CAPÍTULO 52: Eritrocitos y leucocitos

Después de estudiar este capítulo, usted debe ser capaz de:

• Entender el concepto de células madre y su importancia.

• Resumir las causas de los principales trastornos de los eritrocitos.

• Discutir la estructura general de la membrana eritrocítica.

• Conocer las bases bioquímicas de las sustancias del grupo sanguíneo ABO.

• Indicar las principales características bioquímicas de los neutrófilos, y entender la base de la enfermedad granulomatosa crónica.

• Apreciar la importancia de las integrinas en la salud y enfermedad.

Las células sanguíneas se han estudiado de manera intensiva porque se obtienen con facilidad, así como debido a su importancia funcional, y a su participación en muchos procesos morbosos. La estructura y función de la hemoglobina, las porfirias, ictericia, y aspectos del metabolismo del hierro se comentaron en capítulos previos. En el cuadro 52-1 se resumen las causas de diversas enfermedades importantes que afectan a los eritrocitos; algunas se comentan en este capítulo, y el resto, en otras secciones de este libro. La anemia es un estado muy prevaleciente que tiene muchas causas. El descubrimiento de las causas de ciertos tipos de anemias (p. ej., de anemia perniciosa [una forma de anemia por deficiencia de vitamina B₁₂] y de anemia de células falciformes) ha sido un área donde la relación recíproca entre medicina y bioquímica, a la cual se hizo referencia en el capítulo 1, ha sido en extremo beneficiosa. La Organización Mundial de la Salud (OMS) define a la anemia como una concentración de hemoglobina con <130 g/L en varones y <120 g/L en mujeres. Hay muchas causas de anemia; aquí sólo se mencionan las más importantes desde el punto de vista bioquímico. El cuadro 52-2 presenta una clasificación simplificada de las causas de anemia. Se ha estimado que anualmente nacen alrededor de 300 000 niños con un trastorno hereditario grave de la hemoglobina, la mayoría en países de ingreso bajo o medio. Dado que la mortalidad de lactantes está disminuyendo, muchos de estos niños sobrevivirán, lo cual planteará un problema de salud mundial. Algunos de los sistemas de grupo sanguíneo, presentes en las membranas de los eritrocitos y otras células sanguíneas, tienen extrema importancia en relación con la transfusión sanguínea y el trasplante de tejido. Cada órgano del cuerpo puede quedar afectado por inflamación; los neutrófilos desempeñan una función fundamental en la inflamación aguda, y otros leucocitos, como los linfocitos, tienen funciones importantes en la inflamación crónica. Las leucemias, definidas como neoplasias malignas de los tejidos formadores de sangre, pueden afectar células precursoras de cualquiera de las principales clases de leucocitos; los tipos frecuentes son leucemias mielocíticas aguda y crónica, que afectan a precursores de los neutrófilos, y leucemias linfocíticas aguda y crónica. El conocimiento de los mecanismos moleculares involucrados en la causa de las leucemias está aumentando con rapidez, pero no se comenta en este libro. La quimioterapia combinada, en la que se usan combinaciones de diversos quimioterápicos, todos los cuales actúan en uno o más loci bioquímicos, ha sido notoriamente eficaz en el tratamiento de algunos de estos tipos de leucemias. El entendimiento del papel de los eritrocitos y leucocitos en la salud y la enfermedad requiere un conocimiento de ciertos aspectos fundamentales de sus propiedades bioquímicas.

En la figura 52-1 se resume el origen de los diversos tipos de células sanguíneas a partir de células madre hematopoyéticas. La primera evidencia sólida de la existencia de células madre, y en particular de células madre hematopoyéticas, se informó a partir de estudios efectuados en ratones por Ernest McCulloch y James Till en 1963. En años recientes, el interés por las células madre ha crecido enormemente, y ahora son de interés para casi todas las áreas de la medicina y las ciencias de la salud. Una célula madre es una célula que tiene una capacidad singular para producir células hijas no alteradas (esto es, autorrenovación) y para generar tipos de células especializados (potencia). Las células madre pueden ser totipotentes (capaces de producir todas las células en un organismo), pluripotentes (capaces de diferenciarse hacia células de cualquiera de las tres capas germinales), multipotentes (que sólo producen células de una familia estrechamente relacionada) o unipotentes (que sólo producen un tipo de célula). Las células madre también se clasifican como embrionarias y de adulto; estas últimas tienen capacidad más limitada para diferenciarse que las primeras, aunque se están desarrollando métodos genéticos para superar esta restricción.

Los eritrocitos y las plaquetas comparten una vía de diferenciación hasta la etapa de progenitores megacariocíticos eritroides (figura 52-1). Las células de origen linfoide se ramifican en la etapa de progenitores multipotentes, y otros leucocitos en la etapa de progenitores mieloides comunes. Cada vía está regulada por diversos factores (p. ej., factor de célula madre, trombopoyetina, diversas interleucinas, eritropoyetina, etc.), y factores de transcripción específicos clave (no indicados en la figura) también participan en las etapas indicadas.

El factor de célula madre es una citocina que desempeña una función importante en la proliferación de células madre hematopoyéticas y parte de su progenie. La trombopoyetina es una glucoproteína importante en la regulación de la producción de plaquetas por la médula ósea. Las interleucinas son citocinas producidas por los leucocitos; regulan diversos aspectos de la hematopoyesis y del sistema inmunitario.

Las principales funciones del eritrocito son relativamente simples; consisten en suministrar oxígeno a los tejidos y en ayudar en la eliminación de dióxido de carbono y protones formados por el metabolismo hístico. De este modo, tiene una estructura mucho más simple que casi todas las células del ser humano; en esencia está compuesto por una membrana que rodea a una solución de hemoglobina (esta proteína forma alrededor de 95% de la proteína intracelular del eritrocito). No hay organelos intracelulares, como mitocondrias, lisosomas o aparato de Golgi. Los eritrocitos del ser humano, al igual que casi todos los eritrocitos de animales, son no nucleados. Sin embargo, el eritrocito no es inerte desde el punto de vista metabólico. Se sintetiza ATP a partir de glucólisis, y es importante en procesos que ayudan al eritrocito a mantener su forma bicóncava, y en la regulación del transporte de iones (p. ej., mediante la Na⁺-K⁺-ATPasa y la proteína de intercambio de anión [véase más adelante]) y de agua hacia adentro y afuera de la célula. La forma bicóncava aumenta la proporción entre superficie y volumen del eritrocito, lo que facilita el intercambio de gases. El eritrocito contiene componentes de citoesqueleto (véase más adelante) que desempeñan una importante función en la determinación de su forma.

Alrededor de dos millones de eritrocitos entran en la circulación cada segundo

El lapso de vida del eritrocito normal es de 120 días; esto significa que poco menos de 1% de la población de eritrocitos (~200 mil millones de células, o ~2 millones por segundo) será remplazado cada día. Los nuevos eritrocitos que aparecen en la circulación todavía contienen ribosomas y elementos del retículo endoplásmico. El RNA de los ribosomas puede detectarse mediante coloraciones idóneas (como azul de cresilo), y las células que lo contienen se denominan reticulocitos; normalmente ascienden a alrededor de 1% del recuento eritrocítico total. El lapso de vida del eritrocito puede estar notoriamente acortado en diversas anemias hemolíticas. En estas enfermedades se observa gran incremento del número de reticulocitos, puesto que la médula ósea intenta compensar la desintegración rápida de eritrocitos al aumentar la cantidad de eritrocitos jóvenes nuevos en la circulación.

