Fisiologia Cardiovascolare-

Generalità-Il sangue

1

Fisiologia Umana C. Capelli

Autunno 2019

Obiettivi 1.0 Il sistema cardiovascolare-

generalità 1.1 Funzioni del sangue 2.0 Il sangue-Composizione 2.1 Eritrociti ed ematocrito 2.2 Indice di Sfericità e Eritrociti2.3 Indici eritrocitari2.4 HCT-Viscosità-capacità di

trasporto per l’O22.5 “Life span” degli eritrociti2.6 Il midollo emopoietico 2.7 Requisiti per la produzione di

gg.rr. 2.8 Ruolo dell’Eritropoietina 2.11 Filtrazione e distruzione dei gg.rr. 2.12 La milza 2.13 Anemia e cianosi

2

3.0 Il plasma3.1 Elettroneutralità plasmatica3.2 Determinazione del volume

Plasmatico3.3 Composizione del plasma3.4 Le proteine plasmatiche4.0 Pressioni osmotica e

colloidosmotica del plasma 4.1 Tonicità e osmolalità effettiva4.2 Osmosi ed Eritrociti5.0 I leucociti 5.1 Funzioni dei leucociti 6.0 Le piastrine (trombociti) 7.0 I gruppi sanguigni 7.1 I gruppi sanguigni A, B e 0 7.2 I gruppi sanguigni AB0 -reazione

trasfusionale-tipizzazione 7.3 Il sistema Rh

3

1.0 Il sistema cardiovascolare-generalità

•  I tre componenti principali che compongono il sistema circolatorio sono: –  Il cuore (la pompa) –  I vasi sanguigni (le condutture) –  Il sangue(il fluido che scorre )

•  La funzione del sistema cardiovascolare è influenzata dal sistema endocrino, dal sistema nervoso e dai reni.

1.1 Funzioni del sangue

•  Trasporto– Gas (O2, CO2)–  a.a., glucosio, FFA– Ormoni– Farmaci – Calore (termoregolazione)

•  Riserva di a.a.

2.0 Il sangue-Composizione

5

•  E’ una sospensione di elementi cellulari (gg.rr., leucociti) in una soluzione acquosa (plasma) di elettroliti e di non-elettroliti

•  Separazione delle cellule dal plasma•  Sedimentazione e•  Centrifugazione: separazione della

componente cellulare dal plasma

6

2.1 Eritrociti e ematocrito

2.1 Eritrociti e Ematocrito• L‘Ematocrito: rapporto tra il volume degli eritrociti ed il volume totale del

sangue moltiplicato per 100 ed è uno degli indici di Wintrobe•  Ematocrito apparente•  Buffy coat, leucociti•  Valori normali: uomo: 42-52 %; donne: 37-48 %•  Valori inferiori: anemia; valori superiori: policitemia (vera o secondaria);•  Massimo ematocrito teorico con emazie normali: 58 % circa

8.3 ±0.43 µ

2.4 ± 0.15 µ

1.0 ±0.30 µ

Area: 140 ± 17 µ2Volume: 84 ± 17 µ3

8.3 µ

2.4 µ

2.2 Indice di Sfericità e Eritrociti•  Indice di sfericità

• La superficie dell’eritrocita di forma discoide è molto più ampia di quella che avrebbe la cellula se avesse un forma sferica

• Quindi, la forma discoide ottimizza l’area disponibile per la diffusione dei gas

• Vi sono sostanze che inducono una trasformazione reversibile da discoide a sfera. Esse comprendono anche dei detergenti anionici

• Queste sostanze, in alte concentrazione, sono lisanti.• Quindi, vi sono delle proteine plasmatiche che preservano la

forma discoide•  In alcune condizioni ed in patologie compaiono forme abnormi di

eritrociti.

