glóbulo rojo (Red blood cell)

Los glóbulos rojos (RBC), también conocidos como eritrocitos, son el tipo predominante de células sanguíneas en los vertebrados y son los principales responsables del transporte de oxígeno (O2) a los tejidos del cuerpo a través del sistema circulatorio. En contextos académicos y médicos, estas células a menudo se denominan eritrocitos, un nombre derivado de palabras griegas antiguas: erythros, que significa "rojo", y kytos, que significa "vaso hueco", con el sufijo -cito que ahora significa "célula". Otras designaciones incluyen glóbulos rojos, células eritroides y ocasionalmente hemátides. Los eritrocitos absorben oxígeno en los pulmones (o branquias en los peces) y posteriormente lo liberan en los tejidos mientras navegan por las redes capilares del cuerpo.

Glóbulos rojos (RBC), denominados eritrocitos (del griego antiguo erythros 'rojo' y kytos 'vaso hueco', con -cito traducido como 'célula' en el uso moderno) en el mundo académico y en publicaciones médicas, también conocidos como glóbulos rojos, células eritroides y, raramente, hemátidas, son el tipo más común de célula sanguínea y el principal medio de los vertebrados para suministrar oxígeno (O§3132§) a los tejidos del cuerpo, a través del flujo sanguíneo a través del sistema circulatorio. Los eritrocitos captan oxígeno en los pulmones, o en las branquias de los peces, y lo liberan en los tejidos mientras lo exprimen a través de los capilares del cuerpo.

El citoplasma de los glóbulos rojos está densamente lleno de hemoglobina (Hb), una biomolécula rica en hierro crucial para unir el oxígeno e impartir el color rojo característico tanto a las células como a la sangre. Cada glóbulo rojo humano suele contener alrededor de 270 millones de moléculas de hemoglobina. La membrana celular, compuesta de proteínas y lípidos, confiere propiedades fisiológicas vitales, como deformabilidad y estabilidad estructural, lo que permite a la célula atravesar el sistema circulatorio, en particular la estrecha red capilar.

Los glóbulos rojos humanos maduros se caracterizan por su forma de disco bicóncavo y flexible. Son anucleados y carecen de orgánulos, una adaptación estructural que maximiza el volumen interno para el almacenamiento de hemoglobina, funcionando efectivamente como sacos llenos de hemoglobina encerrados por una membrana plasmática. En los seres humanos adultos, cada segundo se generan aproximadamente 2,4 millones de nuevos eritrocitos. Estas células se originan en la médula ósea y circulan durante un promedio de 100 a 120 días antes de que los macrófagos reciclen sus constituyentes. Una circulación completa por todo el cuerpo dura aproximadamente 60 segundos. Los glóbulos rojos constituyen una proporción significativa de la masa celular del cuerpo humano, representan entre 20 y 30 billones de células, o aproximadamente el 84 % de todas las células, y representan casi la mitad (40 % a 45 %) del volumen sanguíneo total.

Los glóbulos rojos empaquetados se refieren a eritrocitos que se han recolectado, procesado y conservado en un banco de sangre con el fin de transfundir sangre.

Estructura

Vertebrados

Los glóbulos rojos están presentes en la gran mayoría de los vertebrados, incluidos los mamíferos y los humanos, donde sirven como componente celular principal para el transporte de oxígeno dentro de la sangre. Una excepción notable es el draco cocodrilo (familia Channichthyidae), que carece de glóbulos rojos. Estos peces prosperan en aguas frías y altamente oxigenadas, transportando oxígeno disuelto directamente en su plasma sanguíneo. Aunque no utilizan hemoglobina, todavía se pueden detectar restos genéticos de genes de hemoglobina en su genoma.

Los glóbulos rojos de los vertebrados están compuestos predominantemente de hemoglobina, una metaloproteína compleja. Esta proteína contiene grupos hemo, cuyos átomos de hierro se unen de forma reversible a las moléculas de oxígeno (_O2§) en los pulmones o las branquias, facilitando su liberación por todo el cuerpo. El oxígeno se difunde fácilmente a través de la membrana celular de los eritrocitos. Más allá del transporte de oxígeno, la hemoglobina dentro de los glóbulos rojos también transporta una parte del dióxido de carbono, producto de desecho metabólico, de los tejidos. Sin embargo, la mayor parte del dióxido de carbono residual se transporta a los capilares pulmonares de los pulmones como bicarbonato (HCO₃^-) disuelto en el plasma sanguíneo. La mioglobina, una molécula estructuralmente relacionada con la hemoglobina, funciona como una proteína de almacenamiento de oxígeno dentro de las células musculares.

El color característico de los glóbulos rojos se origina en el grupo hemo dentro de la hemoglobina. Si bien el plasma sanguíneo suele ser de color pajizo, los propios eritrocitos exhiben variaciones de color basadas en el estado de oxigenación de la hemoglobina: la oxihemoglobina, que se forma cuando se une oxígeno, aparece escarlata, mientras que la desoxihemoglobina, después de la liberación de oxígeno, muestra un tono rojo oscuro o burdeos. A pesar de estos colores internos, la sangre puede aparecer azulada cuando se ve a través de las paredes de los vasos y la piel. La oximetría de pulso aprovecha estos cambios de color de la hemoglobina para determinar de forma no invasiva la saturación de oxígeno en la sangre arterial mediante análisis colorimétrico. La hemoglobina también posee una afinidad significativamente alta por el monóxido de carbono, formando carboxihemoglobina, que es notablemente de color rojo brillante. Clínicamente, los pacientes que presentan enrojecimiento, confusión y una lectura de saturación aparentemente normal del 100 % en la oximetría de pulso pueden, de hecho, estar experimentando una intoxicación por monóxido de carbono.