La eritropoyetina regula la producción de eritrocitos

La eritropoyetina (EPO) del ser humano es una glucoproteína de 166 aminoácidos (masa molecular de alrededor de 34 kDa). Su cantidad en el plasma puede medirse mediante radioinmunovaloración. Es el principal regulador de la eritropoyesis en seres humanos (figura 52-1). Como se muestra en la figura, las etapas más tempranas en el desarrollo de eritrocitos involucran factor de células madre, trombopoyetina e interleucina-3. La EPO se sintetiza principalmente en los riñones, y se libera en respuesta a hipoxia hacia el torrente sanguíneo, en el cual viaja hasta la médula ósea. Ahí interactúa con progenitores de eritrocitos mediante un receptor específico. El receptor es una proteína transmembrana que consta de dos subunidades y varios dominios. No es una tirosina cinasa, pero estimula las actividades de miembros específicos de esta clase de enzimas involucradas en transducción de señal torrente abajo.

La disponibilidad de un cDNA para EPO ha hecho posible producir cantidades considerables de esta hormona para análisis y para propósitos terapéuticos; previamente el aislamiento de eritropoyetina a partir de la orina del ser humano proporcionaba cantidades muy pequeñas de la proteína. El principal uso de la EPO recombinante ha sido en el tratamiento de un pequeño número de estados anémicos, como el que se debe a insuficiencia renal. Se han hecho intentos por prolongar la vida media de la EPO (lo que prolonga su actividad) en la circulación al alterar la naturaleza de sus cadenas de azúcar (cap. 47).

Durante los últimos años se ha identificado gran número de factores de crecimiento hematopoyéticos además de la eritropoyetina. Esta área de estudio contribuye al conocimiento acerca de la diferenciación de las células sanguíneas, proporciona factores que pueden ser útiles en el tratamiento, y tiene también inferencias para entender el crecimiento anormal de las células sanguíneas (p. ej., las leucemias). Al igual que la eritropoyetina, casi todos los factores de crecimiento aislados han sido glucoproteínas, son muy activos in vivo, e in vitro interactúan con sus células blanco por medio de receptores de superficie celular específicos, y finalmente (por medio de señales intracelulares) afectan la expresión de gen, lo que promueve la diferenciación. Muchos se han clonado, lo que permite su producción en cantidades relativamente grandes. Dos de interés particular son los factores estimulantes de colonias de granulocitos y de granulocitos-macrófagos (G-CSF y GM-CSF, respectivamente). El G-CSF es relativamente específico, al inducir principalmente granulocitos, mientras que el GM-CSF induce una variedad más amplia de leucocitos (figura 52-1). La producción de neutrófilos gravemente deprimida se denomina neutropenia. Es en particular probable que ocurra en pacientes tratados con ciertos regímenes quimioterápicos, y después de trasplante de médula ósea. Estos pacientes están propensos a infecciones abrumadoras. Se ha administrado G-CSF a esos pacientes a fin de reforzar la producción de neutrófilos.

En el cuadro 52-3 se resumen diversos aspectos del metabolismo del eritrocito, muchos de los cuales se comentan en otros capítulos de este libro.

El eritrocito tiene un transportador de glucosa en su membrana

El índice de entrada de glucosa hacia los eritrocitos es mucho mayor que el que se calcularía para la difusión simple. Más bien, es un ejemplo de difusión facilitada (cap. 40). La proteína específica involucrada en este proceso se llama transportador de glucosa (GLUT1) o glucosa permeasa; en el cuadro 52-4 se resumen algunas de sus propiedades. El proceso de entrada de glucosa hacia los eritrocitos tiene gran importancia porque es el principal aporte de combustible para estas células. Se han aislado alrededor de 12 transportadores de glucosa diferentes, pero relacionados, a partir de diversos tejidos del ser humano; al contrario del transportador eritrocítico, algunos de éstos son dependientes de insulina (p. ej., en músculo y tejido adiposo). Hay considerable interés por estos últimos tipos de transportador porque los defectos en su reclutamiento a partir de sitios intracelulares hacia la superficie de células de músculo esquelético pueden ayudar a explicar la resistencia a la insulina desplegada por pacientes con diabetes mellitus tipo 2.

Los reticulocitos son activos en la síntesis de proteína

El eritrocito maduro no puede sintetizar proteína. Los reticulocitos son activos en la síntesis de proteína. Cuando los reticulocitos se integran en la circulación, pierden sus organelos intracelulares (ribosomas, mitocondrias, etc.) en el transcurso de alrededor de 24 h, se convierten en eritrocitos jóvenes y de manera concomitante pierden su capacidad para sintetizar proteína. Los extractos de reticulocitos de conejo (obtenidos al inyectar a conejos una sustancia química —fenilhidrazina— que causa una anemia hemolítica grave, de modo que los eritrocitos quedan remplazados casi por completo por reticulocitos) se usan ampliamente como un sistema in vitro para la síntesis de proteínas. Los mRNA endógenos presentes en estos reticulocitos se destruyen mediante el uso de una nucleasa, cuya actividad puede inhibirse al añadir Ca2+. A continuación se programa el sistema al añadir mRNA purificados o extractos de mRNA de célula entera, y se sintetizan proteínas radiactivas en presencia de l-metionina ³⁵S-marcada u otros aminoácidos radiomarcados. Las proteínas radiactivas sintetizadas se separan por medio de electroforesis en gel de poliacrilamida con dodecilsulfato de sodio (SDS-PAGE), y se detectan mediante radioautografía.

En lo que se refiere a la síntesis de proteína, es interesante notar que ciertos trastornos debidos a anormalidades genéticas causan deterioro de la estructura de ribosomas y de la función de los mismos, y se han denominado ribosomopatías. Éstos incluyen algunos casos de anemia de Diamond-Blackfan, en la cual mutaciones en un gen procesador de RNA ribosómico (RPS19) dan lugar a hipoplasia de eritrocitos. El síndrome 5q se presenta con un cuadro clínico similar y se debe a una insuficiencia de la proteína ribosómica RPS 14.

La superóxido dismutasa, la catalasa y el glutatión protegen a los eritrocitos contra estrés y daño oxidativos

Varios oxidantes potentes se producen en el transcurso del metabolismo, tanto en células sanguíneas como en casi todas las otras células del cuerpo. Éstos incluyen superóxido ($O 2 − ˙$ ), peróxido de hidrógeno (H₂O₂), radicales peroxilo (ROO^•), y radicales hidroxilo (OH^•), y se denominan especies de oxígeno reactivas (ROS). Los radicales libres son átomos o grupos de átomos que tienen un electrón no pareado (caps. 15 y 45). El OH• es una molécula en particular reactiva, y puede reaccionar con proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y otras moléculas para alterar su estructura y producir daño de tejido. Las reacciones que se listan en el cuadro 52-5 tienen importancia en la formación de estos oxidantes y en su eliminación; ahora se considerará cada una de estas reacciones a su vez.