2.3 Indici eritrocitari•  Principali1.  Ematocrito (HCT)2.  Conta eritrocitaria

Uomo: 5.5 •106 mm-3

Donna: 4.8 •106 mm-3

3.  Concentrazione di Hb ([Hb])Uomo: 13 - 18 g/dlDonna: 12-16 g/dl

Derivati1.  V.C.M. (MCV) (µ3) = HCT • 10/ conta eritrocitaria; 86 - 98 µ3;

2.  E.C.M (MCH) (pg) = [Hb] • 10 / conta eritrocitaria; 28-33 pg/cellula

3.  C.M.C.E. (MCHC)) (%) = [Hb] • 100/ HCT; 32 - 36 %

2.4 HCT-Viscosità-capacità di trasporto per l’O2

L’ematocrito determina:

• La viscosità del sangue • La capacità di trasporto per l’ossigeno del sangue arterioso

poiché essa, a parità di tutte le altre condizioni, è proporzionale alla concentrazione di Hb

• L’HCT normale corrisponde al valore massimo del rapporto tra HCT e viscosità del sangue

• HCT normale nelle diverse specie assume valori diversi. In ogni caso, assume il valore ideale per trasportare il maggior volume di ossigeno nell’unità di tempo

2.4 HCT-Viscosità-capacità di trasporto per l’O2

•  A: viscosità relativa vs. ematocrito nell’uomo e nel cammello.

•  B: flusso di emoglobina in funzione dell’ematocrito nell’uomo e nel cammello.

2.5 “Life span” degli eritrociti

•  Il life span è la media della durata dell’esistenza di una popolazione di cellule

•  L’esistenza si distribuisce secondo una curva gaussiana, distribuzione normale

•  In media attorno ai 100 giorni per gg.rr. sani

2.5 “Life span” degli eritrociti

1.  Curva in tratto continuo:•  descrive i risultati sperimentali

ottenuti con gg.rr. marcati con materiale radioattivo

2.  Curva tratteggiata•  Il tracciato monoesponenziale

descrive la curva che ci si potrebbe attendere se la distruzione dei gg.rr. fosse indipendente dall’età

dydx

= - k • y

2.5 “Life span” degli eritrociti

•  Normalmente, la probabilità di un globulo rosso di andare incontro a distruzione dipende dall’età della cellula - teoria dell’aging o teoria intrinseca della distruzione.

•  In patologia, la probabilità di andare incontro a distruzione è del tutto indipendente dall’età - teoria estrinseca della distruzione; la distruzione sarebbe indipendente dall’età

•  Nel primo caso si deve parlare di “life span”, nel secondo di emi-vita per caratterizzare la durata della vita della popolazione cellulare

15

2.6 Il midollo osseo emopoietico

16

2.6 Il midollo osseo omeopoietico

2.7 Requisiti per la produzione di gg.rr.

17

•  Ferro – Componente dell’emogolobina (eme) – Concentrazione normale di Hb

•  Uomini: 13–18 gr/dL •  Donne: 12–16 gr/dL

•  Acido Folico – Necessario per replicazione DNA e proliferazione

cellulare •  Vitamina B12

– Necessaria per replicazione DNA e proliferazione cellulare

18

2.8 Ruolo dell’Eritropoietina

2.9 Filtrazione e distruzione dei gg.rr.

19

•  La milza filtra e rimuove i vecchi eritrociti e il fegato metabolizza i prodotti dalla disgregazione degli eritrociti.

•  Il ferro viene riciclato per la sintesi di nuova emoglobina.

•  Il ferro è trasportato nel sangue legato alla transferrina nel midollo osseo rosso.

•  Il ferro è immagazzinato legato alla ferritina nel fegato, nella milza e nell'intestino tenue.

2.10 La milza

20

•  I macrofagi della milza filtrano il sangue dalla fagocitosi dei vecchi globuli rossi fragili.

•  L'emoglobina viene quindi catabolizzata e il ferro viene rimosso. L’eme èconvertito in bilirubina.

•  La bilirubina è rilasciata nel flusso sanguigno e viaggia verso il fegato per ulteriore metabolismo. I prodotti del catabolismo della bilirubina vengono secreti nella bile nel tratto intestinale o rilasciati nel flusso sanguigno ed escreti nelle urine.

2.11 Anemia e Cianosi

21

•  L'anemia è definita come una diminuzione della capacità di trasportare ossigeno nel sangue.