La presencia de proteínas transportadoras de oxígeno dentro de células especializadas, en lugar de disueltas en fluidos corporales, representó un avance evolutivo significativo en los vertebrados. Esta adaptación facilitó la reducción de la viscosidad de la sangre, las concentraciones elevadas de oxígeno y una mayor difusión de oxígeno desde el torrente sanguíneo a los tejidos. Las especies de vertebrados exhiben una variación considerable en el tamaño de los glóbulos rojos; en promedio, el ancho de los glóbulos rojos es aproximadamente un 25 % mayor que el diámetro de los capilares, una característica que se supone optimiza la transferencia de oxígeno desde estas células a los tejidos circundantes.

Mamíferos

Los glóbulos rojos de los mamíferos suelen exhibir una morfología de disco bicóncava, caracterizada por una forma aplanada, deprimida centralmente, una sección transversal en forma de mancuerna y un borde toroidal a lo largo de la periferia. Esta configuración específica proporciona una alta relación superficie-volumen (SA/V), que es crucial para una difusión eficiente del gas. Sin embargo, existen notables excepciones morfológicas dentro del orden Artiodactyla (ungulados pares, como el ganado vacuno, los ciervos y sus parientes), que presentan una amplia gama de formas inusuales de glóbulos rojos. Estas incluyen células pequeñas y altamente ovaladas en llamas y camellos (familia Camelidae), células diminutas y esféricas en ciervos ratón (familia Tragulidae) y formas fusiformes, lanceoladas, crecientes, irregularmente poligonales y otras formas angulares observadas en ciervos y wapitíes (familia Cervidae). La trayectoria evolutiva del desarrollo de los glóbulos rojos en los miembros de este orden se ha alejado significativamente del patrón típico de los mamíferos. En general, los glóbulos rojos de los mamíferos poseen una notable flexibilidad y deformabilidad, lo que les permite navegar a través de capilares estrechos y maximizar su contacto con la superficie adoptando una forma similar a la de un cigarro, liberando así de manera eficiente su carga útil de oxígeno.

Los glóbulos rojos de los mamíferos se distinguen entre los vertebrados porque, en la mayoría de las especies, carecen de núcleo al madurar. Si bien los núcleos están presentes durante las primeras etapas de la eritropoyesis, se extruyen durante el desarrollo a medida que las células maduran, un proceso que crea espacio adicional para la hemoglobina. Estos glóbulos rojos anucleados, conocidos como reticulocitos, posteriormente se desprenden de todos los demás orgánulos celulares, incluidas las mitocondrias, el aparato de Golgi y el retículo endoplásmico.

El bazo funciona como reservorio de glóbulos rojos, aunque esta capacidad está relativamente restringida en los humanos. Por el contrario, en otros mamíferos, como perros y caballos, el bazo secuestra cantidades sustanciales de glóbulos rojos, que luego se liberan en el torrente sanguíneo durante períodos de estrés, aumentando así la capacidad de transporte de oxígeno.

Humano

Un glóbulo rojo humano típico exhibe un diámetro de disco que varía aproximadamente de 6,2 a 8,2 μm, con un espesor máximo de 2 a 2,5 μm y un espesor mínimo central de 0,8 a 1 μm, lo que lo hace considerablemente más pequeño que la mayoría de otros tipos de células humanas. Estas células poseen un volumen promedio de aproximadamente 90 fL y un área de superficie de aproximadamente 136 μm². Son capaces de hincharse hasta adoptar una forma esférica, con capacidad para 150 flL, sin experimentar distensión de la membrana.

Los seres humanos adultos suelen poseer entre 20 y 30 billones de glóbulos rojos en un momento dado, lo que representa aproximadamente el 70 % de todas las células según el recuento numérico. Las mujeres generalmente tienen entre 4 y 5 millones de glóbulos rojos por microlitro (milímetro cúbico) de sangre, mientras que los hombres suelen tener entre 5 y 6 millones; las personas que residen en altitudes elevadas, donde la tensión de oxígeno es menor, exhibirán recuentos más altos. En consecuencia, los glóbulos rojos son significativamente más abundantes que otros componentes sanguíneos, con aproximadamente 4000 a 11 000 glóbulos blancos y 150 000 a 400 000 plaquetas presentes por microlitro.

En promedio, los glóbulos rojos humanos completan un ciclo circulatorio completo en aproximadamente 60 segundos.

La coloración roja característica de la sangre es atribuible a las propiedades espectrales de los iones de hierro hemo contenidos en la hemoglobina. Cada molécula de hemoglobina se une a cuatro grupos hemo y la hemoglobina misma comprende aproximadamente un tercio del volumen celular total. La hemoglobina facilita el transporte de más del 98% del oxígeno del cuerpo, disolviéndose el oxígeno residual en el plasma sanguíneo. En conjunto, los glóbulos rojos de un hombre adulto promedio almacenan aproximadamente 2,5 gramos de hierro, lo que representa aproximadamente el 65 % del contenido total de hierro del cuerpo.

