Sangue

Sangue umano osservato al microscopio ottico: a - globuli rossi; b - granulocita neutrofilo; c - granulocita eosinofilo; d - linfocita.

Il sistema circolatorio.

Il sangue è un tessuto connettivo allo stato liquido, con comportamento di fluido non newtoniano, circolante nei vasi sanguigni di alcuni taxa animali, dalla composizione complessa, in sintesi elementi corpuscolati sospesi in un liquido plasmatico, che fa parte della più ampia categoria dei tessuti connettivi.

Il sangue fornisce le sostanze necessarie come nutrienti e ossigeno alle cellule corporee e trasporta i prodotti catabolici lontano dalle stesse.

L'aggettivo che si riferisce al sangue, "ematico", viene dal greco αἶμα, αἴματος (aima, aimatos), che significa proprio "sangue", mentre il nome italiano deriva dal latino sanguis, sanguinis, di medesimo significato. In particolare per sangue si intende in genere quello di vertebrati, molluschi e crostacei, mentre i liquidi circolanti di differenti gruppi animali assumono nomi differenti (ad esempio emolinfa negli insetti).

Il sangue umano

Composizione

Sangue umano fuoriesce da un dito ferito

Il sangue umano è un liquido rosso rubino (arterioso) o rosso-violaceo (venoso); ha una viscosità circa 4 volte superiore a quella dell'acqua, un peso specifico di 1,041-1,062 g/cm³. Negli esseri umani costituisce circa il 7% del peso corporeo, ha una temperatura di 37-38 °C ed un pH (a livello arterioso) di 7.38-7.42 (il pH di una soluzione fisiologica ottimale dev'essere pari a 7.383). Nell'uomo è formato per il 55% da una parte liquida, detta plasma, e per il 45% da una parte corpuscolata, costituita da cellule o frammenti di cellule (valori indicativi per un maschio adulto sano), mentre nella donna la parte liquida è rappresentata al 60% e la parte corpuscolata al 40%. Tale rapporto è detto ematocrito e valuta in condizioni normali il volume degli elementi corpuscolati del sangue.

Produzione

Per approfondire, vedi la voce Emopoiesi.

Gli elementi corpuscolati presenti nel sangue originano nei vertebrati da cellule prodotte nel midollo osseo. Questo tessuto è presente nelle ossa di tutto l'organismo in quantità variabile dai 3000 ai 4000 centimetri cubi; tuttavia la parte di esso effettivamente funzionante, e cioè il midollo rosso, si aggira sui 1500 centimetri cubi.

Da questo litro e mezzo di midollo rosso vengono fabbricati in un giorno circa 250 miliardi di globuli rossi, 15 miliardi di globuli bianchi e 500 miliardi di piastrine. Immaginando che la fabbricazione di cellule sia abbastanza uniforme, in un minuto vengono riversati nella circolazione 170 milioni di globuli rossi, 10 milioni di globuli bianchi e 340 milioni di piastrine. Questo significa che approssimativamente per ogni globulo bianco vengono formati 17 globuli rossi e 34 piastrine e che, per ogni globulo rosso giunto a maturazione vengono formate 2 piastrine. Se preleviamo una goccia di sangue da una regione periferica dell'organismo (per esempio dal polpastrello di un dito), e se in essa contiamo gli elementi presenti troveremo che in un millimetro cubo si trovano approssimativamente 5 milioni di globuli rossi 7 000 globuli bianchi e 300 000 piastrine; facendo le debite proporzioni si avrà che per ogni globulo bianco ci sono 715 globuli rossi e 43 piastrine e che per ogni piastrina ci sono 17 globuli rossi. Il progenitore comune dei Globuli Rossi, Globuli bianchi e Piastrine, si chiama Emocitoblasto. L'Emocitoblasto è una cellula che genera la parte corpuscolare del sangue: Globuli Rossi (eritropoiesi), Globuli Bianchi (granulocitopoiesi) e Piastrine (piastrinopoiesi).

Plasma

Per approfondire, vedi la voce Plasma (biologia).

