Apparato cardiovascolare - 1

Apparato cardiovascolare

Il sangue

Il sangue è un tessuto connettivo specializzato che contiene cellule sospese in una matrice liquida. Le sue funzioni sono:

• Trasporto di gas, nutrienti, ormoni e rifiuti metabolici in soluzione;
• Regolazione del pH e della composizione ionica dei liquidi interstiziali;
• Riduzione delle perdite di liquidi in caso di ferite, grazie al processo di coagulazione;
• Difesa contro tossine e patogeni, grazie a leucociti e anticorpi;
• Stabilizzazione della temperatura corporea.

Plasma e proteine plasmatiche

Il plasma forma il 46-63% del volume del sangue ed è costituito dal 92% di acqua. Plasma e liquido interstiziale formano insieme la maggior parte del fluido extracellulare del corpo. Le concentrazioni dei principali ioni plasmatici sono simili a quelle del liquido interstiziale. Le principali differenze tra plasma e liquido interstiziale riguardano la concentrazione di proteine in soluzione, perché le proteine non possono attraversare la parete dei capillari, e i livelli di gas respiratori a causa dell'attività respiratoria delle cellule. 100 ml di plasma contengono 7.6% proteine. Vi sono tre principali classi di proteine plasmatiche: albumine, globuline e fibrinogeno.

• Albumine → hanno un ruolo fondamentale per determinare la pressione osmotica del sangue e nel trasporto di acidi grassi, ormoni tiroidei, steroidei e altre sostanze.
• Globuline → si dividono in anticorpi (immunoglobuline) che attaccano proteine estranee e agenti patogeni, e globuline di trasporto (proteine leganti ormoni, metalloproteine, apolipoproteine, proteine leganti gli steroidi) che legano piccoli ioni, ormoni o composti.
• Fibrinogeno → ha un ruolo nella coagulazione; in alcune condizioni le molecole di fibrinogeno interagiscono tra loro formando lunghi filamenti insolubili di fibrina, che sono la base per la formazione del coagulo ematico.

Il fegato sintetizza e mette in circolo più del 90% delle proteine plasmatiche, compresa la totalità dell'albumina e del fibrinogeno e la maggior parte delle globuline. Gli anticorpi sono prodotti dalle plasmacellule, che derivano dalle principali cellule del sistema linfatico, i linfociti.

Globuli rossi

Le cellule ematiche più numerose sono i globuli rossi. Queste cellule danno al sangue il suo tipico color rosso, dovuto all'emoglobina contenuta in essi. In 1 μm di sangue sono contenuti 4.5-6.3 milioni di GR. L'ematocrito è la percentuale di sangue intero costituito da elementi cellulari. L'ematocrito si determina centrifugando un campione di sangue in modo tale da far sedimentare tutti gli elementi figurati.

Ciascun GR è un disco biconcavo con una zona centrale appiattita e un margine esterno ingrossato (diametro 7.8 μm, spessore 2.85 μm, al centro 0.8 μm). La tipica forma conferisce a ciascun GR un grande rapporto superficie/volume, consente l'impilamento in rouleaux dei GR per facilitarne il flusso, dà flessibilità e plasticità ai GR quando entrano nei piccoli capillari e nelle loro ramificazioni. Queste cellule durante il differenziamento perdono il nucleo e non possono riprodursi né sintetizzare proteine strutturali o enzimi. Restano in circolo per circa 120 giorni.

L'energia è ottenuta mediante il metabolismo anaerobico del glucosio assorbito dal plasma. L'emoglobina è responsabile della capacità di queste cellule di trasportare ossigeno e biossido di carbonio. Ciascuna proteina di Hb possiede una complessa struttura quaternaria costituita da due catene polipeptidiche di tipo alfa e due di tipo beta. Ciascuna catena contiene una molecola di eme, ciascuna delle quali lega uno ione ferro, in modo tale che questo può interagire con una molecola di ossigeno e formare ossiemoglobina. Il ferro dell'eme e l'ossigeno sono facilmente separabili senza alcun danno, il legame per cui è completamente reversibile. Una molecola di Hb in cui il ferro si sia separato dall'ossigeno è detta desossiemoglobina. Quando i livelli plasmatici l'emoglobina cede ossigeno e lega biossido di carbonio. Nei capillari polmonari, i livelli plasmatici di ossigeno sono elevati, quindi l'emoglobina assorbe ossigeno e rilascia biossido di carbonio.

