Anatomia e Fisiologia II

O eritrócito, vulgarmente conhecido como eritrócito (ou hemácia), é de longe o elemento formado mais comum: Uma única gota de sangue contém milhões de eritrócitos e apenas milhares de leucócitos. Especificamente, os homens têm cerca de 5,4 milhões de eritrócitos por microlitro (µL) de sangue, e as mulheres têm aproximadamente 4,8 milhões por µL. De facto, estima-se que os eritrócitos constituem cerca de 25 por cento do total de células do corpo. Como você pode imaginar, eles são células bastante pequenas, com um diâmetro médio de apenas cerca de 7-8 micrómetros (µm) (Figura 1). As funções primárias dos eritrócitos são captar o oxigênio inalado dos pulmões e transportá-lo para os tecidos do corpo, e captar alguns (cerca de 24%) resíduos de dióxido de carbono nos tecidos e transportá-lo para os pulmões para a exalação. Os eritrócitos permanecem dentro da rede vascular. Embora os leucócitos tipicamente deixem os vasos sanguíneos para desempenhar suas funções defensivas, o movimento dos eritrócitos dos vasos sanguíneos é anormal.

Forma e Estrutura dos Erythrocytes

As an erythrocyte matures in the red bone marrow, it extrudes its nucleus and most of its other organelles. Durante o primeiro dia ou dois que está na circulação, um eritrócito imaturo, conhecido como reticulócito, ainda conterá, tipicamente, restos de organelas. Os reticulócitos devem compreender aproximadamente 1-2 por cento da contagem de eritrócitos e fornecer uma estimativa aproximada da taxa de produção de hemácias, com taxas anormalmente baixas ou altas indicando desvios na produção dessas células. Esses remanescentes, principalmente de redes (retículos) de ribossomos, são rapidamente eliminados, porém, e os eritrócitos maduros e circulantes têm poucos componentes estruturais celulares internos. Na ausência de mitocôndrias, por exemplo, eles dependem da respiração anaeróbica. Isto significa que eles não utilizam nenhum do oxigênio que estão transportando, para que possam entregar tudo aos tecidos. Também carecem de reticula endoplasmática e não sintetizam proteínas. No entanto, os eritrócitos contêm algumas proteínas estruturais que ajudam as células sanguíneas a manter a sua estrutura única e permitem-lhes alterar a sua forma para se espremerem através dos capilares. Isto inclui a espectrina proteica, um elemento proteico citoesquelético.

Erythrocytes são discos biconcavos; ou seja, são plump na sua periferia e muito finos no centro (Figura 2). Como carecem da maioria das organelas, há mais espaço interior para a presença das moléculas de hemoglobina que, como você verá em breve, transportam gases. A forma biconcava também proporciona uma maior área de superfície através da qual podem ocorrer trocas gasosas, em relação ao seu volume; uma esfera de diâmetro semelhante teria uma relação área-volume superficial inferior. Nos capilares, o oxigênio transportado pelos eritrócitos pode se difundir para o plasma e depois através das paredes capilares para alcançar as células, enquanto que parte do dióxido de carbono produzido pelas células como produto residual se difunde para os capilares a serem captados pelos eritrócitos. Os leitos capilares são extremamente estreitos, retardando a passagem dos eritrócitos e proporcionando uma maior oportunidade para a troca de gás. No entanto, o espaço dentro dos capilares pode ser tão pequeno que, apesar do seu pequeno tamanho, os eritrócitos podem ter de se dobrar sobre si mesmos para poderem passar. Felizmente, suas proteínas estruturais como a espectrina são flexíveis, permitindo que eles se dobrem sobre si mesmos a um grau surpreendente, e depois voltam quando entram em um recipiente mais largo. Em vasos mais largos, os eritrócitos podem se empilhar como um rolo de moedas, formando um rouleaux, da palavra francesa para “roll”

Hemoglobina

Hemoglobina é uma molécula grande feita de proteínas e ferro. É constituída por quatro cadeias dobradas de uma proteína chamada globina, designada alfa 1 e 2, e beta 1 e 2 (Figura 3a). Cada uma destas moléculas de globina é ligada a uma molécula de pigmento vermelho chamada heme, que contém um íon de ferro (Fe2+) (Figura 3b).

