Fisiologia dell’apparato cardiovascolare

Apparato cardiocircolatorio cardiovascolare

L'apparato è caratterizzato da vasi complessi importanti per la sopravvivenza, perché trasportano O₂, H₂O e nutrienti, importanti per l'organismo, e allo stesso tempo elimina CO₂, considerato come "rifiuto".

Sistema di vasi

Questo complesso può essere considerato come un sistema di tubi in cui scorre un fluido newtoniano: il sangue. La serie di tubi è caratterizzata dal sistema arterioso, venoso, capillare e linfatico, oltre che dal cuore. Il cuore, un organo propulsore, agisce come una pompa che “spinge” il sangue in tutto il corpo. Esso è un muscolo particolarmente potente, approssimativamente grande quanto un pugno chiuso, localizzato nella cavità mediastinica.

Il cuore raccoglie, dal resto dell’organismo, il sangue desaturato (privo di O₂), che è stato rilasciato nella parte periferica, e lo spinge al livello polmonare, mediante la circolazione, per ricaricare il sangue di O₂. Dai polmoni, il sangue ossigenato verrà rimesso in circolo attraverso la cavità sinistra e verrà dirottato nei tessuti, mediante l’aorta, in quella che viene chiamata grande circolazione.

Distinzione tra i vasi

• Arterie: i vasi che partono dal cuore e raggiungono la periferia portando sangue ossigenato. Questi vasi potrebbero andare incontro, se perdono la loro elasticità, a un processo aterosclerotico (→ ictus, infarto).
• Vene: i vasi che dalla periferia giungono al cuore portando sangue deossigenato.
• Capillari: arterie e vene si ramificano in vasi di calibro sempre più piccolo che terminano nei capillari, i quali presentano pareti sottili e “defenestrati”, a livello dei quali avviene lo scambio di gas e nutrienti con i tessuti periferici.

Sangue

Funzioni del sangue

• Trasporto di gas disciolti, portando O₂ dai polmoni ai tessuti e CO₂ dai tessuti ai polmoni.
• Distribuzione delle sostanze nutritive assorbite nel tubo digerente o rilasciate dai depositi del tessuto adiposo o dal fegato.
• Trasporto dei prodotti del catabolismo dai tessuti periferici ai siti di eliminazione, come i reni.
• Consegna di enzimi e ormoni a specifici tessuti-bersaglio.
• Regolazione del pH e della composizione elettrolitica dei liquidi interstiziali in ogni parte del corpo.
• Riduzione delle perdite dei liquidi attraverso i vasi danneggiati o lesionati. Le reazioni di coagulazione bloccano le interruzioni delle pareti vascolari, prevenendo modificazioni nel volume del sangue che possono intaccare seriamente la funzione cardiovascolare.
• Difesa del corpo da tossine e agenti patogeni: infatti, trasporta globuli bianchi, cellule specializzate che migrano nei tessuti periferici per combattere infezioni o rimuovere detriti, e apporta anticorpi, proteine speciali che attaccano microrganismi o agenti estranei.
• Regolazione della temperatura del corpo, assorbendo e ridistribuendo calore. Il sangue, quasi al 50%, è fatto di H₂O, che ha una capacità straordinariamente elevata di trattenere calore.

Il sangue scorre nell'albero circolatorio (vene, arterie e capillari) e solamente al livello dei capillari entra in rapporto diretto con i tessuti tramite il liquido interstiziale, il quale funge da intermediario tra il sangue e le cellule. Un eccesso di liquido interstiziale viene drenato dal sistema linfatico, che lo immette nel corrente circolatorio.

Componenti del sangue

Esso è costituito da una parte liquida (plasma, che costituisce il 55%-60% del volume totale del sangue) e una parte corpuscolata (cellule specializzate, come eritrociti, globuli bianchi e piastrine, che nel complesso rappresentano il 40-45% del sangue). Si parla di ematocrito per definire il rapporto tra volume della parte corpuscolata e volume del plasma (rapporto 45% : 55%).

Il plasma è la componente liquida del sangue ed è costituito da H₂O (90%), protidi plasmatici (8%, molecole di natura proteinica: albumina, globuline e fibrinogeno), molecole di natura lipidica (colesterolo, acidi grassi liberi, fosfolipidi e trigliceridi), prodotti azotati e glucosio. Ci sono poi una serie di enzimi (esterasi, colinesterasi, creatinfosfochinasi e transaminasi) e sali (sodio, cloro, potassio e bicarbonato).

Tracciato elettroforetico

Tale esame viene prescritto o si fa in associazione all’ematocrito perché dà un’idea generale dello stato di salute del paziente sfruttando le proprietà elettroforetiche delle proteine. Il plasma viene sottoposto a un campo elettrico che separerà le proteine in base alle loro dimensioni (elettroforesi in SDS page).

L’albumina (anche chiamata sieroalbumina) è la proteina plasmatica più importante perché, per il 70-80%, è la principale responsabile della generazione della pressione colloide-osmotica; inoltre, funge da veicolo per varie sostanze (ormoni, bilirubina, ecc.). La diminuzione dell’albumina plasmatica può portare a una riduzione drastica della pressione oncotica con gravi alterazioni negli scambi idrici tra il compartimento ematico e quello tissutale.