El superóxido se forma (reacción 1) en los eritrocitos mediante la autooxidación de hemoglobina hacia metahemoglobina (se ha calculado que cada día se autooxida aproximadamente 3% de la hemoglobina en los eritrocitos del ser humano); en otros tejidos, se forma mediante la acción de enzimas como la citocromo P450 reductasa y la xantina oxidasa. Cuando se estimulan por contacto con bacterias, los neutrófilos muestran una explosión respiratoria (véase más adelante), y producen superóxido en una reacción catalizada por la NADPH oxidasa (reacción 2). El superóxido se dismuta de manera espontánea para formar H₂O₂ y O₂; sin embargo, la acción de la enzima superóxido dismutasa acelera tremendamente el índice de esta misma reacción (reacción 3). El peróxido de hidrógeno está sujeto a varios destinos. La enzima catalasa, presente en muchos tipos de células, lo convierte en H₂O y O₂ (reacción 4). Los neutrófilos poseen una enzima singular, la mieloperoxidasa, que usa H₂O₂ y halidos para producir ácidos hipohalosos (reacción 5); más adelante se profundiza en este tema. La enzima que contiene selenio, glutatión peroxidasa (cap. 21), también actuará sobre el glutatión reducido (GSH) y H₂O₂ para producir glutatión oxidado (GSSG) y H₂O (reacción 6); esta enzima también puede usar otros peróxidos como sustratos. El OH^• y el OH^– pueden formarse a partir de H₂O₂ en una reacción no enzimática catalizada por Fe²⁺ (la reacción de Fenton, reacción 7). El $O 2 − ˙$ y el H₂O₂ son los sustratos en la reacción de Haber-Weiss catalizada por hierro (reacción 8), que también produce OH^• y OH^–. El superóxido puede liberar iones de hierro a partir de la ferritina. De este modo, la producción de OH• puede ser uno de los mecanismos involucrados en la lesión hística debida a sobrecarga de hierro en la hemocromatosis (caso núm. 10, cap. 57).

Los compuestos químicos y las reacciones capaces de generar especies de oxígeno tóxicas potenciales pueden denominarse prooxidantes. Por otro lado, los compuestos y las reacciones que eliminan estas especies, al recolectarlas, suprimir su acción u oponerse a sus acciones, son antioxidantes, e incluyen compuestos como NADPH, GSH, ácido ascórbico y vitamina E. En una célula normal hay un equilibrio apropiado entre prooxidante y antioxidante. Sin embargo, este equilibrio puede desviarse hacia los prooxidantes cuando la producción de especies de oxígeno aumenta mucho (p. ej., después de la ingestión de ciertas sustancias químicas o fármacos) o cuando las concentraciones de antioxidantes están disminuidas (p. ej., por desactivación de enzimas involucradas en la eliminación de especies de oxígeno y por condiciones que causan cifras bajas de los antioxidantes mencionados). Este estado se llama “estrés oxidativo” (cap. 45) y puede suscitar serio daño celular si el estrés es masivo o prolongado.

Ahora se cree que las especies de oxígeno reactivas (ROS) desempeñan una función importante en muchos tipos de lesión celular (p. ej., originada por la administración de diversas sustancias químicas tóxicas o por isquemia), algunos de los cuales pueden originar muerte celular. La protección contra lesión celular en una situación en estudio al administrar una enzima como superóxido dismutasa o catalasa, proporciona evidencia indirecta que apoya una participación de estas especies en la generación de lesión celular.

La deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa es frecuente en ciertas áreas, y es una causa importante de anemia hemolítica

El NADPH, producido en la reacción catalizada por la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa ligada a X (cuadro 52-5, reacción 9) en la vía de la pentosa fosfato (cap. 21), desempeña una función clave en el suministro de equivalentes reductores en el eritrocito y en otras células como el hepatocito. Dado que la vía de la pentosa fosfato es casi su único medio de producir NADPH, el eritrocito es muy sensible al daño oxidativo si la función de esta vía está alterada (p. ej., por deficiencia de enzima). Una función del NADPH es reducir GSSG hacia GSH, reacción catalizada por la glutatión reductasa (reacción 10).

La deficiencia de la actividad de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, debido a mutación, es en extremo frecuente en algunas regiones del mundo (p. ej., África tropical, el Mediterráneo, ciertas partes de Asia, y Norteamérica entre sujetos de raza negra). Es la más frecuente de las enzimopatías (enfermedades causadas por anormalidades de enzimas), y se han distinguido alrededor de 140 variantes genéticas de la enzima; se estima que al menos 400 millones de personas tienen un gen variante. Se cree que una forma anormal de esta enzima confiere resistencia contra el paludismo. El trastorno que se origina por deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa es la anemia hemolítica. La enfermedad causada por una forma anormal de una enzima se denomina enzimopatía. El consumo de habas (Vicia faba) por individuos que tienen deficiencia de la actividad de la enzima puede precipitar un ataque agudo de anemia hemolítica porque contienen oxidantes potenciales. Además, varios fármacos (p. ej., el antipalúdico primaquina [la enfermedad causada por ingestión de primaquina se llama anemia hemolítica sensible a primaquina] y sulfonamidas) y sustancias químicas (p. ej., naftaleno) precipitan un ataque, porque su ingestión lleva a generación de H₂O₂ u $O 2 − ˙$ . En circunstancias normales, el H₂O₂ se elimina mediante catalasa y glutatión peroxidasa (cuadro 52-5, reacciones 4 y 6); esta última origina aumento de la producción de GSSG. El GSH se regenera a partir de GSSG mediante la acción de la enzima glutatión reductasa, que depende de la disponibilidad de NADPH (reacción 10). Los eritrocitos de individuos que tienen deficiencia de la actividad de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa no pueden generar suficiente NADPH para regenerar GSH a partir de GSSG, lo que a su vez altera su capacidad para eliminar H₂O₂ y radicales de oxígeno. Estos compuestos pueden causar oxidación de grupos SH cruciales en proteínas, y posiblemente peroxidación de lípidos en la membrana del eritrocito, lo que causa lisis de esta última. Algunos de los grupos SH de la hemoglobina se oxidan, y la proteína se precipita dentro del eritrocito, lo que forma cuerpos de Heinz, que se tiñen de púrpura con violeta de cresilo. La presencia de cuerpos de Heinz indica que los eritrocitos han quedado sujetos a estrés oxidativo. En la figura 52-2 se resume la posible cadena de eventos en la anemia hemolítica debida a deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa.

Las anemias hemolíticas se producen por anormalidades fuera, dentro o en el interior de la membrana del eritrocito

En la figura 52-3 se resumen diversas causas de anemias hemolíticas. Las causas fuera de la membrana (esto es, extrínsecas) comprenden hiperesplenismo, un estado en el cual el bazo está agrandado por diversas causas, y los eritrocitos quedan secuestrados en él. Diversos anticuerpos (p. ej., reacciones de transfusión y anticuerpos anti-Rh, la presencia en el plasma de anticuerpos calientes y fríos que lisan eritrocitos) también caen dentro de esta clase, al igual que hemolisinas liberadas por diversos agentes infecciosos, como ciertas bacterias (p. ej., ciertas cepas de E. coli y clostridios). Algunas serpientes liberan venenos cuya acción lisa la membrana eritrocítica (p. ej., por medio de la acción de fosfolipasas o proteinasas).

Las causas dentro de la membrana (intrínsecas) comprenden anormalidades de proteínas. Las enfermedades más importantes son esferocitosis hereditaria y eliptocitosis hereditaria, principalmente causadas por anormalidades de la cantidad o estructura de la espectrina (véase más adelante). La hemoglobinuria paroxística nocturna se comenta en el capítulo 47.

Las causas en el interior del eritrocito (también intrínsecas) incluyen hemoglobinopatías y enzimopatías. La anemia de células falciformes y las talasemias son las hemoglobinopatías más prevalecientes. Las anormalidades de enzimas en la vía de la pentosa fosfato y en la glucólisis son las enzimopatías más frecuentes, en particular la primera. La deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa es prevaleciente en ciertas partes del mundo, y es una causa frecuente de anemia hemolítica (véase antes). La deficiencia de piruvato cinasa es rara, pero es la segunda deficiencia de enzima más frecuente que da por resultado anemia hemolítica; el mecanismo parece deberse a alteración de la glucólisis, lo que origina formación disminuida de ATP, y afecta diversos aspectos de la integridad de membrana. Las infecciones parasitarias (p. ej., los plasmodios que causan paludismo) también son causas importantes de anemias hemolíticas en ciertas áreas geográficas.

