Atlas de histología vegetal y animal

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Tipos celulares

ERITROCITO

Los glóbulos rojos, también llamados eritrocitos o hematíes, son las células sanguíneas más abundantes y relativamente pequeñas de los mamíferos. Su principal misión es transportar O2 y CO2 entre los tejidos y los pulmones. En humanos el número habitual de eritrocitos en sangre difiere entre sexos: 4,6 millones/mm3 para mujeres y 5 millones/mm3, aunque es mayor en personas que residen a grande altitudes donde la concentración de oxígeno es menor. En estado fresco son de color rojo anaranjado, de ahí el nombre de eritrocitos. Este color es debido a su alto contenido en la proteína hemoglobina, responsable del color rojo de la sangre. Los eritrocitos raramente abandonan el torrente circulatorio.

1. Morfología

La forma de los glóbulos rojos varía en los vertebrados. En los mamíferos tienen forma de disco bicóncavo, con la zona central deprimida debido a la ausencia de núcleo (Figuras 1 y 2). Miden unos 8 µm de diámetro y unas 2 µm de espesor en la zona más ancha. No poseen orgánulos, ni citoesqueleto transcelular, es decir en la zona de la célula alejada de la membrana plasmática. Contiene unos 450 mg/ml de hemoglobina. Ésta es una proteína globular formada por cuatro cadenas polipeptídicas unidas a un grupo hemo y con un átomo de Fe en el centro, capaz de combinarse con el O2 y con el CO2. La forma bicóncava proporciona al eritrocito una mayor relación superficie/volumen y aumenta su eficiencia en la difusión de O2 y CO2 a través de su membrana plasmática. En los vertebrados que no son mamíferos los eritrocitos tienen forma elíptica y biconvexa debido a que en el centro presentan un núcleo con cromatina condensada (Figura 3).

Eritrocitos
Figura 1. Imagen de eritrocitos de mamífero en el interior de vasos sanguíneos.
Eritrocitos
Figure 2. Imagen tomada con un microscopio electrónico de transmisión en la que se muestran vasos sanguíneos con eritrocitos de mamífero, de color negro, en su interior. Se puede observar la forma bicóncava en la imagen de la izquierda.
Eritrocitos de distintas especies
Figura 3. Los eritrocitos de la mayoría de los mamíferos carecen de núcleo (la imagen de la izquierda pertenece a un frotis de sangre humana). Sin embargo, en otros animales, como peces, anfibios, reptiles y aves, conservan el núcleo. La imagen central pertenece a sangre de trucha y la de la derecha a sangre de lamprea, ambos peces.

La forma bicóncava de los glóbulos rojos es estable en condiciones normales, pero también puede deformarse de manera extraordinaria, pasando por capilares, vasos sanguíneos, con diámetros de unas 3 µm, más pequeños que el propio tamaño del eritrocito, y aguantando las fuerzas mecánicas en las grandes arterias. A pesar de ello son células tremendamente estables. Esto se consigue de dos maneras. Las membranas de los glóbulos rojos tienen una concentración de colesterol por encima del 30%, más que las membranas plasmáticas de las demás células. Esto hace a sus membranas menos fluidas, más rígidas, y más hidrófobas (menos permeables). Con ello tienen membranas más resistentes que evitan a la vez cualquier pérdida de contenido por estar bien selladas. Además, la membrana plasmática está anclada a una trama de citoesqueleto de unas 100 nm de espesor que cubre toda la superficie interna de dicha membrana, y por ello es capaz de responder y resistir a los cambios de forma.

Citoesqueleto
Figura 4. Principales moléculas y organización del citoquesqueleto del eritrocito. Modificado de Lux 2016.

Esta trama proteica submembranosa de citoesqueleto está formada por glicoproteínas transmembrana: las glicoforinas (hay cinco disferentes) y las proteínas banda 3, 4 y 5, además de una red asociada a la membrana formada por la espectrina, anquirina y la actina (Figura 4). La espectrina está formada por dos subunidades, la cadena alfa y la beta, que se enrollan formando filamentos en forma de hélice alfa. Estos filamentos se anclan a la membrana plasmática por medio de proteínas transmembrana como las glicoforinas y las proteínas banda 3.