Fibrinogeno è una glicoproteina implicata nella coagulazione del sangue e il suo elevato peso molecolare conferisce viscosità al sangue. È fondamentale perché è un precursore della fibrina, la quale interviene nei processi di formazione del coagulo del sangue. Fibrinogeno e albumina sono prodotti dal fegato, mentre le globuline si formano in parte nel fegato e in parte nel tessuto linfatico.

Le sieroglobuline si suddividono in:

• α1 e α2: sono glicoproteine con funzione di trasporto, per esempio, la transferrina che trasporta il ferro dall’intestino al livello midollare osseo e al livello degli organi di deposito. La transferrinemia è importante, insieme a sideremia e ferritinemia, nella valutazione del quadro marziale di un paziente, in particolar modo per fare una diagnosi di anemia da carenza di ferro.
• β1 e β2: lipoproteine implicate nel trasporto dei lipidi, come HDL e LDL (colesterolo).
• γ-globuline o immunoglobuline: comprendono la maggior parte degli anticorpi di diversa natura e di diversa classe.

Lipidi plasmatici

Principalmente sono colesterolo, trigliceridi, fosfolipidi e acidi grassi liberi. Ad oggi, si riserva una grandissima attenzione al colesterolo, che ha un ruolo fondamentale nella patogenesi dell'aterosclerosi. Si ha la possibilità di dosare le proteine plasmatiche che trasportano il colesterolo, che sono distinguibili sulla base dei processi di ultracentrifugazione, in:

• Lipoproteine a bassissima densità (VLDL).
• Lipoproteine a bassa densità (LDL): trasportano il colesterolo sintetizzato dal fegato alle cellule del corpo.
• Lipoproteine a media densità (IDL).
• Lipoproteine ad alta densità (HDL): rimuovono il colesterolo in eccesso dai diversi tessuti e lo trasportano al fegato, il quale lo elimina.

Le VLDL e LDL sono riconosciute come “colesterolo cattivo” in quanto, se presenti in quantità eccessive, tendono a depositarsi sulle pareti dei vasi provocando aterosclerosi. Le HDL sono note come “colesterolo buono” perché sono responsabili del trasporto inverso del colesterolo (RCT), ossia il processo con cui il colesterolo in eccesso viene rimosso dai tessuti periferici, attraverso la sua incorporazione nelle lipoproteine HDL e il successivo trasporto al fegato per l’escrezione biliare.

Questo processo avviene in due tappe epatiche:

• Prima via epatica: le HDL ricche di colesterolo esterificato cedono i lipidi alle lipoproteine ricche di trigliceridi (chilomicroni e VLDL) per poi essere captati dal fegato mediante dei recettori specifici, chiamati recettori LDL (o LDL receptor), per essere rimossi dalla circolazione. Questo è il traporto del colesterolo dal corrente ematico al fegato.
• Seconda via epatica: coinvolge dei recettori epatici specifici per le HDL, ossia per quelle lipoproteine ricche di colesterolo esterificato che sono in fase di processazione e di scaricamento del colesterolo. In questo caso, ci sono anche dei processi di riciclo che consentono di svuotare le HDL dal loro contenuto e di formare le pre-HDL, che sono dei precursori dell’HDL.

Meccanismo generale delle LDL a livello epatico

Le LDL vengono internalizzate nel fegato (trasporto inverso del colesterolo), grazie a recettori esposti sulla membrana dell’epatocita, che: le legano e ne mediano l’uptake ed il suo passaggio al sistema endosomiale; da qui la particella di LDL viene rilasciata ed interiorizzata. I recettori vengono poi riciclati e riesposti sulla superficie dell’epatocita per legare ed internalizzare nuove LDL.

Meccanismo in relazione alla PCSK9

Quando la proteina PCSK9 si lega ai recettori extracellulari della LDL, viene internalizzata insieme a questi recettori; va poi a modificare il processo esosomiale di turnover dei recettori, bloccandoli e facendo in modo che vi sia una bassa esposizione dei recettori di LDL sulla superficie degli epatociti, in modo che non si possa internalizzare nuovo LDL: questo fa sì che i livelli di colesterolo nel sangue rimangano elevati.

Per diminuire i livelli di colesterolo nel sangue si può inibire (tramite anticorpi monoclonali) questa proteina: è una terapia utilizzata nel trattamento di pazienti con ipercolesterolemia, o comunque per quei pazienti che non sono responsivi al trattamento con statine o ezetimibe (un farmaco che riduce l’assorbimento di colesterolo).

Elementi figurati del sangue

Eritrociti

Gli eritrociti (o emazie/globuli rossi) sono le cellule più numerose del sangue (4-6 milioni/mm³), ne rappresentano circa il 40-45% del volume totale. In massa acquisiscono un colore rosso, da qui il nome, ma osservati microscopicamente presentano un colore più tendente all’arancione, dovuto alla presenza dell’emoglobina. I globuli rossi vengono prodotti nel midollo delle ossa brevi e piatte, nonché nelle epifisi di omero e femore; hanno vita media di circa 4 mesi.

