Biología para Mayores II

Describe la estructura y función de la sangre en el cuerpo

La sangre es importante para la regulación del pH del cuerpo, la temperatura, la presión osmótica, la circulación de nutrientes y la eliminación de residuos, la distribución de las hormonas de las glándulas endocrinas y la eliminación del exceso de calor; también contiene componentes para la coagulación de la sangre. La sangre está formada por varios componentes, como los glóbulos rojos, los glóbulos blancos, las plaquetas y el plasma, que contiene los factores de coagulación y el suero.

El papel de la sangre en el cuerpo

La sangre, como la sangre humana ilustrada en la figura 1 es importante para la regulación de los sistemas del cuerpo y la homeostasis. La sangre ayuda a mantener la homeostasis estabilizando el pH, la temperatura, la presión osmótica y eliminando el exceso de calor. La sangre contribuye al crecimiento distribuyendo los nutrientes y las hormonas, y eliminando los residuos. Los glóbulos rojos contienen hemoglobina, que une el oxígeno. Estas células suministran oxígeno a las células y eliminan el dióxido de carbono.

La sangre desempeña una función protectora transportando factores de coagulación y plaquetas para evitar la pérdida de sangre tras una lesión. La sangre también transporta los glóbulos blancos, agentes que combaten las enfermedades, a los lugares de infección. Estas células -que incluyen neutrófilos, monocitos, linfocitos, eosinófilos y basófilos- participan en la respuesta inmunitaria.

Figura 1. Se muestran las células y los componentes celulares de la sangre humana.

Células sanguíneas rojas

Las células sanguíneas rojas, o eritrocitos (eritro- = «rojo»; -cito = «célula»), son células especializadas que circulan por el cuerpo repartiendo oxígeno a las células; se forman a partir de células madre en la médula ósea. En los mamíferos, los glóbulos rojos son pequeñas células bicóncavas que, en su madurez, no contienen núcleo ni mitocondrias y sólo tienen un tamaño de 7-8 µm. En las aves y los reptiles no avianos, todavía se mantiene un núcleo en los glóbulos rojos.

La coloración roja de la sangre proviene de la proteína que contiene hierro, la hemoglobina, ilustrada en la Figura 2a. El trabajo principal de esta proteína es transportar oxígeno, pero también transporta dióxido de carbono. La hemoglobina está empaquetada en los glóbulos rojos a razón de unos 250 millones de moléculas de hemoglobina por célula. Cada molécula de hemoglobina une cuatro moléculas de oxígeno, de modo que cada glóbulo rojo transporta mil millones de moléculas de oxígeno. Hay aproximadamente 25 billones de glóbulos rojos en los cinco litros de sangre del cuerpo humano, que podrían transportar hasta 25 sextillones (25 × 1021) de moléculas de oxígeno en el cuerpo en cualquier momento. En los mamíferos, la falta de orgánulos en los eritrocitos deja más espacio para las moléculas de hemoglobina, y la falta de mitocondrias también impide el uso del oxígeno para la respiración metabólica. Sólo los mamíferos tienen glóbulos rojos anucleados, y algunos mamíferos (los camellos, por ejemplo) tienen incluso glóbulos rojos nucleados. La ventaja de los glóbulos rojos nucleados es que estas células pueden sufrir mitosis. Los glóbulos rojos anucleados se metabolizan de forma anaeróbica (sin oxígeno), haciendo uso de una vía metabólica primitiva para producir ATP y aumentar la eficiencia del transporte de oxígeno.

No todos los organismos utilizan la hemoglobina como método de transporte de oxígeno. Los invertebrados que utilizan la hemolinfa en lugar de la sangre utilizan diferentes pigmentos para unirse al oxígeno. Estos pigmentos utilizan cobre o hierro para el oxígeno. Los invertebrados tienen una variedad de otros pigmentos respiratorios. La hemocianina, una proteína azul-verde que contiene cobre, ilustrada en la Figura 2b, se encuentra en los moluscos, crustáceos y algunos artrópodos. La clorocruorina, un pigmento verde que contiene hierro, se encuentra en cuatro familias de gusanos tubícolas poliquetos. La hemeritrina, una proteína roja que contiene hierro, se encuentra en algunos gusanos poliquetos y anélidos y se ilustra en la Figura 2c. A pesar de su nombre, la hemeritrina no contiene un grupo hemo y su capacidad de transporte de oxígeno es escasa en comparación con la hemoglobina.

