15.3E: Sangre

La sangre es un tejido líquido. Suspendidos en el plasma acuoso se encuentran siete tipos de células y fragmentos celulares.

1. glóbulos rojos (RBC) o eritrocitos
2. plaquetas o trombocitos
3. cinco tipos de glóbulos blancos (WBC) o leucocitos
   • Tres tipos de granulocitos
     • neutrófilos
     • eosinófilos
     • basófilos
   • Dos tipos de leucocitos sin gránulos en su citoplasma
     • linfocitos
     • monocitos

Si se toma una muestra de sangre, la trata con un agente para evitar la coagulación, y la centrifuga en una centrífuga, los glóbulos rojos se asientan hasta el fondo y los glóbulos blancos se asientan sobre ellos formando la “capa leucocitaria”. La fracción ocupada por los glóbulos rojos se llama hematocrito. Normalmente es aproximadamente 45%. Valores muy inferiores a esto son un signo de anemia

Figura 15.3.5.1 Hematocrito

Funciones de la sangre

La sangre realiza dos funciones principales:

• transporte a través del cuerpo de
  • oxígeno y dióxido de carbono
  • moléculas de alimentos (glucosa, lípidos, aminoácidos)
  • iones (por ejemplo, Na ⁺, Ca ²⁺, HCO ₃ ⁻)
  • desechos (p. ej., urea)
  • hormonas
  • calor
• defensa del cuerpo contra infecciones y otros materiales extraños. Todos los WBC participan en estas defensas.

La formación de células sanguíneas

Todos los diversos tipos de células sanguíneas se producen en la médula ósea (unos 10 ¹¹ de ellos cada día en un humano adulto). Surgen de un solo tipo de célula llamada célula madre hematopoyética, una célula madre multipotente “adulta”. Estas células madre son muy raras (solo alrededor de una de cada 10,000 células de médula ósea) y están unidas (probablemente por uniones adherentes) a los osteoblastos que recubren la superficie interna de las cavidades óseas. También expresan una proteína de superficie celular denominada CD34.

Figura\(\PageIndex{1}\): Tipos de células sanguíneas

Las células madre hematopoyéticas producen, por mitosis, dos tipos de progenie: (1) más células madre (Un ratón que ha tenido todas sus células madre sanguíneas muertas por una dosis letal de radiación se puede salvar mediante la inyección de una sola célula madre viva) y (2) células que comienzan a diferenciarse a lo largo de los caminos que conducen a los diversos tipos de células sanguíneas. El camino que se toma está regulado por la necesidad de más de ese tipo de células sanguíneas que, a su vez, está controlado por citocinas y/o hormonas apropiadas. Por ejemplo, la interleucina-7 (IL-7) es la citocina principal en la estimulación de las células madre de la médula ósea para comenzar por la ruta “linfoide” que conduce a los diversos linfocitos (principalmente células B y células T).

Algunas de las citocinas que impulsan la diferenciación de los leucocitos “mieloides” son

• La eritropoyetina (EPO), producida por los riñones, potencia la producción de glóbulos rojos (RBC).
• La trombopoyetina (TPO), asistida por Interleucina-11 (IL-11), estimula la producción de megacariocitos. Su fragmentación produce plaquetas.
• El factor estimulante de colonias de granulocitos-macrófagos (GM-CSF), como su nombre indica, envía a las células por el camino que conduce a ambos tipos de células. A su debido tiempo, se toma un camino u otro.
  • Bajo la influencia del factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF), se diferencian en neutrófilos.
  • Además estimulados por la interleucina-5 (IL-5) se convierten en eosinófilos.
  • La interleucina-3 (IL-3) participa en la diferenciación de la mayoría de los glóbulos blancos pero juega un papel particularmente destacado en la formación de basófilos (responsables de algunas alergias).
  • Estimuladas por el factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF), las células progenitoras granulocitos/macrófagos se diferencian en monocitos, macrófagos y células dendríticas (DC).

Glóbulos rojos (eritrocitos)

El tipo más numeroso en la sangre. Tienen un promedio de 7 µm de diámetro. Las mujeres promedian alrededor de 4.8 millones de estas células por milímetro cúbico (mm ³; que es lo mismo que un microlitro [µl]) de sangre. Los hombres tienen un promedio aproximado de 5.4 x 10 ⁶ por µl. Estos valores pueden variar en un cierto rango dependiendo de factores como la salud y la altitud. (Los peruanos que viven a 18,000 pies pueden tener hasta 8.3 x 10 ⁶ RBC por µl.)

