Biologia para Majors II

Descrever a estrutura e função do sangue no corpo

Blood é importante para a regulação do pH do corpo, temperatura, pressão osmótica, a circulação de nutrientes e remoção de resíduos, a distribuição de hormonas das glândulas endócrinas, e a eliminação do excesso de calor; também contém componentes para a coagulação do sangue. O sangue é feito de vários componentes, incluindo glóbulos vermelhos, glóbulos brancos, plaquetas e plasma, que contém factores de coagulação e soro.

O papel do sangue no corpo

Blood, como o sangue humano ilustrado na Figura 1 é importante para a regulação dos sistemas do corpo e homeostasia. O sangue ajuda a manter a homeostase, estabilizando o pH, a temperatura, a pressão osmótica, e eliminando o excesso de calor. O sangue apoia o crescimento através da distribuição de nutrientes e hormonas, e através da remoção de resíduos. Os eritrócitos contêm hemoglobina, que liga o oxigénio. Estas células fornecem oxigénio às células e removem dióxido de carbono.

Blood desempenha um papel protector ao transportar factores de coagulação e plaquetas para prevenir a perda de sangue após lesões. O sangue também transporta os agentes que combatem as doenças, os glóbulos brancos para os locais de infecção. Estas células – incluindo neutrófilos, monócitos, linfócitos, eosinófilos, e basófilos – estão envolvidas na resposta imunitária.

Figure 1. As células e os componentes celulares do sangue humano são mostrados.

Células de sangue vermelho

Células de sangue vermelho, ou eritrócitos (eritrócitos- = “vermelho”; -cito = “célula”), são células especializadas que circulam através do corpo fornecendo oxigénio às células; são formadas a partir de células estaminais na medula óssea. Nos mamíferos, os glóbulos vermelhos são pequenas células biconcavas que na maturidade não contêm um núcleo ou mitocôndrias e têm apenas 7-8 µm de tamanho. Em pássaros e répteis não-avios, um núcleo ainda é mantido em glóbulos vermelhos.

A coloração vermelha do sangue provém da hemoglobina proteica contendo ferro, ilustrada na Figura 2a. A principal função desta proteína é transportar oxigénio, mas também transporta dióxido de carbono. A hemoglobina é acondicionada em glóbulos vermelhos a uma taxa de cerca de 250 milhões de moléculas de hemoglobina por célula. Cada molécula de hemoglobina liga quatro moléculas de oxigénio para que cada glóbulo vermelho carregue um bilião de moléculas de oxigénio. Existem aproximadamente 25 triliões de glóbulos vermelhos nos cinco litros de sangue do corpo humano, que poderiam transportar até 25 sextilhões (25 × 1021) de moléculas de oxigénio no corpo em qualquer altura. Nos mamíferos, a falta de organelas nos eritrócitos deixa mais espaço para as moléculas de hemoglobina, e a falta de mitocôndrias também impede a utilização do oxigénio para a respiração metabólica. Apenas os mamíferos têm glóbulos vermelhos anucleados, e alguns mamíferos (camelos, por exemplo) têm mesmo glóbulos vermelhos nucleados. A vantagem dos glóbulos vermelhos nucleados é que estas células podem sofrer de mitose. Os glóbulos vermelhos anucleados metabolizam anaerobiamente (sem oxigénio), fazendo uso de uma via metabólica primitiva para produzir ATP e aumentar a eficiência do transporte de oxigénio.

Nem todos os organismos utilizam a hemoglobina como método de transporte de oxigénio. Invertebrados que utilizam hemolinfa em vez de sangue utilizam pigmentos diferentes para se ligarem ao oxigénio. Estes pigmentos utilizam cobre ou ferro para o oxigénio. Os invertebrados têm uma variedade de outros pigmentos respiratórios. A hemocianina, uma proteína azul-esverdeada, contendo cobre, ilustrada na figura 2b é encontrada em moluscos, crustáceos, e alguns dos artrópodes. A clorocruorina, um pigmento de cor verde, contendo ferro, encontra-se em quatro famílias de tubeworms de policarbonato. Hemeritrina, uma proteína vermelha, contendo ferro, encontra-se em alguns vermes e anelídeos de poliquetas e é ilustrada na figura 2c. Apesar do nome, a hemeritrina não contém um grupo heme e a sua capacidade de transporte de oxigénio é fraca em comparação com a hemoglobina.

