Fisiologia completa e schematica 2 parte

Fisiologia completa e schematica 2ª parte by Ale

Composizione e funzione del sangue

Il sangue costituisce circa l’8% della massa corporea totale ed ha un volume medio di 5 litri nella donna e 5,5 litri nell’uomo. È costituito da tre tipi di elementi cellulari (che per convenienza vengono chiamate cellule ematiche):

• Eritrociti: globuli rossi
• Leucociti: globuli bianchi
• Piastrine: detti anche trombociti

Il movimento continuo del sangue mentre fluisce nei vasi sanguigni mantiene le cellule ematiche disperse piuttosto uniformemente nel plasma. Questi elementi cellulari si trovano immersi in un liquido complesso detto plasma. Dato che il 99% delle cellule ematiche è costituito da eritrociti, l'ematocrito rappresenta la percentuale di eritrociti nel volume totale del sangue. L'ematocrito normale ha un valore di circa il 42% nelle donne e 45% negli uomini.

Plasma

Il plasma è un liquido costituito per il 90% da acqua. Inoltre, poiché l'acqua ha un'elevata capacità termica, il plasma è capace di assorbire e distribuire gran parte del calore generato metabolicamente nei tessuti, mentre la temperatura del sangue stesso subisce soltanto piccole variazioni. L'acqua del plasma funge da mezzo di trasporto per molte sostanze organiche e inorganiche. Le sostanze inorganiche, che rappresentano l’1% della massa plasmatica, come elettroliti (ioni), tra cui il sodio, il cloro, il potassio, il calcio e gli ioni bicarbonato (HCO₃^-), hanno le funzioni di:

• Capacità di eccitare la membrana cellulare
• Regolazione osmotica del liquido tra il liquido extracellulare e quello intracellulare
• Tamponamento del pH

Le sostanze organiche sono costituite per la maggior parte dalle proteine plasmatiche, che rappresentano il 6-8% della massa totale del plasma. Sono divise in tre gruppi:

• Albumine
• Globuline
• Fibrinogeno

Un’altra piccola percentuale è costituita da:

• Nutrienti come il glucosio, gli amminoacidi, i lipidi e le vitamine
• Prodotti di rifiuto, come la creatinina, la bilirubina e sostanze azotate come l’urea
• Gas disciolti, come O₂ e CO₂

Funzioni generali delle proteine del plasma

Molte delle funzioni del plasma vengono svolte dalle proteine plasmatiche e sono:

1. Determinano un gradiente osmotico tra il sangue ed il liquido interstiziale, dando origine alla pressione colloidosmotica, che impedisce una eccessiva perdita di plasma dai capillari al liquido interstiziale, contribuendo così al mantenimento del volume plasmatico.
2. Contribuiscono al mantenimento della capacità da parte del plasma di tamponare le variazioni del pH.

Funzioni specifiche delle proteine plasmatiche

• Le albumine, che sono le più abbondanti, danno il contributo maggiore alla pressione colloidosmotica e legano le sostanze poco solubili nel plasma per trasportarle (sono la bilirubina, i sali biliari e la penicillina).
• Le globuline sono divise a loro volta in tre classi:
  • α-globuline e β-globuline, hanno la caratteristica di legarsi e trasportare sostanze specifiche come l’ormone tiroideo, il colesterolo ed il ferro, ed intervengono nel processo della coagulazione.
  • γ-globuline, rappresentano le immunoglobuline, cioè gli anticorpi adibiti alla difesa dell’organismo.
• Il fibrinogeno è un fattore essenziale nel meccanismo della coagulazione del sangue.

Emopoiesi

Il termine emopoiesi o ematopoiesi si riferisce alla formazione e alla maturazione di tutti i tipi di cellule del sangue a partire dai loro precursori. Nell’adulto normale le cellule ematiche sono formate nel midollo osseo dello scheletro assiale. Gli spazi occupati da midollo emopoietico si riducono progressivamente dall’infanzia all’età adulta, fino ad essere confinati alla parte centrale dello scheletro. Durante lo sviluppo fetale l’emopoiesi si svolge dapprima nel sacco vitellino, successivamente nel fegato e nella milza, e infine nelle ossa.

La maggior parte delle cellule è incapace di ulteriore divisione e, avendo vita relativamente breve, è rimpiazzata continuamente da nuovi elementi provenienti dal midollo osseo. I globuli rossi, i globuli bianchi e le piastrine derivano da un’unica cellula staminale emopoietica pluripotente. La formazione di questa cellula staminale è la prima di una serie di tappe, sequenziali e ordinate, di crescita e maturazione cellulare. La cellula staminale pluripotente può seguire linee di maturazione morfologicamente e funzionalmente diverse, a seconda del condizionamento determinato dal tipo di stimolo o di mediatore presente.