Cada íon de ferro no heme pode se ligar a uma molécula de oxigênio; portanto, cada molécula de hemoglobina pode transportar quatro moléculas de oxigênio. Um eritrócito individual pode conter cerca de 300 milhões de moléculas de hemoglobina e, portanto, pode se ligar e transportar até 1,2 bilhões de moléculas de oxigênio (ver Figura 3b).

Nos pulmões, a hemoglobina capta o oxigênio, que se liga aos íons de ferro, formando a oxi-hemoglobina. A hemoglobina vermelha brilhante, oxigenada, viaja para os tecidos do corpo, onde libera algumas das moléculas de oxigênio, tornando-se desoxi-hemoglobina vermelha mais escura, às vezes chamada de hemoglobina reduzida. A liberação de oxigênio depende da necessidade de oxigênio nos tecidos vizinhos, portanto, a hemoglobina raramente ou nunca deixa todo o oxigênio para trás. Nos capilares, o dióxido de carbono entra na corrente sanguínea. Cerca de 76% se dissolve no plasma, parte dele permanece como CO2 dissolvido, e o restante forma o íon bicarbonato. Cerca de 23-24 por cento dele se liga aos aminoácidos da hemoglobina, formando uma molécula conhecida como carbaminohemoglobina. Dos capilares, a hemoglobina transporta o dióxido de carbono de volta aos pulmões, onde o libera para troca de oxigênio.

Alterações nos níveis de hemácias podem ter efeitos significativos na capacidade do organismo de efetivamente fornecer oxigênio aos tecidos. A hematopoiese ineficaz resulta em número insuficiente de hemácias e resulta em uma das várias formas de anemia. Uma produção excessiva de hemácias produz uma condição chamada policitemia. A principal desvantagem da policitemia não é a incapacidade de fornecer oxigênio suficiente diretamente aos tecidos, mas o aumento da viscosidade do sangue, que dificulta a circulação do coração.

Em pacientes com hemoglobina insuficiente, os tecidos podem não receber oxigênio suficiente, resultando em outra forma de anemia. Na determinação da oxigenação dos tecidos, o valor de maior interesse na saúde é a porcentagem de saturação, ou seja, a porcentagem de locais de hemoglobina ocupados por oxigênio no sangue de um paciente. Clinicamente, esse valor é comumente referido simplesmente como “percentual de sat”

Saturação percentual é normalmente monitorada usando um dispositivo conhecido como oxímetro de pulso, que é aplicado em uma parte fina do corpo, normalmente a ponta do dedo do paciente. O dispositivo funciona enviando dois comprimentos de onda de luz diferentes (um vermelho, o outro infravermelho) através do dedo e medindo a luz com um fotodetector à medida que sai. A hemoglobina absorve a luz de forma diferente dependendo da sua saturação com oxigénio. A máquina calibra a quantidade de luz recebida pelo fotodetector em relação à quantidade absorvida pela hemoglobina parcialmente oxigenada e apresenta os dados como saturação percentual. As leituras normais do oxímetro de pulso variam de 95-100 por cento. Percentagens mais baixas reflectem hipoxemia, ou baixo nível de oxigénio no sangue. O termo hipoxemia é mais genérico e refere-se simplesmente a baixos níveis de oxigénio. Os níveis de oxigênio também são monitorados diretamente a partir do oxigênio livre no plasma, tipicamente seguindo um bastão arterial. Quando este método é aplicado, a quantidade de oxigênio presente é expressa em termos de pressão parcial de oxigênio ou simplesmente pO2 e é tipicamente registrada em unidades de milímetros de mercúrio, mm Hg.