Microestructura

Núcleo

Los glóbulos rojos maduros de los mamíferos son anucleados, lo que significa ausencia de núcleo celular. Por el contrario, los glóbulos rojos de otros vertebrados suelen conservar sus núcleos; las únicas excepciones documentadas incluyen las salamandras de la familia Plethodontidae, donde cinco clados distintos han evolucionado de forma independiente en distintos grados de glóbulos rojos enucleados (observándose la evolución más pronunciada en ciertas especies del género Batrachoseps), y peces pertenecientes al género Maurolicus.

La eliminación del núcleo en los glóbulos rojos de los vertebrados se ha propuesto como explicación para la posterior acumulación de ADN no codificante dentro del genoma. Esta hipótesis postula que el transporte eficiente de gas requiere que los glóbulos rojos atraviesen capilares extremadamente estrechos, imponiendo así una restricción de tamaño. En ausencia de eliminación nuclear, la acumulación de secuencias repetidas estaría limitada por el volumen ocupado por el núcleo, que se expande proporcionalmente con el tamaño del genoma.

Los glóbulos rojos nucleados de mamíferos se manifiestan en dos formas distintas: normoblastos, que representan precursores eritropoyéticos normales de los eritrocitos maduros, y megaloblastos, que son precursores anormalmente grandes característicos de las anemias megaloblásticas.

Composición de la membrana

Los eritrocitos exhiben deformabilidad, flexibilidad, capacidad de adhesión intercelular y capacidad de interactuar con las células inmunes. Estas funciones dependen en gran medida de la composición específica de la membrana de los eritrocitos, que desempeña un papel crucial en estos procesos. La membrana de los glóbulos rojos comprende tres capas distintas: el glicocálix exterior, rico en carbohidratos; la bicapa lipídica, que contiene numerosas proteínas transmembrana además de sus constituyentes lipídicos primarios; y el esqueleto de la membrana, una red de proteínas estructurales situada en la superficie interna de la bicapa lipídica. En los glóbulos rojos humanos y en la mayoría de los mamíferos, las proteínas constituyen la mitad de la masa de la membrana, y la mitad restante está compuesta por lípidos, específicamente fosfolípidos y colesterol.

Lípidos de membrana

La membrana de los eritrocitos presenta una bicapa lipídica característica, análoga a las que se encuentran en casi todas las células humanas. Esta bicapa lipídica está constituida por colesterol y fosfolípidos en proporciones aproximadamente iguales en peso. La composición lipídica específica es fundamental, ya que dicta numerosas propiedades físicas, incluidas la permeabilidad y fluidez de la membrana. Además, la actividad de muchas proteínas de membrana se modula mediante interacciones con lípidos dentro de la bicapa.

A diferencia del colesterol, que se distribuye uniformemente entre las valvas internas y externas, los cinco fosfolípidos primarios exhiben una disposición asimétrica.

Monocapa externa

• Fosfatidilcolina (PC);
• Esfingomielina (SM).

Monocapa interior

• Fosfatidiletanolamina (PE);
• Fosfoinositol (PI) (pequeñas cantidades).
• Fosfatidilserina (PS);

La distribución asimétrica de los fosfolípidos dentro de la bicapa resulta de la actividad de varias proteínas transportadoras de fosfolípidos dependientes e independientes de energía. Las proteínas denominadas "flipasas" translocan los fosfolípidos de la monocapa externa a la interna, mientras que las "flopasas" realizan la operación inversa, moviendo los fosfolípidos contra un gradiente de concentración de una manera dependiente de la energía. Además, las proteínas "scramblase" facilitan el movimiento bidireccional de los fosfolípidos simultáneamente, a favor de sus gradientes de concentración, de manera independiente de la energía. Persiste un importante debate académico sobre la identidad precisa de estas proteínas de mantenimiento de la membrana dentro de la membrana de los eritrocitos.

Mantener una distribución asimétrica de fosfolípidos dentro de la bicapa, ejemplificada por la localización exclusiva de fosfatidilserina (PS) y fosfoinositoles (PI) en la monocapa interna, es crucial para la integridad y función celular por varias razones:

• Los macrófagos identifican y fagocitan los eritrocitos que exponen la fosfatidilserina (PS) en su superficie exterior. En consecuencia, el secuestro de PS dentro de la monocapa interna es imperativo para la supervivencia celular durante las interacciones frecuentes con los macrófagos del sistema reticuloendotelial, particularmente los del bazo.
• La destrucción prematura de los eritrocitos talasémicos y falciformes se ha correlacionado con alteraciones en la asimetría de los lípidos, lo que resulta en la exposición de fosfatidilserina (PS) en la monocapa externa.
• La exposición a fosfatidilserina (PS) puede mejorar la adhesión de los eritrocitos a las células endoteliales vasculares, impidiendo así el tránsito normal a través de la microvasculatura. Por lo tanto, el mantenimiento exclusivo de PS dentro de la valva interna de la bicapa es esencial para garantizar un flujo sanguíneo sin obstáculos en la microcirculación.
• Tanto la fosfatidilserina (PS) como el fosfatidilinositol 4,5-bisfosfato (PIP2) son capaces de regular la función mecánica de la membrana a través de sus interacciones con proteínas esqueléticas, incluidas la espectrina y la proteína 4.1R. Investigaciones recientes indican que la unión de espectrina a PS contribuye a mejorar la estabilidad mecánica de la membrana. PIP2 aumenta la unión de la banda proteica 4.1R a la glicoforina C al tiempo que disminuye su interacción con la banda proteica 3, modulando potencialmente el vínculo entre la bicapa y el esqueleto de la membrana.

