Hemoglobina: Estructura, Síntesis y Función

La hemoglobina es una proteína con estructura cuaternaria, es decir, está constituida por cuatro cadenas polipeptídicas. Es el contenido principal de los glóbulos rojos y está constituida por:

  • Un grupo prostético no proteico, que recibe generalmente el nombre de Hem o Hemo y que proporciona a la sangre su color rojo característico.
  • Cuatro cadenas de globina (parte proteica).
  • Cuatro grupos hemo (parte prostética no proteica), cada grupo hemo va unido a su cadena de globina.
  • Protoporfirina IX (cuatro anillos pirrólicos con extremos nitrogenados) + Hierro (Fe).

El hierro se encuentra de forma reducida o ferrosa (Fe++). Cuando está de forma férrica u oxidada (Fe+++), no podría fijarse el O2, y la hemoglobina carecería de función respiratoria. El hierro se encuentra en forma oxidada como metahemoglobina; en condiciones fisiológicas, solo un 1% de la hemoglobina es metahemoglobina.

Tipos de Hemoglobina

Existen diferentes tipos de hemoglobina, según las cadenas globínicas que poseen:

  • Hemoglobina Adulta (HbA): Dos cadenas alfa (α) y dos beta (β). Es la mayoritaria en el adulto, constituyendo el 97% de la hemoglobina total.
  • Hemoglobina Adulta Minoritaria (HbA2): Dos cadenas alfa (α) y dos delta (δ). En el adulto, constituye el 2-3% de la hemoglobina total.
  • Hemoglobina Fetal (HbF): Dos cadenas alfa (α) y dos gamma (γ). Es la más abundante desde el cuarto mes de embarazo hasta los seis meses de edad.
  • Hemoglobina Portland: Dos cadenas épsilon (ε) y dos gamma (γ). (Rara)
  • Hemoglobina Gower 1: Dos cadenas épsilon (ε) y dos zeta (ζ).
  • Hemoglobina Gower 2: Dos cadenas alfa (α) y dos épsilon (ε).

Las hemoglobinas Gower 1 y 2 están presentes en el embrión.

Síntesis de la Hemoglobina

La hemoglobina está formada por una protoporfirina IX, la cual se sintetiza en las mitocondrias, y la globina, que se sintetiza en los ribosomas de las células. Su síntesis comienza en el eritroblasto policromatófilo y termina en el reticulocito.

  1. Primero, aminoácidos (glicina) se unen al ácido succínico. Para que se unan, se requiere vitamina B6 (coenzima) y la presencia de ácido delta-aminolevulínico (ALA).
  2. Cuando se condensan dos moléculas de ALA (ALA + ALA), se produce el porfobilinógeno (PBG), un monopirol, en presencia de ALA deshidratasa.
  3. La posterior unión de cuatro moléculas de porfobilinógeno da lugar, tras una serie de compuestos intermedios, a la protoporfirina IX.
  4. El hierro (Fe), que previamente ha entrado en la célula transportado por la transferrina, se inserta en la molécula de protoporfirina IX mediante una enzima (la ferroquelatasa) para formar la molécula de Hem completa.

Función de la Hemoglobina

La función más importante de la hemoglobina es el transporte de oxígeno (O2) desde los alvéolos pulmonares a los tejidos.

  • Si la hemoglobina está cargada de O2, se llama oxihemoglobina, que predomina en la sangre arterial.
  • Si no lleva O2, es desoxihemoglobina o hemoglobina reducida, que predomina en la sangre venosa.

Cada molécula de hemoglobina puede transportar un máximo de cuatro moléculas de O2, resultando en hemoglobina saturada. El grado de saturación de la hemoglobina depende de la concentración o presión parcial de O2 en el medio (PO2). Si esta es elevada, las moléculas de hemoglobina se saturan.

En ciertas condiciones, la afinidad de la hemoglobina por el O2 es baja. Hay factores que pueden disminuirla aún más, como:

  • Disminución del pH del medio.
  • Ascenso de CO2 en el medio.
  • Presencia de 2,3-bifosfoglicerato: Cuando este último aumenta en la sangre, hace que descienda la afinidad de la hemoglobina por el O2, lo que favorece la liberación de este a los tejidos y, por tanto, la oxigenación de los mismos.