Figure 2. Na maioria dos vertebrados, (a) a hemoglobina fornece oxigénio ao organismo e remove algum dióxido de carbono. A hemoglobina é composta por quatro subunidades proteicas, duas cadeias alfa e duas cadeias beta, e um grupo heme que tem ferro associado a ela. O ferro associa-se reversivelmente ao oxigénio e, ao fazê-lo, é oxidado de Fe2+ a Fe3+. Na maioria dos moluscos e alguns artrópodes, (b) a hemocianina fornece oxigénio. Ao contrário da hemoglobina, a hemolinfa não é transportada nas células sanguíneas, mas flutua livre na hemolinfa. O cobre em vez do ferro liga o oxigénio, dando à hemolinfa uma cor azul-esverdeada. Nos anelídeos, tais como a minhoca, e alguns outros invertebrados, (c) a hemeritrina transporta oxigénio. Tal como a hemoglobina, a hemeritrina é transportada em células sanguíneas e tem ferro associado, mas apesar do seu nome, a hemeritrina não contém heme.

O pequeno tamanho e grande superfície dos glóbulos vermelhos permite a rápida difusão de oxigénio e dióxido de carbono através da membrana plasmática. Nos pulmões, o dióxido de carbono é libertado e o oxigénio é ingerido pelo sangue. Nos tecidos, o oxigénio é libertado do sangue e o dióxido de carbono é transportado de volta para os pulmões. Estudos descobriram que a hemoglobina também liga o óxido nitroso (NO). NO é um vasodilatador que relaxa os vasos sanguíneos e capilares e pode ajudar nas trocas gasosas e na passagem dos glóbulos vermelhos através de vasos estreitos. A nitroglicerina, um medicamento para angina e ataques cardíacos, é convertida em NO para ajudar a relaxar os vasos sanguíneos e aumentar o fluxo de oxigénio através do corpo.

Uma característica dos glóbulos vermelhos é o seu revestimento glicolipídico e glicoproteico; estes são lípidos e proteínas que têm moléculas de hidratos de carbono ligadas. Em humanos, as glicoproteínas de superfície e os glicolípidos nos glóbulos vermelhos variam entre indivíduos, produzindo os diferentes tipos de sangue, tais como A, B, e O. Os glóbulos vermelhos têm uma duração média de vida de 120 dias, período em que são decompostos e reciclados no fígado e no baço por macrófagos fagocíticos, um tipo de glóbulos brancos.

Células brancas do sangue

Células brancas do sangue, também chamadas leucócitos (leuko = brancos), constituem aproximadamente um por cento em volume das células do sangue. O papel dos glóbulos brancos é muito diferente do dos glóbulos vermelhos: estão principalmente envolvidos na resposta imunitária para identificar e visar agentes patogénicos, tais como bactérias invasoras, vírus, e outros organismos estranhos. Os glóbulos brancos são formados continuamente; alguns vivem apenas durante horas ou dias, mas outros vivem durante anos.

A morfologia dos glóbulos brancos difere significativamente dos glóbulos vermelhos. Têm núcleos e não contêm hemoglobina. Os diferentes tipos de glóbulos brancos são identificados pelo seu aspecto microscópico após coloração histológica, e cada um tem uma função especializada diferente. Os dois grupos principais, ambos ilustrados na figura 3 são os granulócitos, que incluem os neutrófilos, eosinófilos e basófilos, e os agranulócitos, que incluem os monócitos e linfócitos.

Figure 3. (a) Os granulócitos – incluindo neutrófilos, eosinófilos e basófilos – são caracterizados por um núcleo lobado e inclusões granulares no citoplasma. Os granulócitos são tipicamente os primeiros a responder durante a lesão ou infecção. b) Os agranulócitos incluem linfócitos e monócitos. Os linfócitos, incluindo as células B e T, são responsáveis pela resposta imunitária adaptativa. Os monócitos diferenciam-se em macrófagos e células dendríticas, que por sua vez respondem à infecção ou lesão.

