Composición y funciones de la sangre

Composición y funciones de la sangre. La sangre es el fluido que transporta oxígeno y nutrientes a las células y lleva el dióxido de carbono y otros productos de desecho. Técnicamente, la sangre es un líquido de transporte bombeado por el corazón (o una estructura equivalente) a todas las partes del cuerpo, después de lo cual se devuelve al corazón para repetir el proceso. La sangre es un tejido y un líquido.

La sangre es un tejido porque es una colección de células especializadas similares que sirven a funciones particulares. Estas células están suspendidas en una matriz líquida (plasma), lo que hace que la sangre sea un líquido. Si el flujo sanguíneo cesa, la muerte se producirá en cuestión de minutos debido a los efectos de un entorno desfavorable en las células altamente susceptibles.

Sangre: trayectoria de un glóbulo rojo

Sangre: trayectoria de un glóbulo rojo
En un circuito a través del sistema cardiovascular, los glóbulos rojos transportan el oxígeno de los pulmones a los tejidos corporales y transportan el dióxido de carbono de los tejidos del cuerpo a los pulmones.

La constancia de la composición de la sangre es posible gracias a la circulación, que transporta la sangre a través de los órganos que regulan las concentraciones de sus componentes. En los pulmones, la sangre adquiere oxígeno y libera dióxido de carbono transportado de los tejidos. Los riñones eliminan el exceso de agua y los productos de desecho disueltos. Las sustancias nutritivas derivadas de los alimentos llegan al torrente sanguíneo después de la absorción por el tracto gastrointestinal. Las glándulas del sistema endocrino liberan sus secreciones en la sangre, que transporta estas hormonas a los tejidos en los que ejercen sus efectos.

Muchas sustancias se reciclan a través de la sangre; por ejemplo, el hierro liberado durante la destrucción de viejos glóbulos rojos es transportado por el plasma a sitios de nueva producción de glóbulos rojos donde se reutiliza. Cada uno de los numerosos componentes de la sangre se mantiene dentro de los límites de concentración apropiados mediante un mecanismo regulador eficaz. En muchos casos, los sistemas de control de retroalimentación están operativos; por lo tanto, un nivel decreciente de azúcar en la sangre (glucosa) conduce a la liberación acelerada de glucosa en la sangre para que no se produzca un agotamiento potencialmente peligroso de la glucosa.

Los organismos unicelulares, los animales multicelulares primitivos y los embriones tempranos de las formas superiores de vida carecen de un sistema circulatorio. Debido a su pequeño tamaño, estos organismos pueden absorber oxígeno y nutrientes y pueden descargar desechos directamente en su medio circundante por simple difusión. Las esponjas y celenterados (por ejemplo, medusas e hidras) carecen también de un sistema sanguíneo; los medios para transportar alimentos y oxígeno a todas las células de estos animales multicelulares más grandes son proporcionados por agua, mar o fresco, bombeados a través de espacios dentro de los organismos. En animales más grandes y complejos, el transporte de cantidades adecuadas de oxígeno y otras sustancias requiere algún tipo de circulación sanguínea. En la mayoría de estos animales la sangre pasa a través de una membrana de intercambio respiratorio, que se encuentra en las branquias, pulmones o incluso la piel. Allí la sangre recoge oxígeno y dispone de dióxido de carbono.

La composición celular de la sangre varía de un grupo a otro en el reino animal. La mayoría de los invertebrados tienen varias células sanguíneas grandes capaces de movimientos ameboides. Algunas de estas ayudas en el transporte de sustancias; otros son capaces de rodear y digerir partículas extrañas o desechos (fagocitosis). En comparación con la sangre de vertebrados, sin embargo, la de los invertebrados tiene relativamente pocas células. Entre los vertebrados, hay varias clases de células ameboides (glóbulos blancos o leucocitos) y células que ayudan a detener el sangrado (plaquetas o trombocitos).

Los requerimientos de oxígeno han jugado un papel importante en la determinación tanto de la composición de la sangre como de la arquitectura del sistema circulatorio. En algunos animales simples, incluyendo gusanos y moluscos pequeños, el oxígeno transportado se disuelve simplemente en el plasma. Los animales más grandes y más complejos, que tienen mayores necesidades de oxígeno, tienen pigmentos capaces de transportar cantidades relativamente grandes de oxígeno. La hemoglobina del pigmento rojo, que contiene hierro, se encuentra en todos los vertebrados y en algunos invertebrados. En casi todos los vertebrados, incluyendo humanos, la hemoglobina está contenida exclusivamente dentro de los glóbulos rojos (eritrocitos).

Los glóbulos rojos de los vertebrados inferiores (por ejemplo, las aves) tienen un núcleo, mientras que los glóbulos rojos de mamíferos carecen de un núcleo. Las células rojas varían notablemente en tamaño entre los mamíferos; los de la cabra son mucho más pequeños que los de los humanos, pero la cabra compensa por tener muchos más glóbulos rojos por unidad de volumen de sangre. La concentración de hemoglobina dentro de los eritrocitos varía poco entre las especies. La hemocianina, una proteína que contiene cobre químicamente diferente a la hemoglobina, se encuentra en algunos crustáceos. La hemocianina es de color azul cuando está oxigenada e incolora cuando se elimina el oxígeno. Algunos anélidos tienen el pigmento verde que contiene hierro chlorocruorin, otros el hierro que contiene el pigmento rojo hemerythrin. En muchos invertebrados los pigmentos respiratorios se transportan en solución en el plasma, pero en los animales superiores, incluidos todos los vertebrados, los pigmentos están encerrados en las células; si los pigmentos estuvieran libremente en solución, las concentraciones de pigmento requeridas harían que la sangre fuera tan viscosa que impidiera la circulación.

Este artículo se centra en los principales componentes y funciones de la sangre humana. Para el tratamiento completo de los grupos sanguíneos, consulte el grupo sanguíneo del artículo. Para información sobre el sistema de órganos que transporta la sangre a todos los órganos del cuerpo, ver el sistema cardiovascular. Para información adicional sobre la sangre en general y la comparación de la sangre y la linfa de diversos organismos, vea la circulación.

Componentes de la sangre


En los seres humanos, la sangre es un fluido rojo opaco, que fluye libremente pero es más denso y más viscoso que el agua. El color característico es impartido por la hemoglobina, una proteína única que contiene hierro. La hemoglobina se ilumina en color cuando está saturada con oxígeno (oxihemoglobina) y oscurece cuando se elimina oxígeno (desoxihemoglobina). Por esta razón, la sangre parcialmente desoxigenada de una vena es más oscura que la sangre oxigenada de una arteria. Los glóbulos rojos (eritrocitos) constituyen alrededor del 45 por ciento del volumen de la sangre, y las células restantes (glóbulos blancos, o leucocitos y plaquetas, o trombocitos) menos del 1 por ciento. La porción de fluido, el plasma, es un líquido amarillento claro, ligeramente pegajoso. Después de una comida grasa, el plasma transitoriamente parece turbio. Dentro del cuerpo la sangre es permanentemente fluida, y el flujo turbulento asegura que las células y el plasma se mezclan bastante homogéneamente.

glóbulos rojos, glóbulos blancos, plaquetas y plasma

La sangre se compone de múltiples componentes, incluyendo glóbulos rojos, glóbulos blancos, plaquetas y plasma.

La cantidad total de sangre en los seres humanos varía con la edad, sexo, peso, tipo de cuerpo y otros factores, pero una cifra promedio aproximada para los adultos es de aproximadamente 60 mililitros por kilogramo de peso corporal. Un macho joven promedio tiene un volumen de plasma de aproximadamente 35 mililitros y un volumen de glóbulos rojos de aproximadamente 30 mililitros por kilogramo de peso corporal. Hay poca variación en el volumen de sangre de una persona sana durante períodos largos, aunque cada componente de la sangre está en un estado continuo de flujo. En particular, el agua se mueve rápidamente dentro y fuera del torrente sanguíneo, logrando un equilibrio con los fluidos extravasculares (los que están fuera de los vasos sanguíneos) en cuestión de minutos. El volumen normal de sangre proporciona una reserva adecuada de tal forma que se tolera bien la pérdida de sangre apreciable. La retirada de 500 mililitros (aproximadamente una pinta) de sangre de donantes normales de sangre es un procedimiento inofensivo.

El volumen de la sangre se reemplaza rápidamente después de la pérdida de sangre; en pocas horas, el volumen del plasma se restaura mediante el movimiento del fluido extravascular hacia la circulación. El reemplazo de los glóbulos rojos se completa en varias semanas. La vasta área de la membrana capilar, a través de la cual el agua pasa libremente, permitiría la pérdida instantánea del plasma de la circulación si no fuera por las proteínas plasmáticas, en particular la albúmina sérica. Las membranas capilares son impermeables a la albúmina sérica, las más pequeñas en peso y las más altas en la concentración de las proteínas plasmáticas. El efecto osmótico de la albúmina sérica retiene el fluido dentro de la circulación, oponiéndose a las fuerzas hidrostáticas que tienden a conducir el líquido hacia el exterior en los tejidos.

Plasma


La porción líquida de la sangre, el plasma, es una solución compleja que contiene más del 90 por ciento de agua. El agua del plasma es libremente intercambiable con la de las células del cuerpo y otros fluidos extracelulares y está disponible para mantener el estado normal de hidratación de todos los tejidos. El agua, el constituyente más grande del cuerpo, es esencial para la existencia de cada célula viva.

El soluto principal del plasma es un grupo heterogéneo de proteínas que constituyen aproximadamente el 7 por ciento del plasma en peso. La diferencia principal entre el plasma y el fluido extracelular de los tejidos es el alto contenido en proteínas del plasma. La proteína plasmática ejerce un efecto osmótico por el cual el agua tiende a moverse de otro fluido extracelular al plasma. Cuando la proteína dietética se digiere en el tracto gastrointestinal, los aminoácidos individuales se liberan de las cadenas polipeptídicas y se absorben. Los aminoácidos son transportados a través del plasma a todas las partes del cuerpo, donde son recogidos por las células y se ensamblan de maneras específicas para formar proteínas de muchos tipos. Estas proteínas plasmáticas se liberan en la sangre de las células en las que fueron sintetizadas. Gran parte de la proteína del plasma se produce en el hígado.

La proteína plasmática principal es la albúmina sérica, una molécula relativamente pequeña, cuya principal función es retener el agua en el torrente sanguíneo por su efecto osmótico. La cantidad de albúmina sérica en la sangre es un determinante del volumen total de plasma. El agotamiento de la albúmina sérica permite que el líquido salga de la circulación y se acumule y provoque hinchazón de los tejidos blandos (edema). La albúmina sérica se une a ciertas otras sustancias que se transportan en el plasma y, por lo tanto, sirve como una proteína transportadora inespecífica. La bilirrubina, por ejemplo, se une a la albúmina sérica durante su paso a través de la sangre.

La albúmina sérica tiene propiedades físicas que permiten su separación de otras proteínas plasmáticas, que como grupo se denominan globulinas. De hecho, las globulinas son una matriz heterogénea de proteínas de estructura y función muy variadas, de las cuales sólo unas pocas serán mencionadas aquí. Las inmunoglobulinas, o anticuerpos, se producen en respuesta a una sustancia extraña específica o antígeno. Por ejemplo, la administración de la vacuna antipoliomielítica, que se hace a partir de poliovirus muerto o atenuado (debilitado), es seguida por la aparición en el plasma de anticuerpos que reaccionan con el poliovirus y previenen eficazmente la aparición de la enfermedad. Los anticuerpos pueden ser inducidos por muchas sustancias extrañas además de microorganismos; las inmunoglobulinas están implicadas en algunas reacciones de hipersensibilidad y alérgicas. Otras proteínas plasmáticas se refieren a la coagulación de la sangre.

Muchas proteínas están implicadas de formas muy específicas con la función de transporte de la sangre. Los lípidos de la sangre se incorporan a las moléculas de proteínas como lipoproteínas, sustancias importantes en el transporte de lípidos. El hierro y el cobre se transportan en plasma mediante proteínas únicas de unión a metal (transferrina y ceruloplasmina, respectivamente). La vitamina B12, un nutriente esencial, está ligada a una proteína portadora específica. Aunque la hemoglobina no se libera normalmente en el plasma, se dispone de una proteína de unión a la hemoglobina (haptoglobina) para transportar la hemoglobina al sistema reticuloendotelial en caso de hemólisis (desglose) de los glóbulos rojos. El nivel sérico de haptoglobina se eleva durante la inflamación y ciertas otras afecciones; se reduce en la enfermedad hemolítica y algunos tipos de enfermedad hepática.