Estudios recientes han dilucidado la presencia de estructuras especializadas, denominadas "balsas de lípidos", dentro de la membrana de los glóbulos rojos. Estas estructuras se caracterizan por su enriquecimiento en colesterol y esfingolípidos, y su asociación con proteínas de membrana particulares, incluidas flotilinas, ESTOMátinas (banda 7), proteínas G y receptores β-adrenérgicos. Si bien se reconocen por su papel en la señalización celular dentro de las células no eritroides, se ha demostrado que las balsas lipídicas en las células eritroides median la señalización del receptor adrenérgico β2 y elevan los niveles de AMP cíclico (AMPc), influyendo así en la entrada de los parásitos de la malaria en los glóbulos rojos sanos.

Proteínas de membrana

Las proteínas que componen el esqueleto de la membrana confieren a los glóbulos rojos la deformabilidad, flexibilidad y durabilidad. Esto permite que el eritrocito atraviese capilares significativamente más estrechos que su propio diámetro (7 a 8 μm) y recupere rápidamente su morfología discoide al cesar las fuerzas de compresión, similar a la recuperación elástica de un objeto de goma.

Se han identificado más de 50 proteínas de membrana distintas, con números de copias que oscilan entre varios cientos y un millón por eritrocito. Aproximadamente 25 de estas proteínas portan antígenos de diversos grupos sanguíneos, incluidos A, B y Rh, entre muchos otros. Estas proteínas de membrana ejecutan un amplio espectro de funciones, que abarcan el transporte de iones y moléculas a través de la membrana de los eritrocitos, median la adhesión y la interacción con otras células como las células endoteliales, actúan como receptores de señalización y cumplen otras funciones aún indeterminadas. Los tipos de sangre humana están determinados por variaciones en las glicoproteínas de superficie de los glóbulos rojos. Las disfunciones de estas proteínas de membrana están relacionadas con numerosas patologías, entre ellas la esferocitosis hereditaria, eliptocitosis hereditaria, estomatocitosis hereditaria y hemoglobinuria paroxística nocturna.

Proteínas de membrana de eritrocitos: clasificación funcional

Transporte

• Banda 3: Funciona como transportador de aniones y constituye un elemento estructural crítico de la membrana de los eritrocitos, que comprende hasta el 25% de su superficie, con aproximadamente un millón de copias por célula. También define el Grupo Sanguíneo Diego.
• Acuaporina 1: transportador de agua que define el grupo sanguíneo Colton.
• Glut1: transportador de glucosa y ácido L-deshidroascórbico.
• MCT1: transportador de monocarboxilato responsable de exportar ácido láctico al hígado.
• Proteína del antígeno Kidd: funciona como transportador de urea.
• RHAG: transportador de gas, probablemente de dióxido de carbono, que define el grupo sanguíneo Rh y el fenotipo inusual asociado del grupo sanguíneo Rh_nulo.
• Na⁺/K⁺-ATPasa.
• Ca²⁺-ATPasa.
• Na⁺/K⁺/2Cl⁻-cotransportador.
• Na⁺/Cl⁻-cotransportador.
• Intercambiador Na-H.
• Cotransportador K-Cl.
• Canal Gardos.

Adhesión celular

• ICAM-4: Interactúa con las integrinas.
• BCAM: glicoproteína que define el grupo sanguíneo luterano, también conocida como Lu o proteína fijadora de laminina.

Papel estructural: estas proteínas de membrana forman enlaces con proteínas esqueléticas, desempeñando potencialmente un papel crucial en la regulación de la cohesión entre la bicapa lipídica y el esqueleto de la membrana. Esta función probablemente permite al eritrocito preservar su superficie óptima de membrana al inhibir el colapso de la membrana (vesiculación).

• Complejo macromolecular basado en anquirina: comprende proteínas que unen la bicapa lipídica al esqueleto de la membrana mediante interacciones entre sus dominios citoplasmáticos y anquirina.
  • Banda 3: además reúne varias enzimas glucolíticas, el supuesto transportador de CO₂ y la anhidrasa carbónica en un complejo macromolecular conocido como "metabolón", que puede ser fundamental en la regulación del metabolismo de los eritrocitos y sus funciones de transporte de iones y gases.
  • RHAG: También participa en el transporte y define el fenotipo inusual del grupo sanguíneo asociado Rh_mod.
• Complejo macromolecular basado en la proteína 4.1R: consta de proteínas que interactúan con la proteína 4.1R.
  • Proteína 4.1R: Caracterizada por una débil expresión de antígenos de Gerbich.
  • Glicoforina C y D: Glicoproteínas que definen el grupo sanguíneo Gerbich.
  • XK: define el grupo sanguíneo Kell y el fenotipo inusual de McLeod, caracterizado por la ausencia del antígeno Kx y una expresión significativamente reducida de los antígenos Kell.
  • RhD/RhCE: define el grupo sanguíneo Rh y el fenotipo inusual asociado del grupo sanguíneo Rh_nulo.
  • Proteína Duffy: se supone que está implicada en la eliminación de quimiocinas.
  • Adducin: Facilita la interacción con la Banda 3.
  • La interacción de la dematina con el transportador de glucosa Glut1.