Las investigaciones de laboratorio que ayudan en el diagnóstico de la anemia hemolítica se listan en el cuadro 52-6.

La metahemoglobina es inútil en el transporte de oxígeno

El hierro ferroso de la hemoglobina es susceptible a oxidación por superóxido y otros agentes oxidantes, lo que forma metahemoglobina, que no puede transportar oxígeno. Sólo una cantidad muy pequeña de metahemoglobina está presente en la sangre normal, puesto que el eritrocito posee un sistema eficaz (el sistema de la NADH-citocromo b₅ metahemoglobina reductasa) para reducir el hem Fe³⁺ de regreso al estado de Fe²⁺. Este sistema consta de NADH (generado mediante glucólisis), una flavoproteína llamada citocromo b₅ reductasa (también conocida como metahemoglobina reductasa), y citocromo b₅. El Fe³⁺ de la metahemoglobina se reduce de regreso al estado de Fe²⁺ mediante la acción del citocromo b₅ reducido:

El citocromo b₅ reducido después se regenera mediante la acción de la citocromo b₅ reductasa:

La metahemoglobinemia es hereditaria o adquirida

La metahemoglobinemia puede clasificarse como hereditaria o adquirida por ingestión de ciertos fármacos y sustancias químicas. Ni uno ni otro tipo es frecuente, pero los médicos deben estar informados respecto a ellos. La forma hereditaria por lo general se debe a actividad deficiente de la citocromo b₅ reductasa, pero las mutaciones también pueden afectar la actividad del citocromo b₅. Ciertas hemoglobinas anormales (p. ej., HbM) también son causas raras de metahemoglobinemia. En la HbM, la mutación cambia el residuo aminoácido al cual está fijo el hem, lo que altera su afinidad por el oxígeno y favorece su oxidación. La ingestión de ciertos fármacos (p. ej., sulfonamidas) o sustancias químicas (p. ej., anilina) puede causar metahemoglobinemia adquirida. La cianosis (coloración azulada de la piel y las mucosas debido a cantidades aumentadas de hemoglobina desoxigenada en la sangre arterial, o en este caso debido a cantidades aumentadas de metahemoglobina) por lo general es el signo de presentación en ambos tipos, y es evidente cuando más de 10% de la hemoglobina se encuentra en la forma “met”. El diagnóstico se efectúa mediante análisis espectroscópico de la sangre, que revela el espectro de absorción característico de la metahemoglobina. Además, una muestra de sangre que contiene metahemoglobina no se puede reoxigenar por completo al exponerla a oxígeno, mientras que la sangre desoxigenada normal puede hacerlo. La electroforesis puede usarse para confirmar la presencia de una hemoglobina anormal. La ingestión de azul de metileno o ácido ascórbico (ambos agentes reductores) se usa para tratar metahemoglobinemia leve consecutiva a deficiencia de enzima. La metahemoglobinemia masiva aguda (por ingestión de sustancias químicas) debe tratarse mediante inyección de azul de metileno por vía intravenosa.

Se han usado diversos métodos bioquímicos para estudiar la membrana del eritrocito; entre ellos están el análisis de proteínas de membrana mediante SDS-PAGE, el uso de enzimas específicas (proteinasas, glucosidasas y otras) para determinar la ubicación de proteínas y glucoproteínas en la membrana, y diversas técnicas para estudiar tanto la composición de lípido como la disposición de lípidos individuales. También se han usado ampliamente técnicas morfológicas (p. ej., microscopia electrónica, microscopia electrónica de congelación-fractura) y de otros tipos (p. ej., uso de anticuerpos contra componentes específicos). Cuando los eritrocitos se lisan en condiciones específicas, su membrana se volverá a sellar en su orientación original para formar fantasmas (fantasmas al derecho). Al alterar las condiciones, puede hacerse que los fantasmas se vuelvan a sellar con su cara citosólica expuesta en el exterior (fantasmas al revés). Ambos tipos de fantasmas han sido útiles en el análisis de la disposición de proteínas y lípidos específicos en la membrana. En años recientes, han quedado disponibles cDNA para muchas proteínas de esta membrana, lo que permite la deducción de sus secuencias y dominios amino. En conjunto, se sabe más en relación a la membrana del eritrocito que de cualquier otra membrana de células del ser humano (cuadro 52-7).

El análisis mediante SDS-PAGE resuelve las proteínas de la membrana del eritrocito

Cuando las membranas de los eritrocitos se analizan mediante SDS-PAGE, se resuelven alrededor de 10 proteínas principales (figura 52-4), varias de las cuales se ha mostrado que son glucoproteínas. Su migración en la SDS-PAGE se usó para nombrar estas proteínas; la de migración más lenta (y, por ende, la de masa molecular más alta) se designa banda 1 o espectrina. Se han aislado todas estas proteínas principales, casi todas se han identificado, y se ha obtenido información considerable acerca de sus funciones (cuadro 52-8). También se han establecido muchas de sus secuencias de aminoácidos. Además, se ha determinado cuáles son proteínas de membrana integrales o periféricas, cuáles están situadas sobre la superficie externa, cuáles están en la superficie citosólica, y cuáles abarcan la membrana (figura 52-5). Asimismo, pueden detectarse muchos componentes menores en la membrana del eritrocito mediante el uso de métodos de tinción sensibles o electroforesis en gel bidimensional. Uno de éstos es el transportador de glucosa antes descrito.

Las proteínas integrales principales de la membrana del eritrocito son la proteína de intercambio de anión y las glucoforinas

La proteína de intercambio de anión (banda 3) es una glucoproteína transmembrana, con su extremo carboxilo terminal sobre la superficie externa de la membrana, y su extremo amino terminal sobre la superficie citoplásmica. Es un ejemplo de proteína de membrana de múltiples pasos, que se extiende a través de la bicapa alrededor de 14 veces. Probablemente existe como un dímero en la membrana, en la cual forma un túnel, que permite el intercambio de cloro por bicarbonato. El dióxido de carbono, que se forma en los tejidos, entra en el eritrocito como bicarbonato, que se intercambia por cloruro en los pulmones, donde se exhala el dióxido de carbono. El extremo amino terminal se une a muchas proteínas, entre ellas hemoglobina, proteínas 4.1 y 4.2, anquirina, y varias enzimas glucolíticas. La banda 3 purificada se ha añadido a vesículas de lípido in vitro, y se ha mostrado que desempeña sus funciones de transporte en este sistema reconstituido.

Las glucoforinas A, B y C también son glucoproteínas transmembrana, pero del tipo de un solo paso; se extienden a través de la membrana sólo una vez. La A es la principal glucoforina; consta de 131 aminoácidos, y está densamente glucosilada (alrededor de 60% de su masa). Su extremo amino terminal, que contiene 16 cadenas de oligosacárido (15 de las cuales son O-glucanos), sobresale desde la superficie del eritrocito. Alrededor de 90% del ácido siálico de la membrana del eritrocito se localiza en esta proteína. Su segmento transmembrana (23 aminoácidos) es α-helicoidal. El extremo carboxilo terminal se extiende hacia el citosol y se une a la proteína 4.1, que a su vez se une a la espectrina. El polimorfismo de esta proteína es el fundamento del sistema de grupo sanguíneo MN (véase más adelante). La glucoforina A contiene sitios de unión para virus de la gripe y para Plasmodium falciparum, la causa de una forma de paludismo. Es interesante que en individuos que carecen de glucoforina no parece haber afección de la función de los eritrocitos.

