Appunti di Fisiologia degli animali domestici

I processi fisiologici

Le forme viventi sono caratterizzate dalla possibilità di svolgere determinate attività che, invece, sono completamente assenti nelle forme non viventi.

Queste sono:

• Metabolismo: tutti i processi biochimici che si svolgono all’interno dell’organismo. Esistono due forme di metabolismo:
• Catabolismo, si ha quando i processi metabolici portano alla scissione delle molecole per fornire energia;
• Anabolismo, si ha quando viene impiegata energia per formare strutture all’interno dell’organismo (es. lipolisi e sintesi proteine muscolari);
• Capacità di rilevare e rispondere alle modificazioni dell’ambiente esterno o interno: si può citare come esempio il controllo della temperatura corporea tramite la sudorazione o la produzione di ormoni come l’insulina che permettono di mantenere il livello della glicemia il più costante possibile;
• Movimento: comprende lo spostamento dell’intero corpo o delle singole cellule. Un esempio ne è la contrazione coordinata dei muscoli per permettere la deambulazione;
• Crescita: consiste nello sviluppo dell’organismo;
• Differenziazione: l’insieme delle mutazioni che portano una cellula indifferenziata a trasformarsi in una cellula specializzata;
• Riproduzione: la formazione sia di nuove cellule che di nuovi individui. Grazie alla riproduzione la vita può continuare da un individuo all’altro.

L’omeostasi

L’omeostasi è il concetto di base della fisiologia: è la capacità che ha l’organismo di mantenere il proprio ambiente interno entro certi limiti fisiologici. Le cellule dell’organismo, infatti, per poter funzionare al meglio devono vivere in un ambiente che abbia delle caratteristiche di pH, temperatura e osmolarità ben determinate e queste caratteristiche devono mantenersi le più costanti possibili.

Col termine “patologia” si indicano le situazioni in cui l’organismo, o parte di esso, ha perso la propria capacità omeostatica. Il clinico veterinario deve quindi essere in grado di individuare la patologia e, tramite un’adeguata terapia, ripristinare l’equilibrio originario.

I vantaggi che una cellula ha di far parte di un organismo sono molteplici. L’attività dell’ameba, infatti, che è un organismo unicellulare e quindi non fa parte di un organismo, è profondamente influenzata dall’ambiente esterno e si blocca quando la temperatura esterna si abbassa. Di conseguenza, l’ameba dipende dalle condizioni esterne e le nicchie ecologiche che può colonizzare non devono avere temperature troppo basse; al contrario, un organismo più complesso come un mammifero può continuare a mantenere la funzione delle sue cellule anche in ambienti sfavorevoli e quindi può colonizzare anche gli ecosistemi nei quali la situazione climatica sarebbe proibitiva per l’ameba.

Il mantenimento di un ambiente costante all’interno di un organismo abbassa notevolmente, e in alcuni casi annulla completamente, l’influenza dell’ambiente.

L’omeostasi dell’organismo viene disturbata continuamente da stimoli sia esterni che interni. Molti di questi stimoli sono blandi e l’organismo riesce a porvi rimedio in pochissimo tempo, in altri casi invece, quando si tratta di stimoli più forti, come l'esposizione a troppo basse o troppo alte temperature o un avvelenamento, questi possono causare una profonda alterazione dell’omeostasi dell’organismo.

Per fortuna l’organismo è capace di sfruttare molti strumenti per limitare e contenere i danni di questi stress.

Esistono alcuni fattori in un organismo che devono essere mantenuti in equilibrio, i principali sono:

• Concentrazione di molecole nutritive;
• Concentrazione di acqua, sali e altri elettroliti;
• Concentrazione di anidride carbonica e ossigeno;
• Temperatura;
• Volume e pressione del sangue;
• pH;
• Concentrazione di materia di scarto del metabolismo.

La regolazione dell’omeostasi è mantenuta attraverso il sistema nervoso e quello endocrino. Il primo rileva le alterazioni ambientali e invia le informazioni ai vari organi per ripristinare l’equilibrio, il secondo invece è costituito da una serie di ghiandole che secernono nel sangue gli ormoni che, a loro volta, agiscono sui diversi organi per il mantenimento dell’omeostasi.

Mentre il sistema nervoso solitamente ha un’azione rapida, ma di breve durata, il sistema endocrino ha un’azione più lenta, ma più duratura.

Molti dei meccanismi di controllo dell’omeostasi si basano su dei sistemi detti di feed-back.