Los lípidos están presentes en el plasma en suspensión y en solución. La concentración de lípidos en el plasma varía, particularmente en relación con las comidas, pero ordinariamente no excede de 1 gramo por 100 mililitros. La mayor fracción consiste en fosfolípidos, moléculas complejas que contienen ácido fosfórico y una base nitrogenada además de ácidos grasos y glicerol. Los triglicéridos, o grasas simples, son moléculas compuestas sólo de ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos libres, de menor concentración que los triglicéridos, son responsables de un transporte de grasa mucho más grande. Otros lípidos incluyen el colesterol, una fracción importante de los lípidos plasmáticos totales. Estas sustancias existen en plasma combinado con proteínas de varios tipos como lipoproteínas. Las partículas lipídicas más grandes de la sangre se conocen como quilomicrones y consisten en gran parte de triglicéridos; después de la absorción del intestino, pasan a través de los canales linfáticos y entrar en el torrente sanguíneo a través del conducto linfático torácico. Los otros lípidos plasmáticos se derivan de los alimentos o entran en el plasma desde los sitios de tejido.

Algunos constituyentes plasmáticos se producen en plasma en baja concentración pero tienen una alta tasa de rotación y una gran importancia fisiológica. Entre éstos se encuentra la glucosa, o azúcar en la sangre. La glucosa se absorbe del tracto gastrointestinal o puede liberarse en la circulación del hígado. Proporciona una fuente de energía para las células del tejido y es la única fuente para algunos, incluyendo los glóbulos rojos. La glucosa se conserva y se utiliza y no se excreta. Los aminoácidos también se transportan tan rápidamente que el nivel del plasma permanece bajo, aunque se requieren para toda la síntesis de la proteína a través del cuerpo. La urea, un producto final del metabolismo proteico, es rápidamente excretada por los riñones. Otros residuos nitrogenados-ácido úrico y creatinina- se eliminan de forma similar.

Varios materiales inorgánicos son constituyentes esenciales del plasma, y ​​cada uno tiene atributos funcionales especiales. El catión predominante (ion cargado positivamente) del plasma es sodio, un ion que se produce dentro de las células a una concentración mucho menor. Debido al efecto del sodio sobre la presión osmótica y los movimientos de fluidos, la cantidad de sodio en el cuerpo es un determinante influyente del volumen total de líquido extracelular. La cantidad de sodio en el plasma es controlada por los riñones bajo la influencia de la hormona aldosterona, que es secretada por la glándula suprarrenal. Si el sodio en la dieta excede los requerimientos, el exceso es excretado por los riñones. El potasio, el principal catión intracelular, se produce en el plasma a una concentración mucho más baja que el sodio.

La excreción renal de potasio está influenciada por la aldosterona, que causa la retención de sodio y la pérdida de potasio. El calcio en el plasma está en parte ligado a la proteína y en parte ionizado. Su concentración está bajo el control de dos hormonas: la hormona paratiroidea, que hace que el nivel aumente, y la calcitonina, que hace que caiga. El magnesio, al igual que el potasio, es un catión predominantemente intracelular y se produce en plasma en baja concentración. Las variaciones en las concentraciones de estos cationes pueden tener efectos profundos sobre el sistema nervioso, los músculos y el corazón, efectos normalmente impedidos por mecanismos reguladores precisos. El hierro, el cobre y el zinc se requieren en cantidades traza para la síntesis de enzimas esenciales; se necesita mucho más hierro además de la producción de hemoglobina y mioglobina, el pigmento de unión a oxígeno de los músculos. Estos metales se producen en plasma en concentraciones bajas. El anión principal (ion cargado negativamente) del plasma es cloruro; el cloruro de sodio es su sal principal. El bicarbonato participa en el transporte de dióxido de carbono y en la regulación del pH. El fosfato también tiene un efecto amortiguador en el pH de la sangre y es vital para las reacciones químicas de las células y para el metabolismo del calcio. El yoduro se transporta a través de plasma en cantidades traza; es avidamente absorbido por la glándula tiroides, que la incorpora a la hormona tiroidea.

Las hormonas de todas las glándulas endocrinas son segregadas en el plasma y transportadas a sus órganos diana, los órganos sobre los que ejercen sus efectos. Los niveles plasmáticos de estos agentes a menudo reflejan la actividad funcional de las glándulas que los segregan; en algunos casos, las mediciones son posibles aunque las concentraciones son extremadamente bajas. Entre los muchos otros constituyentes del plasma hay numerosas enzimas. Algunos de estos parecen simplemente haber escapado de las células de los tejidos y no tienen ningún significado funcional en la sangre.

Células de la sangre


Existen cuatro tipos principales de células sanguíneas: glóbulos rojos (eritrocitos), plaquetas (trombocitos), linfocitos y células fagocíticas. Colectivamente, los linfocitos y las células fagocíticas constituyen los glóbulos blancos (leucocitos). Cada tipo de célula de la sangre tiene una función especializada: los glóbulos rojos toman el oxígeno de los pulmones y lo entregan a los tejidos; las plaquetas participan en la formación de coágulos sanguíneos; los linfocitos están implicados con la inmunidad; y las células fagocíticas se producen en dos variedades -granulocitos y monocitos- y ingieren y descomponen microorganismos y partículas extrañas. La sangre circulante funciona como un conducto, llevando los diversos tipos de células a las regiones del cuerpo en las que se necesitan: células rojas a tejidos que requieren oxígeno, plaquetas a sitios de lesión, linfocitos a áreas de infección y células fagocíticas a sitios de invasión microbiana e inflamación. Cada tipo de célula sanguínea se describe en detalle a continuación.

Glóbulos rojos (eritrocitos) humanos

Glóbulos rojos (eritrocitos) humanos.

El proceso continuo de formación de células sanguíneas (hematopoyesis) tiene lugar en el tejido hematopoyético. En el embrión en desarrollo, el primer sitio de formación de sangre es el saco vitelino. Más tarde, en la vida embrionaria, el hígado se convierte en el órgano más importante de formación de glóbulos rojos, pero pronto es sucedido por la médula ósea, que en la vida adulta es la única fuente de glóbulos rojos y los granulocitos. En los niños pequeños, la médula ósea hematopoyética llena la mayor parte del esqueleto, mientras que en los adultos la médula se localiza principalmente en los huesos centrales (costillas, esternón, vértebras y huesos pélvicos). La médula ósea es una rica mezcla de células sanguíneas en desarrollo y maduras, así como células de grasa y otras células que proporcionan nutrición y un marco arquitectónico sobre el que se disponen los elementos formadores de sangre. El peso de la médula de un adulto normal es de 1.600 a 3.700 gramos y contiene más de 1.000.000.000.000 de células hematopoyéticas (18 × 109 células por kilogramo). La nutrición de esta gran masa de células proviene de la propia sangre. Las arterias perforan las paredes exteriores de los huesos, entran en la médula y se dividen en ramas finas, que finalmente se unen en grandes sacos venosos (sinusoides) a través de los cuales fluye la sangre lentamente. En el tejido hematopoyético circundante, las células sanguíneas recién formadas entran en la circulación general al penetrar las paredes de los sinusoides.

En el adulto, la médula ósea produce todos los glóbulos rojos, 60 a 70 por ciento de los glóbulos blancos (es decir, los granulocitos) y todas las plaquetas. Los tejidos linfáticos, particularmente el timo, el bazo y los ganglios linfáticos, producen los linfocitos (que comprenden entre 20 y 30 por ciento de los glóbulos blancos). Los tejidos reticuloendoteliales del bazo, el hígado, los ganglios linfáticos y otros órganos producen los monocitos (4 a 8 por ciento de los glóbulos blancos). Las plaquetas se forman a partir de bits del citoplasma de las células gigantes (megacariocitos) de la médula ósea.

Tanto las células rojas como las blancas surgen a través de una serie de transformaciones complejas a partir de células madre primitivas, que tienen la capacidad de formar cualquiera de los precursores de una célula sanguínea. Las células precursoras son células madre que se han desarrollado hasta la etapa en que se han comprometido a formar un tipo particular de nueva célula sanguínea. Al dividir y diferenciar, las células precursoras dan lugar a los cuatro principales linajes de células sanguíneas: eritrocitos, células fagocíticas, megacariocitos y linfocitos. Las células de la médula están bajo controles complejos que regulan su formación y ajustan su producción a las demandas cambiantes del cuerpo. Cuando las células madre de la médula se cultivan fuera del cuerpo, forman diminutos grupos de células (colonias), que corresponden a eritrocitos, células fagocíticas y megacariocitos. La formación de estas colonias individuales depende de proteínas hormonales que contienen azúcar (glicoproteínas), denominadas colectivamente factores estimulantes de colonias (CSFs). Estos factores se producen en todo el cuerpo. Incluso en cantidades mínimas, los LCR pueden estimular la división y diferenciación de las células precursoras en células sanguíneas maduras y ejercer así poderosas influencias reguladoras sobre la producción de células sanguíneas. Un factor estimulador de colonias maestras (multi-CSF), también llamado interleuquina-3, estimula la célula madre hematopoyética más ancestral. La diferenciación adicional de esta célula madre en descendientes especializados requiere tipos particulares de CSFs; por ejemplo, la eritropoyetina del LCR es necesaria para la maduración de los glóbulos rojos, y el LCR granulocitario controla la producción de granulocitos. Estas glicoproteínas, así como otros CSFs, sirven como señales de los tejidos a la médula. Por ejemplo, una disminución en el contenido de oxígeno de la sangre estimula el riñón para aumentar su producción de eritropoyetina, aumentando así finalmente el número de eritrocitos que llevan oxígeno. Ciertos componentes bacterianos aceleran la formación de LCR de granulocitos, lo que conduce a un aumento de la producción de granulocitos fagocíticos por la médula ósea durante la infección.

En el adulto normal la tasa de formación de células sanguíneas varía dependiendo del individuo, pero una producción típica podría ser de 200 mil millones de glóbulos rojos por día, 10 mil millones de glóbulos blancos por día y 400 mil millones de plaquetas al día.

Glóbulos rojos (eritrocitos)

Los glóbulos rojos son altamente especializados, bien adaptados para su función principal de transportar el oxígeno de los pulmones a todos los tejidos del cuerpo. Los glóbulos rojos tienen un diámetro de aproximadamente 7,8 μm (1 μm = 0,000039 pulgadas) y tienen la forma de discos bicóncavos, una forma que proporciona una gran relación superficie-volumen. Cuando se examina la sangre fresca con el microscopio, los glóbulos rojos parecen ser discos de color verde amarillo con centros pálidos que no contienen estructuras internas visibles. Cuando la sangre se centrifuga para hacer que las células se asienten, el volumen de los hematíes empacados (valor del hematocrito) oscila entre 42 y 54 por ciento del volumen total en los hombres y entre 37 y 47 por ciento en las mujeres; los valores son algo más bajos en los niños. Los glóbulos rojos normales son bastante uniformes en volumen, de modo que el valor del hematocrito se determina en gran medida por el número de glóbulos rojos por unidad de sangre. El recuento normal de glóbulos rojos oscila entre cuatro millones y seis millones por milímetro cúbico.

El glóbulo rojo está encerrado en una delgada membrana que está compuesta de lípidos, proteínas y carbohidratos químicamente complejos en una estructura altamente organizada. Distorsión extraordinaria de los glóbulos rojos se produce en su paso a través de diminutos vasos sanguíneos, muchos de los cuales tienen un diámetro menor que el de los glóbulos rojos. Cuando se elimina la tensión de deformación, la célula vuelve a su forma original. El glóbulo rojo tolera fácilmente la flexión y el plegado, pero, si se produce un estiramiento apreciable de la membrana, la célula es dañada o destruida. La membrana es libremente permeable al agua, oxígeno, dióxido de carbono, glucosa, urea y ciertas otras sustancias, pero es impermeable a la hemoglobina. Dentro de la célula el catión principal es potasio; en contraste, en el plasma y en los fluidos extracelulares el principal catión es el sodio. Un mecanismo de bombeo, impulsado por enzimas dentro de los glóbulos rojos, mantiene sus concentraciones de sodio y potasio. Las células rojas están sujetas a efectos osmóticos. Cuando se suspenden en soluciones muy diluidas (hipotónicas) de cloruro de sodio, los glóbulos rojos absorben el agua, lo que hace que aumenten en volumen y se vuelvan más esferoidales; en soluciones concentradas de sal pierden agua y se encogen.