Los dominios extracelulares de la glicoforina A están glicosilados y son los responsables de los grupos sanguíneos. Hay más de 35 grupos sanguíneos, la mayoría de ellos son muy raros. Para las transfusiones solo se tienen en cuenta dos tipos de antígenos, el grupo ABO y el Rh. El grupo ABO está determinado por dos antígenos: el A y el B, mientras que el O carece de ambos. Con respecto al grupo Rh, o bien se tienen los antígenos que los determinan o no se tienen. Se habla de Rh + y Rh -, respectivamente. Las proteínas banda son transportadores: la 3 es un intercambiador de carbonato/cloro y las 4 y 5 son transportadores de glucosa.

El diámetro de los eritrocitos es diferente según las especies, En algunos anfibios es de unas 50 µm, mientras que en mamíferos suele ser menor de 10 µm. En los mamíferos los capilares son a veces de un diámetro menor que el propio eritrocito, por lo que éste tiene que plegarse para poder pasar. Esto sería muy difícil si el eritrocito fuera nucleado y por ello se piensa que durante la evolución se seleccionó en los mamíferos los eritrocitos enucleados, lo que aumento la fluidez de la circulación en los capilares pequeños y se hacía menos probable la obturación de tales capilares. Podría pensarse además que el núcleo dejaría espacio para más hemoglobina, pero esta no es la única estrategia para incrementar la cantidad de hemoglobina, puesto que en las aves esta molécula también se encuentra en el núcleo.

2. Origen y distribución

Los eritrocitos de mamíferos adultos se originan en la médula ósea a partir de una célula precursora llamada unidad formadora de colonias eritrocítica (CFU-E, colony forming unid erythroid). En el feto la producción de glóbulos rojos se realiza en el bazo debido a la falta de hueso y por tanto de médula ósea.

La eritropoyesis es el proceso de diferenciación desde células CFU-E a eritroblastos. Las células CFU-E dan lugar a los proeritroblastos, éstos a los eritroblastos, y los eritroblastos se diferencian en eritrocitos maduros. Todo este proceso conlleva muchos cambios morfológicos (Figura 5) en la forma y el tamaño celular, contenido y composición de hemoglobina, estructura y función de la membrana plasmática, alteraciones nucleares, entre otros. Además del núcleo (en mamíferos), el complejo de Golgi, las mitocondrias y los centriolos también se pierden. El núcleo va condensando su cromatina hasta ocupar un volumen de una décima parte del original y es expulsado. Aunque en todos los vertebrados el núcleo se condensa, sólo en los mamíferos es expulsado. Hay características típicas según el estadio de maduración que suele corresponder a los peridos entre divisiones mitóticas. Durante esta diferenciación se incrementa la expresión de aquellos genes importantes para la producción de la globinas, de los grupos hemo, de la membrana y del citoesqueleto.

Eritrocitos
Figura 5. Diferenciación de los eritrocitos a partir de proeritroblastos, derivados directos de las células (UCF-E) en mamíferos. (Modificado de Ji et al., 2011)

La eritropoyetina es la principal citocina implicada en el aumento de la producción de eritrocitos, se libera en el riñón de mamíferos en respuesta a bajos niveles de oxígeno. La eritropoyetina se une a receptores de las células progenitoras denominadas unidades eritroides formadoras de colonias (CFU-E: colony forming unid erythroid). Esta unión previene la apoptosis de las céluls CFU-E y estimula su proliferación y maduración a proeitroblastos. Cada célula CFU-E produce de 30 a 40 eritrocitos maduros.