Figura 2. En la mayoría de los vertebrados, (a) la hemoglobina suministra oxígeno al cuerpo y elimina parte del dióxido de carbono. La hemoglobina está compuesta por cuatro subunidades proteicas, dos cadenas alfa y dos cadenas beta, y un grupo hemo que tiene hierro asociado. El hierro se asocia de forma reversible con el oxígeno y, al hacerlo, se oxida de Fe2+ a Fe3+. En la mayoría de los moluscos y algunos artrópodos, (b) la hemocianina suministra oxígeno. A diferencia de la hemoglobina, la hemocianina no se transporta en las células sanguíneas, sino que flota libre en la hemolinfa. El cobre, en lugar del hierro, une el oxígeno, dando a la hemolinfa un color azul-verde. En los anélidos, como la lombriz de tierra, y algunos otros invertebrados, (c) la hemeritrina transporta el oxígeno. Al igual que la hemoglobina, la hemeritrina se transporta en las células sanguíneas y tiene hierro asociado, pero a pesar de su nombre, la hemeritrina no contiene hemo.

El pequeño tamaño y la gran superficie de los glóbulos rojos permiten una rápida difusión del oxígeno y el dióxido de carbono a través de la membrana plasmática. En los pulmones, el dióxido de carbono se libera y el oxígeno es absorbido por la sangre. En los tejidos, el oxígeno se libera de la sangre y el dióxido de carbono se une para ser transportado de vuelta a los pulmones. Los estudios han descubierto que la hemoglobina también se une al óxido nitroso (NO). El NO es un vasodilatador que relaja los vasos sanguíneos y los capilares y puede ayudar al intercambio de gases y al paso de los glóbulos rojos por los vasos estrechos. La nitroglicerina, un medicamento cardíaco para la angina de pecho y los infartos, se convierte en NO para ayudar a relajar los vasos sanguíneos y aumentar el flujo de oxígeno a través del cuerpo.

Una característica de los glóbulos rojos es su recubrimiento de glicolípidos y glicoproteínas; se trata de lípidos y proteínas que tienen moléculas de carbohidratos unidas. En los seres humanos, las glicoproteínas y los glicolípidos de la superficie de los glóbulos rojos varían entre los individuos, lo que produce los diferentes tipos de sangre, como el A, el B y el O. Los glóbulos rojos tienen una vida media de 120 días, momento en el que son descompuestos y reciclados en el hígado y el bazo por los macrófagos fagocíticos, un tipo de glóbulos blancos.

Células blancas

Los glóbulos blancos, también llamados leucocitos (leuko = blanco), constituyen aproximadamente el uno por ciento en volumen de las células de la sangre. La función de los glóbulos blancos es muy diferente a la de los glóbulos rojos: participan principalmente en la respuesta inmunitaria para identificar y atacar a los patógenos, como las bacterias invasoras, los virus y otros organismos extraños. Los glóbulos blancos se forman continuamente; algunos sólo viven durante horas o días, pero otros viven durante años.

La morfología de los glóbulos blancos difiere significativamente de la de los glóbulos rojos. Tienen núcleo y no contienen hemoglobina. Los diferentes tipos de glóbulos blancos se identifican por su aspecto microscópico tras la tinción histológica, y cada uno tiene una función especializada diferente. Los dos grupos principales, ambos ilustrados en la figura 3, son los granulocitos, que incluyen los neutrófilos, los eosinófilos y los basófilos, y los agranulocitos, que incluyen los monocitos y los linfocitos.

Figura 3. (a) Los granulocitos -incluidos los neutrófilos, eosinófilos y basófilos- se caracterizan por un núcleo lobulado e inclusiones granulares en el citoplasma. Los granulocitos suelen ser los primeros en responder durante una lesión o infección. (b) Los agranulocitos incluyen los linfocitos y los monocitos. Los linfocitos, incluidas las células B y T, son responsables de la respuesta inmunitaria adaptativa. Los monocitos se diferencian en macrófagos y células dendríticas, que a su vez responden a las infecciones o lesiones.

Los granulocitos contienen gránulos en su citoplasma; los agranulocitos se denominan así por la ausencia de gránulos en su citoplasma. Algunos leucocitos se convierten en macrófagos que permanecen en el mismo lugar o se desplazan por el torrente sanguíneo y se reúnen en los focos de infección o inflamación, donde son atraídos por las señales químicas de las partículas extrañas y las células dañadas. Los linfocitos son las células primarias del sistema inmunitario e incluyen las células B, las células T y las células asesinas naturales. Los linfocitos B destruyen las bacterias e inactivan sus toxinas. También producen anticuerpos. Las células T atacan los virus, los hongos, algunas bacterias, las células trasplantadas y las células cancerosas. Las células T atacan a los virus liberando toxinas que los matan. Las células asesinas naturales atacan a una variedad de microbios infecciosos y a ciertas células tumorales.