Questa procede verso due direzioni principali:

• La linea linfoide da cui sia avvia la linfopoiesi (linfociti B, T ed NK)
• La linea mieloide da cui si sviluppa la mielopoiesi, l’eritropoiesi e la produzione di piastrine (granulociti, monociti, eritrociti, piastrine).

Regolazione della maturazione cellulare

I fattori di regolazione giocano un ruolo importante nel processo maturativo delle cellule emopoietiche, perché regolano la proliferazione cellulare verso una specifica linea maturativa. Possono agire da regolatori positivi, stimolando la proliferazione cellulare, o negativi, inibendo le cellule emopoieticamente attive. La complessa interazione fra fattori di regolazione positivi e negativi avvierà la cellula emopoietica verso una specifica linea differenziativa.

Fattori di regolazione positivi

Sono essenzialmente citochine, che possono essere classificate in tre categorie:

• Fattori specifici per una linea regolativa:
  • Eritropoietina o EPO: per l'eritropoiesi
  • M-CSF e IL-5: per la linea monocito/macrofagica ed eosinofila
  • Trombopoietina: per la megacariocitopoiesi
• Fattori linea non specifici: agiscono sui progenitori emopoietici di livello intermedio e sono
  • G-CSF
  • IL-3
  • IL-4
  • GM-CSF
• Fattori che inducono il reclutamento nel ciclo cellulare dei progenitori più primitivi, cineticamente e funzionalmente inerti:
  • IL-6
  • IL-11
  • IL-12
  • FLT-3L
  • LIF
  • SCF

Globuli rossi (eritrociti)

I globuli rossi sono circa 5 milioni per mm³, hanno la forma di dischi lievemente concavi al centro. La funzione principale dei globuli rossi è quella di trasportare l’ossigeno ai tessuti dell’organismo e in misura minore l’anidride carbonica e l’idrogeno. La caratteristica che permette il trasporto di O₂ da parte del globulo rosso è la sua composizione in emoglobina.

L’emoglobina è costituita da due parti:

• La globina, una proteina costituita da quattro catene polipeptidiche
• Gruppi eme, sono quattro di natura non proteica contenenti ferro, ciascuno legato ad una catena polipeptidica e ad una molecola di O₂. Essendo l’O₂ scarsamente solubile nel plasma, esso è legato alla emoglobina per il 98,5%. L’emoglobina legata al ferro ha una colorazione rossastra, quando non è legata al ferro ha una colorazione bluastra.

Come detto prima oltre all’O₂, l’emoglobina si lega a:

• Anidride carbonica (CO₂)
• Ione idrogeno (H⁺)
• Monossido di carbonio (CO)
• Monossido di azoto (NO)

Enzimi dei globuli rossi

Nel globulo rosso maturo ci sono anche due enzimi importanti:

• Enzimi glicolitici, necessari per generare l’energia per alimentare i meccanismi di trasporto attivo
• L’anidrasi carbonica, importante nel trasporto dell’anidride carbonica (CO₂), perché catalizza la reazione di conversione della CO₂ in ioni bicarbonato (HCO₃^-)

I globuli rossi vivono circa 120 giorni e vengono eliminati dalla milza. Il midollo osseo genera continuamente i globuli rossi a partire da cellule indifferenziate, chiamate cellule staminali multipotenti, che danno origine anche ai leucociti e le piastrine. La produzione di globuli rossi da parte del midollo osseo viene chiamata eritropoiesi. Le basse concentrazioni di globuli rossi quindi stimolano la eritropoiesi ma non direttamente, ma indirettamente attraverso il rene che viene stimolato a produrre l’ormone eritropoietina, che a sua volta stimolerà il midollo osseo.

L’anemia è la riduzione della emoglobina e quindi della sua capacità di trasporto di O₂. Può essere dovuta a:

• Diminuzione della eritropoiesi
• Perdite eccessive di globuli rossi
• Deficit del contenuto di emoglobine nei globuli rossi

Leucociti

I leucociti, o globuli bianchi, sono cellule coinvolte nella risposta immunitaria. Grazie al loro intervento il corpo umano si difende dagli attacchi di microorganismi ostili, come virus, batteri, miceti e parassiti, e da corpi estranei che penetrano al suo interno. Sono privi di emoglobina per cui sono incolori. Il sangue contiene cinque tipi di leucociti maturi:

• Linfociti: sono, come i monociti, agranulociti mononucleati, con un unico nucleo grande non segmentato e pochi granuli
• Monociti: (precursori dei macrofagi)
• Neutrofili: come i basofili e gli eosinofili sono detti granulociti polimorfonucleati, con nuclei segmentati in più lobi di varie forme e il loro citoplasma è ricco di granuli delimitati da membrana. Essi si distinguono sulla base dell'affinità variabile dei loro granuli per i coloranti. I neutrofili sono neutri ossia non presentano affinità tintoriale.
• Basofili: (chiamati mastociti a livello tissutale) hanno affinità con il colorante basico blu.
• Eosinofili: hanno affinità per un colorante rosso eosina.

