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Prof. Paolo Marchesi Chimica, Biologia, Astronomia, Scienze della terra
Il Sangue e le sue funzioni
…..non divulgare questo materiale senza il consenso dell’autore, grazie…..
Sommario
Caratteristiche generali del sangue ..............................................................................2
Le componenti del sangue ...........................................................................................3
Origine delle cellule del sangue ..................................................................................5
L’emostasi ...................................................................................................................5
Placca aterosclerotica e conseguenze ..........................................................................7
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Caratteristiche generali del sangue
Per la comprensione del sistema circolatorio è essenziale conoscere anche le funzioni principali del sangue.
Esso può essere metaforicamente rappresentato come un autostrada da cui partono e arrivano delle sostanze, da
e verso i tessuti del nostro corpo. La schematizzazione in figura riguarda solo le principali sostanze.
Polmoni App. Digerente App. Endocrino Fegato Tutti i tessuti del corpo
CO2 H2O O2
Biomolecole organiche Ormoni glucosio Rifiuti H2O biomolecole CO2
O2 Ioni Proteine Azotati Urea Ioni, Ormoni,cellule Rifiuti
Plasmatiche cellule difesa immunitaria azotati
SANGUE
Ca, P, Urea H2O ferro e altre Globuli rossi
Cellule del lipidi Sali biomolecole invecchiati
sangue riciclate
Scheletro Rene e altri Milza e altri
organi escretori organi emolitici
Figura 1: Sostanze in entrata e uscita dal sangue. Le frecce doppie indicano che una o più sostanze possono
entrare o uscire dal sangue da e verso un organo. La figura riporta solo le principali sostanze scambiate.
Il sangue è un tessuto connettivo, come tale è formato da una parte di cellule (elementi figurati) e una parte di
matrice extracellulare (plasma). La maggior parte delle cellule è costituita principalmente dai globuli rossi
(chiamati anche eritrociti) le unità deputate al trasporto dell’ossigeno, mentre gli altri tipi di cellule
costituiscono circa l’1% del sangue. Si definisce rapporto ematocrito (o semplicemente ematocrito) il
rapporto fra il volume totale di un campione di sangue e il volume dei soli globuli rossi. Questo rapporto viene
in genere espresso in percentuale. Ad esempio un rapporto ematocrito di 0,45 (che può essere espresso
moltiplicandolo per 100 come 45% o semplicemente 45) sta ad indicare che su un ipotetico volume di 100ml di
sangue sono presenti 45ml di soli globuli rossi. Poiché il volume delle altre cellule è abbastanza trascurabile,
spesso si definisce l’ematocrito come il rapporto fra il volume delle sole cellule (tutte, non solo i globuli rossi) e
il volume totale del sangue. Questa approssimazione è comunque molto usata. La frazione non cellulare del
sangue (in pratica la matrice di questo t. connettivo) è detta plasma. In un campione di sangue il plasma si
ottiene aggiungendo anticoagulante al sangue di una provetta per poi centrifugarlo. Se non si aggiunge
anticoagulante e si lascia coagulare il sangue, da esso si separerà una frazione liquida molto simile al plasma
chiamata siero. L’ematocrito deve restare entro valori ottimali. Se troppo basso l’efficienza respiratoria
diminuisce (pochi globuli rossi, poco ossigeno trasportato) se al contrario è troppo alto il sangue rischia di
essere troppo viscoso e provocare più facilmente incidenti circolatori come ictus e infarto. I valori ottimali del
rapporto ematocrito sono indicati nei manuali di medicina, variano in funzione del sesso (nelle donne è
inferiore) e del periodo della vita (alto nei neonati, basso in vecchiaia). Per un soggetto sano varia da 42% a
52% (37% e 47% nelle donne). L’allenamento alla fatica e l’attività in zone dove l’ossigeno è meno abbondante
tendono ad innalzare l’ematocrito, per questo motivo molti atleti effettuano l’allenamento in montagna prima
dell’inizio delle competizioni. E’ anche possibile aumentare l’ematocrito attraverso l’uso di una sostanza
dopante illecita (ormone eritropoietina chiamato anche EPO). Molte federazioni sportive come quelle del
ciclismo, fissano un limite massimo di ematocrito oltre il quale si presume che l’atleta abbia fatto doping.
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Le componenti del sangue
Il sangue dunque è formato da una parte cellulare (gli elementi figurati) e il plasma.