Potencial electrostático de superficie

Potencial electrostático de superficie

El potencial zeta, una característica electroquímica de las superficies celulares, está determinado por la carga eléctrica neta de las moléculas expuestas en la membrana celular. Los eritrocitos suelen exhibir un potencial zeta de -15,7 milivoltios (mV). Una parte importante de este potencial se atribuye a los residuos de ácido siálico expuestos dentro de la membrana; su eliminación reduce el potencial zeta a −6,06 mV.

Función

Papel en el transporte de CO₂ Transporte

La respiración, representada aquí esquemáticamente con una unidad de carbohidrato, genera cantidades aproximadamente equivalentes de dióxido de carbono (CO₂) y consume oxígeno (O₂).

${\displaystyle {\ce {HCOH + O2 -> CO2 + H2O}}}$

En consecuencia, la función del sistema circulatorio abarca el transporte de dióxido de carbono en la misma medida que el oxígeno. La mayor parte del dióxido de carbono en la sangre existe como iones de bicarbonato, que sirven como un amortiguador de pH crucial. Por lo tanto, a diferencia del papel de la hemoglobina en el transporte de O₂, existe una ventaja fisiológica en ausencia de una molécula transportadora de CO₂ específica.

No obstante, los glóbulos rojos desempeñan un papel fundamental en el proceso de transporte de CO₂ debido a dos factores principales. En primer lugar, además de la hemoglobina, poseen numerosas copias de la enzima anhidrasa carbónica dentro de su membrana celular. La anhidrasa carbónica, como lo implica su nomenclatura, cataliza la interconversión de ácido carbónico y dióxido de carbono (el anhídrido del ácido carbónico). Como catalizador, puede procesar una multitud de moléculas de CO₂, cumpliendo así su función esencial sin requerir el elevado número de copias necesarias para el transporte de O§4_{5§ por la hemoglobina. En presencia de este catalizador, el dióxido de carbono y el ácido carbónico alcanzan rápidamente el equilibrio mientras los eritrocitos atraviesan los capilares. En consecuencia, los eritrocitos desempeñan un papel decisivo para garantizar que la mayor parte del CO§67§ se transporte en forma de bicarbonato. En condiciones de pH fisiológico, el equilibrio favorece significativamente al ácido carbónico, que se disocia predominantemente en iones de bicarbonato.}

${\displaystyle {\ce {CO2 + H2O <=>> H2CO3 <=>> HCO3- + H+}}}$

Los iones de hidrógeno (H+) liberados por esta rápida reacción dentro de los glóbulos rojos (RBC), mientras todavía están situados en el capilar, disminuyen la afinidad de la hemoglobina para unirse al oxígeno, un fenómeno conocido como efecto Bohr.

Los glóbulos rojos (RBC) también contribuyen significativamente al transporte de dióxido de carbono a través de un segundo mecanismo: el dióxido de carbono interactúa directamente con los constituyentes de la proteína globina de la hemoglobina, lo que lleva a la formación de compuestos de carbaminohemoglobina. El efecto Haldane describe cómo, a medida que se libera oxígeno en los tejidos, una mayor cantidad de CO₂ se une a la hemoglobina; por el contrario, cuando el oxígeno se une a los pulmones, desplaza el CO₂ previamente unido a la hemoglobina. Aunque sólo una pequeña fracción del CO§4_{5§ en la sangre venosa está unida a la hemoglobina, una porción sustancial de la variación en el contenido de CO§67§ entre la sangre venosa y arterial es atribuible a alteraciones en este CO§89§ unido. Esto se debe a que el bicarbonato permanece consistentemente abundante tanto en la sangre venosa como en la arterial, cumpliendo su función crucial como amortiguador del pH.}

En resumen, el dióxido de carbono generado a través de la respiración celular se difunde rápidamente hacia regiones de menor concentración, particularmente hacia los capilares adyacentes. Al ingresar a un glóbulo rojo (RBC), el CO₂ sufre una rápida conversión en ion bicarbonato mediante la anhidrasa carbónica, una enzima ubicada en la superficie interna de la membrana de los glóbulos rojos. Posteriormente, estos iones de bicarbonato salen de los glóbulos rojos, intercambiándose con iones de cloruro del plasma, un proceso mediado por la proteína transportadora de aniones de la banda 3 situada dentro de la membrana de los glóbulos rojos. El ion bicarbonato no se redifunde desde el capilar sino que se transporta a los pulmones. Dentro del sistema pulmonar, la presión parcial reducida del dióxido de carbono en los alvéolos provoca su rápida difusión desde los capilares hacia los espacios alveolares. La anhidrasa carbónica dentro de los glóbulos rojos mantiene el ion bicarbonato en equilibrio con el dióxido de carbono. En consecuencia, a medida que el dióxido de carbono sale del capilar y el CO₂ es desplazado por el O§4_{5§ de la hemoglobina, una cantidad adecuada de ion bicarbonato se transforma rápidamente en dióxido de carbono para mantener este equilibrio.}

Funciones secundarias

En condiciones de tensión de corte dentro de los vasos constreñidos, los eritrocitos liberan trifosfato de adenosina (ATP), que induce la vasodilatación y relajación de las paredes de los vasos, facilitando así el flujo sanguíneo sin obstáculos.

