Globulo rosso - fisiologia

I globuli rossi o eritrociti o emazie rappresentano un tipo cellulare presente nel sangue. La percentuale di globuli rossi, rispetto agli altri elementi, si attesta a circa il 95% mentre il numero di globuli rossi, per millimetro cubo, varia in base al sesso. I globuli rossi hanno diverse funzioni tra le quali quelle di trasportare l'ossigeno verso i tessuti e, da essi, allontanare l'anidride carbonica. Questo processo permette al metabolismo ossidativo di ottenere la maggior parte di energia dalla demolizione delle molecole organiche.

Struttura

La struttura del globulo rosso nei mammiferi è notevole. Morfologicamente, l'eritrocita si presenta come un disco biconcavo, leggermente piegato lungo il suo asse mediano. Le sue dimensioni sono di circa 7 μm di diametro e 2 μm di spessore. Una caratteristica distintiva di questi globuli è l'assenza di nucleo. Questa peculiarità cellulare è legata al fatto che, senza nucleo, il globulo rosso ha una superficie maggiore disponibile per gli scambi di gas respiratori. Tuttavia, a causa della mancanza di nucleo, l'eritrocita non può autoreplicarsi o sottoporsi a divisione cellulare. Questi processi mancanti limitano la vita media del globulo rosso a circa 120 giorni.

Membrana

La membrana cellulare dei globuli rossi è formata da un intreccio bidimensionale di spettrine e di actina. Il layer spettrina-actina è saldamente ancorato allo strato fosfolipidico. ⁽¹⁾

Una caratteristica molto importante della membrana è la sua deformabilità. L'assenza di nucleo e la peculiarità della membrana cellulare permette al globulo rosso di deformarsi e passare attraverso gli spazi cellulari tipici dei micro-capillari.

Emoglobina

L'emoglobina rappresenta una molecola di fondamentale importanza per la fisiologia del globulo rosso. Dal punto di vista biochimico, è una proteina complessa che svolge una funzione cruciale nel trasporto dell'ossigeno dai polmoni ai tessuti periferici e nel rilascio di anidride carbonica dai tessuti agli organi respiratori.

L'emoglobina è altamente specializzata nel trasporto di alcuni gas tra cui spiccano l'ossigeno e l'anidride carbonica. Questa affinità deriva intrinsecamente dalla struttura peculiare dell'emoglobina e dalla presenza di un gruppo eme che, tramite un atomo di ferro (Fe) centrale lega a sé in modo reversibile l'ossigeno e l'anidride carbonica.

Struttura dell'eme con evidenza sull'atomo centrale di ferro.

Funzioni

Le funzioni primarie dei globuli rossi sono definite dalla loro capacità di trasporto dell'ossigeno (O₂) e dell'anidride carbonica (CO₂) nel sistema circolatorio da dove possono raggiungere qualsiasi distretto anatomico. La loro struttura biologica è ottimizzata per massimizzare l'efficienza nel legare e rilasciare l'ossigeno attraverso l'emoglobina. Il processo di trasporto di ossigeno o di anidride carbonica è essenziale per il mantenimento dell'omeostasi e per il corretto funzionamento metabolico dei tessuti e degli organi nel corpo umano.

I globuli rossi raggiungono la loro efficacia grazie agli adattamenti morfologici della membrana cellulare, alla mancanza del nucleo e all'efficace struttura dell'emoglobina. Nei mammiferi, la forma biconcava dei globuli rossi ottimizza la loro superficie di contatto, facilitando lo scambio gassoso a livello degli alveoli polmonari.

Mantenimento del pH sanguigno

I globuli rossi svolgono un ruolo fondamentale nella regolazione del pH sanguigno attraverso la cattura dell'anidride carbonica. Questo processo è essenziale per prevenire l'accumulo di acido carbonico, che si formerebbe se l'anidride carbonica si disciogliesse direttamente nel sangue. La capacità dei globuli rossi di agire come trasportatori dell'anidride carbonica contribuisce quindi a mantenere l'equilibrio acido-base nel tessuto sanguigno, garantendo un ambiente ottimale per le reazioni metaboliche.