Cuando las membranas de los glóbulos rojos se dañan, la hemoglobina y otros contenidos disueltos pueden escapar de las células, dejando las estructuras membranosas como "fantasmas". Este proceso, llamado hemólisis, se produce no sólo por los efectos osmóticos del agua, sino también por numerosos otros mecanismos. Estos incluyen el daño físico a los glóbulos rojos, como cuando se calienta la sangre, se fuerza bajo gran presión a través de una pequeña aguja, o se somete a la congelación y descongelación; daño químico a los glóbulos rojos por agentes tales como sales biliares, detergentes y ciertos venenos de serpiente; y el daño causado por las reacciones inmunológicas que pueden ocurrir cuando los anticuerpos se adhieren a los glóbulos rojos en presencia de complemento. Cuando tal destrucción procede a una tasa mayor que la normal, resulta la anemia hemolítica.

La membrana del glóbulo rojo tiene en su superficie un grupo de moléculas que confieren especificidad de grupo sanguíneo (es decir, que diferencian las células sanguíneas en grupos). La mayoría de las sustancias del grupo sanguíneo se componen de carbohidratos ligados a proteínas, y suele ser la estructura química de la porción de carbohidratos que determina el tipo de sangre específica. Las sustancias del grupo sanguíneo son antígenos capaces de inducir la producción de anticuerpos cuando se inyectan en personas que carecen del antígeno. La detección y el reconocimiento de los antígenos del grupo sanguíneo se realizan mediante el uso de suero sanguíneo que contiene estos anticuerpos. El gran número de diferentes antígenos de glóbulos rojos hace extremadamente improbable que las personas que no sean mellizos idénticos tengan el mismo conjunto de sustancias de grupo sanguíneo.

Hemoglobina

Alrededor del 95 por ciento del peso seco de los glóbulos rojos se compone de hemoglobina, la sustancia necesaria para el transporte de oxígeno. La hemoglobina es una proteína; una molécula contiene cuatro cadenas polipeptídicas (un tetrámero), cada cadena que consta de más de 140 aminoácidos. A cada cadena se une una estructura química conocida como grupo hemo. Heme se compone de un compuesto orgánico en forma de anillo conocido como porfirina, al cual está unido un átomo de hierro. Es el átomo de hierro que se une de forma reversible al oxígeno a medida que la sangre viaja entre los pulmones y los tejidos. Hay cuatro átomos de hierro en cada molécula de hemoglobina, que, en consecuencia, puede unirse a cuatro átomos de oxígeno. La estructura compleja de porfirina y proteína proporciona el ambiente apropiado para el átomo de hierro de modo que se une y libere el oxígeno adecuadamente bajo condiciones fisiológicas. La afinidad de la hemoglobina por el oxígeno es tan grande que a la presión de oxígeno en los pulmones alrededor del 95 por ciento de la hemoglobina está saturada con oxígeno. A medida que la tensión de oxígeno disminuye, como ocurre en los tejidos, el oxígeno se disocia de la hemoglobina y está disponible para moverse por difusión a través de la membrana de los glóbulos rojos y el plasma a los sitios donde se usa. La proporción de hemoglobina saturada con oxígeno no es directamente proporcional a la presión de oxígeno. A medida que disminuye la presión de oxígeno, la hemoglobina abandona su oxígeno con una rapidez desproporcionada, de modo que la mayor parte del oxígeno puede liberarse con una caída relativamente pequeña de la tensión de oxígeno. La afinidad de la hemoglobina por el oxígeno está determinada principalmente por la estructura de la hemoglobina, pero también está influenciada por otras condiciones dentro de los eritrocitos, en particular el pH y ciertos compuestos orgánicos de fosfato producidos durante la descomposición química de la glucosa, difosfoglicerato (véase más adelante Respiración).

La hemoglobina tiene una afinidad mucho mayor por el monóxido de carbono que por el oxígeno. El monóxido de carbono produce sus efectos letales al unirse a la hemoglobina y prevenir el transporte de oxígeno. La función de transporte de oxígeno de la hemoglobina puede ser perturbada de otras maneras. El hierro de la hemoglobina está normalmente en estado reducido o ferroso, tanto en la oxihemoglobina como en la desoxihemoglobina. Si el hierro mismo se oxida al estado férrico, la hemoglobina se cambia a methemoglobina, un pigmento marrón incapaz de transportar oxígeno. Los glóbulos rojos contienen enzimas capaces de mantener el hierro en su estado normal, pero bajo condiciones anormales grandes cantidades de metahemoglobina pueden aparecer en la sangre.

La anemia drepanocítica es una enfermedad grave ya menudo fatal caracterizada por una anomalía hereditaria de la hemoglobina. Las personas que tienen anemia de células falciformes son predominantemente de ascendencia africana. La enfermedad es causada por la mutación de un solo gen que determina la estructura de la molécula de hemoglobina. La hemoglobina difusa difiere de la hemoglobina normal en que un único aminoácido (ácido glutámico) en un par de cadenas polipeptídicas ha sido reemplazado por otro (valina). Este único cambio intramolecular altera las propiedades de la molécula de hemoglobina que produce la anemia y otros efectos. Se han identificado muchas otras anomalías genéticamente determinadas de la hemoglobina. Algunos de estos también producen enfermedades de varios tipos. El estudio de los efectos de la estructura alterada de la hemoglobina sobre sus propiedades ha ampliado ampliamente el conocimiento de las relaciones estructura-función de la molécula de hemoglobina.

Producción de glóbulos rojos (eritropoyesis)

Las células rojas se producen continuamente en la médula de ciertos huesos. Como se ha indicado anteriormente, en adultos los principales sitios de producción de eritrocitos, llamados eritropoyesis, son los espacios medulares de las vértebras, costillas, esternón y pelvis. Dentro de la médula ósea el glóbulo rojo se deriva de un precursor primitivo, o eritroblasto, una célula nucleada en la que no hay hemoglobina. La proliferación se produce como resultado de varias divisiones celulares sucesivas. Durante la maduración, la hemoglobina aparece en la célula, y el núcleo se hace progresivamente más pequeño. Después de unos días la célula pierde su núcleo y luego se introduce en el torrente sanguíneo en los canales vasculares de la médula. Casi el 1 por ciento de los glóbulos rojos se generan cada día, y el equilibrio entre la producción de glóbulos rojos y la eliminación de envejecimiento de los glóbulos rojos de la circulación se mantiene con precisión. Cuando se pierde sangre de la circulación, la actividad eritropoyética de la médula aumenta hasta que se ha restaurado el número normal de células circulantes.

En un adulto normal, los glóbulos rojos de aproximadamente medio litro (casi una pinta) de sangre son producidos por la médula ósea cada semana. Para este proceso se requieren varias sustancias nutritivas. Algunos nutrientes son los bloques de construcción de los cuales se componen los glóbulos rojos. Por ejemplo, los aminoácidos son necesarios en abundancia para la construcción de las proteínas de los glóbulos rojos, en particular de la hemoglobina. El hierro también es un componente necesario de la hemoglobina. Aproximadamente un cuarto de gramo de hierro es necesario para la producción de una pinta de sangre. Para catalizar las reacciones químicas por las que se producen los glóbulos rojos se necesitan otras sustancias, requeridas en trazas. Importantes entre éstas son varias vitaminas como riboflavina, vitamina B12 y ácido fólico, necesarias para la maduración de los eritrocitos en desarrollo; y la vitamina B6 (piridoxina), necesaria para la síntesis de la hemoglobina. Las secreciones de varias glándulas endocrinas influyen en la producción de glóbulos rojos. Si hay un suministro inadecuado de hormona tiroidea, la eritropoyesis es retardada y aparece anemia. La hormona sexual masculina, la testosterona, estimula la producción de glóbulos rojos; por esta razón, los recuentos de glóbulos rojos de los hombres son más altos que los de las mujeres.

La capacidad de la médula ósea para producir glóbulos rojos es enorme. Cuando se estimula la actividad máxima y cuando se proporciona adecuadamente con sustancias nutritivas, la médula puede compensar la pérdida de varias pintas de sangre por semana. La hemorragia o la destrucción acelerada de los glóbulos rojos provoca una mayor actividad medular. La médula puede aumentar su producción de glóbulos rojos hasta ocho veces la tasa usual. Después de eso, si la pérdida de sangre continúa, se desarrolla anemia. La tasa de eritropoyesis es sensible a la tensión de oxígeno de la sangre arterial. Cuando la tensión de oxígeno disminuye, se producen más glóbulos rojos y el recuento de glóbulos rojos aumenta. Por esta razón, las personas que viven en alta altitud tienen mayores recuentos de glóbulos rojos que los que viven a nivel del mar. Por ejemplo, hay una pequeña pero significativa diferencia entre los recuentos de glóbulos rojos promedio de las personas que viven en la ciudad de Nueva York, a la presión del nivel del mar, y las personas que viven en Denver, Colorado, a más de 1,5 km (1 milla) la presión atmosférica es menor. Los nativos de los Andes, que viven cerca de 5 km (3 millas) sobre el nivel del mar, tienen recuentos de glóbulos rojos extremadamente altos.

La tasa de producción de eritrocitos es controlada por la hormona eritropoyetina, que se produce principalmente en los riñones. Cuando el número de glóbulos rojos circulantes disminuye o cuando el oxígeno transportado por la sangre disminuye, un sensor no identificado detecta el cambio y la producción de eritropoyetina aumenta. Esta sustancia se transporta a través de plasma a la médula ósea, donde se acelera la producción de glóbulos rojos. El mecanismo de la eritropoyetina funciona como un termostato, aumentando o disminuyendo la tasa de producción de glóbulos rojos de acuerdo con la necesidad. Cuando una persona que ha vivido en altura se mueve a un ambiente de nivel del mar, la producción de eritropoyetina se suprime, la tasa de producción de glóbulos rojos disminuye, y el recuento de glóbulos rojos disminuye hasta que el valor normal del nivel del mar se logra. Con la pérdida de un litro de sangre, el mecanismo de la eritropoyetina se activa, la producción de glóbulos rojos aumenta, y en pocas semanas el número de glóbulos rojos circulantes se ha restablecido al valor normal. La precisión del control es extraordinaria, de modo que el número de nuevos glóbulos rojos producidos compensa con precisión el número de células perdidas o destruidas. La eritropoyetina se ha producido in vitro (fuera del cuerpo) mediante la técnica de ingeniería genética (ADN recombinante). La hormona recombinante purificada tiene promesa para las personas con insuficiencia renal crónica, que desarrollan anemia por falta de eritropoyetina.

Destrucción de glóbulos rojos

La supervivencia de los glóbulos rojos en la circulación depende de la utilización continua de glucosa para la producción de energía. Se emplean dos vías químicas y ambas son esenciales para la vida normal de los eritrocitos. Un número extraordinario de sistemas de enzimas participan en estas reacciones y dirigen la energía evolucionada hacia usos apropiados. Las células rojas no contienen ni un núcleo ni ARN (ácido ribonucleico, necesario para la síntesis de proteínas), por lo que la división celular (mitosis) y la producción de nuevas proteínas son imposibles. La energía no es necesaria para el transporte de oxígeno y dióxido de carbono, que depende principalmente de las propiedades de la hemoglobina. La energía, sin embargo, es necesaria por otra razón. Debido a la tendencia del sodio extracelular a filtrarse en los glóbulos rojos y para que el potasio escape, la energía es necesaria para operar un mecanismo de bombeo en la membrana de los glóbulos rojos para mantener los gradientes normales (diferencias en las concentraciones) de estos iones. También se requiere energía para convertir metahemoglobina en oxihemoglobina y para prevenir la oxidación de otros constituyentes de los eritrocitos.