La hemoglobina fetal (HbF) tiene mayor afinidad que la HbA por el O2, lo que explica que el feto capte el O2 en la membrana placentaria. El O2 solo se une al hierro ferroso o reducido (Fe++), y es incapaz de fijarse al hierro férrico u oxidado (Fe+++), lo que da lugar a la metahemoglobina.

La hemoglobina también contribuye al transporte del dióxido de carbono (CO2) desde los tejidos a los alvéolos pulmonares.

Catabolismo de la Hemoglobina

Después de que los macrófagos destruyan los hematíes, la hemoglobina que contienen es catabolizada de la siguiente manera:

  • La globina se desdobla en aminoácidos que van a formar parte de la reserva de aminoácidos del organismo y luego son reutilizados.
  • El hierro (Fe) se almacena a nivel de los macrófagos como ferritina y, seguidamente, es captado por la transferrina plasmática y transportado a la médula ósea para su reutilización.
  • La protoporfirina IX se transforma, tras varios pasos sucesivos, en bilirrubina, que pasa al plasma y es captada por el hígado. Este la conjuga con ácido glucurónico y la elimina a través de la bilis, orina y heces, hacia la luz intestinal.

Práctica: Determinación de Hemoglobina en Sangre

Es importante para el diagnóstico de anemias, por eso el método tiene que ser preciso y fiable. Los métodos más utilizados son los que son capaces de absorber luz de la hemoglobina o alguno de sus derivados, como la oxihemoglobina.

Fundamento

Transformación de la hemoglobina en cianometahemoglobina por los siguientes pasos:

  1. El Fe2+ de la hemoglobina, en presencia de ferricianuro potásico, se oxida a Fe3+, dando lugar a metahemoglobina.
  2. Después, en presencia de cianuro potásico, la metahemoglobina pasa a cianometahemoglobina, que es un compuesto estable de color rojo con un pico de absorción máximo a 540 nm, cuya concentración puede ser determinada por métodos colorimétricos.

Interpretación Clínica

Valores normales de hemoglobina:

  • Hombres: 14-18 g/dL
  • Mujeres: 11-16 g/dL
  • Niños: 10-14 g/dL

Índices Eritrocitarios: Parámetros Hematimétricos

Los índices eritrocitarios, también conocidos como índices hematimétricos o corpusculares, son una serie de parámetros que expresan diferentes características de los hematíes.

Los índices tradicionales se calculan a partir de los valores obtenidos del número de hematíes (en millones/mm³), del hematocrito (en %) y de la concentración de la hemoglobina en sangre (g/dL). Los autoanalizadores hematológicos son capaces de proporcionar los índices tradicionales y, además, suministran otros nuevos.

Índices Eritrocitarios Tradicionales

Volumen Corpuscular Medio (VCM)

Valor medio del volumen de los hematíes. Nos indica si el tamaño de los hematíes es normal, grande, etc. Se calcula a partir del hematocrito (HCT) y del recuento de hematíes (RBC).

Fórmula: VCM = HCT / RBC x 10

Su valor normal está comprendido entre 80 y 100 fL (1 fL = 1 femtolitro = 10-15 L).

  • Si es menor de 80 fL, se denomina microcitosis, que se da en la ferropenia y en la talasemia.
  • Si es mayor de 100 fL, se denomina macrocitosis, que se da en las carencias de vitamina B12 o ácido fólico, hepatopatías crónicas y en la reticulocitosis.

Hemoglobina Corpuscular Media (HCM)

Valor medio del contenido en hemoglobina de los hematíes. Se calcula a partir de la concentración de hemoglobina y del número de hematíes.

Fórmula: HCM = Hb / RBC x 10

Su valor normal está comprendido entre 27 y 31 picogramos (1 pg = 10-12 g).

  • Si es menor de 27 pg, se denomina hipocromía, que se asocia a la microcitosis.
  • Si es mayor de 31 pg, hay hipercromía relativa, que se asocia a la macrocitosis.

Concentración de Hemoglobina Corpuscular Media (CHCM)

El valor de la cantidad de hemoglobina (en gramos) contenida en 1 dL de hematíes. Se calcula a partir de la concentración de hemoglobina y del hematocrito.

Fórmula: CHCM = Hb / HCT x 100

Su valor normal está comprendido entre 32 y 36 g/dL.

  • Si es mayor de 36 g/dL, se produce hipercromía absoluta.
  • La disminución de la CHCM se da en la hidrocitosis o estomatocitosis congénita por dilución del contenido hemoglobínico eritrocitario.
  • El aumento de la CHCM se produce en la esferocitosis hereditaria y en la deshidratación eritrocitaria.