Figura 2 componenti del sangue
Il plasma è costituito principalmente da acqua, ioni, glucosio, lipidi (ad esempio il colesterolo) e proteine. Fra
queste le principali e più importanti sono il fibrinogeno (importante per la coagulazione del sangue) le
globuline (proteine ad alto peso molecolare come ad esempio gli anticorpi, coinvolti nella difesa
dell’organismo) e l’ albumina coinvolta in numerose funzioni di trasporto e regolazione osmotica e del pH del
plasma. Fra gli ioni è importante ricordare quelli più abbondanti (Ca++,Na+,K+, Cl- , Ferro ecc.) e lo ione HCO3- ,
chiamato ione bicarbonato, questo ione rappresenta la forma di trasporto della CO2 da parte del plasma: La CO2
infatti tende a sciogliersi in acqua formando appunto lo ione bicarbonato. Questa reazione è facilitata dalla
presenza di un enzima, l’anidrasi carbonica, che si trova sulla superficie dei globuli rossi che quindi favoriscono
il trasporto della CO2 anche se non sono loro stessi ad effettuarlo. I globuli rossi sono invece coinvolti in prima
persona nel trasporto dell’ossigeno. Sono cellule che nella fase matura perdono il nucleo e altre strutture non
necessarie alla loro funzione. La loro vita risulta così ridotta e vengono ricambiati di continuo (in media ogni
120 giorni). I più vecchi vengono distrutti principalmente nella milza (in misura minore anche nel fegato e nel
midollo osseo) e ne vengono creati dei nuovi nel midollo osseo rosso. La loro capacità di trasporto
dell’ossigeno è dovuta all’emoglobina contenuta al loro interno, una metallo proteina (ha un gruppo eme
formato da ferro) capace di legarsi in modo reversibile all’ossigeno. Contrariamente all’anidride carbonica
(trasportata dal plasma) l’ossigeno è poco solubile nel plasma e per il suo trasporto sono pertanto necessari i
globuli rossi. Per quanto riguarda gli altri elementi figurati, una prima suddivisione è fra globuli rossi (già
descritti) con funzione di trasporto ossigeno, globuli bianchi (o leucociti) deputati alla difesa immunitaria e
piastrine (o trombociti). Queste ultime sono grossi frammenti cellulari dotati di una propria membrana e
responsabili dei processi di riparazione dei danni ai vasi. I globuli bianchi possono essere ulteriormente
suddivisi in base a come si presenta il loro interno in agranulociti e granulociti. Questi ultimi vengono poi
suddivisi in base al tipo di colorante a cui sono sensibili (colorante basico, neutro oppure l’eosina) in neutrofili,
basofili ed eosinofili. Le cellule non granulari invece sono suddivise in monociti e linfociti (B, T e NK)
La figura 3 riassume questa suddivisione.
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Figura 3: tipi di globuli bianchi
La tabella seguente riassume le principali attività delle cellule del sangue:
Cellula Funzione
Granulociti basofili Coinvolti nelle reazioni allergiche e nelle risposte infiammatorie.
Producono istamina, una sostanza in grado di regolare la dilatazione e la
costrizione dei vasi sanguigni
Granulociti neutrofili Cellule in grado di fagocitare microrganismi estranei come eventuali batteri
presenti nel sangue
Granulociti eosinofili Attivi contro parassiti del sangue (es malaria) e nelle risposte
infiammatorie
Monociti Cellule in grado di uscire dai vasi e invadere i tessuti dove si trasformano
in macrofagi (o in altre cellule fagocitarie chiamate dendritiche) ovvero
cellule in grado di fagocitare microorganismi invasori direttamente nei
tessuti
Linfociti B Prodotti nel midollo osseo poi migrano nei linfonodi e nella milza dove
maturano. Producono anticorpi ovvero proteine in grado di legarsi a
molecole estranee all’organismo (tossine prodotte dai batteri e altre
molecole estranee, recettori superficiali di virus e batteri ecc.) e di
provocarne poi la distruzione (in genere per fagocitosi da parte di altre
cellule del sistema immunitario. Una qualsiasi molecola in grado di
provocare la risposta anticorpale è detta antigene. Nelle cellule batteriche e
in molti virus alcune molecole antigeniche sono esposte sulla loro
superficie e vengono pertanto chiamate antigeni di superficie.