Los precursores de glóbulos rojos maduran en la médula ósea estrechamente unidos a un macrófago. Fabrican hemoglobina hasta que representa alrededor del 90% del peso seco de la célula. En los mamíferos, el núcleo es exprimido de la célula y es ingerido por el macrófago. Se destruyen todas las mitocondrias así como el retículo endoplásmico y el aparato de Golgi. Las proteínas que ya no se necesitan son expulsadas de la célula en vesículas llamadas exosomas. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra una micrografía electrónica de barrido que muestra la forma bicóncava característica de los glóbulos rojos.

Figura\(\PageIndex{2}\): Glóbulos rojos cortesía de la Dra. Marion J. Barnhart

Así, los RBC se diferencian terminalmente; es decir, nunca pueden dividirse. Viven alrededor de 120 días y luego son ingeridos por células fagocíticas en el hígado y bazo. La mayor parte del hierro en su hemoglobina se recupera para su reutilización. El resto de la porción hemo de la molécula se degrada en pigmentos biliares y excretada por el hígado. Unos 3 millones de glóbulos rojos mueren y son secuestrados por el hígado cada segundo.

Los glóbulos rojos son los responsables del transporte de oxígeno y dióxido de carbono.

Transporte de Oxígeno

En humanos adultos la molécula de hemoglobina (Hb) consta de cuatro polipéptidos:

• dos cadenas alfa (α) de 141 aminoácidos
• dos cadenas beta (β) de 146 aminoácidos

Figura\(\PageIndex{3}\): oxihemoglobina

A cada uno de estos se une el grupo protésico hemo. Hay un átomo de hierro en el centro de cada hemo. Una molécula de oxígeno puede unirse a cada hemo. La reacción es reversible. Bajo las condiciones de menor temperatura, mayor pH y aumento de la presión de oxígeno en los capilares de los pulmones, la reacción avanza hacia la derecha. La hemoglobina desoxigenada de color rojo púrpura de la sangre venosa se convierte en la oxihemoglobina roja brillante de la sangre arterial. Bajo las condiciones de mayor temperatura, menor pH y menor presión de oxígeno en los tejidos, se promueve la reacción inversa y la oxihemoglobina cede su oxígeno.

Figura\(\PageIndex{4}\): Presión de oxígeno vs saturación de hemoglobina

La presión del oxígeno en los pulmones es de 90—95 torr; en los tejidos interiores es de aproximadamente 40 torr. Por lo tanto, normalmente solo una porción del oxígeno transportado por los glóbulos rojos se descarga en los tejidos. Sin embargo, la actividad vigorosa puede disminuir la presión de oxígeno en los músculos esqueléticos por debajo de 40 torr, lo que provoca un gran aumento en la cantidad de oxígeno liberado. Este efecto se ve potenciado por la alta concentración de dióxido de carbono en los músculos y el menor pH resultante (7.2). La menor concentración de dióxido de carbono (y por lo tanto un pH más alto) en los pulmones promueve la unión del oxígeno a la hemoglobina y, por lo tanto, la absorción de oxígeno.

Los cambios de temperatura también influyen en la unión del oxígeno a la hemoglobina. En el calor relativo de los órganos interiores, la curva se desplaza hacia la derecha (como la curva para pH 7.2), ayudando a descargar oxígeno. En el frío relativo de los pulmones, la curva se desplaza hacia la izquierda, ayudando a la captación de oxígeno.

Aunque el oxígeno transportado por los RBC posibilita la respiración celular en todo el cuerpo, los RBC carecen de mitocondrias y por lo tanto no pueden realizar la respiración celular ellos mismos y deben subsistir en la glucólisis.

Transporte de dióxido de carbono

El dióxido de carbono (CO ₂) se combina con el agua formando ácido carbónico, que se disocia en un ion hidrógeno (H ⁺) y un ion bicarbonato:

\[\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H+ + HCO3^{−}}\]

El 95% del CO ₂ generado en los tejidos se transporta en los glóbulos rojos. Entra (y sale) de la célula por difusión a través de la membrana plasmática. Una vez dentro, aproximadamente la mitad del CO ₂ se une directamente a la hemoglobina (en un sitio diferente al que se une al oxígeno). El resto se convierte siguiendo la ecuación anterior por la enzima anhidrasa carbónica en iones bicarbonato que se difunden de nuevo hacia el plasma e iones hidrógeno (H ⁺) que se unen a la porción proteica de la hemoglobina (no teniendo así efecto sobre el pH). Los iones bicarbonato salen del glóbulo rojo al facilitar la difusión a través de canales transmembrana en la membrana plasmática. Solo alrededor del 5% del CO ₂ generado en los tejidos se disuelve directamente en el plasma. (Algo bueno, también: si todo el CO ₂ que hacemos se transportara de esta manera, el pH de la sangre bajaría de su normal 7.4 a un instantáneamente fatal 4.5) Cuando los glóbulos rojos llegan a los pulmones, estas reacciones se invierten y el CO ₂ se libera al aire de los alvéolos.