Os rins filtram cerca de 180 litros (~380 pintas) de sangue em um adulto médio a cada dia, ou cerca de 20% do volume total de repouso, e assim servem como locais ideais para receptores que determinam a saturação de oxigênio. Em resposta à hipoxemia, menos oxigênio sairá dos vasos que fornecem o rim, resultando em hipoxemia (baixa concentração de oxigênio) no líquido tecidual do rim, onde a concentração de oxigênio é realmente monitorada. Os fibroblastos intersticiais dentro da EPO do secreto renal, aumentando assim a produção de eritrócitos e restaurando os níveis de oxigénio. Num laço clássico de alimentação negativa, à medida que a saturação de oxigénio aumenta, a secreção de EPO diminui, e vice-versa, mantendo assim a homeostase. As populações que vivem em altas elevações, com níveis de oxigénio inerentemente mais baixos na atmosfera, mantêm naturalmente um hematócrito mais elevado do que as pessoas que vivem ao nível do mar. Consequentemente, as pessoas que viajam para elevações elevadas podem apresentar sintomas de hipoxemia, tais como fadiga, dor de cabeça e falta de ar, durante alguns dias após a sua chegada. Em resposta à hipoxemia, os rins secretam EPO para intensificar a produção de eritrócitos até que a homeostase seja alcançada novamente. Para evitar os sintomas de hipoxemia, ou doença de altitude, os montanhistas geralmente descansam durante vários dias a uma semana ou mais em uma série de campos situados em elevações crescentes para permitir que os níveis de EPO e, consequentemente, a contagem de eritrócitos aumente. Ao escalar os picos mais altos, como o Monte Everest e K2 no Himalaia, muitos montanhistas dependem de oxigênio engarrafado ao se aproximarem do cume.

Lifeciclo de Erythrocytes

Produção de eritrócitos na medula óssea ocorre na taxa espantosa de mais de 2 milhões de células por segundo. Para que esta produção ocorra, uma série de matérias primas deve estar presente em quantidades adequadas. Estas incluem os mesmos nutrientes essenciais para a produção e manutenção de qualquer célula, tais como glicose, lipídios e aminoácidos. No entanto, a produção de eritrócitos também requer vários oligoelementos:

• Iron. Dissemos que cada grupo heme em uma molécula de hemoglobina contém um íon do ferro mineral traço. Em média, menos de 20 por cento do ferro que consumimos é absorvido. O ferro heme, de alimentos de origem animal como carne, aves e peixes, é absorvido de forma mais eficiente do que o ferro não heme de alimentos vegetais. Após a absorção, o ferro torna-se parte da piscina de ferro total do organismo. A medula óssea, o fígado e o baço podem armazenar ferro nos compostos proteicos ferritina e hemossiderina. A ferroportina transporta o ferro através das membranas plasmáticas das células intestinais e dos seus locais de armazenamento para o líquido dos tecidos, onde entra no sangue. Quando a EPO estimula a produção de eritrócitos, o ferro é liberado do armazenamento, ligado à transferrina, e transportado até a medula vermelha onde se liga aos precursores de eritrócitos.
• Cobre. Um mineral traço, o cobre é um componente de duas proteínas plasmáticas, hephaestin e ceruloplasmina. Sem estas, a hemoglobina não poderia ser produzida adequadamente. Localizada em vilosidades intestinais, a hefaestina permite que o ferro seja absorvido pelas células intestinais. A ceruloplasmina transporta o cobre. Ambos permitem a oxidação do ferro de Fe2+ a Fe3+, uma forma na qual ele pode ser ligado à sua proteína de transporte, a transferrina, para o transporte para as células do corpo. Em um estado de deficiência de cobre, o transporte de ferro para síntese de heme diminui, e o ferro pode se acumular nos tecidos, onde pode eventualmente levar a danos aos órgãos.
• Zinco. O zinco mineral traço funciona como uma co-enzima que facilita a síntese da porção heme da hemoglobina.
• B vitaminas. As vitaminas B folato e vitamina B12 funcionam como co-enzimas que facilitam a síntese do DNA. Assim, ambos são críticos para a síntese de novas células, incluindo eritrócitos.