Dopo 120 giorni, i danni alla membrana cellulare o a qualche altro componente cellulare divengono manifesti e sono rilevati dai fagociti che procedono a inglobare il GR invecchiato. L'eliminazione dei GR è un processo continuo, ma passa di solito inosservato, perché GR entrano in circolo in numero pari a quelli eliminati.

Le cellule fagocitarie del fegato, della milza e del midollo osseo controllano costantemente le condizioni dei GR circolanti e riconoscono e inglobalo quelli invecchiati (emolisi). Se l'emoglobina liberata per emolisi non viene fagocitata, non può essere riutilizzata: infatti l'emoglobina rimane intatta solo se resta all'interno dei GR. In caso di emolisi l'emoglobina si degrada e le catene alfa e beta sono filtrate dal rene e perdute con le urine. Ciascun gruppo eme è privato del ferro e convertito in biliverdina, che viene successivamente convertita in bilirubina e immessa nel torrente circolatorio dove si lega all'albumina ed è trasportata nel fegato dove verrà escreta nella bile. Nell'intestino crasso, i batteri convertono bilirubina in urobilinogeno e stercobilinogeno. Una quota di urobilinogeno è assorbita dal sangue e espulsa con le urine. In seguito all'esposizione all'ossigeno, parte dell'urobilinogeno e dello stercobilinogeno è convertita in urobilina e stercobilina.

Un eccesso di ferro libero è tossico per le cellule cosicché la maggior parte del ferro è presente nell'organismo legata a proteine di trasporto o di deposito. Il ferro ricavato dalle molecole di eme può essere sequestrato nelle cellule fagocitarie o liberato nel sangue dove si lega alla transferrina. I GR in sviluppo nel midollo osseo prelevano amminoacidi e transferrina dal sangue e li usano per sintetizzare nuove molecole di Hb. La transferrina in eccesso è rimossa dal fegato e dalla milza dove il ferro viene depositato in due complessi ferro proteici: la ferritina e l'emosiderina.

Il midollo osseo è l'unica fonte di globuli rossi e il sito primario di formazione dei globuli bianchi. L'eritropoiesi ha luogo solo nel midollo osseo rosso o tessuto mieloide. Le divisioni degli emocitoblasti o cellule staminali multipotenti nel midollo osseo producono cellule staminali mieloidi (GR e diverse classi di GB) e cellule staminali linfoidi (diverse classi di linfociti). Le cellule destinate a divenire GR si differenziano inizialmente in proeritroblasti, per poi attraversare vari stadi di eritroblasti. Dopo circa quattro giorni di differenziamento, gli eritroblasti, ora detti normoblasti, perdono il nucleo e diventano reticolociti; questi entrano in circolo e dopo 24 ore completano la propria maturazione divenendo GR maturi.

Il gruppo sanguigno di un individuo è determinato dalla presenza o assenza di specifici antigeni di superficie nella membrana dei suoi GR. I principali sono A, B e Rh. Si distinguono 4 gruppi sanguigni: A possiede l'antigene A, gruppo B possiede l'antigene B, gruppo AB entrambi, gruppo 0 nessun antigene.

Il termine Rh positivo indica la presenza dell'antigene di superficie Rh, talora chiamato fattore Rh; l'assenza viene indicata con il termine Rh negativo.

Globuli bianchi

I GB possiedono il nucleo e gli altri organelli, e partecipano alla difesa dell'organismo dai patogeni e rimuovono tossine. Un microlitro di sangue contiene da 5000 a 10.000 GB. Sono localizzati principalmente nel tessuto connettivo propriamente detto e negli organi linfoidi. Questi utilizzano il torrente circolatorio come mezzo di trasporto da un organo all'altro. Sono in grado di rilevare segnali chimici generati da lesioni nei tessuti circostanti. Questi sono in grado di migrare al di fuori del circolo, sono capaci di movimento ameboide (movimento sinuoso ottenuto mediante flusso di citoplasma all'interno di processi cellulari sottili che si estendono anteriormente alla cellula), sono attirati da specifici stimoli chimici e neutrofili, eosinofili e monociti sono capaci di fagocitosi.

Vi sono diversi tipi di GB: neutrofili, eosinofili, basofili e monociti (difese aspecifiche) e linfociti (difese specifiche).