La espectrina, anquirina y otras proteínas de membrana periféricas ayudan a determinar la forma y flexibilidad del eritrocito

El eritrocito debe tener la capacidad de pasar a través de algunos sitios estrechos en la microcirculación durante sus muchos recorridos por todo el cuerpo; los sinusoides del bazo tienen especial importancia a este respecto. Para que el eritrocito sea fácilmente deformable, y para que la deformación sea reversible, su membrana debe ser tanto fluida como flexible; también debe preservar su forma bicóncava, dado que esto facilita el intercambio de gases. Los lípidos de membrana ayudan a determinar la fluidez de membrana. Fijas a la cara interna de la membrana del eritrocito hay muchas proteínas citoesqueléticas periféricas (cuadro 52-8) que desempeñan funciones importantes respecto a la preservación de la forma y flexibilidad; a continuación se describirán éstas.

La espectrina es la principal proteína del citoesqueleto. Está compuesta de dos polipéptidos: espectrina 1 (cadena α) y espectrina dos (cadena β). Estas cadenas, que miden aproximadamente 100 nm de longitud, muestran alineación antiparalela, están laxamente entremezcladas, y forman un dímero. Ambas cadenas están hechas de segmentos de 106 aminoácidos que parecen plegarse hacia las espirales α-helicoidales de triple cadena unidas por segmentos no helicoidales. Un dímero interactúa con otro, formando un tetrámero de cabeza a cabeza. La forma general confiere flexibilidad a la proteína y, a su vez, a la membrana del eritrocito. Pueden definirse al menos cuatro sitios de unión en la espectrina: 1) para autoasociación, 2) para anquirina (bandas 2.1, etc.), 3) para actina (banda 5) y 4) para proteína 4.1.

La anquirina es una proteína de forma piramidal que se une a la espectrina. A su vez, la anquirina se une de manera estrecha a la banda 3, lo que asegura la fijación de la espectrina a la membrana. La anquirina es sensible a proteólisis, lo que explica la aparición de las bandas 2.2, 2.3 y 2.6, todas las cuales se derivan de la banda 2.1.

La actina (banda 5) existe en los eritrocitos como filamentos de doble hélice, cortos, de actina F. El extremo cola de dímeros de espectrina se une a actina; esta última también se une a la proteína 4.1.

La proteína 4.1, una proteína globular, se une de manera estrecha al extremo cola de la espectrina, cerca del sitio de unión a actina de esta última y, así, es parte de un complejo ternario de proteína 4.1-espectrina-actina. La proteína 4.1 también se une a las proteínas integrales, glucoforinas A y C, lo que fija el complejo ternario a la membrana. Además, la proteína 4.1 puede interactuar con ciertos fosfolípidos de membrana, lo que conecta la bicapa lipídica al citoesqueleto.

Algunas otras proteínas (4.9, aducina y tropomiosina) también participan en el montaje del citoesqueleto.

Las anormalidades de la cantidad o la estructura de la espectrina causan esferocitosis y eliptocitosis hereditarias

La esferocitosis hereditaria es una enfermedad genética, de transmisión autosómica dominante, que afecta a alrededor de 1:5 000 habitantes de Norteamérica. Se caracteriza por la presencia de esferocitos (eritrocitos esféricos, con proporción baja entre superficie y volumen) en la sangre periférica, por una anemia hemolítica (figura 52-3), y por esplenomegalia. Los esferocitos no son tan deformables como los eritrocitos normales, y están sujetos a destrucción en el bazo, lo que acorta mucho su vida en la circulación. La esferocitosis hereditaria es curable mediante esplenectomía porque los esferocitos pueden persistir en la circulación en ausencia del bazo.

Los esferocitos son mucho más susceptibles a lisis osmótica que los eritrocitos normales. Esto se evalúa en la prueba de fragilidad osmótica, en la cual los eritrocitos quedan expuestos in vitro a concentraciones decrecientes de NaCl. La concentración fisiológica de NaCl es de 0.85 g/dl. Cuando quedan expuestos a una concentración de NaCl de 0.5 g/dl, muy pocos eritrocitos normales muestran hemólisis, mientras que alrededor de 50% de los esferocitos mostrarían lisis en estas condiciones. La explicación es que el esferocito, al ser casi circular, tiene poco volumen extra potencial para adaptar agua adicional y, así, se lisa con facilidad cuando queda expuesto a una presión osmótica un poco más baja que lo normal.

Una causa de la esferocitosis hereditaria (figura 52-6) es una deficiencia de la cantidad de espectrina o anormalidades de su estructura, de modo que ya no se une de manera estrecha a las otras proteínas con las cuales normalmente interactúa. Esto debilita la membrana y lleva a la forma esferocítica. Las anormalidades de la anquirina y de las bandas 3, 4.1 y 4.2 están comprendidas en otros casos.

La eliptocitosis hereditaria es un trastorno genético similar a la esferocitosis hereditaria salvo porque los eritrocitos afectados adoptan una forma elíptica, discoide, reconocible mediante microscopia. También se debe a anormalidades de la espectrina; algunos casos reflejan anormalidades de la banda 4.1 o de la glucoforina C.

Se han reconocido alrededor de 30 sistemas de grupo sanguíneo en seres humanos, los mejor conocidos de los cuales son los sistemas ABO, Rh (Rhesus) y MN. El término “grupo sanguíneo” se aplica a un sistema definido de antígenos eritrocíticos (sustancias de grupo sanguíneo) controlados por un locus genético que tiene un número variable de alelos (p. ej., A, B y O en el sistema ABO). El término “tipo sanguíneo” se refiere al fenotipo antigénico, por lo general reconocido mediante el uso de anticuerpos apropiados. Para propósitos de transfusión de sangre, tiene particular importancia conocer los aspectos básicos de los sistemas ABO y Rh. Sin embargo, el conocimiento de los sistemas de grupo sanguíneo también tiene interés bioquímico, genético, inmunológico, antropológico, obstétrico, patológico y forense. Aquí sólo se comentarán algunas de las características clave del sistema ABO. Desde un punto de vista bioquímico, los principales intereses por las sustancias ABO han estribado en aislar y determinar su estructura, dilucidar sus vías de biosíntesis, y determinar la naturaleza de los productos de los genes A, B y O.

El sistema ABO tiene importancia crucial en la transfusión de sangre

Este sistema fue descubierto por Landsteiner en 1900 cuando estaba investigando la base de transfusiones compatibles e incompatibles en seres humanos. La membrana de los eritrocitos de la mayoría de los individuos contiene una sustancia de grupo sanguíneo del tipo A, tipo B, tipo AB o tipo O. Los individuos del tipo A tienen anticuerpos anti-B en el plasma y, así, aglutinarán sangre tipo B o tipo AB. Los individuos tipo B tienen anticuerpos anti-A, y aglutinarán sangre tipo A o tipo AB. La sangre tipo AB no tiene anticuerpos anti-A ni anti-B, y se ha designado el receptor universal. La sangre tipo O no tiene sustancias A ni B, y se ha designado el donador universal. La explicación de estos datos se relaciona con el hecho de que el cuerpo por lo general no produce anticuerpos contra sus propios constituyentes. De este modo, los individuos de tipo A no producen anticuerpos contra su propia sustancia de grupo sanguíneo, A, pero poseen anticuerpos contra la sustancia de grupo sanguíneo extraña, B, posiblemente porque hay estructuras similares en microorganismos a los cuales el cuerpo queda expuesto en etapas tempranas de la vida. Dado que los individuos de tipo O no tienen sustancias A ni B, poseen anticuerpos contra estas dos sustancias extrañas. La descripción anterior se ha simplificado considerablemente; por ejemplo, hay dos subgrupos del tipo A: A₁ y A₂.