•  Anemia dietetica •  Ferro: anemia sideropenica •  Vitamina B12: anemia perniciosa

•  Anemia emorragica •  Emorragia

•  Anemia emolitica •  Malaria •  Anemia falciforme

•  Anemia aplastica •  Difetto del midollo osseo

•  Anemia renale •  Malattie renali

2.11 Anemia e Cianosi

22

•  La Cianosi: I capillari contengono più di 5 grammi di desossiemoglobina (HHb, emoglobina insatura) per 100 ml di sangue

•  Cute e mucose presentano un colore bluastro

•  In presenza di policitemia (primitiva o dopo adattamento alle grandi altitudini) la cianosi è assai più pronunciata: la stessa caduta di PO2 comporta la formazione di una maggiore quantità di HHb

•  L’anossia da ossido di carbonio non si accompagna a cianosi poichò HHbCO ha un colore rosso ciliegia

23

2.12 Anemia-Riassunto •  L'anemia primitiva NON DEVE essere confusa con l'anemia

relativa, dovuta all'espansione del volume del plasma maggiore dell'aumento della massa eritrocitaria (allenamento di resistenza)

3.0 Il plasma•  Il plasma fa parte dei liquidi extracellulari. • Costituisce il 55-60 % del volume del sangue •  Il siero è il plasma dopo coagulazione del sangue (senza fibrinogeno

e componenti della coagulazione

Volumi tipici Volumi tipici Uomo litri Donna litri

Acqua corporea totale (TBW) 60 % del BW 42 50 % del BW 35

Fluido intracellulare (ICF) 60 % di TBW 25 60 % di TBW 21

Fluido extracellulare (ECF) 40 % di TBW 17 40 % di TBW 14

Fluido interstiziale 75 % di ECF 13 75 % di ECF 10 Plasma (PV) 20 % di ECF 3 20 % di ECF 3 Sangue PV/ (1-HCT) 5.5. PV/ (1-HCT) 5 Fluido transcellulare 5 % di ECF 1 5 % di ECF 1

Distribuzione dell’acqua corporea totale; BW: 70 kg; HCH 45 % e 40 %

25

3.0 il plasma

•  Il plasma è costituito da una serie di sostanze inorganiche e organiche disciolte nell'acqua, tra cui proteine come albumina, globuline e fibrinogeno.

•  Il plasma contiene almeno il 90% di acqua e trasporta elettroliti e sostanze nutritive (glucosio, aminoacidi, vitamine), nonché rifiuti (urea, bilirubina, creatina), gas (O2 e CO2) e ormoni.

3.1 Elettroneutralità plasmatica•  Principio dell’Elettroneutralità: vale per tutte le soluzioni

•  Il numero delle cariche positive deve uguagliare quello delle cariche negative•  La somma algebrica delle concentrazioni plasmatiche di sodio, cloruro e bicarbonato

non è uguale a 0.•  Questa differenza è denominata gap anionico:

anion gapplasma = [Na+]plasma - ([Cl-]plasma + [HCO3-] plasma) = 9 - 14 meq/litro

•  È la differenza tra gli anioni ignorati e i cationi ignorati. I primi comprendono proteine anioniche e metaboliti anionici (Altri nella Tabella qui sotto, ovvero a. lattico, beta-idrossibutirrato, acetoacetato)

•  Acidosi metabolica dovuta all’accumulo di uno di questi composti: anion gap aumenta.

Cations Anions Na+ K + Ca++ Others Cl- HCO3

- Phopsphates Others

mEq/l 140 ± 5 4 ± 0.5 5 ± 1.0 6 ± 5 103 ± 0.5 29 2 ± 1.0 21

Totale 155 mEq 155 mEq

3.2. Determinazione del volume Plasmatico

•  Principio di conservazione della massa applicato alle tecniche di diluizione

•  Iniezione venosa di massa nota (A) di tracciante atossico che si distribuisce solo nel volume V che desideriamo misurare

•  V = A /[CA], dove [CA] è la concentrazione finale della sostanza

3.2. Determinazione del volume Plasmatico

•  Metodo cinetico •  Plot su carta semilogaritmica della

concentrazione di sostanza in funzione del tempo trascorso dall’iniezione

•  Estrapolazione della porzione lineare al tempo 0

•  Cpl0 concentrazione teorica di

tracciante al tempo 0 nel caso in cui il rimescolamento fosse immediato

•  Dividendo la massa g per Cpl0., si

ottiene V

3.2 Determinazione del volume plasmatico

• Plasma • Tracciante: Blue di Evans si lega all’albumina; 250 mg • C0: 0.1 mg ml-1; • 250 mg / 0.1 mg ml-1 = 2500 ml