Los eritrocitos entran en el torrente sanguíneo como células diferenciadas y tienen una vida media de 120-140 días en humanos (mueren unos 5 millones eritrocitos por segundo), mientras que en otros animales puede ser de 10-11 meses como es el caso de las tortugas o 40 días en ratones. Los eritrocitos mueren una vez agotados sus sistemas enzimáticos y son eliminados por macrófagos, principalmente por las células Kupffer del hígado y por los macrófagos del bazo. Estos órganos son capaces de reciclar diversos productos de deshecho generados durante la degradación de la hemoglobina. La detección de eritrocitos viejos para su fagocitosis parece depender de varios factores como la eliminación de ácido siálico de su glicocálix y la exposición de otros azúcares que hacen de marcadores, así como la exposición de otras moléculas reconocidas por inmunoglobulinas que los marcan para los macrófagos. Otra características de los eritrocitos viejos es la pérdida de asimetría de los lípidos de membrana, con lo que quedan expuestos externamente lípidos que antes estaban en la monocapa interna. Durante este proceso de envejecimiento también hay una reducción del tamaño de los eritrocitos y aumento de su densidad, lo que puede ser debido a la desorganización de la red de citoesqueleto que mantiene la membrana del eritrocito y provoca la progresiva fragmentación del eritrocito en pequeñas vesículas.

3. Función

La forma bicóncava de los glóbulos rojos proporciona una superficie grande en relación a su volumen para que se realice su función principal que es el transporte e intercambio de O2 y CO2, tanto en los pulmones como en el resto de los órganos del cuerpo. La hemoglobina se combina con el oxígeno en los pulmones para formar la oxihemoglobina y cuando los eritrocitos pasan por otros tejidos liberan el oxígeno por gradiente de concentración. La oxihemoglobina puede transportar en una célula 1 billón de moléculas de O2. Cada grupo hemo se une a una molécula de O2 y hay cuatro grupos hemo por molécula y 280 millones de moléculas de hemoglobina por célula. Si la hemoglobina no contiene O2 se denomina deoxihemoglobina y tiene un color rojo más oscuro que la oxihemoglobina que, es más brillante.

La hemoglobina también transporta el CO2 que difunde desde los tejidos a la sangre. Lo hace en forma de carbaminohemoglobina en su viaje hasta los pulmones, donde el CO2 es liberado. La difusión de los gases se realiza por gradiente de concentración. Se cede O2 y se capta CO2 en regiones con baja concentración de O2 y alta de CO2 en los tejidos. Se capta O2 y se libera CO2 en regiones ricas en O2 y pobres en CO2, es decir, en los pulmones.

La coagulación sanguínea, hemostasis y trombosis no se han relacionado tradicionalmente con los eritrocitos, sino con las plaquetas y el plasma sanguíneo. Pero hay muchas evidencias que relacionan a los eritrocitos y estos procesos sanguíneos. Un bajo hematocrito (baja densidad de eritrocitos) se ha relacionado con un mayor tiempo de hemorragia, independientemente de la densidad de plaquetas. Y los individuos con hematocritos más altos son más propensos a trombosis. Los glóbulos rojos contribuyen la viscosidad de la sangre que está relacionada con la propensión a la trombosis. Un efecto del aumento del hematocrito es que los glóbulos rojos tienden a situarse en el centro del vaso sanguíneo, expulsando a las plaquetas y plasma hacia las proximidades del epitelio. Esta disposición es buena en vasos grandes pero perjudicial en capilares donde la viscosidad aumenta. Además, se produce menor liberación de NO por parte del endotelio, lo que reduce la vasodilatación. La rigidez de los eritrocitos producida por alguna patología (anemia hemolítica autoinmune, talasemia, xerocitosis, etc) provoca un aumento de la rigidez del eritrocito y favorece la aparición de trombosis puesto que le cuesta más atravesar pequeños capilares.

Un elemento importante para la coagulación es la exposición de la fosfatidilserina en la superficie donde se pueden asociar los complejos moleculares coaguladores. Esta exposición se debe a la actuación de las proteínas mezcladoras y la inhibición de las flipasas, las cuales mantienen la asimetría de membrana, debido a una entrada de calcio. Todo este proceso ocurre en las plaquetas. Pero también parece que ocurre en los eritrocitos. En los eritrocitos, la exposición de fosfatidilserina es el proceso normal que lleva a la apoptosis, pero sólo un 0.5 al 0.6 % del eritrocitos entran en apoptosis al mismo tiempo, luego su capacidad trombótica es muy reducida. Sin embargo, en procesos patológicos la proporción puede aumentar, disminuyendo el umbral para producir trombos. Al igual que otras células, los eritrocitos son capaces de liberar vesículas, bien durante apoptosis, envejecimiento, o tras una activación. La formación de estas vesículas es una consecuencia de la pérdida de la asimetría de la membrana plasmática. Estas vesículas se han relacionado con una umento de la capacidad de coagulación de la sangre mediante la generación de trombina. El almacenamiento prolongado de sangre lleva a una propensión a la trombosis porque los glóbulos rojos se vuelven más rígidos, las células apoptóticas se acumulan y también hay una acumulación de vesículas liberadas.