Los genes de los cuales depende la producción de las sustancias ABO están presentes en el brazo largo del cromosoma 9. Hay tres alelos, dos de los cuales son codominantes (A y B) y el tercero (O), recesivo; éstos finalmente determinan los cuatro productos fenotípicos: las sustancias A, B, AB y O.

Las sustancias ABO son glucoesfingolípidos y glucoproteínas que comparten cadenas de oligosacárido

Las sustancias ABO son oligosacáridos complejos presentes en casi todas las células del cuerpo y en ciertas secreciones. Sobre las membranas de los eritrocitos, los oligosacáridos que determinan las naturalezas específicas de las sustancias ABO parecen estar en su mayor parte presentes en glucoesfingolípidos, mientras que en secreciones los mismos oligosacáridos están presentes en las glucoproteínas. Su presencia en las secreciones está determinada por un gen designado Se (de secretor), que codifica para una fucosil (Fuc) transferasa específica en órganos secretores, como las glándulas exocrinas, pero que no es activo en eritrocitos. Los individuos de genotipos SeSe o Sese secretan antígenos A o B (o ambos), mientras que los del genotipo sese no secretan sustancias A o B, pero sus eritrocitos pueden expresar los antígenos A y B.

La sustancia H es el precursor biosintético de las sustancias tanto A como B

Las sustancias ABO se han aislado, y se ha determinado su estructura; en la figura 52-7 se presentan versiones simplificadas, que sólo muestran sus extremos no reductores. Tiene importancia apreciar primero la estructura de la sustancia H, puesto que es el precursor de las sustancias tanto A como B, y es la sustancia de grupo sanguíneo que se encuentra en personas de tipo O. La sustancia H en sí se forma mediante la acción de una fucosiltransferasa, que cataliza la adición de la fucosa terminal en enlace α1 → 2 sobre el residuo Gal terminal de su precursor:

El locus H codifica para esta fucosiltransferasa. El alelo h del locus H codifica para una fucosil transferasa inactiva; por ende, los individuos del genotipo hh no pueden generar sustancia H, el precursor de los antígenos A y B. De este modo, los individuos del fenotipo hh tendrán eritrocitos del tipo O, aun cuando quizá posean las enzimas necesarias para producir las sustancias A o B (véase más adelante). Se dice que son del fenotipo Bombay (O_h).

El gen A codifica para una GalNAc transferasa, el gen B para una Gal transferasa, y el gen O para un producto inactivo

En comparación con la sustancia H de grupo sanguíneo (figura 52-7), la sustancia A contiene un GalNAc adicional, y la sustancia B un Gal adicional, enlazados como se indica. Los anticuerpos anti-A se dirigen contra el residuo GalNAc adicional que se encuentra en la sustancia A, y los anticuerpos anti-B se dirigen hacia el residuo Gal adicional que se encuentra en la sustancia B. De este modo, GalNAc es el azúcar inmunodominante (esto es, el que determina la especificidad del anticuerpo formado) de la sustancia del grupo sanguíneo A, mientras que Gal es el azúcar inmunodominante de la sustancia B. En vista de los datos estructurales, no sorprende que la sustancia A pueda sintetizarse in vitro a partir de la sustancia O en una reacción catalizada por una GalNAc transferasa, en la que se emplea UDP-GalNAc como el azúcar donador. De modo similar, el grupo sanguíneo B puede sintetizarse a partir de la sustancia O mediante la acción de una Gal transferasa, que emplea UDP-Gal. Es crucial apreciar que el producto del gen A es la GalNAc transferasa que añade la terminal GalNAc a la sustancia O. De modo similar, el producto del gen B es la Gal transferasa que añade el residuo Gal a la sustancia O. Los individuos del tipo AB poseen ambas enzimas y, así, tienen dos cadenas de oligosacárido (figura 52-6), una determinada por un GalNAc, y la otra por un Gal. Los individuos del tipo O al parecer sintetizan una proteína inactiva, detectable por medios inmunológicos; de este modo, la sustancia H es su sustancia de grupo sanguíneo ABO.

En 1990, en un estudio en el que se usó tecnología de clonación y secuenciación se describió la naturaleza de las diferencias entre los productos glucosiltransferasa de los genes A, B y O. Una diferencia de cuatro nucleótidos al parecer es la causa de las especificidades distintas de las glucosiltransferasas A y B. Por otro lado, el alelo O tiene una mutación de par de base único, lo que causa una mutación por cambio de cuadro, lo que da por resultado una proteína que carece de actividad de transferasa.

En el cuadro 52-9 se resumen las principales características bioquímicas de los neutrófilos. Las características prominentes son glucólisis aeróbica activa, vía de la pentosa fosfato activa, fosforilación oxidativa moderadamente activa (porque las mitocondrias son relativamente escasas), y contenido alto de enzimas lisosómicas. Muchas de las enzimas que se listan en el cuadro 52-5 también tienen importancia en el metabolismo oxidativo de neutrófilos (véase más adelante). En el cuadro 52-10 se resumen las funciones de algunas proteínas que son relativamente singulares para los neutrófilos.

Los neutrófilos son participantes clave en la defensa del cuerpo contra la infección bacteriana

Los neutrófilos son células fagocíticas móviles del sistema inmunitario innato que desempeñan una función clave en la inflamación aguda. Cuando entran bacterias en los tejidos, sobrevienen varios fenómenos que se conocen en conjunto como “respuesta inflamatoria aguda”. Incluyen: 1) aumento de la permeabilidad vascular, 2) entrada de neutrófilos activados en los tejidos, 3) activación de plaquetas y 4) resolución espontánea si se ha luchado exitosamente con los microorganismos invasores.

Varias de las moléculas se liberan a partir de células y proteínas plasmáticas durante la inflamación aguda, cuyo efecto general neto es aumentar la permeabilidad vascular, lo que da por resultado edema de tejido (cuadro 52-11).

En la inflamación aguda, los neutrófilos se reclutan desde el torrente sanguíneo hacia los tejidos para ayudar a eliminar los invasores extraños. Los neutrófilos son atraídos hacia los tejidos por factores quimiotácticos, entre ellos el fragmento de complemento C5a, péptidos pequeños derivados de bacterias (p. ej., N-formil-metionil-leucil-fenilalanina), y varios leucotrienos. Para llegar a los tejidos, los neutrófilos circulantes deben pasar por los capilares. Para lograr esto, se marginan a lo largo de las paredes del vaso, y después se adhieren a las células epiteliales (de revestimiento) de los capilares.

Las integrinas median la adherencia de neutrófilos a células endoteliales

La adherencia de neutrófilos a células endoteliales emplea proteínas adhesivas específicas (integrinas) localizadas sobre su superficie, y proteínas receptoras específicas en las células endoteliales. (Véase también la exposición sobre selectinas en el cap. 47.)