I sistemi di feed-back

I sistemi di feed-back consistono in una serie di eventi durante i quali un fattore controlla la sua stessa secrezione; questo controllo può essere di due tipi:

• Inibitorio, detto feed-back negativo, un esempio è il controllo che gli ormoni tiroidei hanno sul loro fattore di rilascio (TSH), per cui lo stesso fattore che viene rilasciato finisce per bloccare il proprio rilascio;
• Stimolatorio, detto feed-back positivo, si osserva più raramente, un esempio ne sono le contrazioni uterine al momento del parto.

Il sangue

Il sangue è un tessuto liquido e rappresenta il 6-8% del peso corporeo.

È formato da tre elementi cellulari, che rappresentano la parte corpuscolata sospesa nella parte liquida, il plasma:

• Eritrociti;
• Leucociti;
• Piastrine.

Una riduzione del volume del sangue viene detta “ipovolemia”, un suo aumento “ipervolemia”.

Principali funzioni del sangue

Una delle principali funzioni del sangue consiste nel trasporto di sostanze, quali:

• Gas respiratori (O₂, CO₂);
• Sostanze nutritive (glucosio, acidi grassi, amminoacidi);
• Ormoni;
• Enzimi;
• Ioni;
• Cellule del sistema immunitario nei punti in cui è necessario il loro intervento.

È anche importante per la termoregolazione, essendo un liquido infatti ha una buona capacità di trattenere calore e quando viaggia vicino alla superficie corporea il calore viene eliminato verso l’esterno.

Caratteristiche del sangue

Peso specifico ~1050

Il peso specifico del sangue è volte quello dell’acqua e si ottiene sommando i pesi specifici degli elementi che lo compongono e può crescere con l’aumento del numero di cellule presenti nel sangue e con il calo della componente liquida.

Viscosità

Si tratta dell’attrito che si viene a sviluppare tra le molecole di un fluido mentre scivolano una sopra l’altra durante il flusso. Maggiore è la viscosità, maggiori sono le resistenze al flusso. Solitamente più un liquido è spesso, più è alta la sua viscosità.

La viscosità del sangue è ~4-5 volte quella dell’acqua, ciò significa che un dato volume di sangue, alle stesse condizioni di temperatura e pressione, impiega un tempo 4-5 volte superiore a quello dell’acqua per spostarsi da un punto A fino a un punto B.

La viscosità del sangue è influenzata da diversi fattori, quali il numero di globuli rossi circolanti e la concentrazione delle proteine plasmatiche.

Valore ematocrito

Il valore ematocrito è la percentuale di sangue occupata dalla componente corpuscolata. Visto che i globuli rossi costituiscono la componente cellulare più numerosa del sangue, l’ematocrito è costituito principalmente dal volume di sangue occupato da questi ultimi.

Per valutare il valore ematocrito, dopo il prelievo, il sangue reso incoagulabile con eparina viene versato in una provetta detta di Wintrobe e centrifugato per 10 minuti a 18.000 giri o in una provetta da microematocrito e centrifugato per 5 minuti a 10.000 giri.

La centrifugazione provoca la separazione dei componenti del sangue, in base al loro peso specifico.

Le componenti più pesanti sono i globuli rossi, i quali per questo motivo si depositano sul fondo della provetta, al di sopra di essi vi sarà una patina di pochi millimetri di materiale biancastro (“buffy coat”), formato da leucociti e piastrine.

Infine, nella parte superiore della provetta, si avrà la componente liquida del sangue, il plasma.

I fattori che possono determinare una variazione del valore ematocrito sono legati a modificazioni del numero dei globuli rossi e alla perdita di liquidi.

Velocità di eritrosedimentazione (VES)

È la velocità con la quale i globuli rossi si depositano sul fondo di una provetta e può subire delle modificazioni in presenza di determinate patologie.

Per valutare la VES, dopo il prelievo, si pone del sangue reso incoagulabile in una provetta di quelle utilizzate per il macroematocrito e lo si lascia riposare a temperatura ambiente. Dopo un determinato periodo di tempo si potrà notare che i globuli rossi tendono a depositarsi sul fondo.

Nel cane la VES è di circa 3 mm/ora, nel cavallo è invece molto più veloce (~2-10 mm/10 min).

La VES può variare a seguito di diversi fattori: malattie croniche come la tubercolosi o la febbre reumatoide ne causano un aumento, mentre situazioni di iperglicemia, allergie e policitemia determinano una diminuzione.