Il plasma è un liquido di color giallo citrino composto per il 90% da acqua, per il 7% da proteine, per lo 0,1% da altre sostanze organiche e per lo 0,9% da sostanze inorganiche. Ha un peso specifico inferiore a quello del sangue, di 1.027-1.030 kg/m³ e un pH di 7.2-7.3. La proteina maggiormente rappresentata (60% del totale) è l'albumina, essa mantiene la pressione osmotica costante, numerose le globuline (35% del totale), di cui fanno parte, tra le altre, le globuline β con funzioni di trasporto ionico, di ormoni e di lipidi, e le immunoglobuline o anticorpi, che partecipano alla difesa immunitaria. Un'altra nota proteina è il fibrinogeno (5% del totale), la forma inattiva della fibrina, fondamentale per la costituzione dei coaguli. Vi sono poi altri fattori della coagulazione, la protrombina, le proteine del sistema del complemento. Il plasma contiene anche glucidi, principalmente sotto forma di glucosio, nonché lipidi come i trigliceridi e i fosfolipidi, quindi numerosi ioni (Mg²⁺, Na⁺, K⁺, Cl^-, Ca²⁺), acido urico, urea, ammoniaca, ed altri cataboliti. Il plasma privo di fibrinogeno viene definito siero.

Elementi Corpuscolati (o Elementi Figurati)

Un globulo rosso, una piastrina e un globulo bianco visti al microscopio elettronico a scansione.

Le cellule del sangue o ematiche si dividono in:

• eritrociti o globuli rossi o emazie;
• leucociti o globuli bianchi, a loro volta distinguibili, a seconda della presenza o meno di granulazioni, in:
  • granulociti: neutrofili, eosinofili e basofili;
  • agranulociti: monociti e linfociti;
• piastrine o trombociti.

Le cellule del sangue, nell'adulto, sono prodotte dal midollo osseo, dalle linfoghiandole (in particolare i leucociti), dalla milza, fra i principali organi del sistema linfatico. Per la loro funzione sono detti organi emopoietici.

Eritrociti (o globuli rossi o emazie)

Gli eritrociti sono gli elementi anucleati più numerosi del sangue, nell'uomo adulto raggiungono i 5 milioni/mm³, nella donna 4,5 milioni/mm³, hanno un diametro di 7-8 µm. Hanno la forma di un disco biconcavo, che facilita gli scambi per diffusione della membrana plasmatica, e, non possedendo nucleo (lo perdono durante l'emopoiesi), non possono essere definite quali cellule vere e proprie.

La membrana plasmatica conferisce agli eritrociti la possibilità di modificare velocemente la loro forma per poter scorrere anche nel lume dei più piccoli capillari che spesso hanno un diametro comparabile con quello dello stesso eritrocita. La composizione della membrana plasmatica è simile a quella di tutte le altre cellule, è dunque costituita da un doppio strato fosfolipidico inframezzato da colesterolo, in cui sono immerse proteine estrinseche ed intrinseche, altre invece formano lo scheletro di membrana. Questa sottile maglia è formata principalmente da filamenti di spettrina α e β e da microfilamenti di actina, che si connettono alle proteine del sovrastante doppio strato lipidico, interagendo con esse e determinando la grande deformabilità e flessibilità della membrana dell'eritrocita. L'anchirina è una voluminosa proteina che funge da connessione tra lo scheletro di membrana e le proteine immerse in questa, in particolare lega da una parte la subunità β della spettrina, dall'altra la banda 4.2, una proteina che funge anche da canale anionico. Una simile funzione caratterizza anche la proteina banda 4.1, che lega invece da una parte la banda 3 (una glicoproteina transmembrana) e dall'altra la glicoforina C (anch'essa glicoproteina transmembrana).

I radicali glucidici che costituiscono alcune glicoproteine degli eritrociti determinano anche il gruppo sanguigno; com'è noto esistono tre tipi di antigeni sanguigni, l'antigene 0, A e B che danno origine a quattro gruppi sanguigni (0, A, B, AB), ognuno di essi può avere inoltre fattore Rh positivo o negativo (e altri fattori minori). Coloro che possiedono Rh- sono donatori universali.

Il citoplasma degli eritrociti è d'aspetto omogeneo e contiene una proteina fondamentale affinché essi svolgano la loro funzione principale, cioè quella di trasportatori d'ossigeno, detta emoglobina. L'emoglobina è un tetramero formato da quattro unità di globulina (due catene α e due catene β), che racchiudono ciascuna, in una gabbia di amminoacidi idrofobici, un gruppo eme, contenente ferro bivalente. La particolare posizione del gruppo eme determina la difficoltà per agenti esterni di ossidare il ferro bivalente al suo interno in ferro trivalente, in tal caso infatti l'ossigeno sarebbe legato irreversibilmente alla proteina e quindi inutilizzabile per gli scambi. L'emoglobina con ferro trivalente è detta metaemoglobina, se invece vi si legasse monossido di carbonio sarebbe detta carbossiemoglobina. Nel sangue fetale esistono molte altre emoglobine, con maggiore affinità per l'ossigeno, in particolare fino al 3º mese di gestazione è presente l'emoglobina ε, fino al 6º mese dalla nascita la γ e la δ.