Erythrocytes vivem até 120 dias na circulação, após os quais as células gastas são removidas por um tipo de célula mielóide fagocítica chamada macrófago, localizada principalmente dentro da medula óssea, fígado e baço. Os componentes da hemoglobina eritrócita degradada são processados da seguinte forma:

• Globina, a porção proteica da hemoglobina, é decomposta em aminoácidos, que podem ser enviados de volta à medula óssea para serem usados na produção de novos eritrócitos. A hemoglobina não fagocitada é quebrada na circulação, liberando cadeias alfa e beta que são retiradas da circulação pelos rins.
• O ferro contido na porção heme da hemoglobina pode ser armazenado no fígado ou no baço, principalmente na forma de ferritina ou hemossiderina, ou transportado pela corrente sanguínea por transferrina para a medula óssea vermelha para ser reciclado em novos eritrócitos.
• A porção não ferrosa de heme é degradada no produto residual biliverdina, um pigmento verde, e depois em outro produto residual, bilirrubina, um pigmento amarelo. A bilirrubina liga-se à albumina e viaja no sangue para o fígado, que a utiliza no fabrico da bílis, um composto libertado no intestino para ajudar a emulsionar as gorduras dietéticas. No intestino grosso, as bactérias quebram a bilirrubina para além da bílis e convertem-na em urobilinogénio e depois em estercobilina. É então eliminada do corpo nas fezes. Os antibióticos de largo espectro normalmente também eliminam estas bactérias e podem alterar a cor das fezes. Os rins também removem qualquer bilirrubina circulante e outros subprodutos metabólicos relacionados, como as urobilinas, e secretam-nas na urina.

Os pigmentos de decomposição formados a partir da destruição da hemoglobina podem ser vistos em uma variedade de situações. No local de uma lesão, a biliverdina das hemácias danificadas produz algumas das cores dramáticas associadas a hematomas. Com uma falha hepática, a bilirrubina não pode ser removida eficazmente da circulação e faz com que o corpo assuma uma tonalidade amarelada associada à icterícia. As estercobilinas dentro das fezes produzem a típica cor marrom associada a esses resíduos. E o amarelo da urina está associado com as urobilinas.

O ciclo de vida do eritrócito está resumido na Figura 4:

Desordens de eritrócitos

O tamanho, forma e número de eritrócitos, e o número de moléculas de hemoglobina pode ter um grande impacto sobre a saúde de uma pessoa. Quando o número de hemácias ou hemoglobina é deficiente, a condição geral é chamada anemia. Há mais de 400 tipos de anemia e mais de 3,5 milhões de americanos sofrem dessa condição. A anemia pode ser dividida em três grupos principais: as causadas por perda de sangue, as causadas por produção defeituosa ou diminuída de hemácias e as causadas por destruição excessiva de hemácias. Os médicos costumam usar dois grupos no diagnóstico: A abordagem cinética concentra-se na avaliação da produção, destruição e remoção de hemácias, enquanto a morfológica examina as próprias hemácias, dando ênfase especial ao seu tamanho. Um teste comum é o volume médio do corpúsculo (VGM), que mede o tamanho. Células de tamanho normal são chamadas de normocíticas, células menores que as normais são chamadas de microcíticas e células maiores que as normais são chamadas de macrocíticas. A contagem de reticulócitos também é importante e pode revelar produção inadequada de hemácias. Os efeitos das diversas anemias são generalizados, pois a redução do número de hemácias ou da hemoglobina resulta em menores níveis de oxigênio nos tecidos do corpo. Como o oxigênio é necessário para o funcionamento dos tecidos, a anemia produz fadiga, letargia e risco aumentado de infecção. Um déficit de oxigênio no cérebro prejudica a capacidade de pensar claramente, e pode causar dores de cabeça e irritabilidade. A falta de oxigênio deixa o paciente com falta de ar, mesmo quando o coração e os pulmões trabalham mais em resposta ao déficit.

Anemias de perda de sangue são bastante simples. Além do sangramento de feridas ou outras lesões, essas formas de anemia podem ser devidas a úlceras, hemorróidas, inflamação do estômago (gastrite), e alguns cânceres do trato gastrointestinal. O uso excessivo de aspirina ou outros anti-inflamatórios não esteróides, como o ibuprofeno, pode desencadear ulceração e gastrite. A menstruação excessiva e a perda de sangue durante o parto também são causas potenciais.

