fisiologia

Sistema cardiovascolare

Sangue

L’ematocrito, la composizione del sangue. Il volume totale di sangue in un soggetto adulto sano è di 5,5 litri, costituito da una parte corpuscolata (2,5 l) e dal plasma (3 l): nella parte corpuscolata i costituenti principali sono gli eritrociti. La frazione percentuale degli elementi corpuscolati sul volume totale del sangue costituisce l'ematocrito: questo valore viene misurato centrifugando un campione di sangue. Poiché gli eritrociti sono più pesanti degli altri costituenti, precipitano verso il fondo della provetta, mentre il plasma occupa la parte sovrastante. Tra i due strati resta una lamina bianca di leucociti e piastrine (~1 %). Il valore dell'ematocrito viene calcolato dalla relazione: ematocrito = (altezza della colonna degli eritrociti / altezza della colonna del sangue) × 100. Negli uomini il valore normale è compreso tra 42 e 52 % di tutto il valore del sangue; nelle donne è compreso tra il 37 e il 47 % di tutto il volume. Quando l'ematocrito aumenta al di sopra della norma, si crea una condizione di policitemia, risposta normale in caso le persone abitino in zone dove l'ossigeno è rarefatto.

Plasma

Il plasma è una soluzione acquosa nella quale si trova disciolta una grande quantità di soluti. Quest'ultimi sono: proteine; nutrienti (glucosio, lipidi, amminoacidi); prodotti di scarto del metabolismo (urea ed acido lattico); elettroliti (sodio, potassio cloro). La differenza tra soluti più piccoli e le proteine è che i primi sono permeabili alle pareti dei capillari mentre le proteine no. Il siero, poi, non è altro che il plasma dal quale sono sottratti il fibrinogeno e gli altri fattori responsabili della coagulazione. Le proteine plasmatiche sono suddivise in 3 gruppi:

• Albumine sintetizzate dal fegato, sono le proteine più concentrate nel plasma e contribuiscono a generare la pressione oncotica;
• Globuline svolgono un ruolo critico per la coagulazione del sangue e sono importanti per difendere l'organismo;
• Fibrinogeno sintetizzato dal fegato è la sostanza chiave per il processo coagulativo.

Eritrociti, o globuli rossi

Sono le cellule più abbondanti nel sangue (5 milioni per mm cubo) e sono uniche in quanto perdono il nucleo. Gli eritrociti hanno una forma a disco e vengono descritti come dischi biconcavi perché sono concavi allo stesso modo su entrambe le facce: grazie alla loro forma gli eritrociti sono dotati di una vasta superficie, vantaggiosa per gli scambi gassosi. Quest’ultima è dovuta alla proteina citosolica chiamata spettrina, la cui natura fibrosa consente la formazione di una rete che si lega alla membrana. Questa rete dà ai GR la caratteristica di essere flessibili e di potersi deformare attraverso i capillari. La funzione principale degli eritrociti è quella di trasportare ossigeno e anidride carbonica nel sangue. La loro capacità di veicolare questi gas respiratori è data dall'elevata quantità di due proteine:

• Emoglobina coinvolta nel trasporto sia dell'ossigeno che dell’anidride carbonica. Essa è la proteina più abbondante negli eritrociti: ciascuno di essi, infatti, ne contiene mediamente 250 milioni di molecole. L'Hb è composta da 4 subunità di due tipi (2α e 2β), ciascuna delle quali possiede una specie di struttura ad anello, l'EME che contiene al centro un atomo di Fe⁺⁺, il quale costituisce il sito su cui si fissa la molecola di ossigeno in maniera reversibile. Ciascuna molecola di Hb può legare 4 molecole di ossigeno. L’anidride carbonica si fissa reversibilmente agli amminoacidi delle catene polipeptidiche, tuttavia l'HB trasporta molta meno anidride che ossigeno. Il ferro ossidato dell'EME conferisce al GR il colore rosso.
• Anidrasi carbonica essenziale solo per il trasporto dell’anidride carbonica. Essa svolge un ruolo critico nello scambio dei gas. Il ciclo di reazioni può essere riassunto così: CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃^-. Questa reazione ha un ruolo determinante per il trasporto di anidride carbonica nel sangue e, quest'ultima ha un ruolo chiave nell'equilibrio acido-base.