Anemia

La anemia es una escasez de glóbulos rojos y/o la cantidad de hemoglobina en ellos. La anemia tiene muchas causas. Una de las más comunes es una ingesta inadecuada de hierro en la dieta.

Grupos sanguíneos

Los glóbulos rojos tienen antígenos de superficie que difieren entre las personas y que crean los llamados grupos sanguíneos como el sistema ABO y el sistema Rh.

Glóbulos Blancos (leucocitos)

Los glóbulos blancos son mucho menos numerosos que los rojos (la relación entre los dos es de alrededor de 1:700) y tienen núcleos. Consisten en linfocitos y monocitos con citoplasma relativamente claro, y tres tipos de granulocitos, cuyo citoplasma está lleno de gránulos. Participan en la protección del cuerpo de la infección.

Linfocitos

Existen varios tipos de linfocitos (aunque todos se parecen bajo el microscopio), cada uno con diferentes funciones a realizar. Los tipos más comunes de linfocitos son:

• Linfocitos B (“células B”). Estos son los encargados de fabricar anticuerpos.
• Linfocitos T (“células T”). Hay varios subconjuntos de estos:
  • células T inflamatorias que reclutan macrófagos y neutrófilos en el sitio de infección u otro daño tisular
  • linfocitos T citotóxicos (CTL) que matan a las células infectadas por virus y, quizás, a las células tumorales
  • células T colaboradoras que potencian la producción de anticuerpos por las células B

Figura 15.3.5.6 Linfocitos que rodean a un macrófago cortesía de los doctores Jan M. Orenstein y Emma Shelton

Si bien la médula ósea es la última fuente de linfocitos, los linfocitos que se convertirán en células T migran de la médula ósea al timo donde maduran. Tanto las células B como las células T también toman residencia en los ganglios linfáticos, el bazo y otros tejidos donde encuentran antígenos, continúan dividiéndose por mitosis, madurando en células completamente funcionales.

Monocitos

Los monocitos salen de la sangre y se convierten en macrófagos y un tipo de célula dendrítica. Ver Figura 15.3.5.6

Neutrófilos

Figura 15.3.5.7 Neutorfilos

El más abundante de los WBC. Esta fotomicrografía muestra un solo neutrófilo rodeado de glóbulos rojos. Los neutrófilos atraviesan las paredes capilares y entran en el tejido infectado donde matan a los invasores (por ejemplo, bacterias) y luego engullen los restos por fagocitosis. Esta es una tarea interminable, incluso en personas sanas: Nuestra garganta, fosas nasales y colon albergan un gran número de bacterias. La mayoría de estos son comensales, y no nos hacen daño alguno. Pero eso es porque los neutrófilos los mantienen bajo control.

Sin embargo grandes dosis de radiación, quimioterapia y muchas otras formas de estrés pueden reducir el número de neutrófilos para que las bacterias antes inofensivas comiencen a proliferar. La infección oportunista resultante puede poner en peligro la vida.

Eosinófilos

El número de eosinófilos en la sangre es normalmente bastante bajo (0—450/µl). Sin embargo, su número aumenta bruscamente en ciertas enfermedades, especialmente las infecciones por gusanos parásitos. Los eosinófilos son citotóxicos, liberando el contenido de sus gránulos sobre el invasor.

Basófilos

Ordinariamente representando menos del 1% de los glóbulos blancos, su número también aumenta durante la infección. Los basófilos dejan la sangre y se acumulan en el sitio de infección u otra inflamación. Allí descargan el contenido de sus gránulos, liberando una variedad de mediadores como histamina, serotonina, prostaglandinas y leucotrienos que incrementan el flujo sanguíneo a la zona y de otras maneras se suman al proceso inflamatorio. Los mediadores liberados por los basófilos también juegan un papel importante en algunas respuestas alérgicas como la fiebre del heno y una respuesta anafiláctica a las picaduras de insectos.