Anemias causadas por anemia falciforme, anemia por deficiência de ferro, anemia por deficiência de vitaminas e doenças da medula óssea e das células-tronco.

• Uma mudança característica na forma dos eritrócitos é observada na anemia falciforme (também referida como anemia falciforme). Uma doença genética, é causada pela produção de um tipo anormal de hemoglobina, chamada hemoglobina S, que fornece menos oxigênio aos tecidos e faz com que os eritrócitos assumam uma forma falciforme (ou em forma de lua crescente), especialmente em baixas concentrações de oxigênio (Figura 5). Essas células com forma anormal podem então ficar alojadas em capilares estreitos porque não conseguem se dobrar para se contrair, bloqueando o fluxo sanguíneo para os tecidos e causando uma variedade de problemas graves, desde articulações dolorosas até retardar o crescimento e até cegueira e acidentes cerebrovasculares (AVC). A anemia falciforme é uma condição genética particularmente encontrada em indivíduos de descendência africana.
• A anemia por deficiência de ferro é o tipo mais comum e resulta quando a quantidade de ferro disponível é insuficiente para permitir a produção de heme suficiente. Essa condição pode ocorrer em indivíduos com deficiência de ferro na dieta e é especialmente comum em adolescentes e crianças, bem como em veganos e vegetarianos. Além disso, a anemia por deficiência de ferro pode ser causada por incapacidade de absorver e transportar ferro ou por sangramento crônico lento.
• Anemias com deficiência de vitamina B12 e folato em geral envolvem insuficiência de vitamina B12 e folato.
  • Anemia megaloblástica envolve deficiência de vitamina B12 e/ou folato, e muitas vezes envolve dietas com deficiência desses nutrientes essenciais. A falta de carne ou de uma fonte alternativa viável e a cozedura excessiva ou o consumo insuficiente de vegetais podem levar à falta de folato.
  • Anemia perniciosa é causada pela absorção insuficiente de vitamina B12 e é freqüentemente observada em pacientes com doença de Crohn (um distúrbio intestinal grave freqüentemente tratado por cirurgia), remoção cirúrgica do intestino ou do estômago (comum em algumas cirurgias de perda de peso), parasitas intestinais e AIDS.
  • Gravidez, alguns medicamentos, consumo excessivo de álcool e algumas doenças como a doença celíaca também estão associadas a deficiências vitamínicas. É essencial fornecer ácido fólico suficiente durante os estágios iniciais da gravidez para reduzir o risco de defeitos neurológicos, incluindo espinha bífida, uma falha no fechamento do tubo neural.
• Os processos de doenças variadas também podem interferir na produção e formação de hemácias e hemoglobina. Se as células-tronco mielóides forem defeituosas ou substituídas por células cancerosas, não haverá quantidade suficiente de hemácias produzidas.
  • Anemia aplástica é a condição na qual há um número insuficiente de células-tronco de hemácias. A anemia aplástica é uma doença hereditária ou pode ser desencadeada por radiação, medicação, quimioterapia ou infecção.
  • Talassemia é uma doença hereditária que ocorre normalmente em indivíduos do Oriente Médio, Mediterrâneo, África e sudeste da Ásia, em que a maturação das hemácias não ocorre normalmente. A forma mais grave é chamada anemia de Cooley.
  • Exposição de chumbo de fontes industriais ou mesmo pó de lascas de tinta contendo ferro ou cerâmica que não tenha sido devidamente esmaltada também pode levar à destruição da medula vermelha.
• Vários processos de doença também podem levar a anemias. Estas incluem doenças renais crônicas frequentemente associadas à diminuição da produção de EPO, hipotireoidismo, algumas formas de câncer, lúpus e artrite reumatóide.