Los eritrocitos influyen de otras maneras en la coagulación sanguínea y en la formación de trombos. La hemolisis, o rotura de los eritrocitos, también es perjudicial y favorece la trombosis puesto que se liberan muchas microvesículas junto con la hemoglobina. La hemoglobina secuestra al óxido nítrico de la sangre, el cual es un vasodilatador. La interacción de los eritrocitos con los endotelios es mínima en condiciones normales, pero en ciertas patologías puede aumentar la adhesión que resulta en la oclusión de algunos vasos. El fibrinógeno puede agregar eritrocitos, de igual forma que con las plaquetas. Los eritrocitos se incorporan a cualquier coágulo que se forma in vivo favoreciendo la resistencia y disminuyendo su permeabilidad.

4. Patologías

La anomalía más común ligada a este tipo celular es una patología denominada anemia, que engloba un número muy amplio de enfermedades. Los parámetros que miden este tipo de anomalías son o bien la cantidad de hemoglobina (masa de hemoglobina contenida en un glóbulo rojo) o el volumen corpuscular medio (VCM, media del volumen individual de los glóbulos rojos). El VCM se calcula con la fórmula:

VCM=(Hct/RBC)*10. Donde Hct es el hematocrito (porcentaje de eritrocitos del volumen total) y RBC es el número de eritrocitos por microlitro (Figura 6).

Hematocrito
Figure 6. Hematocrito. Efecto de la adición de anticoagulante.

Hay que tener en cuenta que las cifras normales se encuentran en unos intervalos amplios y dependen de la edad, sexo o altitud del sitio de residencia. Cualquier cifra fuera del intervalo normal tiene como consecuencia la disminución en el transporte de O2 y CO2 en el organismo. Dependiendo de la causa hay varios tipos de anemias:

Anemia ferropénica: falta de hierro. Las causas de esta deficiencia son la disminución de la ingestión de hierro, bien por difícil absorción en el intestino, o bien por pérdidas sanguíneas (hemorragias de diferentes tipos). Histológicamente, cuando se observan frotis presentan eritrocitos denominados hipocrómicos (poco pigmento) y microcíticos (de tamaño pequeño). También presentan variabilidad en el tamaño.

Anemia megaloblástica: deficiencia en ácido fólico o de vitamina B12. La hipovitaminosis afecta a las células precursoras de los glóbulos rojos, generando una reducción en su capacidad de sintetizar ADN, que en consecuencia impide la replicación. Se frena el ciclo celular antes de la mitosis y la célula sigue creciendo pero no se divide, por eso se llama también anemia macrocítica. Se caracteriza por células agrandadas, inmaduras, disfuncionales y con núcleo. Todo ello provoca una menor producción de eritrocitos. Son característicos en estas anemias los neutrófilos hipersegmentados.

Anemias denominadas en general hemolíticas. Se clasifican en dos grupos: las adquiridas, las cuales pueden ser inmunes o no, y el grupo más importante que son las anemias hemolíticas hereditarias. Estas últimas se caracterizan porque causan deformación o rotura total o parcial de los eritrocitos. Las anomalías hereditarias pueden estar causadas por defectos en alguna de las proteínas del citoesqueleto, de enzimas eritrocitarias, o de la propia hemoglobina (talasemias). Las esferocitosis hereditarias, por ejemplo, se caracterizan por una disminución de la superficie de membrana en relación al volumen del eritrocito, lo que conlleva fragilidad celular y finalmente hemolisis. En los frotis sanguíneos se observan eritrocitos sin la típica zona central pálida.

Bibliografía

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