I GR rimangono in vita per circa 120 giorni. Il midollo è la sede di questa straordinaria produzione, che avviene attraverso il processo dell’emopoiesi; la milza, invece, si occupa di rimuovere dalla circolazione gli eritrociti più anziani mediante il processo di emocaratesi. Tutte le cellule del sangue si formano a partire dalle cellule staminali emopoietiche e lo sviluppo di ciascun tipo di cellula del sangue dipende da citochine note come fattori di crescita emopoietici; il fattore che stimola la produzione degli eritrociti è l'eritropoietina, mentre a indurre la produzione dei leucociti vi sono fattori stimolati le colonie e interleuchine. L'acido folico e la vitamina B12 sono invece richiesti per la sintesi del DNA; gli effetti della carenze di questi elementi sono molto marcati sull'emopoiesi a causa della rapidità della produzione degli eritrociti.

• Un ridotto apporto con la dieta dei due fattori può portare: riduzione del contenuto di emoglobina per singola cellula;
• Riduzione del numero di GR nel sangue.

In entrambi i casi c'è la riduzione delle capacità di trasporto dell’ossigeno e questa situazione chiamata anemia può essere divisa in:

• Anemia da carenza di Fe - diminuzione del ferro nella dieta;
• Anemia perniciosa - diminuzione di vitamina B12 e di acido folico.

Milza

Organo linfoide che contiene una riserva di componenti ematiche e rimuove dalla circolazione gli eritrociti invecchiati. Tra questi ultimi, alcuni si emolizzano direttamente nel sangue mentre la maggior parte viene fagocitata dai macrofagi nella milza e nel fegato. L'emoglobina viene catabolizzata e l’EME (senza il Fe⁺⁺) diventa bilirubina (conferisce al plasma il colore giallo), raggiunge il fegato e viene modificata, per poi essere espulsa con le feci. In alcune patologie epatiche, in caso di ostruzione del dotto biliare e nel corso di malattie emolitiche il contenuto di bilirubina nel plasma aumenta e si manifesta ittero, con la cute e le sclere degli occhi che diventano gialli.

Leucociti

Essi sono 4000-1000 per mm cubo e non si trovano solo nel torrente circolatorio, ma anche nei tessuti. Sono nucleati e posseggono organuli citoplasmatici. Esistono 5 diversi tipi di leucociti, ognuno dei quali ha compiti specifici nei processi immunitari:

• Granulociti posseggono granuli citoplasmatici e sono:
  • Neutrofili 50-80 % di tutti i leucociti. Essi sono capaci di fagocitosi e circolano nel sangue per 7-10 ore, per migrare poi nei tessuti dove vivono per solo pochi giorni;
  • Eosinofili 1-4% dei leucociti. Essi sono capaci di fagocitosi e il loro compito è attaccare parassiti, che per le loro dimensioni non possono essere fagocitati;
  • Basofili meno dell'1 % dei leucociti. Essi operano contro i parassiti di maggiori dimensioni e possono rilasciare istamina, eparina e altri composti che danno il via a reazioni allergiche;
• Agranulociti non presentano granuli e sono:
  • Monociti 2-8% di leucociti. Essi svolgono la fagocitosi e passando nei tessuti diventano macrofagi; possono, inoltre, essere migranti (attraversano i tessuti di tutto l'organismo) o fissi (restano fermi in un determinato sito). Nella milza e nel fegato, poi, fagocitano gli eritrociti anormali;
  • Linfociti 20-40 % di tutti i leucociti e se ne riconoscono 3 tipi (linfociti B, linfociti T e cellule nulle, ossia prive di componenti di membrana caratterizzanti il linfociti B e T). La maggioranza di linfociti costituiscono le cellule natural killer.

Piastrine ed emostasi

Le piastrine sono frammenti di cellule che originano quando porzioni di grosse cellule del midollo osseo, dette megacariociti, vengono degradate. Il loro numero varia da 100.000 a 500.000 per mm cubo. Esse sono più piccole degli GR e contengono mitocondri, reticolo endoplasmatico, granuli ma non il nucleo. Il processo dell'omeostasi avviene in 3 fasi:

1. Spasmo vascolare: una costrizione della muscolatura liscia che ha lo scopo di far aumentare la resistenza al flusso ematico. Il danno tende ad attivare il sistema nervoso simpatico, che provoca un'ulteriore vasocostrizione;
2. Tappo piastrinico: nella cui formazione la proteina chiave è il fattore di von Willebrand che viene secreto dai megacariociti, piastrine e cellule endoteliali;
3. Formazione del coagulo (trombo):
   • Fattori che limitano la formazione del coagulo;
   • Ruolo dei fattori della coagulazione nelle alterazioni della formazione del coagulo: la maggior parte dei fattori della coagulazione è sintetizzata dal fegato e la mancanza di uno di questi ultimi danneggia la formazione del coagulo provocando eccessivi sanguinamenti: l’emofilia, ad esempio, è un'alterazione genetica causata dalla mancanza di un gene che codifica uno specifico fattore della coagulazione, generalmente il fattore VII;
   • L’aspirina come anticoagulante: è una delle principali sostanze che viene somministrata ai pazienti che sono a rischio di infarto per alterazioni delle arterie coronarie o di quelle cerebrali. Ad alto dosaggio, tuttavia, l'aspirina riduce la formazione della prostaciclina, in realtà aumentando la probabilità di formare coaguli.