Las integrinas son una superfamilia de proteínas de superficie presentes en una amplia variedad de células. Participan en la adherencia de células a otras células o a componentes específicos de la matriz extracelular. Son heterodímeros, que contienen una subunidad α y una β enlazadas de manera no covalente. Las subunidades contienen segmentos extracelular, transmembrana e intracelular. Los segmentos extracelulares se unen a diversos ligandos, como proteínas específicas de la matriz extracelular, y de las superficies de otras células. Estos ligandos a menudo contienen secuencias ArgGli-Asp (R-G-D). Los dominios intracelulares se unen a diversas proteínas del citoesqueleto, como actina y vinculina. Las integrinas son proteínas que enlazan los exteriores de las células a sus interiores, lo que ayuda a integrar respuestas de células (p. ej., movimiento, fagocitosis) a cambios en el ambiente.

Inicialmente se reconocieron tres subfamilias de integrinas. Los miembros de cada subfamilia se distinguieron por contener una subunidad β común, pero difirieron en sus subunidades. Sin embargo, ahora se han identificado más de tres subunidades β, y la clasificación de las integrinas se ha hecho más bien compleja. En el cuadro 52-12 se listan algunas integrinas de interés específico respecto a neutrófilos.

Una deficiencia de la subunidad β₂ (también designada CD18) de LFA-1, y de dos integrinas relacionadas que se encuentran en neutrófilos y macrófagos, Mac-1 (CD11b/CD18) y p150,95 (CD11c/CD18), causa deficiencia de adherencia de leucocitos tipo 1, una enfermedad caracterizada por infecciones bacterianas y micóticas recurrentes. Entre diversos resultados de esta deficiencia, la adherencia de los leucocitos afectados a células endoteliales está disminuida y, de este modo, números menores de neutrófilos entran en los tejidos para combatir infección.

Una vez que han pasado a través de las paredes de vasos sanguíneos de pequeño calibre, los neutrófilos migran hacia las concentraciones más altas de los factores quimiotácticos, encuentran las bacterias invasoras, e intentan atacarlas y destruirlas. Los neutrófilos deben estar activados para que se activen muchos de los procesos metabólicos involucrados en la fagocitosis y la muerte de bacterias.

La activación de neutrófilos es similar a la activación de plaquetas, y comprende hidrólisis de fosfatidilinositol bisfosfato

Los mecanismos involucrados en la activación de plaquetas se comentan en el capítulo 51 (figura 51-8). El proceso comprende interacción del estímulo (p. ej., trombina) con un receptor, activación de proteínas G, estimulación de fosfolipasa C, y liberación desde fosfatidilinositol bisfosfato de trifosfato de inositol y diacilglicerol. Estos dos segundos mensajeros dan por resultado un aumento del Ca²⁺ intracelular y activación de la proteína cinasa C. Además, la activación de la fosfolipasa A₂ produce ácido araquidónico que puede convertirse en diversos eicosanoides que tienen actividad biológica.

El proceso de activación de neutrófilos es en esencia similar. Se activan, mediante receptores específicos, por interacción con bacterias, unión de factores quimiotácticos, o complejos de antígeno-anticuerpo. El aumento resultante del Ca²⁺ intracelular afecta muchos procesos en neutrófilos, como el montaje de microtúbulos y el sistema de actina-miosina. Estos procesos participan, respectivamente, en la secreción del contenido de gránulos, y en la motilidad, que permite a los neutrófilos buscar a los invasores. Los neutrófilos activados ahora se encuentran listos para destruir a los invasores mediante mecanismos que incluyen producción de derivados activos de oxígeno.

La explosión respiratoria de las células fagocíticas comprende NADPH oxidasa, y ayuda a matar bacterias

Cuando los neutrófilos y otras células fagocíticas fagocitan bacterias, muestran un rápido aumento del consumo de oxígeno, conocido como la explosión respiratoria. Este fenómeno refleja la utilización rápida de oxígeno (después de un retraso de 15 a 60 segundos) y producción a partir del mismo de grandes cantidades de derivados reactivos, como $O 2 − ˙$ , H₂O₂, OH^•, y OCl^– (ion hipoclorito). Algunos de estos productos son potentes agentes microbicidas.

El sistema de cadena de transporte de electrón que se encarga de la explosión respiratoria (llamado NADPH oxidasa) consta de varios componentes. Uno es el citocromo b₅₅₈, ubicado en la membrana plasmática; es un heterodímero, que contiene dos polipéptidos de 91 y 22 kDa. Cuando el sistema se activa (véase más adelante), dos polipéptidos citoplásmicos de 47 y 67 kDa se reclutan hacia la membrana plasmática y, junto con el citocromo b₅₅₈, forman la NADPH oxidasa que se encarga de la explosión respiratoria. La reacción catalizada por NADPH oxidasa, que comprende la formación de anión superóxido, se muestra en el cuadro 52-5 (reacción 2). Este sistema cataliza la reducción de un electrón de oxígeno hacia anión superóxido. El NADPH se genera principalmente mediante el ciclo de la pentosa fosfato, cuya actividad aumenta de manera notoria durante la fagocitosis.

La reacción anterior va seguida por la producción espontánea (por dismutación espontánea) de peróxido de hidrógeno a partir de dos moléculas de superóxido:

El ion superóxido se descarga hacia el exterior de la célula o hacia fagolisosomas, donde encuentra bacterias ingeridas. La muerte de bacterias dentro de fagolisosomas parece depender de la acción combinada de pH alto, ion superóxido, o derivados del oxígeno adicionales (H₂O₂, OH• y HOCl [ácido hipocloroso; véase más adelante]) y de la acción de ciertos péptidos bactericidas (defensinas) y otras proteínas (p. ej., catepsina G y ciertas proteínas catiónicas) presentes en células fagocíticas. Cualquier superóxido que entra en el citosol de las células fagocíticas se convierte en H₂O₂ mediante la acción de la superóxido dismutasa, que cataliza la misma reacción que la dismutación espontánea antes mostrada. A su vez, el H₂O₂ es usado por la mieloperoxidasa (véase más adelante) o se elimina por medio de la acción de la glutatión peroxidasa o la catalasa.

La NADPH oxidasa es inactiva en células fagocíticas en reposo, y se activa en el momento del contacto con diversos ligandos (fragmento C5a del complemento, péptidos quimiotácticos, etc.) con receptores en la membrana plasmática. Los eventos que dan por resultado la activación del sistema de oxidasa se han estudiado mucho, y son similares a los antes descritos para el proceso de activación de neutrófilos. Comprenden proteínas G, activación de fosfolipasa C, y generación de 1,4,5-trifosfato de inositol (IP3). Este último media un aumento transitorio de la concentración de Ca²⁺ citosólico, que es esencial para la inducción de la explosión respiratoria. También se genera diacilglicerol e induce la translocación de la proteína cinasa C hacia la membrana plasmática desde el citosol, donde cataliza la fosforilación de diversas proteínas, algunas de las cuales son componentes del sistema de oxidasa. También opera una segunda vía de activación que no comprende Ca²⁺.

Las mutaciones en los genes que codifican para componentes del sistema de NADPH oxidasa causan enfermedad granulomatosa crónica

La importancia del sistema de NADPH oxidasa se demostró con claridad cuando se observó que la explosión respiratoria era defectuosa en la enfermedad granulomatosa crónica, padecimiento relativamente raro caracterizado por infecciones recurrentes y granulomas diseminados (lesiones inflamatorias crónicas) en la piel, los pulmones y los ganglios linfáticos. Los granulomas se forman en un intento por aislar bacterias que no han muerto, debido a deficiencias genéticas en el sistema de NADPH oxidasa. El trastorno se debe a mutaciones en los genes que codifican para los cuatro polipéptidos que constituyen el sistema de NADPH oxidasa. Algunos pacientes han mostrado respuesta al tratamiento con interferón-γ, que puede aumentar la transcripción del componente de 91 kDa si está afectado. Se están haciendo intentos por crear terapia génica para esta enfermedad. En la figura 52-8 se muestra la probable secuencia de eventos comprendidos en la causa de la enfermedad granulomatosa crónica.