• Neutrofili → (neutri dal punto di vista chimico e quindi di difficile colorazione) possiedono un nucleo addensato e segmentato che forma da due a cinque lobi, per questo vengono definiti leucociti polimorfonucleati PMN. Sono dotati di notevole mobilità e sono i primi ad arrivare in un sito di lesione. Sono specializzate nell'attacco e nella digestione di batteri. Dopo il contatto con un batterio, il neutrofilo lo ingloba rapidamente e la sua attività metabolica aumenta: questa esplosione respiratoria si associa alla produzione di agenti chimici altamente reattivi, fra cui il perossido di idrogeno, in grado di uccidere il batterio. Nel frattempo la vescicola contenente il patogeno si fonde con i lisosomi, che consentono la degradazione. Hanno vita breve e restano in circolo per circa 10 ore; la loro attività fagocitaria dura 30 min o meno.
• Eosinofili → (coloranti acidi) attaccano i bersagli che sono rivestiti da anticorpi e li fagocitano, ma la loro modalità di azione primaria è l'esocitosi di composti tossici. Possono essere attratti nei siti di lesione, dove rilasciano enzimi capaci di ridurre l'entità dell'infiammazione generata da neutrofili e basofili.
• Basofili → (coloranti basici) migrano verso le sedi di lesione ed attraversano l'endotelio capillare, accumulandosi nei tessuti danneggiati, dove scaricano i propri granuli nel liquido interstiziale. I granuli contengono istamina (dilatare vasi) e eparina (anticoagulante); quindi il loro arrivo aumenta l'infiammazione. Il rilascio di ulteriori sostanze attrae altri eosinofili e basofili nella zona.
• Monociti → cellule sferiche che hanno un diametro che è circa il doppio dei GR. Hanno un nucleo grande di forma ovale. Rimangono nel sangue circa 24 ore e successivamente migrano nei tessuti periferici, dove acquisisce le caratteristiche di macrofago tissutale. Qui inglobano patogeni e rilasciano sostanze chimiche in grado di attrarre e stimolare neutrofili, monociti e altre cellule fagocitarie. Inoltre, rilasciano sostanze in grado di stimolare fibroblasti, che iniziano quindi a produrre tessuto cicatriziale.

Linfociti sono leggermente più grandi dei GR ed è privo di granuli. Questi si trovano maggiormente nei connettivi e negli organi linfoidi. Nel sangue circolante sono contenute tre classi di linfociti:

• Linfociti T, che sono responsabili dell'immunità cellulo-mediata, ovvero il meccanismo di difesa contro cellule e tessuti estranei all'organismo, e della coordinazione della risposta immunitaria. Questi attaccano direttamente le cellule estranee oppure controllano l'attività di altri linfociti.
• Linfociti B, che sono responsabili dell'immunità umorale, ovvero il meccanismo di difesa che utilizza anticorpi prodotti e immessi nel circolo per attaccare antigeni estranei in tutto il corpo. I LB attivati diventano plasmacellule, ovvero cellule specializzate nella produzione e nella secrezione di anticorpi. Questi sono in grado di distruggere antigeni localizzati quasi ovunque nell'organismo.
• Linfociti natural killer (NK), che sono responsabili della sorveglianza immunologica, cioè sono in grado di rilevare e distruggere cellule anormali nei tessuti.

Le cellule staminali responsabili della formazione dei GB originano nel midollo osseo per divisione degli emocitoblasti, che producono cellule staminali mieloidi e linfoidi. La divisione delle cellule staminali mieloidi dà luogo alle cellule progenitrici, da cui derivano tutti gli elementi figurati del sangue tranne i linfociti. Vi sono tre tipi di progenitrici: una si differenzia in GR, una dà origine alle piastrine e una si differenzia in neutrofili, eosinofili, basofili e monociti. I granulociti (basofili, neutrofili e eosinofili) completano il loro sviluppo nel midollo osseo. I monociti, prima di terminare la loro differenziazione, entrano nel torrente circolatorio e completano il loro sviluppo quando diventano macrofagi liberi nei tessuti periferici. Alcuni linfociti derivano da cellule staminali linfoidi che restano nel midollo osseo e possono differenziarsi in linfociti B e NK. La maggior parte delle cellule staminali linfoidi migra nei tessuti linfoidi periferici, quali milza, timo (linfociti T) e linfonodi.

Piastrine

Le piastrine sono frammenti cellulari, ciascuna delle quali circola per 9-12 giorni prima di essere rimossa dai fagociti, in particolare nella milza. Circa un terzo delle piastrine dell'organismo è trattenuto nella milza e in altri organi vascolari: queste riserve sono mobilizzate durante un'eventuale situazione di crisi. Le funzioni delle piastrine comprendono:

• Rilascio di sostanze chimiche utili alla coagulazione;
• Formazione di un tappo provvisorio nella parete dei vasi sanguigni danneggiati (tappo piastrinico);
• Retrazione dopo la formazione del coagulo.