Linfociti T Prodotti nel midollo osseo, migrano nel Timo (un piccolo organo linfoide
posto dietro lo sterno) dove poi maturano. Producono sostanze citotossiche
(contro cellule estranee), Facilitano il funzionamento del linfociti B e
memorizzano gli antigeni già sconfitti in passato facilitando la risposta
immunitaria in caso di nuova infezione (cellule della memoria)
Linfociti NK (natural killer) Specializzati nel riconoscimento e nella distruzione di cellule pericolose
per l’organismo come cellule tumorali e cellule infettate da virus.
Globuli rossi (eritrociti) Trasporto ossigeno
Piastrine (trombociti) Non si tratta di vere e proprie cellule ma di frammenti cellulari dotati di
membrane e compartimenti interni e che contengono importanti enzimi
necessari alla riparazione danno tissutale (dei tessuti dei vasi). Sono
prodotti da cellule madri chiamate megacariociti. L’arresto della
fuoriuscita di sangue è detto emostasi.
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Origine delle cellule del sangue
Tutte le cellule del sangue si originano dal midollo osseo, anche se alcune completano la maturazione in altri
organi. Tutto ha origine dalle cellule staminali ematopoietiche (chiamate anche staminali totipotenti) le quali
ad un certo punto, possono dare origine a tipi di cellule differenti a seconda dei geni vengono attivati/disattivati.
Tale differenziazione può avvenire secondo due principali linee cellulari, la linea mieloide e la linea linfoide.
Dalla linea mieloide discendono tutti i tipi di granulociti e monociti, i globuli rossi, i megacariociti (e quindi le
piastrine). Dalla linea linfoide si originano invece i linfociti. La figura 4 riporta uno schema completo del
processo. Questo schema è riportato solo per completezza d’informazione, non viene richiesta la
memorizzazione dei nomi e dei percorsi indicati nelle figure, ma solo quelli riportati nel testo precedente.
Figura 4: processo emopoiesi
L’emostasi
Con il termine emostasi si definisce l’arresto di una fuoriuscita di sangue dai vasi. Essa si realizza attraverso
una serie di passaggi molto complessi che riassumiamo in modo schematico e semplificato, riportando solo i
principali eventi che fanno seguito alla rottura di un vaso
Fase 1: Vasocostrizione
Il danno alla superficie interna del vaso sanguigno provoca il rilascio, da parte delle cellule del tessuto
leso, di alcuni fattori chiamati endoteline che agiscono da potenti vasocostrittori sulla muscolatura liscia
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del vaso che si contrae immediatamente nel cosiddetto spasmo vascolare. La vasocostrizione ha anche
origine nervosa, dovuta ai riflessi avviati dai recettori del dolore
Figura 5: vasocostrizione
Fase 2: formazione del tappo piastrinico (o trombo bianco)
La vasocostrizione provoca due effetti: espone verso l’interno, cioè verso il sangue, il collagene presente
sull’esterno del vaso e modifica le caratteristiche di una molecola normalmente presente sulla superficie
delle cellule dell’endotelio (fattore di Von Willebrand o semplicemente vWF). Questa modifica
(indotta dall’aumento di velocità del sangue dovuto alla vasocostrizione) fa si che il fattore si attacchi
alla superficie delle piastrine e funziona così da “adesivo” fra le piastrine e l’endotelio nella zona del
danno. Le piastrine “incollate” dal vWF poi emettono serotonina (provoca ulteriori spasmi nel vaso) e
delle molecole segnale che attirano verso il sito altre piastrine. Le piastrine che fuoriescono dal vaso
invece aderiscono al collagene e ne restano intrappolate. L’ammasso di piastrine dentro e fuori dal vaso
in prossimità della ferita è detto trombo bianco o tappo piastrinico
Fase 3: formazione del trombo rosso
Sulla superficie delle cellule dei tessuti attorno al vaso è presente una sostanza chiamata fattore
tissutale (FT) in grado di interagire con le piastrine. È importante sottolineare come tale fattore sia
presente solo all’esterno dei vasi e non al suo interno (altrimenti il sangue potrebbe formare dei trombi
anche in assenza di ferite). Il contatto con il fattore tissutale provoca la liberazione da parte delle
piastrine di ulteriori molecole che causano una serie di reazioni a cascata chiamate via estrinseca. Una
seconda serie di reazioni, chiamate via intrinseca, sono provocate da altri fattori, liberati sempre dalle
piastrine che vengono stimolate anche stimolate dal cambiamento della rugosità dei vasi provocato dalla
lesione. Le reazioni finali delle due vie sono le stesse (via comune) e al termine di queste si ha prima
l’attivazione di un enzima presente nel sangue, la protrombina, che in forma attivata assume il nome di
trombina, questa a sua volta catalizza la reazione per la trasformazione di una proteina presente nel
sangue, il fibrinogeno, in proteina insolubile, la fibrina. Se una proteina solubile, ovvero disciolta in
acqua, diventa insolubile, tenderà a depositarsi in forma solida separandosi dal liquido. Oltretutto la
fibrina ha anche un aspetto fibroso e questo fa si che la fibrina insolubile, formatasi solo nei pressi della
lesione del vaso, tenderà a fuoriuscire dalla lesione (spinta dal sangue che fuoriesce dal vaso) ma
essendo fibrosa e insolubile formerà una rete che tende a ostruire il foro stesso. In questa rete
rimarranno poi intrappolati alcuni globuli rossi che completeranno la chiusura del vaso con quello che
viene definito il trombo rosso. Una volta ultimata la formazione del trombo rosso la perdita di sangue si
arresterà e le cellule epiteliali del vaso cominceranno a rigenerarsi. Lentamente il trombo rosso verrà poi
rimosso fino a completa guarigione della lesione. Le figure 6 e 7 e lo schema in figura 8 riassumono i
concetti sopra descritti.
