamina B12, funcionan como coenzimas que facilitan la síntesis del ADN. Por lo tanto, ambas son fundamentales para la síntesis de nuevas células, incluidos los eritrocitos.

Los eritrocitos viven hasta 120 días en la circulación, después de lo cual las células desgastadas son eliminadas por un tipo de célula fagocítica mieloide llamada macrófago, localizada principalmente en la médula ósea, el hígado y el bazo. Los componentes de la hemoglobina de los eritrocitos degradados se procesan de la siguiente manera:

• La globina, la parte proteica de la hemoglobina, se descompone en aminoácidos, que pueden enviarse de nuevo a la médula ósea para ser utilizados en la producción de nuevos eritrocitos. La hemoglobina que no es fagocitada se descompone en la circulación, liberando cadenas alfa y beta que son eliminadas de la circulación por los riñones.
• El hierro contenido en la porción hemo de la hemoglobina puede almacenarse en el hígado o el bazo, principalmente en forma de ferritina o hemosiderina, o ser transportado a través del torrente sanguíneo por la transferrina hasta la médula ósea roja para su reciclaje en nuevos eritrocitos.
• La parte no férrica del hemo se degrada en el producto de desecho biliverdina, un pigmento verde, y luego en otro producto de desecho, la bilirrubina, un pigmento amarillo. La bilirrubina se une a la albúmina y viaja por la sangre hasta el hígado, que la utiliza en la fabricación de la bilis, un compuesto que se libera en los intestinos para ayudar a emulsionar las grasas alimentarias. En el intestino grueso, las bacterias separan la bilirrubina de la bilis y la convierten en urobilinógeno y luego en estercobilina. A continuación, se elimina del cuerpo en las heces. Los antibióticos de amplio espectro suelen eliminar también estas bacterias y pueden alterar el color de las heces. Los riñones también eliminan cualquier bilirrubina circulante y otros subproductos metabólicos relacionados, como las urobilinas, y los secretan en la orina.

Los pigmentos de descomposición formados a partir de la destrucción de la hemoglobina pueden verse en una variedad de situaciones. En el lugar de una lesión, la biliverdina de los glóbulos rojos dañados produce algunos de los dramáticos colores asociados a los hematomas. Cuando el hígado falla, la bilirrubina no puede eliminarse eficazmente de la circulación y hace que el cuerpo adquiera un tono amarillento asociado a la ictericia. Las estercobilinas de las heces producen el típico color marrón asociado a estos residuos. Y el amarillo de la orina se asocia a las urobilinas.

El ciclo de vida de los eritrocitos se resume en la figura 4:

Trastornos de los eritrocitos

El tamaño, la forma y el número de eritrocitos, así como el número de moléculas de hemoglobina, pueden tener un gran impacto en la salud de una persona. Cuando el número de glóbulos rojos o de hemoglobina es deficiente, el estado general se denomina anemia. Existen más de 400 tipos de anemia y más de 3,5 millones de estadounidenses padecen esta enfermedad. La anemia puede dividirse en tres grandes grupos: la causada por la pérdida de sangre, la causada por la producción defectuosa o disminuida de glóbulos rojos y la causada por la destrucción excesiva de glóbulos rojos. Los clínicos suelen utilizar dos agrupaciones en el diagnóstico: El enfoque cinético se centra en la evaluación de la producción, destrucción y eliminación de los glóbulos rojos, mientras que el enfoque morfológico examina los propios glóbulos rojos, haciendo especial hincapié en su tamaño. Una prueba habitual es el volumen corpuscular medio (VCM), que mide el tamaño. Los glóbulos de tamaño normal se denominan normocíticos, los de tamaño inferior al normal se denominan microcíticos y los de tamaño superior al normal se denominan macrocíticos. El recuento de reticulocitos también es importante y puede revelar una producción inadecuada de glóbulos rojos. Los efectos de las distintas anemias son generalizados, ya que la reducción del número de glóbulos rojos o de hemoglobina provoca una disminución de los niveles de oxígeno que llegan a los tejidos corporales. Dado que el oxígeno es necesario para el funcionamiento de los tejidos, la anemia produce fatiga, letargo y un mayor riesgo de infección. El déficit de oxígeno en el cerebro afecta a la capacidad de pensar con claridad y puede provocar dolores de cabeza e irritabilidad. La falta de oxígeno deja al paciente sin aliento, aunque el corazón y los pulmones trabajen más en respuesta al déficit.

Las anemias por pérdida de sangre son bastante sencillas. Además de las hemorragias por heridas u otras lesiones, estas formas de anemia pueden deberse a úlceras, hemorroides, inflamación del estómago (gastritis) y algunos cánceres del tracto gastrointestinal. El uso excesivo de aspirina u otros antiinflamatorios no esteroideos, como el ibuprofeno, puede desencadenar úlceras y gastritis. La menstruación excesiva y la pérdida de sangre durante el parto también son causas potenciales.

Las anemias causadas por una producción defectuosa o disminuida de glóbulos rojos incluyen la anemia falciforme, la anemia por deficiencia de hierro, la anemia por deficiencia de vitaminas y las enfermedades de la médula ósea y de las células madre.