I globuli rossi

Struttura del globulo rosso

Gli eritrociti, detti anche emazie, sono le cellule più numerose del sangue.

Sono composti principalmente da:

• Acqua (60-70%);
• Emoglobina (28-35%);
• Sostanze organiche e inorganiche (5%).

Negli uccelli e nei rettili i globuli rossi presentano il nucleo, il quale manca nei globuli rossi dei mammiferi, questo per massimizzare il contenuto di emoglobina.

I globuli rossi hanno la forma di dischi biconcavi con diametro di circa 8 µ e spessore di 2. Questa forma si adatta perfettamente al trasporto dell’emoglobina e quindi anche dell’ossigeno. A differenza della forma sferica, questa forma biconcava, concede una maggiore superficie per la diffusione dell’ossigeno attraverso la membrana, la quale si presenta molto sottile ma anche molto flessibile, condizione che permette all’eritrocita di passare anche attraverso i capillari particolarmente piccoli.

L’eritropoiesi (formazione dei globuli rossi)

La creazione di nuovi globuli rossi prende il nome di eritropoiesi (o emopoiesi).

Durante il primo periodo della vita fetale questa avviene a livello del fegato, mentre nel secondo periodo si sposta a livello del midollo osseo delle ossa lunghe. Nel soggetto adulto l’emopoiesi avviene nel midollo osseo, in particolare quello delle ossa piatte.

Le fasi che si distinguono nell’emopoiesi sono:

1. Cellula staminale totipotente, una cellula in grado di differenziarsi in cellule della serie bianca o della serie rossa;
2. Protoeritroblasto, all’interno del quale sono presenti tutte le componenti cellulari;
3. Eritroblasto basofilo, in questa cellula comincia a formarsi l’emoglobina;
4. Eritroblasto policromatico;
5. Eritroblasto ortocromatico, in cui è contenuta una grande quantità di emoglobina;
6. Reticolocita, il quale non presenta nucleo ma ha dei residui di organelli cellulari che gli danno l’aspetto di un reticolo, si trasferisce dal midollo osseo al circolo sanguigno e, dopo un breve periodo di maturazione, diventa un globulo rosso. La percentuale di reticolociti presenti in circolo è dell’1%. Nel caso di un’anemia, un aumento del numero di reticolociti in circolo indica una prima reazione dell’organismo (anemia rigenerativa).

Esistono degli ormoni che sono in grado di stimolare l’eritropoiesi, il principale dei quali è l’eritropoietina, la quale viene sintetizzata esclusivamente a livello renale nel cane, mentre in altre specie viene sintetizzata anche dal fegato.

L’effetto principale dell’eritropoietina è quello di stimolare all’interno del midollo osseo la formazione di proeritroblasti dalle cellule staminali emopoietiche.

L’eritropoietina impiega dai 7 agli 8 giorni ad aumentare il numero di globuli rossi, questo è anche il tempo di maturazione necessario affinché la cellula staminale totipotente si trasformi in globulo rosso.

Lo stimolo per la sintesi e la secrezione di eritropoietina è determinato da una mancanza di ossigeno nel sangue arterioso che arriva al rene, per questo una stenosi dell’arteria renale è in grado di causare un aumento di questo ormone e indurre una policitemia eritrocitaria.

Fra le cause che ne stimolano la produzione si trovano:

• L’altitudine;
• L’esercizio fisico;
• Patologie cardiorespiratorie.

Nell’uomo ogni mm³ di sangue contiene all’incirca 5 milioni di eritrociti, nel bovino 7.5, nella pecora 12.0, nella capra 13.0, nel cavallo 7.7-9.0, nel cane 6.8, nel gatto 7.5 e nel suino 6.5.

In base alle loro dimensioni gli eritrociti possono essere definiti:

• Normociti (di dimensioni normali);
• Macrociti (di dimensioni aumentate);
• Microciti (di dimensioni ridotte).

In base al loro contenuto di emoglobina, quindi alla loro colorazione, si distinguono in:

• Normocromici (colorazione normale);
• Ipercromici (con colorazione più intensa);
• Ipocromici (colorazione meno intensa).

Variazioni morfologiche degli eritrociti

La variazione delle dimensioni dei globuli rossi viene detta anisocitosi e viene osservata principalmente negli animali giovani, è molto comune anche nei bovini.

Le variazioni di forma sono invece definite poichilocitosi.