Nell'eritrocita non vi sono mitocondri, la fonte di energia principale, il glucosio, viene scissa tramite la glicolisi e la via degli esoso-fosfati. I globuli rossi sono prodotti dal midollo osseo rosso delle ossa piatte, hanno una vita di circa 120 giorni.

In alcune condizioni patologiche, l'eritrocita umano subisce cambiamenti morfologici, come nel caso dell'anemia falciforme dove si presenta come una foglia avvolta su se stessa.

Leucociti (o globuli bianchi)

I leucociti (o globuli bianchi) sono cellule, contenenti un nucleo, più grandi ma meno numerose dei globuli rossi, in condizioni normali la loro concentrazione nel sangue è di circa 7000/mm cubo; essi hanno inoltre il compito di difendere l'organismo dagli attacchi di agenti patogeni quali batteri o virus migrando nel sangue per mezzo di agenti chemio-attraenti che permettono loro di raggiungere la sede dell'infiammazione. I leucociti si distinguono in granulociti e agranulociti in presenza o in assenza di granuli nel citoplasma.

I granulociti comprendono:

• i granulociti neutrofili;
• i granulociti eosinofili;
• i granulociti basofili;

Gli agranulociti comprendono:

• i linfociti;
• i monociti (o macrofagi);

Trombociti (o piastrine)

Le piastrine, infine, svolgono un ruolo essenziale nella coagulazione del sangue. Esse non sono vere cellule ma frammenti derivati da grandi cellule prodotte dal midollo osseo, che prendono il nome di megacariociti. Quando un vaso sanguigno è danneggiato, vengono richiamate nella zona interessata le piastrine, che si aggregano aderendo alla parete liberando una sostanza che trasforma il fibrogeno (proteina plasmatica) in fibrina. Questa sostanza, forma una rete di fibre in cui si impigliano gli eritrociti formando un grumo (il coagulo). La barriera del sangue coagulato e delle piastrine arresta la fuoriuscita del sangue. La concentrazione delle piastrine nel sangue è di circa 250'000/mm cubo.

Si possono riassumere i seguenti dati numerici per il sangue umano:

• i globuli rossi o eritrociti sono 4.2-6 milioni per mm cubo;
• i globuli bianchi o leucociti sono 4.000-10.000 per mm cubo;
• le piastrine o trombociti sono 200.000-300.000 per mm cubo;
• il plasma costituisce il 55-60% del sangue;
• il plasma è costituito per circa il 90% da acqua;
• i globuli rossi sono costituiti per il 65% di acqua e per il 35% di sostanze solide (95% di emoglobina e 5% di lipidi, enzimi);
• il peso specifico del sangue è di 1.055 kg/l;
• il rapporto carbonio/azoto (C/N) nel sangue è circa pari a 3;
• l'azoto costituisce il 10-14% della sostanza secca del sangue;
• il contenuto in fosforo del sangue è pari a 2.5-5.0 mg/dl nell'uomo adulto, 4.0-7.0 mg/dl nel bambino.
• la quantità di acqua si aggira sul 90%

Composizione del sangue

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Plasma ematico (liquido)

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• dal 46% al 60% del volume totale negli uomini
• dal 53% al 63% del volume totale nelle donne

Contiene

• sostanze alimentari (metaboliti)
• ossigeno e rifiuti cellulari (come la CO₂
• sostanze biochimiche come ormoni, enzimi, tamponi

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Elementi figurati (corpuscoli)

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Ematocrito

• dal 40% al 54% del volume totale negli uomini
• dal 37% al 47% del volume totale nelle donne

Si compone di

• eritrociti (globuli rossi)
  • tra 4,6 · 10⁶  e 6,2 · 10⁶ /mm³ negli uomini
  • tra 4,2 · 10⁶  e 5,4 · 10⁶ /mm³ nelle donne
• leucociti (cellule bianche)
  • tra 4.000 e 9.000/mm³ catalogati in
  • granulociti
    • 0,1-1% basofili
    • 1-3% eosinofili
    • 55-70% neutrofili
  • agranulociti
    • 20-30% linfociti
    • 5-8% monociti
• trombociti (piastrine)
  • tra 150.000 e 380.000/mm³

Il sangue artificiale

Circolazione di liquidi nell'organismo umano.