Los glóbulos rojos tienen una vida media de 120 días. Debido a que los glóbulos rojos no pueden sintetizar proteínas, los procesos reparativos no son posibles. A medida que los glóbulos rojos envejecen, el desgaste lleva a la pérdida de parte de su proteína, y la actividad de algunas de sus enzimas esenciales disminuye. Las reacciones químicas necesarias para la supervivencia de la célula se deterioran consecuentemente. Como resultado, el agua pasa a los eritrocitos envejecidos, transformando su forma discoide habitual en una esfera. Estos esferocitos son inelásticos y, al moverse lentamente por la circulación, son engullidos por los fagocitos. Las células fagocíticas forman parte del revestimiento de los vasos sanguíneos, particularmente en el bazo, el hígado y la médula ósea. Estas células, llamadas macrófagos, son constituyentes del sistema reticuloendotelial y se encuentran en los ganglios linfáticos, en el tracto intestinal, y como células vagabundas y fijas. Como grupo, tienen la capacidad de ingerir no sólo otras células sino también muchas otras partículas microscópicas, incluyendo ciertos colorantes y coloides. Dentro de las células reticuloendoteliales, los eritrocitos se destruyen rápidamente. La proteína, incluyendo la de la hemoglobina, se descompone y los aminoácidos componentes se transportan a través del plasma para ser utilizados en la síntesis de nuevas proteínas. El hierro extraído de la hemoglobina pasa nuevamente al plasma y es transportado a la médula ósea, donde puede ser utilizado en la síntesis de hemoglobina en los recién formados glóbulos rojos.

El hierro no necesario para este propósito se almacena dentro de las células reticuloendoteliales, pero está disponible para su liberación y reutilización cuando sea necesario. En el desglose de los glóbulos rojos, no hay pérdida para el cuerpo de la proteína o el hierro, prácticamente todos los cuales se conserva y se reutiliza. Por el contrario, la estructura de anillo de porfirina de la hemoglobina, a la que se unió el hierro, sufre un cambio químico que permite su excreción desde el cuerpo. Esta reacción convierte la porfirina, un pigmento rojo, en bilirrubina, un pigmento amarillo. La bilirrubina liberada de las células reticuloendoteliales después de la destrucción de los eritrocitos se transmite a través del plasma al hígado, donde se somete a cambios adicionales que lo preparan para la secreción en la bilis. La cantidad de bilirrubina producida y secretada en la bilis viene determinada por la cantidad de hemoglobina destruida. Cuando la tasa de destrucción de glóbulos rojos excede la capacidad del hígado para manejar la bilirrubina, el pigmento amarillo se acumula en la sangre, causando ictericia. La ictericia también puede ocurrir si el hígado está enfermo (por ejemplo, hepatitis) o si la salida de la bilis está bloqueada (por ejemplo, mediante un cálculo biliar).

macrófagos

Los macrófagos, los principales componentes fagocíticos (que engullen las células) del sistema inmunológico, injeren y destruyen partículas extrañas tales como bacterias.

Glóbulos blancos (leucocitos)

Los glóbulos blancos (leucocitos), a diferencia de los glóbulos rojos, están nucleados y con movilidad independiente. Muy diferenciados por sus funciones especializadas, no sufren la división celular (mitosis) en el torrente sanguíneo, pero algunos conservan la capacidad de la mitosis. Como grupo están involucrados en los mecanismos de defensa del cuerpo y la actividad reparadora. El número de glóbulos blancos en sangre normal oscila entre 4.500 y 11.000 por milímetro cúbico. Las fluctuaciones ocurren durante el día; se obtienen valores más bajos durante el descanso y valores más altos durante el ejercicio. Un esfuerzo físico intenso puede hacer que el recuento supere los 20.000 por milímetro cúbico. La mayoría de los glóbulos blancos están fuera de la circulación, y los pocos en el torrente sanguíneo están en tránsito de un sitio a otro. Como células vivas, su supervivencia depende de su continua producción de energía. Las vías químicas utilizadas son más complejas que las de los glóbulos rojos y son similares a las de otras células de tejido. Las células blancas, que contienen un núcleo y son capaces de producir ácido ribonucleico (ARN), pueden sintetizar proteínas. Comprenden tres clases de células, cada una única en cuanto a estructura y función, que se designan granulocitos, monocitos y linfocitos.

Staphylococcus aureus resistentes a la meticilina (MRSA)

Cuatro bacterias Staphylococcus aureus resistentes a la meticilina (MRSA) (púrpura) son absorbidas por neutrófilos (azul), que son un tipo de glóbulo blanco humano.

Granulocitos

Los granulocitos, los más numerosos de los glóbulos blancos, son más grandes que los glóbulos rojos (aproximadamente 12-15 μm de diámetro). Tienen un núcleo multilobulado y contienen gran cantidad de gránulos citoplásmicos (es decir, gránulos en la sustancia celular fuera del núcleo). Los granulocitos son mediadores importantes de la respuesta inflamatoria. Existen tres tipos de granulocitos: neutrófilos, eosinófilos y basófilos. Cada tipo de granulocito se identifica por el color de los gránulos cuando las células se tiñen con un colorante compuesto. Los gránulos de los neutrófilos son de color rosa, los de los eosinófilos son rojos y los de los basófilos son azul-negro. Alrededor del 50 al 80 por ciento de los glóbulos blancos son neutrófilos, mientras que los eosinófilos y basófilos juntos no constituyen más del 3 por ciento.

Neutrófilos

Los neutrófilos son de tamaño bastante uniforme con un diámetro entre 12 y 15 μm. El núcleo se compone de dos a cinco lóbulos unidos por filamentos de pelo. Los neutrófilos se mueven con el movimiento ameboide. Se extienden proyecciones largas llamadas pseudopodium en el que fluyen sus gránulos; esta acción es seguida por la contracción de los filamentos basados ​​en el citoplasma, que atrae el núcleo y la parte posterior de la célula hacia delante. De esta manera, los neutrófilos avanzan rápidamente a lo largo de una superficie. La médula ósea de un adulto normal produce aproximadamente 100 mil millones de neutrófilos al día. Toma cerca de una semana formar un neutrófilo maduro de una célula precursora en la médula; sin embargo, una vez en la sangre, las células maduras viven sólo unas pocas horas o quizás un poco más después de migrar a los tejidos. Para protegerse contra el agotamiento rápido de los neutrófilos de corta duración (por ejemplo, durante la infección), la médula ósea tiene un gran número de ellos en reserva para movilizarse en respuesta a una inflamación o infección. Dentro del cuerpo, los neutrófilos migran a áreas de infección o lesión tisular. La fuerza de atracción que determina la dirección en la que se mueven los neutrófilos se conoce como quimiotaxis y se atribuye a las sustancias liberadas en sitios de daño tisular. De los 100 mil millones de neutrófilos que circulan fuera de la médula ósea, la mitad están en los tejidos y la mitad están en los vasos sanguíneos. De los vasos sanguíneos, la mitad están dentro de la corriente principal de la sangre que circula rápidamente, y la otra mitad se mueve lentamente a lo largo de las paredes internas de los vasos sanguíneos (grupo marginal), listos para entrar en los tejidos al recibir una señal quimiotáctica de ellos.

Los neutrófilos son activamente fagocíticos; engullen bacterias y otros microorganismos y partículas microscópicas. Los gránulos de los neutrófilos son paquetes microscópicos de potentes enzimas capaces de digerir muchos tipos de materiales celulares. Cuando una bacteria es absorbida por un neutrófilo, está encerrada en una vacuola alineada por la membrana invaginada. Los gránulos descargan su contenido en la vacuola que contiene el organismo. Cuando esto ocurre, los gránulos de los neutrófilos se agotan (desgranulación). Un proceso metabólico dentro de los gránulos produce peróxido de hidrógeno y una forma altamente activa de oxígeno (superóxido), que destruyen las bacterias ingeridas. La digestión final del organismo invasor se realiza mediante enzimas.

Eosinófilos

Los eosinófilos, al igual que otros granulocitos, se producen en la médula ósea hasta que son liberados en la circulación. Aunque aproximadamente del mismo tamaño que los neutrófilos, el eosinófilo contiene gránulos más grandes, y la cromatina generalmente se concentra en sólo dos lóbulos no segmentados. Los eosinófilos abandonan la circulación unas horas después de la liberación de la médula y emigran a los tejidos (generalmente los de la piel, los pulmones y las vías respiratorias) a través de los canales linfáticos. Al igual que los neutrófilos, los eosinófilos responden a las señales quimiotácticas liberadas en el sitio de la destrucción celular. Son activamente móviles y fagocíticos. Los eosinófilos participan en la defensa contra los parásitos, y participan en reacciones de hipersensibilidad y inflamación, principalmente por amortiguar sus efectos destructivos.

Basófilos

Los basófilos son los menos numerosos de los granulocitos, y sus gránulos grandes casi oscurecen el núcleo subyacente de doble lóbulo. A las horas de su liberación de la médula ósea, los basófilos migran de la circulación a los tejidos de barrera (por ejemplo, la piel y la mucosa), donde sintetizan y almacenan histamina, un modulador natural de la respuesta inflamatoria. Cuando se agrava, los basófilos liberan, junto con histamina y otras sustancias, leucotrienos, que causan broncoconstricción durante la anafilaxia (una reacción de hipersensibilidad). Los basófilos inducen reacciones de hipersensibilidad inmediata en asociación con plaquetas, macrófagos y neutrófilos.

Monocitos

Los monocitos son las células más grandes de la sangre (con un promedio de 15-18 μ m de diámetro), y constituyen alrededor del 7 por ciento de los leucocitos. El núcleo es relativamente grande y tiende a ser indentado o doblado en lugar de multilobed. El citoplasma contiene un gran número de gránulos finos, que a menudo parecen ser más numerosos cerca de la membrana celular. Los monocitos son activamente móviles y fagocíticos. Son capaces de ingerir agentes infecciosos, así como eritrocitos y otras partículas grandes, pero no pueden reemplazar la función de los neutrófilos en la eliminación y destrucción de bacterias. Los monocitos normalmente entran en áreas de tejido inflamado más tarde que los granulocitos. A menudo se encuentran en sitios de infecciones crónicas.

En la médula ósea, los granulocitos y los monocitos surgen de un precursor común bajo la influencia del factor estimulador de colonias granulocito-macrófago. Los monocitos abandonan la médula ósea y circulan en la sangre. Después de un período de horas, los monocitos entran en los tejidos, donde se convierten en macrófagos, los fagocitos tisulares que constituyen el sistema reticuloendotelial (o sistema de macrófagos). Los macrófagos se producen en casi todos los tejidos del cuerpo. Aquellos en el hígado se llaman células de Kupffer, ésas en las células de Langerhans de la piel. Aparte de su papel como eliminadores, los macrófagos desempeñan un papel clave en la inmunidad al ingerir antígenos y procesarlos para que puedan ser reconocidos como sustancias extrañas por los linfocitos.

Linfocitos

Los linfocitos constituyen alrededor del 28-42 por ciento de los glóbulos blancos de la sangre, y son parte de la respuesta inmune a sustancias extrañas en el cuerpo. La mayoría de los linfocitos son pequeños, sólo ligeramente más grandes que los eritrocitos, con un núcleo que ocupa la mayor parte de la célula. Algunos son más grandes y tienen citoplasma más abundante que contiene unos pocos gránulos. Los linfocitos son lenta- mente móviles y sus caminos de migración fuera del torrente sanguíneo son diferentes de los de los granulocitos y los monocitos. Los linfocitos se encuentran en grandes cantidades en los ganglios linfáticos, el bazo, el timo, las amígdalas y el tejido linfoide del tracto gastrointestinal. Entran en la circulación a través de los canales linfáticos que drenan principalmente en el conducto linfático torácico, que tiene una conexión con el sistema venoso. A diferencia de otras células sanguíneas, algunos linfocitos pueden salir y volver a entrar en la circulación, sobreviviendo durante aproximadamente un año o más. Los caminos principales de los linfocitos recirculantes son a través del bazo o de los ganglios linfáticos. Los linfocitos liberan libremente la sangre para entrar en el tejido linfoide, pasando barreras que impiden el paso de otras células sanguíneas. Cuando son estimulados por el antígeno y ciertos otros agentes, algunos linfocitos son activados y se vuelven capaces de división celular (mitosis).