La produzione delle piastrine è detta trombocitopoiesi ed avviene nel midollo osseo. Il midollo osseo normale contiene megacariociti, che producono enzimi, proteine strutturali e membrane; in seguito il citoplasma si suddivide in tanti piccoli frammenti circondati da membrana, le piastrine. Un megacariocita maturo dà origine a circa 4000 piastrine, dopodiché il nucleo è fagocitato dai macrofagi e degradato.

Emostasi

L'emostasi, cioè l'arresto del sanguinamento, è un processo che consta di tre fasi:

• Fase vascolare: consiste in uno spasmo vascolare (contrazione delle cellule muscolari liscie) che determina la riduzione del calibro del vaso nella sede della lesione. Inoltre comporta anche la modifica dell'endotelio del vaso: le cellule endoteliali si contraggono ed espongono la sottostante lamina basale al sangue ed iniziano il rilascio di sostanze chimiche ed ormoni locali, e le membrane delle cellule endoteliali divengono adesive (facilitare attacco piastrine).
• Fase piastrinica: che consiste nell'adesione piastrinica alle superfici esposte e all'aggregazione piastrinica, con la formazione finale del tappo piastrinico. Le piastrine iniziano quindi a rilasciare: ADP, che stimola l'aggregazione e la secrezione piastrinica, trombossano A2 e serotonina, che stimolano lo spasmo vascolare, fattori della coagulazione, fattore di crescita di derivazione piastrinica, che favorisce la riparazione vascolare e ioni calcio, necessari per l'aggregazione piastrinica.
• Fase coagulativa: implica una serie di tappe che porta alla conversione del fibrinogeno circolante in una proteina insolubile, la fibrina. Le maglie di fibrina si accrescono a mano a mano e coprono la superficie del tappo piastrinico: cellule ematiche di passaggio e ulteriori piastrine vengono intrappolate in queste maglie fibrose e formano un coagulo, che occlude la lesione.

Nel plasma sono presenti fattori della coagulazione o procoagulanti: fra questi vi sono ioni calcio e 11 differenti proteine. Molte di queste sono proenzimi, che vengono attivati a cascata. Durante la coagulazione, proenzimi ed enzimi interagiscono tra loro. Gli eventi della cascata coagulativa partecipano alla:

• Via estrinseca, che inizia nella parete cellulare, con il rilascio del fattore tissutale che si combina con gli ioni calcio e con un altro fattore per formare un complesso enzimatico in grado di attivare il fattore X, la prima tappa della via comune.
• Via intrinseca, che inizia all'interno del sangue, con l'attivazione dei proenzimi e procede con l'aiuto del PF-3 (fattore piastrinico) che permette la combinazione di due fattori in un complesso enzimatico capace di attivare il fattore X.
• Via comune, che inizia dopo l'attivazione del fattore X, con la formazione dell'enzima protrombinasi, che converte il proenzima protrombina nell'enzima trombina. Questo porta al compimento del processo coagulativo convertendo il fibrinogeno in filamenti insolubili di fibrina.

Gli ioni calcio e la vitamina K influenzano pressoché tutti gli aspetti del processo coagulativo; infatti ognuna delle tre vie richiede ioni calcio e la vitamina K permette al fegato di sintetizzare 4 dei fattori della coagulazione, compresa la protrombina.

Una volta formata la rete di fibrina, piastrine e GR aderiscono alle sue maglie; le piastrine si contraggono e l'intero coagulo inizia la retrazione che determina: l'avvicinamento dei bordi della lesione vascolare e la riduzione dell'area di lesione. Con il progredire della riparazione, il coagulo gradualmente si dissolve; questo processo è detto fibrinolisi e inizia con l'attivazione del proenzima plasminogeno da parte della trombina e dell'attivatore tissutale del plasminogeno. Il plasminogeno attivato diventa l'enzima plasmina, che inizia a digerire i filamenti di fibrina e erode la zona di impianto del coagulo.

Cuore

L'insieme dei vasi sanguigni può essere suddiviso in un circolo polmonare, che porta il sangue a contatto con l'epitelio respiratorio dei polmoni, e un circolo sistemico, che trasporta il sangue al resto del corpo. Il sangue è portato lontano dal cuore attraverso le arterie o vasi efferenti e ritorna al cuore attraverso le vene o vasi afferenti. Fra le più piccole arterie e le più grandi vene si trovano i capillari, che costituiscono il sito principale degli scambi di nutrienti, gas e prodotti di scarto tra il sangue e i tessuti.