Regolazione dell'ematocrito

La presenza dei globuli rossi è cruciale per determinare il valore dell'ematocrito. La carenza quantitativa delle cellule ematiche contribuisce alla fluidificazione del sangue, con conseguenti effetti significativi sull'intera fisiologia dell'organismo.

Ciclo vitale del globulo rosso: emopoesi e emocateresi

La sintesi degli eritrociti è definita emopoiesi e avviene nel midollo osseo da dove si assiste alla trasformazione di cellule staminali emopoietiche in sottotipi staminali mieloidi. Da queste cellule prendono forma i reticolociti che sono i tipi cellulari precursori del globulo rosso. Il processo inverso è definito emocateresi e porta alla distruzione quasi completa del globulo rosso e al riciclo delle sue parti più importanti. Il gruppo eme, da questo punto di vista, risulta essere un frammento molto prezioso e prontamente riciclato.

Malattie dei globuli rossi

La maggior parte delle malattie dei globuli rossi ha origine genetica. Per questa ragione, tra le patologie eritrocitarie più comuni vi è una trasmissione genitoriale in rapporti di probabilità che variano in base alla malattia.

Le principali malattie dei globuli rossi possono essere classificate in:

• Anemie, tra cui la Talassemia o Anemia mediterranea. Rappresentano un vasto gruppo di malattie per le quali l'emoglobina disponibile è inferiore a 13g/dL. Nei casi più gravi la soglia emoglobinica scende sotto gli 8g/dL.
• Emoglobinopatie, nelle quali la struttura dell'emoglobina è alterata. Normalmente, piccole variazioni della sequenza degli aminoacidi non alterano significativamente la funzionalità dell'emoglobina. In alcuni casi, specialmente nelle aberrazioni che coinvolgono le proteine vicine al gruppo EME la funzionalità dell'emoglobina può essere gravemente alterata.

Gli esiti delle malattie dei globuli rossi possono essere molto vari ma, in genere, colpiscono i seguenti sistemi:

• Ematocrito. La presenza di un numero maggiore o superiore di eritrociti può alterare, rispettivamente, in positivo o in negativo l'ematocrito. Anche la dimensione cellulare altera questo importante parametro fisiologico.
• Capacità di trasporto dell'ossigeno. Nelle condizioni anemiche, si registra una riduzione della capacità di trasporto dell'ossigeno, derivante dall'inadeguata presenza di emoglobina. Indipendentemente dall'origine della condizione, che potrebbe derivare da un'alterazione morfologica del globulo rosso o dalla presenza di una molecola aberrante caratterizzata da una struttura quaternaria alterata, si verifica un deficit nel processo di trasporto dell'ossigeno.

Avvelenamento da monossido di carbonio

Il monossido di carbonio (CO) è un gas incolore e inodore. Normalmente assente nell'aria, se non in misura del tutto trascurabile, può essere sprigionato dalla combustione di materiale organico. Il monossido di carbonio è un gas letale poiché viene legato irreversibilmente dall'emoglobina. Dal punto di vista biochimico l'affinità dell'emoglobina e, di conseguenza, del globulo rosso nei confronti del monossido di carbonio è molto più alta rispetto all'affinità dell'ossigeno o dell'anidride carbonica. Questo vuol dire che il monossido di carbonio una volta legato satura in modo irreversibile l'emoglobina e, di fatto, impedisce il trasporto dell'ossigeno.

Piccole quantità di emoglobina persa sono del tutto fisiologiche e possono essere bilanciate dal regolare turnover dei globuli rossi. Tuttavia, in caso di combustione con conseguente sprigionamento di monossido di carbonio, la capacità globale dei globuli rossi di trasportare ossigeno è infinitamente compromessa. Inoltre, l'organismo inizia lentamente ad assopirsi e questo rende ancora più facile determinare la progressione di un avvelenamento da monossido di carbonio.