Plaquetas

Las plaquetas son fragmentos celulares producidos a partir de megacariocitos. Estas células poliploides (128n) en la médula ósea envían proyecciones parecidas a pseudopodios al lumen de los vasos sanguíneos adyacentes. La sangre que fluye a través del vaso corta las plaquetas. La sangre normalmente contiene 150,000—400,000 por microlitro (µl) o milímetro cúbico (mm ³). Este número se mantiene normalmente mediante un mecanismo homeostático (retroalimentación negativa). Si este valor cae muy por debajo de los 20.000/µl, existe el peligro de sangrado incontrolado. Algunas causas incluyen ciertos medicamentos y remedios herbales así como la autoinmunidad.

Cuando se cortan o dañan los vasos sanguíneos, se debe detener la pérdida de sangre del sistema antes de que ocurra el choque y posible muerte. Esto se logra mediante la solidificación de la sangre, un proceso llamado coagulación o coagulación. Un coágulo de sangre consiste en un tapón de plaquetas enmalladas en una red de moléculas de fibrina insolubles. Las plaquetas también promueven la inflamación.

Plasma

El plasma es el líquido de color pajizo en el que se suspenden las células sanguíneas.

Composición del plasma sanguíneo

Componente	Por ciento
Agua	~92
Proteínas	6—8
Sales	0.8
Lípidos	0.6
Glucosa (azúcar en la sangre)	0.1

El plasma transporta los materiales que necesitan las células y los materiales que deben eliminarse de las células:

• varios iones (Na ⁺, Ca ²⁺, HCO ₃ ⁻, etc.)
• glucosa y trazas de otros azúcares
• aminoácidos
• otros ácidos orgánicos
• colesterol y otros lípidos
• hormonas
• urea y otros desechos

La mayoría de estos materiales están en tránsito desde un lugar donde se agregan a la sangre (una “fuente”)

• órganos de intercambio como el intestino
• depósitos de materiales como el hígado

a lugares (“sumideros”) donde serán retirados de la sangre.

• cada celda
• órganos de intercambio como el riñón, y la piel.

Proteínas séricas

Las proteínas constituyen el 6— 8% de la sangre. Se dividen aproximadamente por igual entre albúmina sérica y una gran variedad de globulinas séricas. Después de que se extrae sangre de una vena y se deja coagular, el coágulo se contrae lentamente. Al hacerlo, se exprime un líquido claro llamado suero. Así, el suero es plasma sanguíneo sin fibrinógeno y otros factores de coagulación. Las proteínas séricas se pueden separar por electroforesis.

Figura 15.3.5.8 Electroforesis

• Se aplica una gota de suero en una banda a una lámina delgada de material de soporte, como papel, que ha sido empapada en una solución salina ligeramente alcalina.
• A pH 8.6, que se usa comúnmente, todas las proteínas están cargadas negativamente, pero algunas con más fuerza que otras.
• Una corriente continua puede fluir a través del papel debido a la conductividad del tampón con el que se humedece.
• A medida que fluye la corriente, las proteínas séricas se mueven hacia el electrodo positivo.
• Cuanto más fuerte es la carga negativa sobre una proteína, más rápido migra.
• Después de un tiempo (típicamente 20 min), la corriente se apaga y las proteínas se tiñen para hacerlas visibles (la mayoría son incoloras por lo demás).
• Las proteínas separadas aparecen como bandas distintas.
• El más destacado de estos y el que se mueve más cerca del electrodo positivo es la albúmina sérica.
• Albúmina sérica
  • se hace en el hígado
  • une muchas moléculas pequeñas para el transporte a través de la sangre
  • ayuda a mantener la presión osmótica de la sangre
• Las otras proteínas son las diversas globulinas séricas.
• Migran en el orden
  • alfa globulinas (por ejemplo, las proteínas que transportan tiroxina y retinol [vitamina A])
  • beta globulinas (por ejemplo, la proteína transferrina transportadora de hierro)
  • gamma-globulinas.
    • Las gamma-globulinas son las proteínas séricas menos cargadas negativamente. (Están tan débilmente cargados, de hecho, que algunos son barridos en el flujo de tampón de vuelta hacia el electrodo negativo.)
    • La mayoría de los anticuerpos son gamma-globulinas.
    • Por lo tanto, las gammaglobulinas se vuelven más abundantes tras infecciones o inmunizaciones.
    • Las gammaglobulinas se pueden extraer de sangre donada (generalmente agrupada de varios miles de donantes) e inyectarse en personas expuestas a ciertas enfermedades como la varicela y la hepatitis. Debido a que tales preparaciones de inmunoglobulina contienen anticuerpos contra las enfermedades infecciosas más comunes, el paciente obtiene protección temporal contra la enfermedad.