Linfocitos humanos

Linfocitos humanos (microfotografía de contraste de fase).

Los linfocitos regulan o participan en la inmunidad adquirida a células y antígenos extraños. Son responsables de reacciones inmunológicas a organismos invasores, células extrañas tales como las de un órgano trasplantado, y proteínas extrañas y otros antígenos que no derivan necesariamente de células vivas. Las dos clases de linfocitos no se distinguen por el examen microscópico habitual sino por el tipo de respuesta inmunitaria que provocan. Los linfocitos B (o células B) están involucrados en lo que se llama inmunidad humoral. Al encontrarse con una sustancia extraña (o antígeno), el linfocito B se diferencia en una célula plasmática, que secreta inmunoglobulina (anticuerpos). La segunda clase de linfocitos, los linfocitos T (o células T), están implicados en la regulación de la función formadora de anticuerpos de los linfocitos B, así como en el ataque directo de antígenos extraños. Los linfocitos T participan en lo que se llama la respuesta inmune mediada por células. Los linfocitos T también participan en el rechazo de tejidos trasplantados y en ciertos tipos de reacciones alérgicas.

Micrografía electrónica de barrido de una célula T (linfocito T)

Micrografía electrónica de barrido de una célula T (linfocito T) del sistema inmunológico de una persona sana.

Todos los linfocitos comienzan su desarrollo en la médula ósea. Los linfocitos B maduran parcialmente en la médula ósea hasta que se liberan en la circulación. La diferenciación adicional de los linfocitos B ocurre en los tejidos linfoides (bazo o ganglios linfáticos), sobre todo en la estimulación por un antígeno extraño. Los precursores de los linfocitos T migran de la médula al timo, donde se diferencian bajo la influencia de una sustancia similar a los hormonas. (El timo es un pequeño órgano situado justo detrás del esternón en la parte superior del tórax, es relativamente grande al nacer, empieza a regresar después de la pubertad y sólo puede ser representado por un cordón fibroso en los ancianos. ejercen sus efectos sobre la diferenciación de los linfocitos antes del nacimiento.La eliminación del timo de ciertos animales en el nacimiento impide el desarrollo normal de respuestas inmunológicas.) Una vez que han madurado, los linfocitos T dejan el timo y circulan a través de la sangre a los ganglios linfáticos y el bazo. Las dos clases de linfocitos derivaron originalmente de sus nombres a partir de investigaciones en aves, en las que se encontró que la diferenciación de una clase de linfocitos estaba influenciada por la bolsa de Fabricius (un desprendimiento del tracto gastrointestinal) y por lo tanto se llamaba linfocitos B y el otro fue influenciado por el timo y fue llamado los linfocitos T.

Una función primaria de los linfocitos es proteger el cuerpo de microbios extraños. Esta tarea esencial es llevada a cabo tanto por linfocitos T como por linfocitos B, que a menudo actúan de forma concertada. Los linfocitos T pueden reconocer y responder sólo a los antígenos que aparecen en las membranas celulares en asociación con otras moléculas llamadas antígenos del complejo mayor de histocompatibilidad (MHC). Estas últimas son glicoproteínas que presentan el antígeno en una forma que puede ser reconocida por los linfocitos T. En efecto, los linfocitos T son responsables de la vigilancia continua de las superficies celulares para la presencia de antígenos extraños. Por el contrario, los anticuerpos producidos por los linfocitos B no se limitan a reconocer antígenos en las membranas celulares; pueden unirse a antígenos solubles en la sangre o en fluidos extravasculares. Los linfocitos T típicamente reconocen antígenos de organismos infecciosos que deben penetrar células para multiplicarse, tales como virus. Durante su ciclo de vida intracelular, los virus producen antígenos que aparecen en la membrana celular.

Dos clases de linfocitos T pueden estar implicadas en la respuesta a los antígenos virales asociados a células: los linfocitos T citotóxicos, que destruyen las células mediante un mecanismo lítico, y los linfocitos T auxiliares, que ayudan a las células B a producir anticuerpos contra los antígenos microbianos. Los linfocitos T auxiliares ejercen su influencia sobre los linfocitos B a través de varios péptidos similares a hormonas denominados interleucinas (IL). Se han descubierto cinco diferentes interleucinas de linfocitos T (IL-2, IL-3, IL-4, IL-5 e IL-6), cada una con efectos diferentes (ya veces solapados) sobre linfocitos B y otras células sanguíneas. La interleuquina-1, producida por los macrófagos, es un péptido que estimula los linfocitos T y que también actúa sobre el hipotálamo en el cerebro para producir fiebre. La capacidad de desarrollar una respuesta inmune (es decir, las respuestas inmunes mediadas por células T y humorales) a sustancias extrañas se denomina competencia inmunológica (inmunocompetencia). La competencia inmunológica, que empieza a desarrollarse durante la vida embrionaria, es incompleta en el momento del nacimiento, pero está plenamente establecida poco después del nacimiento. Si se introduce un antígeno en el cuerpo de una persona antes de que se haya establecido la competencia inmunológica, no se producirá una respuesta inmune después de la reinfección, y se dice que esa persona es tolerante con ese antígeno.

El estudio de la competencia inmunológica y la tolerancia inmunológica se ha acelerado por el interés en el trasplante de órganos. Las tasas de éxito de los trasplantes de órganos se han mejorado por un mejor conocimiento sobre la selección de donantes y técnicas mejoradas para suprimir las respuestas inmunitarias del receptor. Un elemento importante en la selección de donantes es la tipificación de tejidos: la coincidencia de los antígenos de histocompatibilidad del donante (antígenos de leucocitos humanos) con los del receptor prospectivo. Cuanto más cerca esté el partido, mayor será la probabilidad de que el injerto sea aceptado.

Las plaquetas (trombocitos)

Las plaquetas de la sangre son las células más pequeñas de la sangre, con un promedio de 2 a 4 μm de diámetro. Aunque mucho más numerosos (150.000 a 400.000 por milímetro cúbico) que los glóbulos blancos, ocupan una fracción mucho más pequeña del volumen de la sangre debido a su tamaño relativamente diminuto. Al igual que los glóbulos rojos, carecen de un núcleo y son incapaces de división celular (mitosis), pero tienen un metabolismo y una estructura interna más complejos que los glóbulos rojos. Cuando se les ve en sangre fresca, parecen esferoides, pero tienen una tendencia a extruir los filamentos parecidos a los cabellos de sus membranas. Se adhieren entre sí, pero no a los glóbulos rojos y los glóbulos blancos. Pequeños gránulos dentro de las plaquetas contienen sustancias importantes para la actividad coagulante de las plaquetas.

Micrografía de una agregación redonda de plaquetas (ampliada 1.000 ×).

Micrografía de una agregación redonda de plaquetas (ampliada 1.000 ×).

La función de las plaquetas está relacionada con la hemostasia, la prevención y control de la hemorragia. Cuando se lesiona la superficie endotelial (revestimiento) de un vaso sanguíneo, las plaquetas en gran número se unen inmediatamente a la superficie lesionada y entre sí, formando una masa tenazmente adherente de plaquetas. El efecto de la respuesta plaquetaria es detener el sangrado y formar el sitio del coágulo sanguíneo en desarrollo, o trombo. Si las plaquetas están ausentes, esta importante reacción de defensa no puede ocurrir, y el sangrado prolongado de heridas pequeñas (tiempo de sangrado prolongado) resultados. La resistencia normal de las membranas capilares a la fuga de glóbulos rojos depende de las plaquetas. La deficiencia severa de las plaquetas reduce la resistencia de las paredes capilares, y el sangrado anormal de los capilares ocurre espontáneamente o como resultado de una lesión menor. Las plaquetas también aportan sustancias esenciales para la coagulación normal de la sangre, y provocan la retracción, o retracción, de un coágulo después de su formación.

Las plaquetas se forman en la médula ósea por segmentación del citoplasma (la sustancia celular distinta del núcleo) de células conocidas como megacariocitos, las células más grandes de la médula ósea. Dentro de la médula, el abundante citoplasma granular del megacariocito se divide en muchos pequeños segmentos que se rompen y se liberan como plaquetas en la sangre circulante. Después de aproximadamente 10 días en la circulación, las plaquetas se eliminan y se destruyen. No hay reservas de plaquetas excepto en el bazo, en las que las plaquetas se producen en mayor concentración que en la sangre periférica. Algunas plaquetas se consumen al ejercer sus efectos hemostáticos y otras, que alcanzan el final de su vida, son eliminadas por células reticuloendoteliales (cualquiera de los fagocitos tisulares). La tasa de producción de plaquetas es controlada pero no tan precisamente como el control de la producción de glóbulos rojos. Se cree que una sustancia llamada hormonal llamada trombopoyetina es el mediador químico que regula el número de plaquetas en la sangre estimulando un aumento en el número y el crecimiento de megacariocitos, controlando así la tasa de producción de plaquetas. Funciones de sangre

Funciones de la sangre


Ampliamente concebido, la función de la sangre es mantener la constancia del ambiente interno. La sangre circulante hace posible la adaptabilidad a las condiciones cambiantes de la vida-la resistencia de las variaciones anchas del clima y de la presión atmosférica; la capacidad de alterar la cantidad de actividad física; la tolerancia de cambiar la dieta y la ingesta de líquidos; la resistencia a lesiones físicas, venenos químicos y agentes infecciosos. La sangre tiene una estructura extremadamente compleja, y muchos componentes participan en sus actividades funcionales. Algunos de los mecanismos reguladores con los que la sangre está involucrada incluyen sensores que detectan alteraciones en la temperatura, el pH, la tensión del oxígeno y las concentraciones de los constituyentes de la sangre. Los efectos de estos estímulos están en algunos casos mediados a través del sistema nervioso o por la liberación de hormonas (mediadores químicos). Algunas de las principales funciones de la sangre se describen en los párrafos que siguen.

Respiración


En términos de urgencia inmediata, la función respiratoria de la sangre es vital. Un suministro continuo de oxígeno es requerido por las células vivas, en particular las del cerebro, ya que la privación es seguida en minutos por la inconsciencia y la muerte. Un varón normal en reposo utiliza aproximadamente 250 mililitros de oxígeno por minuto, un requisito aumentado varias veces durante el esfuerzo vigoroso. Todo este oxígeno es transportado por la sangre, la mayor parte de ella unida a la hemoglobina de los glóbulos rojos. Los diminutos vasos sanguíneos de los pulmones acercan la sangre a los aposentos pulmonares (alvéolos), donde la presión del oxígeno es relativamente alta. El oxígeno se difunde a través del plasma y hacia los eritrocitos, combinándose con la hemoglobina, que está saturada de un 95 por ciento de oxígeno al salir de los pulmones. Un gramo de hemoglobina puede unir 1,35 mililitros de oxígeno, y aproximadamente 50 veces más oxígeno se combina con la hemoglobina que se disuelve en el plasma. En los tejidos donde la tensión del oxígeno es relativamente baja, la hemoglobina libera el oxígeno unido.

Los dos principales reguladores de la absorción y el suministro de oxígeno son el pH (una medida de la acidez o basicidad) de los tejidos y el contenido de 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) en los glóbulos rojos. El pH de la sangre se mantiene relativamente constante a un nivel ligeramente alcalino de aproximadamente 7,4 (pH inferior a 7 indica acidez, más de 7 alcalinidad). El efecto del pH en la capacidad de la hemoglobina para unirse al oxígeno se denomina efecto Bohr: cuando el pH es bajo, la hemoglobina se une al oxígeno menos fuertemente y cuando el pH es alto (como en los pulmones), la hemoglobina se une más estrechamente al oxígeno. El efecto Bohr se debe a cambios en la forma de la molécula de hemoglobina a medida que cambia el pH de su medio ambiente. La afinidad del oxígeno de la hemoglobina también está regulada por el 2,3-DPG, una molécula simple producida por los glóbulos rojos cuando metaboliza la glucosa. El efecto de la 2,3-DPG es reducir la afinidad del oxígeno de la hemoglobina. Cuando la disponibilidad de oxígeno a los tejidos se reduce, el glóbulo rojo responde sintetizando más 2,3-DPG, un proceso que se produce durante un período de horas a días. Por el contrario, el pH tisular media los cambios minuto a minuto en el manejo del oxígeno.