Un sesto tipo di leucociti, le cellule dendritiche, non si trova nel circolo sanguigno. Come detto, originano dalle cellule staminali indifferenziate presenti nel midollo osseo, sono circa 7000 per mm³.

I globuli bianchi circolanti nel sangue possono essere raggruppati in diverse categorie, a seconda delle funzioni e della morfologia che presentano:

• Fagociti (soprattutto i neutrofili, monociti): hanno la capacità di inglobare e digerire le molecole estranee (i macrofagi rappresentano la forma più matura dei monociti).
• Granulociti (basofili, eosinofili): questi leucociti entrano soprattutto nelle reazioni allergiche con la liberazione di istamina. Liberano ed immagazzinano anche una sostanza detta eparina, che entra nella prevenzione della coagulazione del sangue.
• Immunociti (linfociti T e B): sono i globuli bianchi responsabili di risposte immunitarie specifiche e selettive contro gli antigeni esogeni. I linfociti B producono anticorpi, responsabili dell’immunità anticorpo-mediata, i linfociti T non producono anticorpi, ma distruggono direttamente le loro cellule bersaglio (immunità cellulo-mediata).

Con il termine leucocitosi si indica l'aumento anomalo del numero di globuli bianchi (leucociti) presenti nel sangue (>10.000 per microlitro). Con il termine leucopenia si indica la diminuzione anomala del numero di globuli bianchi (leucociti) presenti nel sangue (<4.000 per microlitro). La formula leucocitaria permette di distinguere le concentrazioni dei vari tipi di globuli bianchi presenti nel sangue.

Piastrine

Le piastrine o trombociti sono i più piccoli elementi figurati del sangue, con forma discoidale e diametro compreso tra i 2 ed i 3 μm. Al contrario dei globuli bianchi (o leucociti) e rossi (o eritrociti), le piastrine non sono vere e proprie cellule, ma frammenti di citoplasma dei megacariociti localizzati nel midollo rosso. Questi, a loro volta, derivano da precursori chiamati megacarioblasti e si presentano come grosse cellule multinucleate (diametro dai 20 ai 15 nm), che dopo varie fasi di maturazione subiscono fenomeni di frammentazione citoplasmatica, originando dalle 2000 alle 4000 piastrine. In un millilitro di sangue sono normalmente presenti dalle 150.000 alle 400.000 piastrine. La loro vita media è di 10 giorni (contro i 120 dei globuli rossi), al termine dei quali vengono fagocitate o distrutte dai macrofagi, soprattutto nel fegato e nella milza. Ogni giorno sono prodotte dalle 30.000 alle 40.000 piastrine per mm³; in caso di necessità, tale sintesi può aumentare 8 volte.

Le piastrine sono soltanto alcuni dei numerosi fattori che intervengono nel processo di coagulazione. Normalmente le piastrine non aderiscono alla parete di un vaso, ma in seguito alla lesione di un vaso sanguigno, il rilascio di alcune sostanze chimiche da parte delle cellule endoteliali dei vasi sanguigni e l'esposizione del collagene della parete danneggiata, determinano l'attivazione delle piastrine. Le piastrine aderiscono rapidamente al collagene esposto nella parete danneggiata (aggregazione piastrinica) e si attivano rilasciando sostanze particolari, chiamate citochine, nell'area della lesione. Questi fattori promuovono l'attivazione e l'associazione di altre piastrine, le quali si aggregano fino a formare un tappo piastrinico fragile, il cosiddetto trombo bianco; inoltre, contribuiscono a rinforzare la vasocostrizione locale, con lo scopo di diminuire il flusso e la pressione ematica. Entrambe le reazioni sono mediate dal rilascio delle sostanze contenute all'interno di alcuni granuli piastrinici, come serotonina, calcio, ADP (adenosina difosfato) e fattore attivante le piastrine (PAF). Il tappo piastrinico, o trombo bianco, stimoleranno poi la coagulazione del sangue, che è la tappa successiva della emostasi.