Essi hanno la forma di una lente biconcava e, insieme alle piastrine, sono gli unici elementi dell’organismo privi di nucleo, lasciando molto più spazio all’emoglobina stessa, pertanto non riescono a replicarsi. Tuttavia, possono presentarsi delle morfologie anomale dove l’eritrocita assume la forma di una falce (anemia falciforme: una malformazione genetica ereditaria a carico dell’emoglobina che provoca un’anemia cronica dovuta a un’iperemolisi degli eritrociti anomali).

Emoglobina

L’emoglobina è un policromopeptide di fondamentale importanza; è un protide coniugato costituito dalla globina (parte proteica) e da un gruppo prostetico (eme ferroso). Serve per il trasporto di ossigeno che viene legato in maniera reversibile dal gruppo prostetico e dal ferro, che si trova nella forma bivalente. È una molecola prostetica costituita da 4 subunità polipeptidiche (2α e 2β) ciascuna delle quali è associata a un gruppo eme ferroso.

L’emoglobina permette di definire l’eventuale stato anemico del paziente. L’anemia è una condizione clinica caratterizzata dalla diminuzione del numero di eritrociti e viene diagnosticata sulla base della conta dei globuli rossi e dal contenuto di emoglobina nei globuli rossi stessi.

• L’anemia negli uomini è caratterizzata da un’emoglobina che sia al di sotto di 14 g/dl e un ematocrito al di sotto del 42% e con un numero di eritrociti sotto i 4,5 milioni per mm³.
• Nelle donne i valori sono fisiologicamente più bassi: emoglobina che sia al di sotto di 12 g/dl, ematocrito al di sotto del 37% e con un numero di eritrociti sotto i 4 milioni per mm³.

Quando l’emoglobina si ossigena, l’ossigeno si insinua tra il ferro dell’eme e le catene polipeptidiche. Il metabolismo dell’emoglobina pianifica il suo turnover: la parte proteica (globina) viene scissa in amminoacidi per essere riutilizzata, mentre il gruppo eme subisce una reazione di ossidazione che rompe il legame che tiene uniti i vari elementi dell’eme.

Bilirubina

Il composto che si genera dall’emoglobina è la bilirubina, che possiede ancora i sostituenti che erano legati precedentemente all’emoglobina (e in particolare i gruppi porfirinici che sono caratterizzati da un gruppo carbossilico terminale).

La bilirubina è un composto idrofobico e insolubile in ambiente acquoso che viene trasportato a livello epatico, dove subisce un processo di solubilizzazione: viene quindi modificata e resa solubile grazie all’aggiunta di due molecole di acido glucuronico (bilirubina diglucuronide). In questa forma viene trasportata all’intestino dove può essere processata dai batteri intestinali: la maggior parte viene assorbita a livello intestinale, trasportata a livello renale e trasformata in urobilinogeno, la sostanza che permette l’escrezione della bilirubina.

Formazione di cellule mature

A livello del midollo osseo sono state individuate cellule staminali in grado di dare vita ai progenitori committed, cellule orientate verso la produzione di precursori differenziati e morfologicamente identificabili che poi daranno origine ai diversi tipi di cellule ematiche.

Le sostanze in grado di stimolare la replicazione e la maturazione delle cellule del sangue sono:

• Il CSF (colony-stimulating factor).
• L’eritropoietina: un ormone che induce la produzione e maturazione dei precursori in particolare della serie rossa, in seguito a variazione di ossigeno nel sangue; viene prodotto a livello di specifiche cellule del rene. La famosa EPO per doping, soprattutto per i ciclisti, stimola una sintesi di eritroblasti e induce la differenziazione in eritroblasti e poi in eritrociti maturi.

Leucociti

I leucociti possono distinguersi in:

• Granulociti: neutrofili, basofili ed eosinofili.
• Agranulociti: cellule come i monociti, i macrofagi ed i linfociti.

I neutrofili sono le cellule che contengono degli enzimi fondamentali per esercitare una funzione antimicrobica (si tratta di enzimi litici, in grado di uccidere e digerire) e non reagiscono a nessun colorante acido o basico. Hanno la capacità di migrare: nel momento in cui in un tessuto è presente un’invasione di microorganismi, esse sono in grado di penetrare all’interno della cellula infiammata grazie a una serie di interleuchine, come l’interleuchina 1.

Gli eosinofili sono abbastanza rari nel sangue, contengono dei granuli specifici e sono così definiti perché reagiscono con le eosine dando una colorazione di granuli azzurofila. Contengono enzimi contro specifiche tossine, enzimi antiparassitari e i granuli contengono enzimi lisosomiali che servono per meccanismi di fagocitosi delle cellule estranee.

I basofili sono delle cellule che reagiscono con coloranti basici e sono meno del 1% dei globuli bianchi totali e presentano, sulla superficie, recettori specifici per le IgE (istamina ed eparina).

Gli agranulociti, come i monociti, rappresentano il 3-8% dei leucociti totali e sono delle cellule molto grandi, le più voluminose. Sono caratterizzati da un nucleo...