El dióxido de carbono, un producto residuo del metabolismo celular, se encuentra en una concentración relativamente alta en los tejidos. Se difunde en la sangre y es llevado a los pulmones para ser eliminado con el aire expirado. El dióxido de carbono es mucho más soluble que el oxígeno y se difunde fácilmente en los glóbulos rojos. Reacciona con el agua para formar ácido carbónico, un ácido débil que al pH alcalino de la sangre aparece principalmente como bicarbonato.

La tensión del dióxido de carbono en la sangre arterial se regula con extraordinaria precisión a través de un mecanismo de detección en el cerebro que controla los movimientos respiratorios. El dióxido de carbono es una sustancia ácida, y un aumento en su concentración tiende a disminuir el pH de la sangre (es decir, haciéndose más ácido). Esto puede ser evitado por el estímulo que causa una mayor profundidad y velocidad de respiración, una respuesta que acelera la pérdida de dióxido de carbono. Es la tensión del dióxido de carbono, y no del oxígeno, en la sangre arterial que normalmente controla la respiración. La incapacidad de mantener la respiración durante más de un minuto es el resultado de la creciente tensión del dióxido de carbono, que produce el irresistible estímulo para respirar. Los movimientos respiratorios que ventilan los pulmones suficientemente para mantener una tensión normal de dióxido de carbono son, en condiciones normales, adecuados para mantener la sangre completamente oxigenada. El control de la respiración es eficaz, por lo tanto, en la regulación de la absorción de oxígeno y eliminación de dióxido de carbono y en el mantenimiento de la constancia del pH de la sangre.

Nutrición


Cada sustancia requerida para la nutrición de cada célula en el cuerpo es transportada por la sangre: los precursores de carbohidratos, proteínas y grasas; minerales y sales; vitaminas y otros factores alimenticios accesorios. Estas sustancias deben pasar a través del plasma en el camino hacia los tejidos en los que se utilizan. Los materiales pueden entrar en el torrente sanguíneo del tracto gastrointestinal, o pueden ser liberados de almacenes dentro del cuerpo o estar disponibles a partir del descomposición del tejido.

Las concentraciones de muchos constituyentes del plasma, incluyendo el azúcar de la sangre (glucosa) y el calcio, se regulan cuidadosamente, y las desviaciones del normal pueden tener efectos adversos. Uno de los reguladores de la glucosa es la insulina, una hormona liberada en la sangre de las células glandulares en el páncreas. La ingestión de carbohidratos es seguida por un aumento de la producción de insulina, que tiende a mantener el nivel de glucosa en sangre de aumento excesivo como los carbohidratos se descomponen en sus moléculas de azúcar constituyentes. Pero un exceso de insulina puede reducir drásticamente el nivel de glucosa en la sangre, causando una reacción que, si es suficientemente severa, puede incluir coma e incluso la muerte. La glucosa se transporta en solución simple, pero algunas sustancias requieren proteínas de unión específicas (con las que las sustancias forman uniones temporales) para transmitirlas a través del plasma. El hierro y el cobre, minerales esenciales, tienen proteínas de transporte especiales y necesarias. Las sustancias nutritivas pueden ser absorbidas selectivamente por los tejidos que las requieren. Los huesos en crecimiento utilizan grandes cantidades de calcio, y la médula ósea elimina el hierro del plasma para la síntesis de hemoglobina.

Excreción


La sangre transporta los productos residuales del metabolismo celular a los órganos excretores. La eliminación de dióxido de carbono a través de los pulmones se ha descrito anteriormente. El agua producida por la oxidación de alimentos o disponible de otras fuentes en exceso de las necesidades es excretada por los riñones como el disolvente de la orina. El agua derivada de la sangre también se pierde del cuerpo por evaporación de la piel y los pulmones y en pequeñas cantidades del tracto gastrointestinal. El contenido de agua de la sangre y del cuerpo en su conjunto permanece dentro de un rango estrecho debido a mecanismos reguladores efectivos, hormonales y otros, que determinan el volumen urinario. Las concentraciones de iones fisiológicamente importantes del plasma, especialmente sodio, potasio y cloruro, se controlan con precisión por su retención o eliminación selectiva a medida que la sangre fluye a través de los riñones. De especial importancia es el control renal (riñón) de la acidez de la orina, un factor importante en el mantenimiento del pH normal de la sangre. La urea, la creatinina y el ácido úrico son productos nitrogenados del metabolismo que son transportados por la sangre y rápidamente eliminados por los riñones. Los riñones limpian la sangre de muchas otras sustancias, incluyendo numerosas drogas y productos químicos que se toman en el cuerpo. En el desempeño de su función excretora, los riñones tienen una gran responsabilidad para mantener la constancia de la composición de la sangre. El hígado es en parte un órgano excretor. La bilirrubina (pigmento biliar) producida por la destrucción de la hemoglobina es transportada por el plasma al hígado y es excretada a través de los conductos biliares hacia el tracto gastrointestinal. Otras sustancias, incluyendo ciertos fármacos, también son eliminadas del plasma por el hígado.

Inmunidad


Las células de la sangre y los constituyentes del plasma interactúan de formas complejas para conferir inmunidad a agentes infecciosos, resistir o destruir los organismos invasores, producir la respuesta inflamatoria y destruir y eliminar materiales extraños y células muertas. Los glóbulos blancos (leucocitos) tienen un papel primario en estas reacciones. Los granulocitos y los monocitos fagocitan (ingieren) las bacterias y otros organismos, migran a sitios de infección o inflamación ya áreas que contienen tejido muerto, y participan en la descomposición enzimática y la eliminación de desechos celulares. Los linfocitos están relacionados con el desarrollo de la inmunidad. La resistencia adquirida a microorganismos específicos es en parte atribuible a anticuerpos, proteínas que se forman en respuesta a la entrada en el cuerpo de una sustancia extraña (antígeno). Los anticuerpos que han sido inducidos por los microorganismos no sólo participan en la eliminación de los microbios, sino también prevenir la reinfección por los mismos organismos. Las células y los anticuerpos pueden cooperar en la destrucción de bacterias invasoras; los anticuerpos pueden unirse a los organismos, haciéndolos así susceptibles a la fagocitosis. En algunas de estas reacciones interviene el complemento, un grupo de componentes proteínicos del plasma que participa en ciertas reacciones inmunológicas. Cuando ciertas clases de anticuerpos se unen a microorganismos y otras células, activan la unión de componentes del sistema del complemento a la membrana externa de la célula diana. A medida que se ensamblan en la membrana celular, los componentes del complemento adquieren propiedades enzimáticas. El sistema de complemento activado puede así dañar la célula por digestión (lisis) de porciones de la membrana protectora de la célula.

Regulación de la temperatura


El calor es producido en grandes cantidades por reacciones oxidativas fisiológicas, y la sangre es esencial para su distribución y eliminación de este calor. La circulación asegura la uniformidad relativa de temperatura en todo el cuerpo y también lleva la sangre caliente a la superficie, donde el calor se pierde al ambiente externo. Un centro de regulación del calor en el hipotálamo del cerebro funciona como un termostato. Es sensible a los cambios en la temperatura de la sangre que fluye a través de él y, en respuesta a los cambios, emite impulsos nerviosos que controlan el diámetro de los vasos sanguíneos en la piel y así determinar el flujo sanguíneo y la temperatura de la piel. Un aumento en la temperatura de la piel aumenta la pérdida de calor de la superficie del cuerpo. El calor se pierde continuamente por la evaporación del agua de los pulmones y la piel, pero esta pérdida puede aumentar mucho cuando se dispone de más agua de las glándulas sudoríparas. La actividad de las glándulas sudoríparas es controlada por el sistema nervioso bajo la dirección del centro regulador de la temperatura. La constancia de la temperatura corporal se logra mediante el control de la tasa de pérdida de calor por estos mecanismos.

Hemostasia


La sangre está contenida bajo presión en un sistema vascular que incluye vastas áreas de membranas capilares delgadas y delicadas. Incluso los golpes y golpes de la vida cotidiana son suficientes para interrumpir algunos de estos frágiles vasos, y lesiones graves pueden ser mucho más perjudiciales. La pérdida de sangre sería una amenaza constante para la supervivencia si no fuera por mecanismos protectores para prevenir y controlar el sangrado. Las plaquetas contribuyen a la resistencia de los capilares, posiblemente porque realmente llenan las grietas en las paredes de los vasos. En ausencia de plaquetas, los capilares se vuelven más frágiles, permitiendo la pérdida espontánea de sangre y aumentando la tendencia a formar moretones después de una lesión menor. Las plaquetas se agregan inmediatamente en el sitio de lesión de un vaso sanguíneo, tendiendo a sellar la abertura. Un coágulo de sangre, que se forma en el vaso alrededor del grupo de plaquetas adherentes, ocluye más el punto de sangrado. El mecanismo de coagulación implica una serie de reacciones químicas en las que las proteínas específicas y otros constituyentes de la sangre, incluidas las plaquetas, juegan un papel. El plasma también está provisto de un mecanismo para disolver los coágulos después de que se hayan formado. La plasmina es una enzima proteolítica, una sustancia que causa la descomposición de las proteínas, derivada de un precursor de plasma inerte conocido como plasminógeno. Cuando se forman coágulos dentro de los vasos sanguíneos, la activación del plasminógeno a la plasmina puede conducir a su eliminación.

Examen de laboratorio de sangre


Los médicos confían en el análisis de laboratorio para obtener mediciones de muchos constituyentes de la sangre, información útil o necesaria para la detección y reconocimiento de la enfermedad.

La hemoglobina contiene un pigmento altamente coloreado que interfiere con el paso de un haz de luz. Para medir la concentración de hemoglobina, la sangre se diluye y los glóbulos rojos (eritrocitos) se descomponen para producir una solución roja clara. Se utiliza un instrumento fotoeléctrico para medir la absorbancia de la luz transmitida, a partir de la cual se puede calcular la concentración de hemoglobina. Los cambios en la concentración de hemoglobina de la sangre no necesariamente son paralelos directamente por los cambios en el recuento de glóbulos rojos y el valor del hematocrito, debido a que el tamaño y la concentración de hemoglobina de los glóbulos rojos puede cambiar en la enfermedad. Por lo tanto, las mediciones del recuento de glóbulos rojos y el valor del hematocrito pueden proporcionar también información útil. Los contadores de partículas electrónicos para determinar los recuentos de glóbulos rojos, glóbulos blancos (leucocitos) y plaquetas son ampliamente utilizados. Sólo se necesita una gota de sangre para los análisis, que se completan en un minuto.

Un examen adecuado de las células sanguíneas requiere que una fina película de sangre se extienda sobre un portaobjetos de vidrio, se tiñe con una mancha de sangre especial (tinción de Wright) y se examine al microscopio. Se examinan los glóbulos rojos individuales, los glóbulos blancos y las plaquetas, y se tabulan las proporciones relativas de las diversas clases de glóbulos blancos. Los resultados pueden tener importantes implicaciones diagnósticas. En la anemia ferropénica, por ejemplo, los glóbulos rojos parecen más claros de lo normal porque carecen de la cantidad normal de hemoglobina; en la malaria el diagnóstico se establece observando los parásitos de la malaria dentro de los glóbulos rojos. En la neumonía y muchas infecciones, la proporción de leucocitos neutrófilos suele aumentar, mientras que en otros, como la pertussis (tos ferina) y el sarampión, hay un aumento en la proporción de linfocitos.

Los análisis químicos miden muchos de los componentes del plasma. Con frecuencia, se utiliza suero en lugar de plasma, ya que el suero puede obtenerse a partir de sangre coagulada sin la adición de un anticoagulante. Los cambios en las concentraciones de los componentes químicos de la sangre pueden indicar la presencia de la enfermedad. Por ejemplo, la determinación cuantitativa de la cantidad de azúcar (glucosa) en la sangre es esencial para el diagnóstico de la diabetes, una enfermedad en la que el azúcar en la sangre tiende a ser elevado. Los residuos nitrogenados, en particular la urea, tienden a acumularse en personas con riñones enfermos que no pueden excretar estas sustancias a un ritmo normal. Un aumento en la concentración de bilirrubina en el suero a menudo refleja un trastorno del hígado y los conductos biliares o un aumento de la tasa de destrucción de la hemoglobina.