Le variazioni morfologiche degli eritrociti sono molto comuni nella capra e nella pecora.

L’emoglobina

L’emoglobina è costituita da una componente proteica, la globina e da una non proteica, l’eme.

Nel 95% delle molecole di emoglobina degli adulti sono presenti due catene alfa e due catene beta, nel feto invece è contenuta l’emoglobina F, la quale ha una maggiore affinità con l’ossigeno rispetto all’emoglobina di un adulto.

La globina è una proteina costituita da quattro catene polipeptidiche:

• Alfa;
• Beta;
• Gamma;
• Delta.

Ciascuna di queste quattro catene polipeptidiche porta legato a sé un gruppo eme, per cui una molecola di emoglobina è formata da quattro gruppi eme, ciascuno dei quali legato a una catena polipeptidica.

L’eme è costituito da quattro gruppi azotati non proteici legati e un atomo di ferro, il quale può combinarsi reversibilmente con una molecola di ossigeno, così che ciascuna molecola di ossigeno, in questo modo ogni molecola di emoglobina può trasportare quattro molecole di ossigeno.

L’emoglobina è un pigmento e appare rossa quando è legata all’ossigeno (sangue arterioso, ossiemoglobina) e bluastra quando è deossigenata (sangue venoso).

Oltre che legarsi all’ossigeno, l’emoglobina, può legarsi anche all’anidride carbonica (CO₂), contribuendo al trasporto di questo gas verso i polmoni.

I globuli rossi contengono l’anidrasi carbonica, un enzima capace di catalizzare la reazione che porta alla conversione della CO₂ + H₂O in ioni bicarbonato HCO₃^- e che costituisce la principale forma di trasporto della CO₂ nel sangue.

L’emoglobina ha anche una funzione tampone per il pH del sangue ed è anche in grado di legare anche degli ioni H⁺, trasportarli ai polmoni e farli eliminare.

Normalmente il sangue contiene 15 g di emoglobina per 100 ml, visto che ciascun grammo di emoglobina si combina con 1.34 ml di ossigeno, la capacità di trasporto di emoglobina del sangue è di 20 ml di ossigeno per 100 ml di sangue.

La fragilità eritrocitaria

In determinate patologie si può verificare un abbassamento della resistenza all’emolisi; dunque, le emazie si lisano con maggiore facilità.

Per eseguire il test della valutazione della fragilità eritrocitaria si preparano delle provette contenenti una soluzione fisiologica tamponata con concentrazioni a scalare progressive; la quantità di NaCl varia dallo 0.85% fino al 0%, quindi si aggiunge in ciascuna delle provette il sangue che si intende analizzare.

Resistenza osmotica eritrocitaria (in % di NaCl): bovino 0.58-0.48; pecora 0.68-0.44; capra 0.74-0.44; cavallo 0.58-0.42; cane 0.46-0.34; gatto 0.68-0.50; suino 0.70-0.45.

All’interno delle soluzioni ipotoniche i globuli rossi assorbiranno un determinato quantitativo di acqua e quindi, superati certi valori di ipotonicità della soluzione, si romperanno, l’emoglobina contenuta uscirà dai globuli rossi e il colore della soluzione si modificherà. Solo a questo punto si può calcolare la fragilità eritrocitaria minima e massima; dalla media di questi due valori si otterrà la fragilità corpuscolare media.

Questo valore può essere modificato dalla presenza di parecchi globuli rossi invecchiati o per le alterazioni della forma o delle dimensioni delle emazie, le quali aumentano la fragilità della membrana.

L’eritrocateresi

La vita del globulo rosso dura circa 120 giorni, ciò è dovuto al fatto che esso è privo di nucleo, per questo, non è in grado di sintetizzare le proteine necessarie per la riparazione, la crescita e il rinnovamento del proprio pool enzimatico; inoltre, non riesce a procurarsi energia (ATP) necessaria per il funzionamento delle pompe Na/K.

Mancando l’energia, la funzione delle pompe Na⁺/K⁺ viene alterata, il globulo rosso perde quindi la capacità di mantenersi in equilibrio osmotico con il plasma, si rigonfia e diventa uno sferocita; a causa di queste alterazioni la membrana plasmatica dell’eritrocita diventa più fragile e meno elastica, con la tendenza a rompersi nel passaggio all’interno dei capillari più piccoli, in modo particolare in quelli della milza.

Alcune proteine della membrana dell’