La hemoglobina desoxigenada dentro de los eritrocitos desencadena la liberación de S-nitrosotioles, compuestos que también contribuyen a la vasodilatación y, en consecuencia, mejoran la perfusión sanguínea en las regiones hipóxicas del cuerpo.

Los eritrocitos son capaces de sintetizar enzimáticamente óxido nítrico, utilizando L-arginina como sustrato, proceso que también se observa en las células endoteliales. La exposición fisiológica al estrés cortante activa la óxido nítrico sintasa en los glóbulos rojos, lo que lleva a la exportación de óxido nítrico, lo que potencialmente influye en la regulación del tono vascular.

Además, los eritrocitos pueden generar sulfuro de hidrógeno, una molécula de señalización gaseosa conocida por inducir la relajación de las paredes vasculares. Se supone que las propiedades cardioprotectoras atribuidas al ajo se deben a la conversión de sus compuestos de azufre en sulfuro de hidrógeno por parte de los glóbulos rojos.

Los eritrocitos también contribuyen a la defensa inmune del huésped; tras la lisis por patógenos bacterianos, su hemoglobina libera radicales libres que alteran la pared y la membrana celular del patógeno, lo que lleva a su desaparición.

Procesos celulares

Al carecer de mitocondrias, los eritrocitos no consumen el oxígeno que transportan; en cambio, generan trifosfato de adenosina (ATP) a través de la glucólisis de la glucosa y la posterior fermentación del piruvato con ácido láctico. Además, la vía de las pentosas fosfato es crucial para la función de los glóbulos rojos.

Dada la naturaleza anucleada de los eritrocitos maduros, se supone que no hay biosíntesis de proteínas dentro de estas células.

La ausencia de núcleos y orgánulos en los eritrocitos maduros impide la presencia de ADN y la síntesis de ARN nuevo (aunque los ARN existentes están presentes), lo que limita sus capacidades de reparación y previene la división celular. Esta incapacidad para la síntesis de proteínas implica que ningún virus puede evolucionar para atacar específicamente los glóbulos rojos maduros de los mamíferos. Sin embargo, las infecciones por parvovirus, como el parvovirus humano B19, pueden afectar a los precursores eritroides que aún poseen ADN, como lo demuestra la observación de pronormoblastos gigantes que contienen partículas virales y cuerpos de inclusión, lo que conduce a un agotamiento transitorio de los reticulocitos y la posterior anemia.

Ciclo de vida

Los eritrocitos humanos se generan mediante eritropoyesis, un proceso que dura aproximadamente 7 días, durante el cual las células madre comprometidas se diferencian en glóbulos rojos maduros. En adultos sanos, estas células maduras circulan durante aproximadamente 100 a 120 días (u 80 a 90 días en bebés a término) antes de ser eliminadas de la circulación en la culminación de su vida. La vida útil de los eritrocitos suele verse disminuida en diversas patologías crónicas.

Génesis

La eritropoyesis, el proceso de producción de nuevos eritrocitos que dura aproximadamente 7 días, ocurre continuamente dentro de la médula ósea roja de los huesos grandes. (Durante el desarrollo embrionario, el hígado sirve como el sitio principal de génesis de los glóbulos rojos). Esta producción puede ser estimulada por la eritropoyetina (EPO), una hormona sintetizada por los riñones. Los eritrocitos en desarrollo se denominan reticulocitos justo antes e inmediatamente después de su salida de la médula ósea y normalmente comprenden aproximadamente el 1 % de la población de glóbulos rojos circulantes.

Longevidad funcional

La vida útil funcional de un eritrocito se extiende durante aproximadamente 100 a 120 días, durante los cuales estas células atraviesan continuamente el sistema circulatorio.

Senescencia

A medida que los glóbulos rojos envejecen, sus membranas plasmáticas sufren modificaciones, lo que los hace vulnerables al reconocimiento selectivo y la posterior fagocitosis por parte de los macrófagos dentro del sistema de fagocitos mononucleares, que abarca el bazo, el hígado y los ganglios linfáticos. Este mecanismo elimina eficazmente las células senescentes y defectuosas, purificando así continuamente el torrente sanguíneo. Este fenómeno se denomina eriptosis o muerte programada de glóbulos rojos. Por lo general, la eriptosis avanza a un ritmo equivalente a la eritropoyesis, manteniendo un recuento total de eritrocitos circulantes estable. Los niveles elevados de eriptosis se asocian con numerosas afecciones patológicas, como sepsis, síndrome urémico hemolítico, malaria, anemia falciforme, beta-talasemia, deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, agotamiento de fosfato, deficiencia de hierro y enfermedad de Wilson. El shock osmótico, el estrés oxidativo y el agotamiento de energía pueden inducir eriptosis, al igual que una amplia gama de mediadores endógenos y xenobióticos. Además, los eritrocitos deficientes en proteína quinasa tipo I dependiente de cGMP o proteína quinasa activada por AMP (AMPK) exhiben una mayor eriptosis. Los inhibidores clave de la eriptosis comprenden eritropoyetina, óxido nítrico, catecolaminas y concentraciones elevadas de urea.