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Figura 6: formazione del trombo rosso Figura 7 : trombo rosso visto al microscopio elettronico
Stimolazione delle Stimolazione delle
piastrine dovuta alla piastrine dovuta al
rugosità del vaso fattore tissutale
Serie di reazioni della serie di reazioni della
via intrinseca via estrinseca
reazioni della
via comune
Protrombina trombina
Fibrinogeno (solubile) fibrina (insolubile)
Figura 8: reazioni della coagulazione, sono riassunti solo i passaggi principali, ogni via è costituita da diverse reazioni in cascata fra di loro (per
brevità, qui non riportate)
Placca aterosclerotica e conseguenze
Nel paragrafo precedente si è insistito su un punto importante: se il vaso è integro le reazioni che portano alla
formazione dei trombi NON possono avvenire. Se il vaso non è particolarmente deformato e se non espone il
fattore tissutale, le reazioni della via intrinseca e estrinseca non possono attivarsi. Tuttavia con
l’invecchiamento nei vasi possono formarsi degli ispessimenti chiamati ateromi o placche aterosclerotiche
(principalmente causati da depositi lipidici, fra cui il colesterolo) che provocano una perdita di elasticità dei
vasi e ne riducono il lume. Il deposito della placca può essere favorito da diversi fattori (predisposizione
genetica, vita sedentaria, alimentazione troppo ricca di grassi) mentre altri, come il fumo, ne possono aggravare
le conseguenze. Un'arteria infarcita di materiale lipidico perde elasticità e resistenza, risulta più suscettibile alla
rottura e riduce il proprio lume interno ostacolando il flusso sanguigno. Un aspetto particolarmente pericoloso è
rappresentato da una eventuale rottura della placca (che per sua natura è poco elastica e tende a rompersi)
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perché uno o più frammenti di essa potrebbero staccarsi verso l’interno del vaso. Su questi frammenti, che
esporrebbero verso l’interno del vaso anche il fattore tissutale, si avvierebbero le reazioni di coagulazione che
porterebbero alla formazione di un grumo di fibrina e globuli rossi, chiamato trombo o embolo trombotico,
che, trasportato dal flusso di sangue, potrebbe provocare l’occlusione di vasi più piccoli che si trovano a valle
del suo punto di origine (embolia trombotica). La formazione del grumo è detta trombosi. Anche nel punto di
origine poi i processi riparativi potrebbero ulteriormente chiudere il lume del vaso già ridotto dalla placca e
provocare ulteriori occlusioni. Se un vaso arterioso si chiude e se non vi sono sufficienti anastomosi, la zona
vascolarizzata dal vaso potrebbe andare incontro ad anossia (mancanza di ossigeno) con morte delle cellule
interessate. Il mancato afflusso sanguigno chiamato ischemia e a seconda di dove avviene e se si tratta di un
fatto transitorio o durevole, può provocare gravi malattie come l’ictus a livello cerebrale e l’angina pectoris e
l’infarto del miocardio a livello cardiaco.
Figura 9: embolo trombotico figura 10 e 11 formazione della placca aterosclerotica
Globuli bianchi
Figura 12 esempio di formazione della placca e rottura del tessuto in una arteria coronarica.
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