Las pruebas se pueden realizar manualmente usando un procedimiento individual para cada análisis; sin embargo, el autoanalizador, una máquina completamente automatizada, aumenta el número de análisis químicos que pueden realizarse en laboratorios. Una docena de análisis puede hacerse simultáneamente por una sola máquina que emplea una pequeña cantidad de suero. El suero se extrae automáticamente de un tubo de ensayo y se propulsa a través de tubos de plástico de pequeño diámetro. A medida que el espécimen de suero avanza, se divide; se a~naden reactivos apropiados; se producen reacciones químicas con la formación de un producto que puede medirse con un instrumento fotoeléctrico; y el resultado aparece como una traza escrita a partir de la cual la concentración en suero de diversas sustancias se puede leer directamente. Los datos adquiridos por la máquina pueden ser alimentados automáticamente en un ordenador y los resultados numéricos impresos en un formulario que se envía a un médico. Muchos de los análisis disponibles no se realizan rutinariamente, pero son invaluables en circunstancias especiales. En casos de sospecha de intoxicación por plomo, por ejemplo, la detección de un nivel elevado de plomo en la sangre puede ser diagnóstico. Algunos procedimientos analíticos tienen utilidad diagnóstica específica. Estos incluyen ensayos para ciertas hormonas, incluida la medición de la hormona tiroidea en el suero de pacientes con sospecha de enfermedad tiroidea.

Otros procedimientos de laboratorio importantes se refieren a las reacciones inmunológicas de la sangre. Las determinaciones cuidadosas de los grupos sanguíneos del paciente y del donante de sangre, y la concordancia cruzada de las células de uno con el suero del otro para asegurar la compatibilidad, son esenciales para la transfusión segura de sangre. El tipo de Rh de una mujer embarazada se determina con regularidad y es necesario para la detección temprana de la incompatibilidad fetal-materna y para la prevención o tratamiento adecuado de la eritroblastosis fetal (enfermedad hemolítica del recién nacido). El diagnóstico de ciertas enfermedades infecciosas depende de la demostración de anticuerpos en el suero del paciente.

sangre humana almacenada

La sangre humana almacenada para su uso en la transfusión.

Muchos otros tipos de examen de sangre producen resultados útiles. Las enzimas normalmente presentes en el músculo del corazón pueden ser liberadas en la sangre cuando el corazón es dañado por una oclusión coronaria (obstrucción de la arteria coronaria) con la consiguiente muerte del tejido. La medición de estas enzimas en el suero se realiza regularmente para ayudar en el diagnóstico de este tipo de enfermedad cardíaca. El daño al hígado libera otras enzimas, cuya medida ayuda a evaluar la naturaleza y gravedad de la enfermedad hepática. Anomalías hereditarias de las proteínas son cada vez más reconocidos e identificados mediante el uso de métodos sofisticados. Diagnóstico preciso de la hemofilia y otros trastornos de la coagulación es posible gracias a las investigaciones del mecanismo de coagulación. Las mediciones de la concentración de ácido fólico y vitamina B12 en la sangre proporcionan la base para el diagnóstico de deficiencias de estas vitaminas.

Célula madre: células madre embrionarias y adultas - Transferencia nuclear de células somáticas

Características y funciones de las células madre embrionarias y adultas. células madre embrionarias en ratones y adultos, y células germinales embrionarias Transferencia nuclear de células somáticas. Células madre epiteliales. Médula ósea y células madre hematopoyéticas. Células madre neuronales.

Célula madre, una célula indiferenciada que se puede dividir para producir algunas células descendientes que continúan como células madre y algunas células que están destinadas a diferenciarse (se especializan). Las células madre son una fuente continua de las células diferenciadas que forman los tejidos y órganos de los animales y las plantas.

Hay un gran interés en las células madre porque tienen potencial en el desarrollo de terapias para reemplazar las células defectuosas o dañadas como resultado de una variedad de trastornos y lesiones, como la enfermedad de Parkinson, las enfermedades del corazón y la diabetes. Hay dos tipos principales de células madre: las células madre embrionarias y las células madre adultas, que también se llaman células madre del tejido.

células madre neuronales y hematopoyéticas

Las células madre neuronales y hematopoyéticas tienen un tremendo potencial en el desarrollo de terapias para ciertas enfermedades, como la diabetes y la enfermedad de Parkinson. Las células madre neurales ocurren en la médula espinal y en regiones específicas del cerebro, y las células madre hematopoyéticas ocurren en la sangre y la médula ósea.


Células madre embrionarias


Las células madre embrionarias (a menudo denominadas células ES) son células madre que se derivan de la masa celular interna de un embrión de mamífero en una etapa muy temprana de desarrollo, cuando está compuesta por una esfera hueca de células en división (un blastocisto). Las células madre embrionarias de embriones humanos y de embriones de ciertas otras especies de mamíferos pueden cultivarse en cultivo de tejidos.

células madre embrionarias

Las células madre embrionarias se diferencian en neuronas.

Células madre embrionarias de ratón


Las células madre embrionarias más estudiadas son las células madre embrionarias de ratón, que se informaron por primera vez en 1981. Este tipo de células madre puede cultivarse indefinidamente en presencia de un factor inhibidor de la leucemia (LIF), una citocina glicoproteína. Si se inyectan células madre embrionarias de ratón cultivadas en un embrión de ratón temprano en la etapa de blastocisto, se integrarán en el embrión y producirán células que se diferencian en la mayoría o en todos los tipos de tejidos que posteriormente se desarrollan.

Esta capacidad de repoblar los embriones de ratón es la característica clave de la definición de las células madre embrionarias, y debido a ello se consideran pluripotentes, es decir, capaces de dar origen a cualquier tipo de célula del organismo adulto. Si las células madre embrionarias se mantienen en cultivo en ausencia de LIF, se diferenciarán en "cuerpos embrioides", que se asemejan en parte a los embriones tempranos de ratón en la etapa del cilindro de huevo, con células madre embrionarias dentro de una capa externa de endodermo. Si las células madre embrionarias se injertan en un ratón adulto, se convertirá en un tipo de tumor llamado teratoma, que contiene una variedad de tipos de tejidos diferenciados.

Científicos que realizan investigaciones sobre células madre embrionarias.

Científicos que realizan investigaciones sobre células madre embrionarias.

Las células madre embrionarias de ratón se utilizan ampliamente para crear ratones modificados genéticamente. Esto se hace mediante la introducción de nuevos genes en las células madre embrionarias en el cultivo de tejidos, la selección de la variante genética particular que se desea, y luego la inserción de las células modificadas genéticamente en embriones de ratón. Los ratones "quiméricos" resultantes están compuestos en parte de células huésped y en parte de las células madre embrionarias donantes.

Mientras que algunos de los ratones quiméricos tienen células germinales (esperma u huevos) que se han derivado de las células madre embrionarias, es posible criar una línea de ratones que tienen la misma constitución genética que las células madre embrionarias y por lo tanto incorporan la modificación genética que se hizo in vitro. Este método se ha utilizado para producir miles de nuevas líneas genéticas de ratones. En muchas de estas líneas genéticas, se han ablacionado genes individuales para estudiar su función biológica; en otros, se han introducido genes que tienen las mismas mutaciones que se encuentran en diversas enfermedades genéticas humanas. Estos "modelos de ratón" para la enfermedad humana se utilizan en la investigación para investigar tanto la patología de la enfermedad como los nuevos métodos de terapia.

Células madre embrionarias humanas


La amplia experiencia con células madre embrionarias de ratón hizo posible que los científicos crecieran células madre embrionarias humanas de embriones humanos tempranos y la primera línea de células madre humanas fue creada en 1998. Las células madre embrionarias humanas son en muchos aspectos similares a las células madre embrionarias de ratón, pero no requieren LIF para su mantenimiento. Las células madre embrionarias humanas forman una amplia variedad de tejidos diferenciados in vitro, y forman teratomas cuando se injertan en ratones inmunosuprimidos. No se sabe si las células pueden colonizar todos los tejidos de un embrión humano, pero se presume de sus otras propiedades que son realmente células pluripotentes y, por lo tanto, se consideran como una posible fuente de células diferenciadas para la terapia celular del tipo de célula defectuosa de un paciente con células sanas. Se podrían producir grandes cantidades de células, tales como neuronas que secretan la dopamina para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson y células beta pancreáticas secretadoras de insulina para el tratamiento de la diabetes, a partir de células madre embrionarias para el trasplante de células. Células para este propósito han sido previamente obtenibles sólo a partir de fuentes con un suministro muy limitado, tales como las células beta pancreáticas obtenidas de los cadáveres de donantes de órganos humanos.

El uso de células madre embrionarias humanas evoca preocupaciones éticas, ya que los embriones en fase de blastocisto se destruyen en el proceso de obtención de las células madre. Los embriones a partir de los cuales se han obtenido células madre se producen a través de la fecundación in vitro, y las personas que consideran que los embriones humanos preimplantables son seres humanos generalmente creen que tal trabajo es moralmente incorrecto. Otros lo aceptan porque consideran que los blastocistos son simplemente bolas de células y que las células humanas usadas en laboratorios no han recibido previamente ningún estatus moral o legal especial. Además, se sabe que ninguna de las células de la masa celular interna está destinada exclusivamente a formar parte del propio embrión -todas las células contribuyen con parte o la totalidad de su descendencia celular a la placenta, a la que tampoco se le ha concedido ninguna especial estatus legal. La divergencia de opiniones sobre esta cuestión se ilustra por el hecho de que el uso de células madre embrionarias humanas está permitido en algunos países y está prohibido en otros.

En 2009, la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos aprobó el primer ensayo clínico diseñado para probar una terapia basada en células madre embrionarias humanas, pero el ensayo se detuvo a finales de 2011 debido a la falta de financiación ya un cambio en las directivas empresariales de Geron . La terapia a ensayar se conocía como GRNOPC1, que consistía en células progenitoras (células parcialmente diferenciadas) que, una vez dentro del cuerpo, maduraron en células neurales conocidas como oligodendrocitos. Los oligodendrocitos progenitores de GRNOPC1 se derivaron de células madre embrionarias humanas. La terapia fue diseñada para la restauración de la función nerviosa en personas que sufren de lesión aguda de la médula espinal.

Células germinales embrionarias


Las células germinales embrionarias (EG), derivadas de células germinales primordiales encontradas en la cresta gonadal de un embrión tardío, tienen muchas de las propiedades de las células madre embrionarias. Las células germinales primordiales en un embrión se desarrollan en células madre que en un adulto generan los gametos reproductivos (esperma u huevos). En ratones y humanos es posible cultivar células germinales embrionarias en cultivo de tejidos con los factores de crecimiento apropiados, a saber, LIF y otra citocina llamada factor de crecimiento de fibroblastos.

Células madre adultas


Algunos tejidos en el cuerpo adulto, tales como la epidermis de la piel, el revestimiento del intestino delgado y la médula ósea, experimentan continua rotación celular. Contienen células madre, que persisten indefinidamente, y un número mucho mayor de "células amplificadoras de tránsito", que surgen de las células madre y se dividen un número finito de veces hasta que se diferencian. Las células madre existen en nichos formados por otras células, que secretan sustancias que mantienen las células madre vivas y activas. Algunos tipos de tejido, como tejido hepático, muestran una división celular mínima o sufren división celular sólo cuando están lesionados. En tales tejidos probablemente no existe una población especial de células madre, y cualquier célula puede participar en la regeneración de los tejidos cuando sea necesario.

Células madre epiteliales


La epidermis de la piel contiene capas de células llamadas queratinocitos. Sólo la capa basal, junto a la dermis, contiene células que se dividen. Algunas de estas células son células madre, pero la mayoría son células amplificadoras de tránsito. Los queratinocitos se mueven lentamente hacia afuera a través de la epidermis a medida que maduran, y finalmente mueren y se desprenden en la superficie de la piel. El epitelio del intestino delgado forma proyecciones llamadas vellosidades, que se entremezclan con pequeños pozos llamados criptas. Las células que se dividen se localizan en las criptas, con las células madre situadas cerca de la base de cada cripta. Las células se producen continuamente en las criptas, migran sobre las vellosidades y, finalmente, se vertieron en el lumen del intestino. A medida que emigran, se diferencian en los tipos de células características del epitelio intestinal.