• Un cambio característico en la forma de los eritrocitos se observa en la enfermedad de células falciformes (también denominada anemia falciforme). Se trata de un trastorno genético causado por la producción de un tipo anormal de hemoglobina, denominada hemoglobina S, que aporta menos oxígeno a los tejidos y hace que los eritrocitos adopten una forma de hoz (o media luna), especialmente a bajas concentraciones de oxígeno (figura 5). Estas células con forma anómala pueden quedar atascadas en capilares estrechos porque son incapaces de plegarse sobre sí mismas para pasar, bloqueando el flujo sanguíneo a los tejidos y provocando diversos problemas graves, desde dolor en las articulaciones hasta retraso en el crecimiento e incluso ceguera y accidentes cerebrovasculares (ictus). La anemia falciforme es una afección genética que se da sobre todo en individuos de ascendencia africana.
• La anemia ferropénica es el tipo más común y se produce cuando la cantidad de hierro disponible es insuficiente para permitir la producción de suficiente hemo. Esta condición puede ocurrir en individuos con una deficiencia de hierro en la dieta y es especialmente común en adolescentes y niños, así como en veganos y vegetarianos. Además, la anemia ferropénica puede estar causada por una incapacidad para absorber y transportar el hierro o por una hemorragia lenta y crónica.
• Las anemias por deficiencia de vitaminas generalmente implican una insuficiencia de vitamina B12 y folato.
  • La anemia megaloblástica implica una deficiencia de vitamina B12 y/o folato, y a menudo implica dietas deficientes en estos nutrientes esenciales. La falta de carne o de una fuente alternativa viable, y la cocción excesiva o el consumo de cantidades insuficientes de verduras pueden provocar una falta de folato.
  • La anemia perniciosa está causada por una absorción deficiente de la vitamina B12 y suele observarse en pacientes con la enfermedad de Crohn (un trastorno intestinal grave que suele tratarse con cirugía), la extirpación quirúrgica de los intestinos o el estómago (común en algunas cirugías para perder peso), los parásitos intestinales y el SIDA.
  • Los embarazos, algunos medicamentos, el consumo excesivo de alcohol y algunas enfermedades como la celiaquía también se asocian a deficiencias vitamínicas. Es esencial proporcionar suficiente ácido fólico durante las primeras etapas del embarazo para reducir el riesgo de defectos neurológicos, incluida la espina bífida, un fallo en el cierre del tubo neural.
• Diversos procesos patológicos también pueden interferir en la producción y formación de glóbulos rojos y hemoglobina. Si las células madre mieloides son defectuosas o se sustituyen por células cancerosas, se producirán cantidades insuficientes de glóbulos rojos.
  • La anemia aplásica es la enfermedad en la que hay un número deficiente de células madre de glóbulos rojos. La anemia aplásica suele ser hereditaria o puede ser desencadenada por la radiación, la medicación, la quimioterapia o la infección.
  • La talasemia es una enfermedad hereditaria que suele darse en individuos de Oriente Medio, el Mediterráneo, África y el Sudeste Asiático, en la que la maduración de los glóbulos rojos no se produce con normalidad. La forma más grave se denomina anemia de Cooley.
  • La exposición al plomo procedente de fuentes industriales o incluso el polvo de las cáscaras de pinturas que contienen hierro o de la cerámica que no se ha esmaltado correctamente también puede provocar la destrucción de la médula roja.
• Varios procesos patológicos también pueden provocar anemias. Entre ellas se encuentran las enfermedades renales crónicas, a menudo asociadas a una menor producción de EPO, el hipotiroidismo, algunas formas de cáncer, el lupus y la artritis reumatoide.

En contraste con la anemia, un recuento elevado de glóbulos rojos se denomina policitemia y se detecta en un hematocrito elevado del paciente. Puede ocurrir de forma transitoria en una persona que está deshidratada; cuando la ingesta de agua es inadecuada o las pérdidas de agua son excesivas, el volumen plasmático disminuye. En consecuencia, el hematocrito aumenta. Por las razones mencionadas anteriormente, una forma leve de policitemia es crónica pero normal en personas que viven a gran altura. Algunos atletas de élite entrenan a grandes alturas específicamente para inducir este fenómeno. Por último, un tipo de enfermedad de la médula ósea denominada policitemia vera (del griego vera = «verdadero») provoca una producción excesiva de eritrocitos inmaduros. La policitemia vera puede elevar peligrosamente la viscosidad de la sangre, elevando la presión arterial y dificultando el bombeo de la sangre a todo el cuerpo por parte del corazón. Es una enfermedad relativamente rara que se da con más frecuencia en los hombres que en las mujeres, y es más probable que se presente en pacientes de edad avanzada, los mayores de 60 años.

Revisión del capítulo

Los elementos formados más abundantes en la sangre, los eritrocitos, son discos rojos y bicóncavos repletos de un compuesto transportador de oxígeno llamado hemoglobina. La molécula de hemoglobina contiene cuatro proteínas de globina unidas a una molécula de pigmento llamada hemo, que contiene un ion de hierro. En el torrente sanguíneo, el hierro recoge el oxígeno en los pulmones y lo deposita en los tejidos; a continuación, los aminoácidos de la hemoglobina transportan el dióxido de carbono de los tejidos de vuelta a los pulmones.

Los eritrocitos sólo viven una media de 120 días, por lo que deben ser sustituidos continuamente. Los eritrocitos desgastados son fagocitados por los macrófagos y su hemoglobina se descompone. Los productos de la descomposición se reciclan o se eliminan como desechos: La globina se descompone en aminoácidos para la síntesis de nuevas proteínas; el hierro se almacena en el hígado o el bazo o es utilizado por la médula ósea para la producción de nuevos eritrocitos; y los restos de hemo se convierten en bilirrubina, u otros productos de desecho que son absorbidos por el hígado y excretados en la bilis o eliminados por los riñones. La anemia es una deficiencia de glóbulos rojos o hemoglobina, mientras que la policitemia es un exceso de glóbulos rojos.

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