• Sangue • BV = PV / (1-HCT) • Oppure si utilizzano come tracciante emazie marcate con Cr51; • BV = Rtotale / R per ml di sangue

3.3 Composizione del plasma

•  Acqua (93% circa) •  Proteine (7g/dl, 7% circa) •  Ioni; •  La composizione del plasma è diversa da quella dei liquidi intracellulare ed

interstiziale; •  Liquido intracellulare è ricco il K+ e povero in Na+ e Cl-

•  I liquidi extracellulari (interstiziale e plasma) sono ricchi in Na+ e Cl- e poveri in K+.

•  Particolarità: 1.  Concentrazioni di ioni e proteine espresse in mg/100 ml, mM, mEq/l. 2.  Le concentrazioni plasmatiche sono diverse da quelle del liquido interstiziale in

cui non vi sono proteine. Il fatto che le concentrazioni ioniche dipendano dalla concentrazione delle proteine presenti nel liquido ha importanza pratica per il medico.

1.  Riserva di a.a.2.  Carriers3.  Sostanze tampone

(anfotere)4.  Zimogeni5.  Responsabili della

pressione colloido-osmotica

3.4 Le proteine plasmatiche

•  60 % proteine plasmatiche totali: albumina

•  40 % proteine plasmatiche totali: globuline

32

4.0 Pressioni osmotica e colloidosmotica del plasma

•  1 mosmole/kg = 19.3 mm Hg @ 37 °C (1 osmole ≈ 25 Atm @ 37° and 22.4 atm @ 0 °C)

•  Osmolarità totale del plasma: 285 - 300 mosml

•  Osmolarità totale del plasma a 37 °C ≈ 5500 - 5800 mmHg (7.2 – 7.6 atm, or 7.4 – 7. 9 m di colonna di H2O!)

•  Pressione colloido-psmotica dovuta solo alle proteine: 23-28 mmHg

4.1 Tonicità e osmolalità effettivaOsmolalità totale

Osmolalità totale (mOsm) = 2 • Na +[ ] + Glucosio (mg/dl)

18 +

BUN (mg/dl)

2.8

Osmolalità effettiva o tonicitàTonicità (mOsm) = 2 • Na +[ ] +

Glucosio (mg/dl)

18

Liquido iso-osmolali: 290 mOsm

•  Liquidi isotonici

•  Soluzione isotonica: la sua osmolalità effettiva è uguale a quella della soluzione di riferimento, p.e il plasma

•  Soluzione ipotonica: osmolalità effettiva è minore di quella della soluzione di riferimento

•  Soluzione ipertonica: osmolalità effettiva è maggiore di quella della soluzione di riferimento

4.1 Tonicità e osmolalità effettiva

• Gli spostamenti di acqua tra i compartimenti extracellulare e intracellulare sono dovuti ad alterazioni dell’osmolalità effettiva del liquido extracellulare (tonicità)

• Dal punto di vista clinico pratico, queste modificazioni della tonicità sono solitamente dovuti ad iponatriemia, ipernatriemia o iperglicemia

4.1 Tonicità e osmolalità effettiva

•  Modificazioni stabili del volume cellulare non si stabiliscono in presenza di modificazioni della concentrazione extracellulare di un soluto scambiabile

4.2 Osmosi ed Eritrociti•  Il trasporto di acqua attraverso la membrana per osmosi

dipende dalla concentrazione di Hb all’interno dell’eritrocita

•  Quando il volume aumenta del 30 %, l’eritrocita diventa sferico

•  Emolisi: l’Hb lascia la cellula•  In vivo abbiamo una continua emolisi,

ma in alcune condizioni si ha un’emolisi accentuata (emolisine)

•  Test per la fragilità degli eritrociti: sferociti e eritrociti vecchi, si emolizzano a volumi più piccoli

37

5.0 I leucociti

•  I leucociti (globuli bianchi) funzionano nella difesa dell’organismo

•  Possono essere divisi in granulociti e agranulociti. –  Granulociti: granuli citoplasmatici

•  Neutrofili •  Gli eosinofili •  Basofili

•  Agranulociti: nessun granulato citoplasmatico –  I monociti –  Linfociti

38

5.1 Funzioni dei leucociti •  Neutrofili:

•  Fagocitica •  Aumentano durante le infezioni

•  Eosinofili: •  Difendersi dai vermi parassiti •  I granuli contengono molecole tossiche che attaccano i parassiti

•  Basofili: •  Non fagocitiche •  Contribuiscono alle reazioni allergiche

•  Istamina

•  Monociti: •  Fagocitica •  Migrano nei tessuti e diventarno macrofagi

•  Linfociti: •  Cellule B. •  Cellule T.