Médula ósea y células madre hematopoyéticas


La médula ósea contiene células llamadas células madre hematopoyéticas, que generan todos los tipos de células de la sangre y el sistema inmunológico. Las células madre hematopoyéticas también se encuentran en pequeños números en sangre periférica y en mayor número en sangre de cordón umbilical. En la médula ósea, las células madre hematopoyéticas están ancladas a los osteoblastos del hueso trabecular ya los vasos sanguíneos. Generan progenie que puede convertirse en linfocitos, granulocitos, glóbulos rojos y ciertos otros tipos de células, dependiendo del equilibrio de factores de crecimiento en su entorno inmediato.

El trabajo con animales experimentales ha demostrado que los trasplantes de células madre hematopoyéticas pueden ocasionalmente colonizar otros tejidos, con las células trasplantadas convirtiéndose en neuronas, células musculares o epitelios. El grado en que las células madre hematopoyéticas trasplantadas son capaces de colonizar otros tejidos es extremadamente pequeño. A pesar de esto, el uso de trasplantes de células madre hematopoyéticas se está explorando para condiciones tales como enfermedades del corazón o trastornos autoinmunes. Es una opción especialmente atractiva para aquellos que se oponen al uso de células madre embrionarias.

Los trasplantes de médula ósea (también conocidos como injertos de médula ósea) representan un tipo de terapia con células madre que es de uso común. Se utilizan para permitir que los pacientes con cáncer sobrevivan a otras dosis letales de radioterapia o quimioterapia que destruyen las células madre en la médula ósea. Para este procedimiento, la propia médula del paciente se cosecha antes del tratamiento contra el cáncer y luego se reinfunda en el cuerpo después del tratamiento. Las células madre hematopoyéticas del trasplante colonizan la médula dañada y finalmente repoblan la sangre y el sistema inmunitario con células funcionales. Los trasplantes de médula ósea también se realizan a menudo entre individuos (aloinjerto). En este caso la médula injertada tiene algún efecto antitumoral beneficioso. Los riesgos asociados con los aloinjertos de médula ósea incluyen el rechazo del injerto por el sistema inmune del paciente y la reacción de las células inmunitarias del injerto contra los tejidos del paciente (enfermedad de injerto contra huésped).

La médula ósea es una fuente de células madre mesenquimales (algunas veces llamadas células estromales de la médula ósea) que son precursoras de células madre no hematopoyéticas que tienen el potencial de diferenciarse en varios tipos diferentes de células, incluyendo células que forman hueso, músculo, y el tejido conectivo. En cultivos celulares, las células madre mesenquimales derivadas de médula ósea demuestran pluripotencia cuando se exponen a sustancias que influyen en la diferenciación celular. Aprovechar estas propiedades pluripotentes se ha vuelto muy valioso en la generación de tejidos y órganos transplantados. En 2008 los científicos usaron células madre mesenquimales para el bioengineer una sección de la tráquea que se trasplantó en una mujer cuya vía aérea superior había sido gravemente dañada por la tuberculosis.

Las células madre se derivaron de la médula ósea de la mujer, se cultivaron en un laboratorio y se utilizaron para la ingeniería de tejidos. En el proceso de ingeniería, una tráquea donante fue despojado de sus revestimientos de células interiores y exteriores, dejando detrás de una tráquea "andamio" de tejido conectivo. Las células madre derivadas del receptor se utilizaron entonces para recolonizar el interior del armazón, y se usaron células epiteliales normales, también aisladas del receptor, para recolonizar el exterior de la tráquea. El uso de las propias células del receptor para poblar el armazón de la tráquea impidió el rechazo inmunológico y eliminó la necesidad de terapia de inmunosupresión. El trasplante, que tuvo éxito, fue el primero de su tipo.

Células madre neuronales


La investigación ha demostrado que también hay células madre en el cerebro. En los mamíferos muy pocas neuronas nuevas se forman después del nacimiento, pero algunas neuronas en los bulbos olfativos y en el hipocampo se están formando continuamente. Estas neuronas se originan a partir de células madre neurales, que pueden cultivarse in vitro en forma de neurosferas - pequeños grupos de células que contienen células madre y parte de su progenie. Este tipo de células madre se está estudiando para su uso en terapia celular para tratar la enfermedad de Parkinson y otras formas de neurodegeneración o daño traumático al sistema nervioso central.

Células madre neurales humanas (núcleo celular mostrado en azul).

Células madre neurales humanas (núcleo celular mostrado en azul).

Transferencia nuclear de células somáticas


Después de experimentos en animales, incluyendo aquellos usados ​​para crear la oveja Dolly, se ha discutido mucho el uso de la transferencia nuclear de células somáticas (SCNT) para crear células humanas pluripotentes. En SCNT, el núcleo de una célula somática (una célula completamente diferenciada, excluyendo las células germinales), que contiene la mayoría del ADN de la célula (ácido desoxirribonucleico), se elimina y se transfiere a una célula de óvulo no fertilizada que ha tenido su propio ADN nuclear eliminado. El óvulo se cultiva en cultivo hasta que alcanza la fase de blastocisto. La masa celular interna se retira entonces del huevo, y las células se cultivan en cultivo para formar una línea de células madre embrionarias (generaciones de células procedentes del mismo grupo de células progenitoras). Estas células pueden ser estimuladas para diferenciarse en varios tipos de células necesarias para el trasplante. Puesto que estas células serían genéticamente idénticas al donante original, podrían usarse para tratar al donante sin problemas de rechazo inmune. Los científicos generaron células madre embrionarias humanas con éxito de embriones humanos SCNT por primera vez en 2013.

Dolly la oveja clonación

Dolly la oveja fue clonada utilizando el proceso de transferencia de células somáticas nucleares (SCNT). Mientras SCNT se utiliza para la clonación de animales, también puede ser utilizado para generar células madre embrionarias. Antes de la implantación del óvulo fecundado en el útero de la madre sustituta, la masa celular interna del huevo puede ser eliminada y las células pueden crecer en cultivo para formar una línea de células madre embrionarias (generaciones de células procedentes del mismo grupo de células progenitoras).

Aunque es prometedor, la generación y el uso de células madre embrionarias derivadas de SCNT es controvertido por varias razones. Una es que el SCNT puede requerir más de una docena de huevos antes de que un óvulo produzca con éxito células madre embrionarias. Los huevos humanos son escasos, y hay muchos problemas legales y éticos asociados con la donación de óvulos. También hay riesgos desconocidos involucrados con el trasplante de células madre derivadas de SCNT en seres humanos, porque el mecanismo por el cual el huevo no fertilizado es capaz de reprogramar el ADN nuclear de una célula diferenciada no se entiende completamente. Además, SCNT se utiliza comúnmente para producir clones de animales (como Dolly). Aunque la clonación de seres humanos es actualmente ilegal en todo el mundo, el óvulo que contiene ADN nuclear de una célula adulta podría en teoría ser implantado en el útero de una mujer y llegar a denominarse como un humano clonado real. Por lo tanto, existe una fuerte oposición entre algunos grupos al uso de SCNT para generar células madre embrionarias humanas.

Células madre pluripotentes inducidas


Debido a los problemas éticos y morales relacionados con el uso de células madre embrionarias, los científicos han buscado formas de reprogramar las células somáticas adultas. Los estudios de fusión celular, en los que las células somáticas adultas diferenciadas cultivadas en cultivo con células madre embrionarias se funden con las células madre y adquieren propiedades embrionarias de células madre, llevaron a la idea de que genes específicos podrían reprogramar células adultas diferenciadas. Una ventaja de la fusión celular es que se basa en células madre embrionarias existentes en lugar de huevos. Sin embargo, las células fusionadas estimulan una respuesta inmune cuando se trasplantan a seres humanos, lo que conduce al rechazo del trasplante. Como resultado, la investigación se ha centrado cada vez más en los genes y proteínas capaces de reprogramar las células adultas a un estado pluripotente. Para que las células adultas sean pluripotentes sin fusionarlas con células madre embrionarias, los genes reguladores que inducen la pluripotencia deben introducirse en los núcleos de las células adultas. Para ello, las células adultas se cultivan en cultivo celular, y se insertan combinaciones específicas de genes reguladores en retrovirus (virus que convierten el ARN [ácido ribonucleico] en ADN), que se introducen a continuación en el medio de cultivo. Los retrovirus transportan el ARN de los genes reguladores en los núcleos de las células adultas, donde los genes se incorporan en el ADN de las células. Aproximadamente 1 de cada 10.000 células adquieren las propiedades de las células madre embrionarias. Aunque el mecanismo sigue siendo incierto, está claro que algunos de los genes confieren propiedades de células madre embrionarias mediante la regulación de numerosos otros genes. Las células adultas que se vuelven a programar de esta manera se conocen como células madre pluripotentes inducidas (iPS).

De forma similar a las células madre embrionarias, las células madre pluripotentes inducidas pueden estimularse para diferenciarse en tipos selectos de células que, en principio, podrían utilizarse para tratamientos específicos de la enfermedad. Además, la generación de células madre pluripotentes inducidas de las células adultas de pacientes afectados por enfermedades genéticas puede ser utilizada para modelar las enfermedades en el laboratorio. Por ejemplo, en 2008 los investigadores aislaron las células de la piel de un niño con una enfermedad neurológica hereditaria llamada atrofia muscular espinal y luego reprogramaron estas células en células madre pluripotentes inducidas. Las células reprogramadas conservaron el genotipo de la enfermedad de las células adultas y se estimularon para diferenciarse en neuronas motoras que mostraban insuficiencias funcionales asociadas con la atrofia muscular espinal. Recapitulando la enfermedad en el laboratorio, los científicos pudieron estudiar de cerca los cambios celulares que ocurrieron a medida que la enfermedad progresaba. Estos modelos prometen no sólo mejorar la comprensión de los científicos de las enfermedades genéticas, sino también facilitar el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas adaptadas a cada tipo de enfermedad genética.

En 2009 los científicos generaron con éxito células de la retina del ojo humano mediante la reprogramación de células de la piel de adultos. Este avance permitió una investigación detallada del desarrollo embrionario de las células de la retina y abrió caminos para la generación de nuevas terapias para las enfermedades oculares. La producción de células retinianas a partir de células de la piel reprogramadas puede ser particularmente útil en el tratamiento de la retinitis pigmentosa, que se caracteriza por la degeneración progresiva de la retina, que eventualmente conduce a la ceguera nocturna y otras complicaciones de la visión. Aunque las células de la retina también se han producido a partir de células madre embrionarias humanas, la pluripotencia inducida representa un enfoque menos controvertido. Los científicos también han explorado la posibilidad de combinar la tecnología de células madre pluripotentes inducidas con la terapia génica, que sería de gran valor, especialmente para los pacientes con enfermedad genética que se beneficiarían de trasplante autólogo.

Los investigadores también han sido capaces de generar células madre cardíacas para el tratamiento de ciertas formas de enfermedades del corazón a través del proceso de desdiferenciación, en el que las células maduras del corazón se estimulan a revertir a las células madre. El primer intento de trasplante de células madre autólogas se realizó en 2009, cuando los médicos aislaron el tejido cardíaco de un paciente, cultivaron el tejido en un laboratorio, estimularon la desdiferenciación celular y luego reinfundieron las células madre cardíacas directamente en el corazón del paciente. Un estudio similar en el que participaron 14 pacientes sometidos a cirugía de bypass cardiaco seguido de trasplante de células madre cardíacas se informó en 2011. Más de tres meses después del trasplante de células madre, los pacientes experimentaron una ligera pero detectable mejora en la función cardíaca.

Las células madre pluripotentes inducidas por el paciente y las células desdiferenciadas son muy valiosas en términos de sus aplicaciones terapéuticas porque es poco probable que sean rechazadas por el sistema inmunológico. Sin embargo, antes de que las células madre pluripotentes inducidas se puedan utilizar para tratar enfermedades humanas, los investigadores deben encontrar una manera de introducir los genes activos de reprogramación sin usar retrovirus, que pueden causar enfermedades como la leucemia en humanos. Una posible alternativa al uso de retrovirus para transportar genes reguladores en los núcleos de células adultas es el uso de plásmidos, que son menos tumorígenos que los virus.