Una parte importante de los productos de degradación generados a partir de este proceso se recircula posteriormente dentro del organismo. El componente hemo de la hemoglobina sufre catabolismo en hierro (Fe³⁺) y biliverdina. Luego, la biliverdina se reduce a bilirrubina, que ingresa al plasma y se transporta al hígado mientras está unida a la albúmina. El hierro liberado se libera al plasma para su recirculación, facilitado por la proteína transportadora transferrina. Prácticamente todos los eritrocitos se eliminan de la circulación mediante este mecanismo antes de alcanzar una edad en la que se produciría naturalmente la hemólisis. La hemoglobina hemolizada, cuando está presente, se une a la haptoglobina, una proteína plasmática que impide su excreción renal.

Importancia clínica

Condiciones patológicas

Los trastornos que afectan a los glóbulos rojos incluyen:

• Las anemias, también escritas como anemias, constituyen un grupo de trastornos definidos por una disminución de la capacidad de la sangre para transportar oxígeno, como resultado de un recuento reducido de eritrocitos o de anomalías estructurales en los glóbulos rojos o la hemoglobina.

• La anemia por deficiencia de hierro representa la forma más prevalente de anemia, que surge de una ingesta inadecuada de hierro en la dieta o de una absorción deficiente de hierro, lo que posteriormente impide la formación de hemoglobina que contiene hierro.

• La anemia perniciosa es una enfermedad autoinmune caracterizada por la incapacidad del cuerpo para producir factor intrínseco, una proteína esencial para la absorción de la vitamina B₁₂ de la dieta. La vitamina B₁₂ es crucial para la síntesis tanto de eritrocitos como de hemoglobina.

• La anemia falciforme es un trastorno hereditario caracterizado por la presencia de moléculas de hemoglobina aberrantes. Tras la desoxigenación de los tejidos, estas moléculas de hemoglobina anormales se polimerizan, lo que hace que los eritrocitos adopten una forma de hoz característica. Estos eritrocitos rígidos con forma de hoz presentan una deformabilidad y viscoelasticidad reducidas, lo que puede precipitar oclusiones vasculares, dolor intenso, accidentes cerebrovasculares y otras formas de lesión tisular.

• La talasemia se refiere a un grupo de trastornos genéticos caracterizados por una proporción desequilibrada de producción de subunidades de hemoglobina.

• Los síndromes de esferocitosis hereditaria comprenden un conjunto de afecciones hereditarias definidas por defectos intrínsecos en la membrana de los eritrocitos, que conducen a la formación de células pequeñas, esféricas y frágiles, en contraste con la típica morfología bicóncava y flexible. Estos eritrocitos aberrantes son posteriormente secuestrados y destruidos por el bazo. Además, se han identificado otros trastornos hereditarios que afectan la membrana de los glóbulos rojos.

• La anemia aplásica resulta de la capacidad deteriorada de la médula ósea para generar todo tipo de células sanguíneas.

• La aplasia pura de glóbulos rojos es una afección caracterizada por la incapacidad selectiva de la médula ósea para producir eritrocitos.

• La hemólisis denota el proceso patológico de destrucción excesiva de eritrocitos. Este fenómeno puede surgir de diversas etiologías y puede culminar en anemia hemolítica.

• El parásito de la malaria pasa por una parte de su ciclo de vida dentro de los eritrocitos, consumiendo su hemoglobina y posteriormente lisando las células, lo que contribuye a los episodios febriles. Tanto la anemia de células falciformes como la talasemia exhiben una mayor prevalencia en regiones endémicas de malaria, ya que estas mutaciones genéticas confieren un grado de inmunidad protectora contra el parásito.

• Las policitemias, también conocidas como eritrocitosis, son condiciones patológicas definidas por una proliferación excesiva de glóbulos rojos. La elevación resultante de la viscosidad de la sangre puede manifestarse en una variedad de síntomas clínicos.

• En la policitemia vera, el recuento elevado de eritrocitos se origina por una anomalía intrínseca dentro de la médula ósea.

• Las enfermedades microangiopáticas, como la coagulación intravascular diseminada y las microangiopatías trombóticas, se caracterizan por la presencia de fragmentos de glóbulos rojos de diagnóstico conocidos como esquistocitos. Estas patologías inducen la formación de hebras de fibrina que cortan mecánicamente los eritrocitos cuando intentan atravesar un trombo.

Transfusión

Los eritrocitos se administran durante las transfusiones de sangre, y la sangre proviene de un donante alogénico o la almacena de forma autóloga el receptor. La sangre donada requiere un control riguroso para mitigar los riesgos de transmisión de patógenos transmitidos por la sangre y garantizar la seguridad de los donantes. Por lo general, la sangre extraída se somete a pruebas para detectar patógenos transmitidos por la sangre prevalentes y graves, como la hepatitis B, la hepatitis C y el VIH. Los productos sanguíneos se tipifican meticulosamente (A, B, AB u O) y se comparan con la sangre del receptor para minimizar el riesgo de reacciones transfusionales hemolíticas agudas, que están mediadas por antígenos de superficie en los eritrocitos. Siguiendo estos procedimientos, la sangre se almacena para su posterior administración. Las transfusiones pueden incluir sangre completa o, más comúnmente, concentrados de glóbulos rojos, donde los eritrocitos se separan del plasma.