6.0 Le piastrine (trombociti)

39

•  Le piastrine sono frammenti citoplasmatici derivati da megacariociti, chiamati anche trombociti.

•  Come frammenti di cellule, non hanno organelli, ma hanno granuli e sono importanti nella coagulazione del sangue.

•  I granuli contengono prodotti di secrezione: •  ADP •  serotonina •  epinefrina

7.0 I gruppi sanguigni

40

•  Quando alcuni tipi di sangue (incompatibili) vengono mescolati si forma un aggregato: agglutinazione

•  Essa può essere pericolosa (agglutinazione massiva)

•  L’incompatibilità è dovuta alla presenza di antigeni presenti sulla membrana dei gg.rr. e di anticorpi specifici presenti nel plasma

•  Quando gli anticorpi (agglutinine) reagiscono legandosi agli antigeni (agglutinogeni) eritrocitari, i gg.rr. convolti si aggregano

7.1 I gruppi sanguigni A, B e 0

41

•  Agglutinogeni A, B e D su membrana gg.rr. •  Agglutinina anti-B nel plasma •  Agglutinina anti–A nel plasma •  Agglutinina anti-D nel plasma •  La presenza o l’assenza di agglutinogeni e

agglutinine consente di classificare il sangue in gruppi.

7.2 I gruppi sanguigni AB0 -reazione trasfusionale-tipizzazione

42

Tipo di sangue Agglutinogeno Agglutinina

Distribuzione popolazione

caucasica (%)

Rh+ (%)

RH-(%)

A A b 40 34 6 B B a 11 9 2

AB A e B nè a nè b 4 3 1 0 nè A nè B a e b 45 38 7

•  Sangue B trasfuso in soggetto gruppo A •  Anti-A del donatore reagiscono con antigene A del ricevente:

agglutinazione minore •  Anti-B del ricevente reagiscono con antigene B del donatore:

agglutinazione maggiore!reazione trasfusionale •  Tipizzazione AB0: siero contente anticorpo noto (anti-A o anti-B) su

vetrino e aggiunta di sangue ossetrvando se si sviluppa agglutinazione

7.3 Il sistema Rh

43

Tipo di sangue Agglutinogeno Agglutinina

Disatribuzione popolazione

caucasica (%)

Rh+ (%)

RH-(%)

A A b 40 34 6 B B a 11 9 2

AB A e B nè a nè b 4 3 1 0 nè A nè B A e b 45 38 7

•  Rh: Rhesus (1940) •  Uno, l’antigene Rh D (fattore Rh) è fortemente antigenico •  Se fattore Rh presente su gg.rr.: Rh+

•  Se fattore Rh non è presente: Rh-

•  Gli anticorpi contro fattore Rh non sono normalmenete presenti, ma possono comparire nel plasma di un soggetto Rh- a seguito di esposizione (trasfusione, gravidanza) con sange Rh+

7.3 Il sistema Rh

44

Tipo di sangue Agglutinogeno Agglutinina

Disatribuzione popolazione

caucasica (%)

Rh+ (%)

RH-(%)

A A b 40 34 6 B B a 11 9 2

AB A e B nè a nè b 4 3 1 0 nè A nè B A e b 45 38 7

•  In tal modo, se li sangue Rh- dovesse venire a contatto con sangue Rh+, i gg.rr. di quest’ultimo sarebbero distrutti

•  Sangue Rh+ non dovrebbe mai essere trasfuso in un soggetto Rh-

•  Sangue Rh- potrebbe essere trasfuso in un soggetto Rh+

•  Sistema Rh e gravidanza di madre Rh- con feto Rh+