Una de las razones por las que el VIH plantea importantes retos de gestión es porque el virus se dirige directamente a las células T al conseguir entrar a través de un receptor. Una vez dentro de la célula, el VIH se multiplica utilizando la propia maquinaria genética de la célula T. Una vez que el virus del VIH se replica, se transmite directamente de la célula T infectada a los macrófagos. La presencia del VIH puede pasar desapercibida durante un extenso período de tiempo antes de que se desarrollen todos los síntomas de la enfermedad

Componentes de la sangre

La hemoglobina es la responsable de distribuir el oxígeno, y en menor medida el dióxido de carbono, por todo el sistema circulatorio de los seres humanos, los vertebrados y muchos invertebrados. Sin embargo, la sangre es más que las proteínas. En realidad, la sangre es un término utilizado para describir el líquido que se mueve por los vasos e incluye el plasma (la parte líquida, que contiene agua, proteínas, sales, lípidos y glucosa) y las células (glóbulos rojos y blancos) y los fragmentos celulares llamados plaquetas. El plasma sanguíneo es en realidad el componente dominante de la sangre y contiene el agua, las proteínas, los electrolitos, los lípidos y la glucosa. Las células se encargan de transportar los gases (glóbulos rojos) y de inmunizar la respuesta (blancos). Las plaquetas son responsables de la coagulación de la sangre. El líquido intersticial que rodea a las células está separado de la sangre, pero en la hemolinfa están combinados. En los seres humanos, los componentes celulares constituyen aproximadamente el 45 por ciento de la sangre y el plasma líquido el 55 por ciento. La sangre es el 20 por ciento del líquido extracelular de una persona y el ocho por ciento de su peso.

Plaquetas y factores de coagulación

La sangre debe coagularse para curar las heridas y evitar la pérdida excesiva de sangre. Pequeños fragmentos celulares llamados plaquetas (trombocitos) son atraídos al lugar de la herida donde se adhieren extendiendo muchas proyecciones y liberando su contenido. Estos contenidos activan otras plaquetas y también interactúan con otros factores de coagulación, que convierten el fibrinógeno, una proteína hidrosoluble presente en el suero sanguíneo, en fibrina (una proteína no hidrosoluble), lo que provoca la coagulación de la sangre. Muchos de los factores de coagulación necesitan vitamina K para funcionar, y su carencia puede provocar problemas de coagulación de la sangre. Muchas plaquetas convergen y se pegan en el lugar de la herida formando un tapón de plaquetas (también llamado coágulo de fibrina), como se ilustra en la figura 4b. El tapón o coágulo dura varios días y detiene la pérdida de sangre. Las plaquetas se forman a partir de la desintegración de células más grandes llamadas megacariocitos, como la que se muestra en la figura 4a. Por cada megacariocito se forman entre 2.000 y 3.000 plaquetas, estando presentes entre 150.000 y 400.000 plaquetas en cada milímetro cúbico de sangre. Cada plaqueta tiene forma de disco y 2-4 μm de diámetro. Contienen muchas vesículas pequeñas pero no contienen un núcleo.

Figura 4. (a) Las plaquetas se forman a partir de células grandes llamadas megacariocitos. El megacariocito se rompe en miles de fragmentos que se convierten en plaquetas. (b) Las plaquetas son necesarias para la coagulación de la sangre. Las plaquetas se acumulan en el lugar de una herida junto con otros factores de coagulación, como el fibrinógeno, para formar un coágulo de fibrina que evita la pérdida de sangre y permite la curación de la herida.

Plasma y suero

El componente líquido de la sangre se denomina plasma, y se separa haciendo girar o centrifugar la sangre a altas rotaciones (3000 rpm o más). Las células sanguíneas y las plaquetas se separan por fuerzas centrífugas hasta el fondo de un tubo de muestras. La capa líquida superior, el plasma, se compone de un 90 por ciento de agua junto con varias sustancias necesarias para mantener el pH del cuerpo, la carga osmótica y para proteger el organismo. El plasma también contiene los factores de coagulación y los anticuerpos.

El componente plasmático de la sangre sin los factores de coagulación se denomina suero. El suero es similar al líquido intersticial en el que la composición correcta de los iones clave que actúan como electrolitos es esencial para el funcionamiento normal de los músculos y los nervios. Otros componentes del suero son las proteínas que ayudan a mantener el pH y el equilibrio osmótico al tiempo que dan viscosidad a la sangre. El suero también contiene anticuerpos, proteínas especializadas que son importantes para la defensa contra virus y bacterias. Los lípidos, incluido el colesterol, también se transportan en el suero, junto con otras sustancias diversas, como nutrientes, hormonas, residuos metabólicos y sustancias externas, como fármacos, virus y bacterias.