Em contraste com a anemia, uma contagem elevada de hemácias é chamada policitemia e é detectada no hematócrito elevado de um paciente. Pode ocorrer transitoriamente em uma pessoa desidratada; quando a ingestão de água é inadequada ou as perdas de água são excessivas, o volume de plasma cai. Como resultado, o hematócrito sobe. Por razões mencionadas anteriormente, uma forma leve de policitemia é crônica, mas normal em pessoas que vivem em altitudes elevadas. Alguns atletas de elite treinam em altitudes elevadas especificamente para induzir este fenómeno. Finalmente, um tipo de doença da medula óssea chamada policitemia vera (do grego vera = “verdadeira”) causa uma produção excessiva de eritrócitos imaturos. A policitemia vera pode elevar perigosamente a viscosidade do sangue, elevando a pressão arterial e tornando mais difícil para o coração bombear sangue por todo o corpo. É uma doença relativamente rara que ocorre mais frequentemente nos homens do que nas mulheres, sendo mais provável que esteja presente em doentes idosos com mais de 60 anos de idade.

Chapter Review

Os elementos formados mais abundantes no sangue, os eritrócitos, são discos vermelhos, biconcavos, embalados com um composto que transporta oxigénio chamado hemoglobina. A molécula de hemoglobina contém quatro proteínas de globina ligadas a uma molécula de pigmento chamada heme, que contém um íon de ferro. Na corrente sanguínea, o ferro capta o oxigénio nos pulmões e deixa-o cair nos tecidos; os aminoácidos da hemoglobina transportam depois o dióxido de carbono dos tecidos de volta para os pulmões.

Erythrocytes vivem em média apenas 120 dias, pelo que devem ser continuamente substituídos. Os eritrócitos desgastados são fagocitados por macrófagos e sua hemoglobina é decomposta. Os produtos de decomposição são reciclados ou removidos como resíduos: A globina é decomposta em aminoácidos para síntese de novas proteínas; o ferro é armazenado no fígado ou baço ou utilizado pela medula óssea para produção de novos eritrócitos; e os resíduos de heme são convertidos em bilirrubina, ou outros resíduos que são absorvidos pelo fígado e excretados na bílis ou removidos pelos rins. A anemia é uma deficiência de hemácias ou hemoglobina, enquanto a policitemia é um excesso de hemácias.

Self Check

Responda a(s) pergunta(s) abaixo para ver se entendeu bem os tópicos abordados na seção anterior.

Glossário

anemia: deficiência de eritrócitos ou hemoglobina

bilirrubina: pigmento biliar amarelado produzido quando o ferro é removido do heme e é ainda decomposto em produtos residuais

biliverdina: pigmento biliar verde produzido quando a parte não ferrosa do heme é degradada em produto residual; convertido em bilirrubina no fígado

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carbaminohemoglobina: composto de dióxido de carbono e hemoglobina, e uma das formas em que o dióxido de carbono é transportado no sangue

deoxi-hemoglobina: molécula de hemoglobina sem uma molécula de oxigénio ligada a ela

erythrocyte: (também, glóbulos vermelhos) célula sangüínea mielóide madura que é composta principalmente de hemoglobina e funciona principalmente no transporte de oxigênio e dióxido de carbono

ferritina: forma de armazenamento proteica de ferro encontrada na medula óssea, fígado e baço

globina: heme contendo proteína globular que é um constituinte da hemoglobina

heme: pigmento vermelho, contendo ferro ao qual o oxigênio se liga na hemoglobina

hemoglobina: composto transportador de oxigênio em eritrócitos

hemosiderina: forma de armazenamento de proteínas de ferro encontrada na medula óssea, fígado e baço

hipoxemia: abaixo do nível normal de saturação de oxigênio no sangue (tipicamente <95 por cento)

macrófago: célula fagocitária da linhagem mielóide; um monócito maduro

oxi-hemoglobina: molécula de hemoglobina a que está ligado o oxigénio

poliquimia: nível elevado de hemoglobina, quer adaptável ou patológica

reticulócito: eritrócito imaturo que ainda pode conter fragmentos de organelas

doença das células falciformes: (também, anemia falciforme): doença sanguínea hereditária na qual as moléculas de hemoglobina são mal formadas, levando à quebra das hemácias que assumem uma forma característica de foice

talassemia: doença sanguínea hereditária na qual a maturação das hemácias não ocorre normalmente, levando à formação anormal de hemoglobina e à destruição das hemácias

transferrina: proteína plasmática que se liga reversivelmente ao ferro e a distribui por todo o corpo