Si un precursor de una célula secretora de anticuerpos se vuelve canceroso, se divide incontrolablemente para generar un clon de células plasmáticas que secretan un solo tipo de molécula de anticuerpo.

Figura 15.3.5.8 Separación electroforética cortesía de Beckman Instruments, Inc.

La imagen de arriba muestra —de izquierda a derecha— la separación electroforética de:

• suero humano normal con su banda difusa de gammaglobulinas
• suero de un paciente con mieloma múltiple que produce una proteína de mieloma IgG
• suero de un paciente con macroglobulinemia de Waldenström donde el clon canceroso secreta un anticuerpo IgM
• suero con una proteína de mieloma IgA

Lípidos séricos

Por su relación con la enfermedad cardiovascular, el análisis de los lípidos séricos se ha convertido en una importante medida de salud. La tabla muestra el rango de valores típicos así como los valores por encima (o por debajo) que el sujeto puede estar en mayor riesgo de desarrollar aterosclerosis.

LÍPIDO	Valores típicos (mg/dl)	Deseable (mg/dl)
Colesterol (total)	170—210	<200
Colesterol LDL	60—140	<100
Colesterol HDL	35—85	>40
Triglicéridos	40—160	<160

• El colesterol total es la suma de colesterol HDL, colesterol LDL y 20% del valor de triglicéridos
• Tenga en cuenta que los valores altos de LDL son malos, pero los valores altos de HDL son buenos.
• Usando los diversos valores, se puede calcular una relación de riesgo
  cardíaco = colesterol total dividido por colesterol HDL
• Una relación de riesgo cardiaco mayor a 7 se considera una advertencia.

Transfusiones de sangre

En Estados Unidos, en 2001, se recolectaron unos 15 millones de “unidades” (~475 ml) de sangre de donantes de sangre.

• Algunas de estas unidades (“sangre completa”) se transfundieron directamente a los pacientes (p. ej., para reemplazar la sangre perdida por trauma o durante la cirugía).
• La mayoría se fraccionaron posteriormente en componentes, incluyendo:
  • RBC - Cuando se refrigeran estos se pueden usar hasta por 42 días.
  • Plaquetas - Estas deben almacenarse a temperatura ambiente y así pueden guardarse solo por 5 días.
  • Plasma - Esto puede congelarse y almacenarse hasta por un año.

Garantizar la seguridad de la sangre donada

Una variedad de agentes infecciosos pueden estar presentes en la sangre. Infecciones como

• virus (por ejemplo, VIH-1, hepatitis B y C, virus del Nilo Occidental)
• bacterias como la espiroqueta de la sífilis
• protozoos como los agentes de la malaria y la babesiosis
• priones (por ejemplo, el agente de la variante de la enfermedad de Crueutzfeldt-Jakob)

Estos podrían transmitirse a los destinatarios. Para minimizar estos riesgos se cuestiona a los donantes sobre su posible exposición a estos agentes. Cada unidad de sangre se analiza para detectar una variedad de agentes infecciosos. La mayoría de estas pruebas se realizan con inmunoensayos enzimáticos (EIA) y detectan anticuerpos contra los agentes. Sin embargo, el sistema inmunitario tarda un periodo de tiempo en producir anticuerpos después de la infección, y durante este periodo (“ventana”), el virus infeccioso está presente en la sangre. Por esta razón, ahora también se revisa la sangre para detectar la presencia del ARN de estos virus ARN VIH-1, hepatitis C y virus del Nilo Occidental mediante la prueba de amplificación de ácidos nucleicos (NAT).

Gracias a todas estas precauciones, el riesgo de adquirir una infección por alguno de estos agentes es muy pequeño. A pesar de ello, algunas personas —en anticipación a la necesidad— donan su propia sangre (“donación de sangre autóloga”) antes de la cirugía.

Tipificación de sangre

La sangre donada también debe analizarse para detectar ciertos antígenos de la superficie celular que puedan causar una reacción transfusional peligrosa en un receptor inadecuadamente emparejado.

Sustitutos de la sangre

Años de investigación se han dedicado a tratar de evitar los problemas de perecedera y seguridad de la sangre mediante el desarrollo de sustitutos de la sangre. La mayoría de estos se han enfocado en materiales que transportarán cantidades adecuadas de oxígeno a los tejidos.

• Algunas son sustancias totalmente sintéticas.
• Otros son derivados de la hemoglobina.

Aunque algunos han llegado a pruebas clínicas, ninguna ha demostrado ser aceptable para el uso rutinario.