Nuevos Índices Eritrocitarios

Índice de Distribución de los Hematíes (IDH)

También conocido como Anchura de la Distribución Eritrocitaria (ADE). Es el coeficiente de variación (CV) de los volúmenes de los glóbulos rojos (GR). El CV es un parámetro estadístico que expresa el grado de dispersión existente entre los valores obtenidos.

Su valor normal debe ser igual o menor del 15%. Indica la variación existente entre los hematíes. Cuando el IDH es superior al 15%, hay anisocitosis. Normalmente, en todas las anemias hay anisocitosis.

Anchura de la Distribución de la Hemoglobina (ADH)

También denominado ET-Hb. Es la desviación estándar de las concentraciones de hemoglobina de los hematíes.

Su valor normal está entre 2.2 y 3.2 g/dL.

  • La disminución de la ADH indica presencia de hematíes hipocrómicos.
  • El aumento de la ADH indica presencia de hematíes hipercrómicos.

La separación de la ADH de sus valores normales es signo de anisocromía.

Alteraciones de los Hematíes: Tamaño, Forma y Color

Los hematíes, también llamados eritrocitos o glóbulos rojos, son las células de la sangre encargadas del transporte del oxígeno a los órganos y tejidos y del dióxido de carbono para su eliminación. Contienen en su interior una proteína compleja, en cuya molécula está presente el hierro, que confiere a la sangre su color rojo característico y se denomina hemoglobina (Hb), esencial para dicha función de transporte.

Los hematíes pueden presentar variaciones en su tamaño, forma y color.

Alteraciones del Tamaño de los Hematíes

Los hematíes normocíticos presentan las siguientes dimensiones:

  • Diámetro longitudinal: 7-8 µm
  • Diámetro transversal (espesor):
    • Periférico: 2 µm
    • Central: 1 µm
  • Superficie: 120-140 µm2
  • Volumen: 80-100 µm3

Anisocitosis

Existencia de hematíes de distintos tamaños. Se produce en los pacientes transfundidos.

Microcitosis

Existencia de hematíes inferiores a los normales (pequeños). Se produce en la talasemia, en la anemia sideroblástica y, sobre todo, en la anemia ferropénica.

Macrocitosis

Existencia de hematíes superiores a los normales (grandes). Se produce en el alcoholismo y en las hepatopatías crónicas, así como en anemias por falta de factores como el ácido fólico o la vitamina B12.

Megalocitosis

Consiste en la existencia de unos hematíes con un diámetro longitudinal superior a 11 µm. Se produce en la anemia megaloblástica.

Alteraciones de la Forma de los Hematíes

Los hematíes normocíticos poseen una forma de disco bicóncavo sin núcleo.

Acantocitosis

Existencia de hematíes con espículas de longitud y posición irregular (acantocitos). Se produce en la cirrosis hepática y en pacientes a los que se les administran altas dosis de heparina.

Dianocitosis

Existencia de hematíes planos y con una forma de sombrero mexicano o de diana. Si se observan de frente, tienen un reborde coloreado que delimita una zona anular pálida, cuyo centro también está coloreado. Ello les confiere una imagen en diana y por eso reciben el nombre de dianocitos. Se produce en la talasemia y en las hepatopatías.

Drepanocitosis

Existencia de hematíes con forma de hoz (hematíes falciformes o drepanocitos). Se produce en la anemia de células falciformes.

Eliptocitosis

Existencia de hematíes con forma elíptica y oval (eliptocitos u ovalocitos). Se produce en la anemia ferropénica, en la anemia megaloblástica y en la mielofibrosis, pero es típica de la eliptocitosis hereditaria. Los eritrocitos del camello, la salamandra y la gallina tienen esta forma.

Equinocitosis

Existencia de hematíes con espículas cortas y distribuidas regularmente a lo largo de toda su superficie. Se produce, por ejemplo, en la uremia y en sangre envejecida, cuando los hematíes son pobres en K+, y en las hepatopatías neonatales.

Esferocitosis

Existencia de hematíes con forma esférica (esferocitos), que habitualmente también son de pequeño tamaño (microesferocitos). Se produce en la hidrocitosis, en la anemia inmunohemolítica y, sobre todo, en la esferocitosis hereditaria.