Los neutrófilos contienen mieloperoxidasa, que cataliza la producción de oxidantes clorados

La enzima mieloperoxidasa, presente en grandes cantidades en gránulos de neutrófilos, y que imparte el color verde al pus, puede actuar sobre el H₂O₂ para producir ácidos hipohalosos:

El H₂O₂ que se usa como sustrato se genera mediante el sistema de NADPH oxidasa. El Cl– es el halido que por lo general se emplea, porque está presente en concentración relativamente alta en el plasma y los líquidos corporales. El HOCl, el ingrediente activo del blanqueador líquido doméstico, es un potente oxidante y es altamente microbicida. Cuando se aplica en tejidos normales, su potencial para causar daño disminuye porque reacciona con aminas primarias o secundarias presentes en neutrófilos y tejidos para producir diversos derivados nitrógeno-cloro; estas cloroaminas también son oxidantes, aunque menos potentes que el HOCl, y actúan como agentes microbicidas (p. ej., en la esterilización de heridas) sin causar daño de tejidos.

Las proteinasas de neutrófilos pueden causar serio daño de tejido si sus acciones no se controlan

Los neutrófilos contienen varias proteinasas (cuadro 52-13) que pueden hidrolizar la elastina, diversos tipos de colágenos, y otras proteínas presentes en la matriz extracelular. Si se permite que esa acción enzimática proceda sin restricción, puede dar por resultado serio daño de tejidos. Casi todas estas proteínas son enzimas lisosómicas y existen principalmente como precursores inactivos en neutrófilos normales. Pequeñas cantidades de estas enzimas se liberan hacia tejidos normales; las cantidades aumentan de manera notoria durante la inflamación. Las actividades de la elastasa y de otras proteinasas en circunstancias normales se mantienen a raya por medio de diversas antiproteinasas (que también se listan en el cuadro 52-13) presentes en el plasma y el líquido extracelular. Cada una de ellas se puede combinar —por lo general formando un complejo no covalente— con una o más proteinasas específicas y, así, causar inhibición. En el capítulo 50 se mostró que una deficiencia genética de inhibidor α₁-antiproteinasa (α₁-antitripsina) permite que la elastasa actúe sin oposición y digiera tejido pulmonar, lo que participa en la causa del enfisema. La α₂-macroglobulina es una proteína plasmática que desempeña una importante función en la defensa del cuerpo contra la acción excesiva de proteasas; se combina con diversas proteasas importantes y, así, neutraliza sus actividades (cap. 50).

Cuando se forman cantidades aumentadas de oxidantes clorinados durante inflamación, afectan el equilibrio entre proteinasa y antiproteinasa, y lo inclinan a favor de la primera. Por ejemplo, algunas de las proteínas que se listan en el cuadro 52-13 se activan mediante HOCl, mientras que este compuesto desactiva algunas de las antiproteinasas. Además, la elastasa activada puede hidrolizar el inhibidor hístico de metaloproteinasas y la α₁-antiquimotripsina, y la colagenasa y gelatinasa activadas pueden hidrolizar el inhibidor α₁-antiproteinasa. En casi todas las circunstancias, se logra un equilibrio apropiado de proteinasas y antiproteinasas. Sin embargo, en ciertas circunstancias, como en el pulmón cuando hay deficiencia de inhibidor α₁-antiproteinasa o cuando grandes cantidades de neutrófilos se acumulan en tejidos debido a drenaje inadecuado, puede sobrevenir considerable daño de tejido por la acción de proteinasas sin oposición.

La tecnología de DNA recombinante ha tenido repercusiones importantes sobre muchos aspectos de la hematología. Investigaciones en las que se han usado clonación y secuenciación han esclarecido mucho las bases de las talasemias y de muchos trastornos de la coagulación (cap. 51). El estudio de oncogenes y translocaciones cromosómicas ha aumentado el entendimiento de las leucemias. Como se comentó, técnicas de clonación han puesto a disposición cantidades terapéuticas de eritropoyetina y otros factores de crecimiento. La deficiencia de adenosina desaminasa, que afecta a linfocitos en particular, es la primera enfermedad que se trató mediante terapia génica (caso núm. 1, cap. 57). Al igual que muchas otras áreas de la biología y la medicina, esta tecnología ha revolucionado la hematología, y seguirá haciéndolo. La biología de sistemas es otro método que está empezando a aplicarse a la hematopoyesis normal y anormal. Depende en su mayor parte de herramientas matemáticas, de ingeniería y computacionales para entender más procesos biológicos complejos, como la hematopoyesis. Los avances en genómica y proteómica también serán cruciales para su desarrollo futuro.

• Algunos tipos de anemias son estados muy prevalecientes. Las principales causas de anemia son pérdida de sangre; deficiencias de hierro, folato y vitamina B₁₂, y diversos factores que causan hemólisis.

• El eritrocito es sencillo en lo que se refiere a su estructura y función; consta principalmente de una solución concentrada de hemoglobina rodeada por una membrana.

• La producción de eritrocitos es regulada por la eritropoyetina, mientras que otros factores de crecimiento (p. ej., factores estimulantes de colonias de granulocitos y de colonias de granulocitos-macrófagos) regulan la producción de leucocitos.

• El eritrocito contiene una batería de enzimas citosólicas, como superóxido dismutasa, catalasa y glutatión peroxidasa, para eliminar los potentes oxidantes (ROS) que se generan durante su metabolismo.

• La deficiencia, determinada por mecanismos genéticos, de la actividad de la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, que produce NADPH, es una importante causa de anemia hemolítica.

• La metahemoglobina es incapaz de transportar oxígeno; se reconocen causas tanto genéticas como adquiridas de metahemoglobinemia.

• Se ha acumulado considerable información respecto a las proteínas y los lípidos de la membrana eritrocítica. Varias proteínas del citoesqueleto, como la espectrina, anquirina y actina, interactúan con proteínas de membrana integrales específicas para ayudar a regular la forma y la flexibilidad de la membrana.

• La deficiencia de espectrina da por resultado esferocitosis hereditaria y eliptocitosis hereditaria, de las cuales ambas causan anemia hemolítica.

• Las sustancias del grupo sanguíneo ABO en la membrana eritrocítica son glucoesfingolípidos complejos; el azúcar inmunodominante de la sustancia A es la N-acetil-galactosamina, mientras que el de la sustancia B es la galactosa. La sustancia O no contiene ninguno de estos dos residuos azúcar en los enlaces particulares que se encuentran en las sustancias A y B.

• Los neutrófilos desempeñan una función importante en los mecanismos de defensa del cuerpo. Las integrinas sobre sus membranas de superficie determinan interacciones específicas con diversos componentes de células y tejidos.

• Los leucocitos se activan en el momento de la exposición a bacterias y otros estímulos; la NADPH oxidasa desempeña una función clave en el proceso de activación (la explosión respiratoria). Las mutaciones en esta enzima y proteínas relacionadas causan enfermedad granulomatosa crónica.

• Las proteinasas de neutrófilos pueden digerir muchas proteínas de tejido; en circunstancias normales, esto se mantiene a raya mediante una batería de antiproteinasas. Sin embargo, este mecanismo de defensa puede quedar superado en ciertas circunstancias, lo que da por resultado extenso daño de tejido.

• La aplicación de tecnología de DNA recombinante está revolucionando el campo de la hematología.