La albúmina del suero humano es la proteína más abundante en el plasma sanguíneo humano y se sintetiza en el hígado. La albúmina, que constituye aproximadamente la mitad de las proteínas del suero sanguíneo, transporta hormonas y ácidos grasos, amortigua el pH y mantiene las presiones osmóticas. La inmunoglobina es un anticuerpo proteico producido en la mucosa y desempeña un papel importante en la inmunidad mediada por anticuerpos.

Tipos de sangre relacionados con las proteínas de la superficie de los glóbulos rojos

Los glóbulos rojos están recubiertos de antígenos formados por glicolípidos y glicoproteínas. La composición de estas moléculas está determinada por la genética, que ha evolucionado con el tiempo. En los seres humanos, los diferentes antígenos de superficie se agrupan en 24 grupos sanguíneos diferentes con más de 100 antígenos distintos en cada glóbulo rojo. Los dos grupos sanguíneos más conocidos son los sistemas ABO, mostrados en la figura 5, y Rh. Los antígenos de superficie del grupo sanguíneo ABO son glicolípidos, denominados antígeno A y antígeno B. Las personas del grupo sanguíneo A tienen el antígeno A, las del grupo sanguíneo B tienen el antígeno B, las del grupo sanguíneo AB tienen ambos antígenos y las del grupo sanguíneo O no tienen ninguno de ellos. En el plasma sanguíneo se encuentran unos anticuerpos llamados aglutinógenos que reaccionan con los antígenos A o B, si se mezclan ambos. Cuando se combinan la sangre del tipo A y la del tipo B, se produce una aglutinación de la sangre debido a los anticuerpos del plasma que se unen al antígeno opuesto; esto provoca coágulos que se coagulan en el riñón causando insuficiencia renal. La sangre de tipo O no tiene antígenos A ni B y, por tanto, la sangre de tipo O puede administrarse a todos los tipos de sangre. La sangre del tipo O negativo es el donante universal. La sangre de tipo AB positivo es el aceptor universal porque tiene tanto el antígeno A como el B. Los grupos sanguíneos ABO fueron descubiertos en 1900 y 1901 por Karl Landsteiner en la Universidad de Viena.

El grupo sanguíneo Rh fue descubierto por primera vez en los monos Rhesus. La mayoría de las personas tienen el antígeno Rh (Rh+) y no tienen anticuerpos anti-Rh en su sangre. Las pocas personas que no tienen el antígeno Rh y son Rh- pueden desarrollar anticuerpos anti-Rh si se exponen a sangre Rh+. Esto puede ocurrir tras una transfusión de sangre o después de que una mujer Rh- tenga un bebé Rh+. La primera exposición no suele causar una reacción; sin embargo, en la segunda exposición, se han acumulado suficientes anticuerpos en la sangre para producir una reacción que provoca la aglutinación y la descomposición de los glóbulos rojos. Una inyección puede evitar esta reacción.

Figura 5. Los glóbulos rojos humanos pueden tener glicoproteínas de tipo A o B en su superficie, ambas glicoproteínas combinadas (AB), o ninguna de ellas (O). Las glicoproteínas sirven como antígenos y pueden provocar una respuesta inmunitaria en una persona que recibe una transfusión que contiene antígenos desconocidos. La sangre de tipo O, que no tiene antígenos A ni B, no provoca una respuesta inmunitaria cuando se inyecta a una persona de cualquier tipo de sangre. Por lo tanto, el tipo O se considera el donante universal. Las personas con sangre del tipo AB pueden aceptar sangre de cualquier tipo de sangre, y el tipo AB se considera el aceptante universal.

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En resumen: Estructura y función de la sangre

Los glóbulos rojos son células especializadas que contienen hemoglobina y circulan por el cuerpo entregando oxígeno a las células. Los glóbulos blancos participan en la respuesta inmunitaria para identificar y atacar a las bacterias invasoras, los virus y otros organismos extraños; también reciclan los componentes de desecho, como los glóbulos rojos viejos.

Las plaquetas y los factores de coagulación de la sangre provocan el cambio de la proteína soluble fibrinógeno a la proteína insoluble fibrina en el lugar de una herida formando un tapón. El plasma está formado por un 90 por ciento de agua junto con diversas sustancias, como los factores de coagulación y los anticuerpos. El suero es el componente plasmático de la sangre sin los factores de coagulación.

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