Esquistocitosis

Existencia de hematíes fragmentados (esquistocitos). Se produce en la anemia hemolítica microangiopática, en la hemólisis mecánica por la presencia de una prótesis valvular cardíaca y en las quemaduras graves.

Estomatocitosis

Consiste en la existencia de hematíes con una invaginación central en forma de boca. Estos eritrocitos son realmente discos unicóncavos. Se produce en el alcoholismo y en las hepatopatías crónicas.

Excentrocitosis

Existencia de hematíes cuya hemoglobina está concentrada en uno de sus polos. Se produce en el déficit de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PD).

Poiquilocitosis

Existencia de hematíes con una sola prolongación alargada que les confiere el aspecto de una raqueta o de lágrima (dacriocitos). Se produce en la talasemia.

Alteraciones del Color de los Hematíes

Los hematíes normocrómicos presentan, con los métodos de tinción habituales, una coloración rosada (eosinófila). Además, esta coloración es más intensa en la periferia que en el centro.

Anisocromía

Consiste en una falta de uniformidad en la coloración entre unos hematíes y otros. La coexistencia de dos poblaciones de hematíes con coloraciones distintas se produce, por ejemplo, en:

  • El inicio del tratamiento de la anemia carencial.
  • Los enfermos con anemia hipocrómica que son transfundidos.

Hipocromía

Existencia de hematíes pálidos y con aumento de la claridad central (hematíes hipocrómicos y anulocitos). Se produce en la anemia ferropénica.

Hipercromía

Consiste en la existencia de hematíes intensamente coloreados (hematíes hipercrómicos). La única hipercromía real es la que se produce en la esferocitosis hereditaria.

Policromasia

Consiste en la existencia de hematíes que presentan una coloración ligeramente basófila o azulada. Realmente, estas células son reticulocitos.

Inclusiones Intraeritrocitarias

Normalmente, los hematíes solo contienen hemoglobina, por lo que su interior es homogéneo. Sin embargo, en algunas ocasiones se pueden encontrar elementos extraños en su interior.

Sustancia Granulofilamentosa

O reticulofilamentosa, procede de restos ribosómicos agregados. Consiste en una trama granulosa visible mediante la coloración con azul de cresil brillante. Es propia de los reticulocitos.

Cuerpo de Howell-Jolly

Es un pequeño residuo nuclear. Consiste en un grumo visible en el interior de los hematíes que se tiñe de un color que oscila entre el rojo oscuro y el negro con los colorantes habituales. Aparece en sujetos esplenectomizados y en los que padecen esprúe.

Punteado Basófilo

Consiste en puntitos basófilos, con las tinciones habituales, de tamaño variable y dispersos por toda la superficie del hematíe. Se tiñen con tinción de Perls. Se produce en las intoxicaciones por plomo, y también en la talasemia y en la leucemia.

Anillos de Cabot

Están formados por restos de la membrana nuclear o de microtúbulos. Consisten en una especie de hilos basófilos, con las tinciones habituales, que adoptan una forma de anillo o de ocho y que pueden ocupar toda la periferia celular. Se produce en la anemia megaloblástica.

Inclusiones Parasitarias

Las que se encuentran en los hematíes parasitados por distintas formas evolutivas del Plasmodium. Así, si el hematíe está parasitado por un trofozoíto inicial, la imagen percibida dentro del hematíe tiene forma anular.

Práctica: Soluciones Hipo e Hipertónicas y su Efecto en Eritrocitos

Los glóbulos rojos en soluciones isotónicas presentan una morfología muy característica de disco bicóncavo, que es capaz de doblarse sobre sí mismo debido al material viscoelástico que compone su membrana celular, lo que permite un grado de deformidad para poder atravesar la microcirculación y el filtro esplénico.

  • Si suspendemos los eritrocitos en una solución hipertónica, la salida del agua de la célula debido a la presión osmótica producirá un plegamiento de la membrana que da lugar a un aspecto de célula arrugada: eritrocitos crenados.
  • Por el contrario, si usamos soluciones hipotónicas, se producirá una entrada del agua en la célula; esta se hincha y la hemoglobina puede salir de la célula a través de los poros de la membrana. Observamos entonces unos eritrocitos grandes, incoloros y con poco contraste, que se llaman hematíes fantasmas. Posteriormente, se produce la rotura de la membrana, que se conoce como hemólisis.