La sangre se transfunde con frecuencia en casos de anemia diagnosticada, hemorragia activa o pérdida de sangre significativa prevista, como antes de procedimientos quirúrgicos. Antes de la administración, una pequeña muestra de la sangre del receptor se somete a pruebas cruzadas con el producto de la transfusión.

En 2008, una investigación indicó que las células madre embrionarias humanas se habían diferenciado con éxito en eritrocitos in vitro. Un desafío crítico implicó la inducción de la enucleación, que se superó cultivando las células en células estromales derivadas de la médula ósea. Estos eritrocitos generados artificialmente tienen potencial para futuras transfusiones de sangre terapéuticas.

En 2022 se realizó un ensayo en humanos utilizando eritrocitos cultivados a partir de células madre derivadas de sangre de donantes.

Pruebas de diagnóstico

Los eritrocitos son fundamentales para varios análisis de sangre de diagnóstico. Estos incluyen el recuento de glóbulos rojos (que cuantifica los eritrocitos por unidad de volumen de sangre), la determinación del hematocrito (que mide el porcentaje del volumen de sangre atribuido a los glóbulos rojos) y la velocidad de sedimentación globular. El grupo sanguíneo es esencial para prepararse para transfusiones de sangre o trasplantes de órganos.

Numerosas patologías relacionadas con los eritrocitos se diagnostican mediante una extensión de sangre (o frotis de sangre periférica), que implica examinar una fina capa de sangre en un portaobjetos de microscopio. Dicho examen puede revelar poiquilocitosis, caracterizada por variaciones en la morfología de los eritrocitos. Los eritrocitos también pueden acumularse en pilas, lo que se conoce como formación de rouleaux, un fenómeno más frecuente con niveles elevados de proteínas séricas específicas, como durante los estados inflamatorios.

Separación de eritrocitos y dopaje sanguíneo

Los eritrocitos se aíslan de la sangre completa mediante centrifugación, un proceso de fraccionamiento de la sangre que separa los componentes celulares del plasma. Los concentrados de glóbulos rojos, que se preparan extrayendo plasma de la sangre entera, se emplean habitualmente en la medicina transfusional. En los procedimientos de donación de plasma, los eritrocitos se devuelven inmediatamente al donante y solo se retiene el plasma.

Ciertos atletas se han dopado con sangre para mejorar el rendimiento. Por lo general, esto implica extraer aproximadamente 1 litro de sangre, aislar, congelar y almacenar los eritrocitos (que pueden conservarse durante cinco semanas a -79 °C o -110 °F, o más de diez años con crioprotectores) y luego reinyectarlos poco antes de una competencia. Si bien es difícil de detectar, esta práctica plantea riesgos importantes para el sistema cardiovascular, que no está adaptado para controlar el aumento resultante de la viscosidad de la sangre. Una estrategia alternativa de dopaje sanguíneo implica inyecciones de eritropoyetina para estimular la producción endógena de eritrocitos. Ambos métodos están prohibidos por la Agencia Mundial Antidopaje.

Contexto histórico

La descripción inicial de los eritrocitos se atribuye al biólogo holandés Jan Swammerdam, quien utilizó uno de los primeros microscopios en 1658 para examinar la sangre de rana. Posteriormente, en 1674, Anton van Leeuwenhoek, de forma independiente, ofreció una descripción microscópica más precisa de los glóbulos rojos, estimando incluso su tamaño en "25.000 veces más pequeño que un fino grano de arena".

Durante la década de 1740, Vincenzo Menghini, trabajando en Bolonia, demostró con éxito la presencia de hierro aplicando imanes al residuo en polvo o ceniza derivada de los glóbulos rojos calentados.

En 1901, Karl Landsteiner publicó su descubrimiento fundamental de los tres grupos sanguíneos primarios: A, B y C (posteriormente reclasificado como O). Landsteiner detalló meticulosamente los patrones de reacción consistentes observados cuando se combinaba suero con glóbulos rojos, estableciendo así combinaciones compatibles e incompatibles entre estos tipos de sangre. Un año después, Alfred von Decastello y Adriano Sturli, ambos asociados de Landsteiner, identificaron un cuarto grupo sanguíneo, denominado AB.

Utilizando cristalografía de rayos X en 1959, Max Perutz dilucidó con éxito la intrincada estructura de la hemoglobina, la proteína crucial dentro de los glóbulos rojos responsable del transporte de oxígeno.

Los glóbulos rojos intactos más antiguos jamás identificados estaban ubicados dentro de Ötzi el Hombre de Hielo, una momia preservada naturalmente de un individuo que Murió aproximadamente en 3255 a. C. Este descubrimiento de las células se produjo en mayo de 2012.

• Lista de distintos tipos de células en el cuerpo humano adulto
• Sustituto de la sangre
• Eritrocrino
• Suero (sangre)

Referencias

Grupos sanguíneos y antígenos de glóbulos rojos por Laura Dean. Este libro de texto en línea se puede buscar, descargar y está disponible en el dominio público.

• Grupos sanguíneos y antígenos de glóbulos rojos por Laura Dean. Libro de texto en línea que se puede buscar y descargar en el dominio público.
• Base de datos de tamaños de eritrocitos de vertebrados. Archivado el 5 de julio de 2008, a través de Wayback Machine.
• Red Gold, un sitio web de PBS que proporciona información objetiva y contexto histórico.