Granulócitos contêm grânulos no seu citoplasma; os agranulócitos são assim denominados devido à falta de grânulos no seu citoplasma. Alguns leucócitos tornam-se macrófagos que ou permanecem no mesmo local ou se movem através da corrente sanguínea e se juntam em locais de infecção ou inflamação onde são atraídos por sinais químicos de partículas estranhas e células danificadas. Os linfócitos são as células primárias do sistema imunitário e incluem células B, células T, e células naturais assassinas. As células B destroem as bactérias e inactivam as suas toxinas. Produzem também anticorpos. As células T atacam vírus, fungos, algumas bactérias, células transplantadas, e células cancerígenas. As células T atacam os vírus, libertando toxinas que matam os vírus. As células assassinas naturais atacam uma variedade de micróbios infecciosos e certas células tumorais.

Uma razão pela qual o VIH coloca desafios significativos em termos de gestão é porque o vírus ataca directamente as células T, ganhando a entrada através de um receptor. Uma vez dentro da célula, o VIH multiplica-se então usando a própria maquinaria genética da célula T. Após a replicação do vírus VIH, este é transmitido directamente da célula T infectada para macrófagos. A presença do HIV pode permanecer irreconhecível durante um extenso período de tempo antes de se desenvolverem sintomas completos da doença

Componentes do sangue

Hemoglobina é responsável pela distribuição de oxigénio, e em menor grau, dióxido de carbono, por todo o sistema circulatório de humanos, vertebrados, e muitos invertebrados. No entanto, o sangue é mais do que as proteínas. O sangue é na realidade um termo utilizado para descrever o líquido que se move através dos vasos e inclui o plasma (a porção líquida, que contém água, proteínas, sais, lípidos, e glucose) e as células (glóbulos vermelhos e brancos) e fragmentos de células chamadas plaquetas. O plasma sanguíneo é na realidade o componente dominante do sangue e contém a água, proteínas, electrólitos, lípidos e glicose. As células são responsáveis pelo transporte dos gases (glóbulos vermelhos) e imunes à resposta (glóbulos brancos). As plaquetas são responsáveis pela coagulação do sangue. O fluido intersticial que envolve as células é separado do sangue, mas na hemolinfa, elas são combinadas. Nos humanos, os componentes celulares constituem aproximadamente 45 por cento do sangue e o plasma líquido 55 por cento. O sangue é 20% do fluido extracelular de uma pessoa e 8% do peso.

Platelets e Factores de Coagulação

Blood deve coagular para curar feridas e prevenir a perda excessiva de sangue. Pequenos fragmentos de células chamados plaquetas (trombócitos) são atraídos para o local da ferida onde aderem, alargando muitas projecções e libertando o seu conteúdo. Estes conteúdos activam outras plaquetas e também interagem com outros factores de coagulação, que convertem o fibrinogénio, uma proteína solúvel em água presente no soro sanguíneo em fibrina (uma proteína não solúvel em água), provocando a coagulação do sangue. Muitos dos factores de coagulação requerem vitamina K para funcionar, e a deficiência de vitamina K pode levar a problemas com a coagulação do sangue. Muitas plaquetas convergem e colam-se no local da ferida, formando um tampão de plaquetas (também chamado coágulo de fibrina), como ilustrado na Figura 4b. O tampão ou coágulo dura vários dias e pára a perda de sangue. As plaquetas são formadas a partir da desintegração de células maiores chamadas megacariócitos, como o mostrado na Figura 4a. Para cada megacariócito, são formadas 2000-3000 plaquetas com 150.000 a 400.000 plaquetas presentes em cada milímetro cúbico de sangue. Cada plaqueta tem a forma de disco e 2-4 μm de diâmetro. Contêm muitas pequenas vesículas mas não contêm um núcleo.

Figure 4. (a) As plaquetas são formadas a partir de grandes células chamadas megacariócitos. O megacariócito decompõe-se em milhares de fragmentos que se transformam em plaquetas. (b) As plaquetas são necessárias para a coagulação do sangue. As plaquetas recolhem num local da ferida em conjunto com outros factores de coagulação, como o fibrinogénio, para formar um coágulo de fibrina que previne a perda de sangue e permite a cicatrização da ferida.

Plasma e Soro

O componente líquido do sangue chama-se plasma, e é separado girando ou centrifugando o sangue em altas rotações (3000 rpm ou mais). As células sanguíneas e plaquetas são separadas por forças centrífugas até ao fundo de um tubo de amostra. A camada líquida superior, o plasma, consiste em 90% de água juntamente com várias substâncias necessárias para manter o pH do corpo, a carga osmótica, e para proteger o corpo. O plasma também contém os factores de coagulação e os anticorpos.