Anticoagulanti

• EDTA (acetilen-diamino-tetra-acetico) uso in vitro e non in vivo poiché causa tetania.
• Eparina uso in vitro e in vivo, prodotta dai mastociti. Essa si combina con l'antitrombina III e aumenta l'inibizione della trombina neutralizzata dal solfato di protamina. L’eparina si utilizza via parenterale.
• Antagonisti della vitamina K (dicumarolo, Warfarin, ecc.) riduce sintesi di protrombina e dei fattori VII, IX, X. Essi si assumono via orale.

Gruppi sanguinei

Gruppi AB0 gli antigeni caratteristici di ogni gruppo sanguigno si trovano sulla superficie dei globuli rossi, mentre gli anticorpi si trovano nel plasma e mostrano una sola caratteristica strutturale che permette l'agglutinazione se si esprimono gli antigeni specifici. Agglutinazione quando c'è un rimescolamento di sangue del donatore e del ricevente dello stesso gruppo A non avviene l'agglutinazione perché è presente lo stesso tipo di anticorpi anti-B. Se il sangue di un donatore di gruppo A viene mescolato con il sangue di un ricevente di gruppo B, invece, questa avverrà poiché nel sangue A sono presenti gli anticorpi anti-B.

Soluzioni

• Soluzione isotonica ha una concentrazione di soluti (e quindi una pressione osmotica) uguale a quella di una soluzione di riferimento, in particolare a quella del liquido intra ed extracellulare. Una soluzione con pressione osmotica corrispondente a quella del plasma sanguigno o delle cellule animali è detta soluzione fisiologica.
• Soluzione ipertonica contiene una maggiore concentrazione di molecole e/o ioni disciolti, relativamente ad un'altra soluzione; per esempio, il siero è ipertonico rispetto all'acqua pura.
• Soluzione ipotonica contiene una minore concentrazione totale di molecole e/o ioni dissolti rispetto ad un'altra soluzione; per esempio l'acqua dolce è ipotonica rispetto all'acqua marina.

Emocromo

Le sigle stanno a indicare:

• WBC: numero di globuli bianchi per mm³ di sangue.
• RBC: numero di globuli rossi per mm³ di sangue.
• Hb: quantità in grammi di emoglobina presente in 1 l o dl di sangue.
• Ht: la percentuale del volume del sangue che è occupato dai globuli rossi (ematocrito).
• MCV: il volume medio dei globuli rossi.
• MCH: la quantità media di emoglobina in ogni globulo rosso.
• MCHC: la concentrazione media di emoglobina in un globulo rosso.
• RDW: l'ampiezza della distribuzione del volume dei globuli rossi attorno al suo volume medio.
• PLTS: numero di piastrine presenti nel campione preso in analisi.
• MPV: volume medio delle piastrine.

Funzione cardiovascolare

Il sistema cardiocircolatorio è costituito da 3 elementi:

• Sangue un fluido che circola per il corpo e che porta sostanze alle cellule e ne allontana altre. Esso è costituito da una parte liquida e da cellule quali eritrociti (GR), leucociti (GB) e trombociti (piastrine);
• Vasi sanguigni grazie ad essi il sangue viene trasportato dal cuore ai vari organi per poi tornare al cuore ed è detto apparato vascolare. I vasi sanguigni si ramificano continuamente diventando sempre più piccoli allontanandosi dal tronco nei seguenti modi:
  • Quando il sangue lascia il cuore viene trasportato dai tessuti grazie alle arterie;
  • Le arterie si ramificano in arteriole che trasportano il sangue in vasi più piccoli;
  • Le arteriole si ramificano in vasi detti capillari;
  • Dai capillari il sangue torna al cuore scorrendo in vasi più grossi, le venule, e poi nelle vene, più grosse delle precedenti.

L'apparato cardiocircolatorio è, quindi, un sistema chiuso.