Emostasi

L’emostasi è definita come l’arresto di una emorragia da un vaso sanguigno rotto. (Si verifica tramite rottura nella parete del vaso e solo se la pressione interna al vaso è maggiore di quella esterna). Essa implica tre tappe principali che avvengono in ordine:

1. Vasocostrizione, o spasmo vascolare, che inizia quando si verifica una lesione del vaso stesso, riducendo il flusso sanguigno al vaso e di conseguenza riducendo al minimo la perdita di sangue.
2. Aggregazione piastrinica, avviene ad opera delle piastrine stimolate dalla lesione del vaso, aderendo rapidamente al collageno formando un tappo piastrinico nel sito della lesione vascolare. Quando le piastrine cominciano ad aggregarsi, rilasciano alcune importanti sostanze dai loro granuli di riserva. Fra queste vi è l'ADP, che induce localmente la superficie delle piastrine circolanti a diventare appiccicosa, affinché esse possano aderire al primo strato di piastrine aggregato.
3. Formazione del coagulo, che avviene sopra il tappo piastrinico, consolida e rinforza la chiusura del vaso ed avviene per l’attivazione di una reazione a catena in cui intervengono numerosi fattori della coagulazione (cascata coagulativa). La coagulazione del sangue è il processo mediante il quale si ha la trasformazione del sangue da liquido a solido gelatinoso. La tappa ultima nella formazione del coagulo è la conversione del fibrinogeno (fattore I), una proteina plasmatica solubile, di grandi dimensioni, prodotta dal fegato e presente normalmente nel plasma, in fibrina, una molecola polimerica filamentosa insolubile. La conversione in fibrina è catalizzata dall’enzima trombina, nel sito della lesione vascolare. Le molecole di fibrina aderiscono alla superficie del vaso danneggiato, formando un reticolo lasso che intrappola gli eritrociti e le piastrine in via di aggregazione. La massa che si forma è detta coagulo.

Il reticolo di fibrina iniziale è piuttosto lasso, perché i filamenti di fibrina sono intrecciati soltanto debolmente: si formano però rapidamente legami chimici tra filamenti adiacenti per rinforzare e stabilizzare il reticolo di fibrina. Questo processo di formazione di legami trasversali è catalizzato da un fattore della coagulazione, il fattore XIII (fattore stabilizzante la fibrina) che è presente normalmente in forma inattivata. La trombina, oltre a (1) convertire il fibrinogeno in fibrina, (2) attiva il fattore XIII per stabilizzare il reticolo di fibrina (3) promuove l’aggregazione piastrinica, che, a sua volta, è essenziale per il processo di coagulazione. La trombina esiste nel plasma sotto forma di un precursore inattivo, la protrombina (fattore II).

La cascata coagulativa

Un altro fattore della coagulazione attivato, il fattore X (fattore di Stuart), converte la protrombina in trombina. Il fattore X stesso è normalmente presente nel sangue in una forma inattiva e deve essere convertito nella sua forma attiva da un altro fattore attivato, e così via. Complessivamente, 12 fattori della coagulazione plasmatici partecipano alle tappe essenziali che conducono alla conversione finale del fibrinogeno in un reticolo di fibrina stabilizzato. Questi fattori sono indicati con numeri romani nell’ordine in cui sono stati scoperti, non nell’ordine in cui essi partecipano al processo di coagulazione. Il termine fattore VI non è più usato (è stato determinato che quello che precedentemente era considerato un fattore VI distinto è in realtà una forma attivata del fattore V).

La maggior parte di questi fattori della coagulazione sono proteine plasmatiche sintetizzate dal fegato. Normalmente, essi sono sempre presenti nel sangue in una forma inattiva, come il fibrinogeno e la protrombina. A differenza del fibrinogeno, che viene convertito in filamenti di fibrina insolubile, la protrombina e gli altri precursori, quando vengono convertiti nella loro forma attiva, agiscono come enzimi proteolitici (che catalizzano la proteolisi, ossia l’idrolisi di una proteina). Questi enzimi attivano un altro fattore specifico nella sequenza della coagulazione. Dopo che il primo fattore nella sequenza è stato attivato, esso, a sua volta, attiva il fattore successivo, e così via, in una serie di reazioni sequenziali nota come cascata coagulativa, finché la trombina non catalizza la conversione finale del fibrinogeno in fibrina. Alcune di queste tappe richiedono la presenza, nel plasma, dello ione Ca²⁺ (fattore IV) e del fattore piastrinico 3 (PF3), un fosfolipide secreto dai tappo di piastrine aggregate. Perciò, anche le piastrine contribuiscono alla formazione del coagulo. Questa cascata coagulativa può essere iniziata o dalla via intrinseca o dalla via e