O componente plasmático do sangue sem os factores de coagulação é chamado soro. O soro é semelhante ao fluido intersticial no qual a composição correcta dos iões-chave actuando como electrólitos é essencial para o funcionamento normal dos músculos e nervos. Outros componentes do soro incluem proteínas que ajudam a manter o pH e o equilíbrio osmótico ao mesmo tempo que dão viscosidade ao sangue. O soro também contém anticorpos, proteínas especializadas que são importantes para a defesa contra vírus e bactérias. Lípidos, incluindo colesterol, são também transportados no soro, juntamente com várias outras substâncias, incluindo nutrientes, hormonas, resíduos metabólicos, mais substâncias externas, tais como, drogas, vírus, e bactérias.

albumina sérica humana é a proteína mais abundante no plasma sanguíneo humano e é sintetizada no fígado. A albumina, que constitui cerca de metade da proteína do soro sanguíneo, transporta hormonas e ácidos gordos, amortece o pH, e mantém as pressões osmóticas. A imunoglobina é um anticorpo proteico produzido no revestimento da mucosa e desempenha um papel importante na imunidade mediada por anticorpos.

Tipos de sangue relacionados com proteínas na superfície dos glóbulos vermelhos

Os glóbulos vermelhos são revestidos em antigénios feitos de glicolípidos e glicoproteínas. A composição destas moléculas é determinada pela genética, que evoluíram ao longo do tempo. Nos humanos, os diferentes antigénios de superfície são agrupados em 24 grupos sanguíneos diferentes com mais de 100 antigénios diferentes em cada glóbulo vermelho. Os dois grupos sanguíneos mais conhecidos são o ABO, mostrado na figura 5, e os sistemas Rh. Os antigénios de superfície no grupo sanguíneo ABO são glicolípidos, chamados antigénio A e antigénio B. As pessoas com sangue tipo A têm o antigénio A, as pessoas com sangue tipo B têm o antigénio B, as pessoas com sangue tipo AB têm ambos os antigénios, e as pessoas com sangue tipo O não têm nenhum dos antigénios. Anticorpos chamados aglutinogénios são encontrados no plasma sanguíneo e reagem com os antigénios A ou B, se os dois estiverem misturados. Quando o sangue dos tipos A e B são combinados, a aglutinação (aglomeração) do sangue ocorre devido a anticorpos no plasma que se ligam com o antigénio oposto; isto causa coágulos que coagulam no rim causando falência renal. O sangue tipo O não tem antigénios A ou B e, portanto, o sangue tipo O pode ser dado a todos os tipos de sangue. O sangue do tipo O negativo é o doador universal. O sangue positivo de tipo AB é o doador universal porque tem tanto o antigénio A como o B. Os grupos sanguíneos ABO foram descobertos em 1900 e 1901 por Karl Landsteiner na Universidade de Viena.

p>O grupo sanguíneo Rh foi descoberto pela primeira vez em macacos Rhesus. A maioria das pessoas tem o antigénio Rh (Rh+) e não têm anticorpos anti-Rh no seu sangue. As poucas pessoas que não têm o antigénio Rh e são Rh- podem desenvolver anticorpos anti-Rh se expostas ao sangue Rh+. Isto pode acontecer após uma transfusão de sangue ou após uma mulher Rh- ter um bebé Rh+. A primeira exposição não costuma causar uma reacção; contudo, na segunda exposição, acumularam-se anticorpos suficientes no sangue para produzir uma reacção que provoca aglutinação e quebra dos glóbulos vermelhos. Uma injecção pode prevenir esta reacção.

Figure 5. Os glóbulos vermelhos humanos podem ter glicoproteínas de tipo A ou B na sua superfície, ambas as glicoproteínas combinadas (AB), ou nenhuma delas (O). As glicoproteínas servem como antigénios e podem desencadear uma resposta imunitária numa pessoa que recebe uma transfusão contendo antigénios desconhecidos. O sangue do tipo O, que não tem antigénios A ou B, não desencadeia uma resposta imunitária quando injectado numa pessoa de qualquer tipo sanguíneo. Assim, O é considerado o doador universal. Pessoas com sangue tipo AB podem aceitar sangue de qualquer tipo de sangue, e o tipo AB é considerado o dador universal.

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