Decorso del sangue attraverso il cuore e i vasi

Il sistema circolatorio consiste in 2 suddivisioni:

• Circolo polmonare insieme dei vasi polmonari e di quelli che connettono i polmoni e il cuore. Il cuore destro fornisce sangue al circolo polmonare.
• Circolo sistemico tutti i vasi diretti verso altre porzioni del corpo. Il cuore sinistro rifornisce questo circolo. Entrambi i circuiti sono dotati di dense reti di capillari dette letti capillari, dove avvengono gli scambi di nutrienti e gas.

Quando il sangue lascia i capillari polmonari è ricco di O₂ quindi è detto sangue ossigenato (rosso brillante); quello che abbandona i capillari sistemici, invece, è detto sangue deossigenato (rosso scuro). Il flusso ematico può essere analizzato fase per fase:

1. Il ventricolo sinistro pompa il sangue ossigenato nell’aorta, l'arteria principale, che poi viene portato in tutti i tessuti e organi interessati dal circolo sistemico.
2. Il sangue deossigenato nei tessuti ritorna al cuore con le vene cave che lo portano all'atrio destro. Le vene si dividono in:
   • Vena cava superiore: porta il sangue dalle parti del corpo sopra il diaframma;
   • Vena cava inferiore: porta il sangue dalle parti del corpo sotto al diaframma.
3. Dall'atrio destro il sangue passa nel ventricolo destro attraverso la valvola tricuspide.
4. Il ventricolo destro pompa il sangue nel tronco polmonare che si dirama nelle arterie polmonari (le uniche arterie che portano il sangue deossigenato).
5. Il sangue viene ossigenato nei polmoni e poi si dirige verso l'atrio sinistro attraverso le vene polmonari (le uniche vene che trasportano sangue ossigenato).
6. Dall'atrio sinistro, il sangue passa attraverso la valvola bicuspide nel ventricolo sinistro e il ciclo ricomincia.

Flusso in parallelo nel circolo sistemico e nel circolo polmonare

Il flusso ematico nel circolo sistemico è detto in parallelo: il sangue non scorre da un organo a un altro in sequenza, ma scorre attraverso l'aorta nelle arterie che da essa si diramano (anche nei polmoni, circolo polmonare, il flusso sanguigno è in parallelo). Anche il cuore è in parallelo con gli altri organi. Il sangue presente nelle camere cardiache non riesce a rifornire il muscolo con quantità sufficienti di O₂ e nutrienti: il muscolo cardiaco, quindi, deve ricavare la maggior parte dei nutrienti dal sangue che proviene dalle arterie coronarie che nascono in prossimità dell'origine dell'aorta e girano attorno al cuore. L'organizzazione in parallelo ha 2 vantaggi:

• Ogni organo è nutrito da un'arteria separata e riceve sangue completamente ossigenato (cosa che non avverrebbe se non ci fosse questa organizzazione);
• Grazie all’organizzazione sopracitata, il flusso che va verso ciascun organo può essere regolato indipendentemente ed aggiustato sulla base delle continue variazioni delle esigenze metaboliche dei singoli organizzazioni.

Tuttavia ci sono delle eccezioni per quanto riguarda il sistema in parallelo: il letto dei capillari ipotalamici, infatti, è posto in serie con quello dei capillari ipofisari ed a connetterli sono i vasi portali. Si definisce “portale” una circolazione nella quale il sangue passa da un letto capillare ad un altro prima di tornare al cuore.

Cuore

Il cuore ha le dimensioni di un pugno e pesa 300-350 grammi nel maschio e 250-300 nella femmina. Esso è avvolto in un sacco membranoso detto pericardio ed è contenuto al centro della gabbia toracica, appena sopra un muscolo chiamato diaframma. La parete cardiaca è formata da 3 strati:

• Epicardio strato esterno e formato da tessuto connettivo;
• Miocardio strato intermedio, formato da tessuto muscolare cardiaco;
• Endocardio strato interno formato cellule endoteliali.

Il muscolo atriale (miocardio atriale) e quello ventricolare (miocardio ventricolare) sono ancorati a uno strato di tessuto connettivo fibroso detto scheletro fibroso del cuore. Il cuore ha 4 cavità: 2 in alto (atri) che ricevono il sangue dai vasi venosi e lo trasferiscono alle 2 camere in basso (ventricoli), più grandi delle precedenti e generano la pressione che serve a spingere il sangue verso i vasi arteriosi: l'atrio e il ventricolo sinistro formano il cuore sinistro; l'atrio e il ventricolo destro formano il cuore destro.