Economia ematica.

Animazione della struttura dell'Emoglobina.

Vari studi sono orientati alla sintesi di sangue in laboratorio. La complessità della composizione del sangue rende impossibile ottenere un sangue artificiale di eguale qualità. Il caso ideale sarebbe la scoperta di un sangue conservabile per anni, compatibile con tutti i gruppi sanguigni, producibile non solo dall'uomo ma da tutti i mammiferi e al limite riproducibile in vitro per poter disporre di quantità illimitate. Al momento, è possibile isolare le principali componenti del sangue e farle riprodurre in vitro, per ottenerne quantità maggiori. Infatti, molte componenti del sangue (ad esempio i linfociti, ma anche i macrofagi, o meglio i monociti) sono cellule che, tramite segnali specifici, possono moltiplicarsi. Questo è ciò che accade normalmente per esempio in caso di infezione. Ebbene, attraverso l'uso di questi stessi segnali è possibile far moltiplicare queste cellule in vitro. Questo discorso, però, non vale per globuli rossi e piastrine, i quali non si moltiplicano in quanto sono cellule a uno stadio di differenziazione tale che non permette loro di moltiplicarsi. Questo rende però anche impossibile una loro coltura in vitro.

Esistono comunque dei composti che hanno la capacità di trasportare ossigeno (anche se ovviamente è minore rispetto ai globuli rossi), sulla cui scoperta ha avuto un ruolo importante l'americano Leland Clark. Questi composti sono dei perfluorocarburi, ossia composti organici in cui tutti gli atomi di idrogeno sono stati sostituiti da atomi di fluoro (alcuni esempi sono la perfluoro decalina e la perfluorotrinormalpropilammina).

Il plasma è un miscuglio di sostanze inorganiche nutrienti per le cellule, da anni disponibile come plasma sintetico, utilizzato ad esempio negli interventi di pronto soccorso. Globuli rossi sono cellule anucleate mentre le piastrine sono frammenti di cellule; entrambi questi tipi cellulari sono quindi privi di nucleo e DNA.

Globuli rossi e piastrine sono prodotte dal midollo osseo, un organo complesso che non è sostituibile con un componente artificiale.

I globuli bianchi del ricevente causano il rigetto dell'intero contenuto sanguigno e richiedono la ricerca della più alta compatibilità con il donatore per ridurre al minimo la terapia immunosoppressiva.

Il sangue svolge numerose funzioni tramite lunghe catene di reazioni chimiche, oltre ad essere composto da molte sostanze. Perciò, sembra sia difficile arrivare ad un sangue artificiale identico a quello umano sia ad un composto che abbia tutte le stesse funzioni. Attualmente, è in sperimentazione una qualità di sangue artificiale, che può svolgere l'ossigenazione dell'organismo.

Colore del sangue

Per approfondire, vedi la voce Pigmento respiratorio.

Il sangue ha colore differente a seconda della sua composizione, in particolar modo della proteina responsabile del trasporto dell'ossigeno e da alcune situazioni particolari.

Le proteine responsabili del trasporto di sangue sono:

• Emoglobina (Hb), proteina a base di ferro-protoporfirina che conferisce una colorazione rossa
• Emocianina (Hc), proteina a base di rame che conferisce una colorazione blu
• Clorocruorina (Ch), proteina a base di ferro e azoto che conferisce una colorazione verde
• Emeritrina (Hr), proteina a base di due molecole di ferro che conferisce una colorazione viola

Il colore può essere influenzato anche da farmaci. Nel 2007 si è verificato un caso di sulfemoglobinemia (sangue verde); questa situazione viene descritta anche nel telefilm CSI - Scena del crimine, nella 15ª puntata ("The Theory Of Everything", in italiano "Le stringhe") della ottava serie.

Voci correlate

• Emopoiesi
• Plasma (biologia)
• Gruppo sanguigno
• Eritrociti
• Emoglobina
• Emocromo
• Leucociti
• Piastrine
• Apparato circolatorio
• Pressione del sangue
• Esami del sangue
• Medicina trasfusionale
• Donazione del sangue; AVIS; CIVIS; FIDAS; Fratres

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