Il Sangue e il Plasma���1. Caratteristiche fisico-chimiche

del sangue Carlo Capelli – Fisiologia

Università di Verona

Obiettivi 1.  Funzioni e composizione del sangue 2.  Sedimentazione e concentrazione: VES ed ematocrito 3.  Ematocrito ed indici eritrocitari (principali e

derivati) 4.  Ematocrito e viscosità del sangue 5.  Il Plasma: composizione e determinazione del

volume plasmatico 6.  Concetto di elettroneutralità 7.  Concentrazioni elettrolitiche e volume occupato dalle

proteine

Funzioni del sangue

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

•  Riserva di a.a.

Composizione

•  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

1. Velocità di EritroSedimentazione (VES)

•  La densità dei gg.rr rispetto a quella dell’acqua è 1.11, mentre quella del plasma è 1.03

F = m ⋅ a = m ⋅ dv

dt

F = Fg +

FA = 4

3π r3g ρc -ρp( )

Fg = m ⋅ g = 4

3π r3ρc g

FA = - 4

3π r3ρp g

2. Velocità di EritroSedimentazione (VES)

Fa = -fv

• Quando Fa uguaglia la forza agente (Fg + FA):

dvdt

= 0

• Si raggiunge la velocità costante (moto uniforme) di trascinamento

va =

Fa

- f

3. Velocità di EritroSedimentazione (VES)

−6πηrv = 43π r3g ρc - ρp( )

• velocità di trascinamento, o limite, v

v = 2

9r2 ρc - ρp( ) g

η

Fa = -6πηrv

• Fa eritrociti

4. Velocità di EritroSedimentazione (VES)

• Valori di VES normali: maschi 1- 3 mm; femmine 4 -7 mm; • Si può anche misurare a due ore; • Nel caso di infiammazione, la VES1h può raggiungere 100 mm; • Le proteine che si liberano nel plasma durante i processi

infiammatori si legano alla membrana dei gg.rr. cambiandone le caratteristiche e favorendo la formazione di macroaggregati (rouleaux);

• Le dimensioni effettive delle particelle in sospensione aumentano

5. Sedimentazione per centrifugazione - Ematocrito

vl = 29

r2 ρc - ρp( ) ω 2r0η

•  L’effetto della gravità è trascurabile

r0

particella ω

Fc = m ω2r0

m’ ω2r0 F=mω2r0−m'ω2r0

- Forza totale agente sulla particella

g B Fc

2. 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: 60 % circa

8.3 ±0.43 µ

2.4 ± 0.15 µ

1.0 ±0.30 µ

Area: 140 ± 17 µ2 Volume: 84 ± 17 µ3

8.3 µ

2.4 µ

3. Ematocrito • Ogni cellula può essere immaginata come incasellata in una

scatola esagonale

•  Ogni “scatola” è affiancata ad un’altra senza deformazioni;

•  Il volume di ogni “scatola” sarebbe 152 µ3;

•  Il volume dei gg.rr. è 84 µ3; •  84/152 = 0.58

Indici eritrocitari Principali 1.  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/dl Donna: 12-16 g/dl

Derivati 1.  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 %

1. 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. 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.

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 %

1. Determinazione del volume Plasmatico •  Principio di conservazione della massa applicato alle tecniche di diluizione •  Iniezione venosa di massa nota (g) di tracciante atossico che si distribuisce solo nel

volume che desideriamo misurare •  V = g /[C], dove [C] è la concentrazione finale della sostanza •  V è definito volume di distribuzione - volume di una soluzione avente la stessa

concentrazione esistente nell’acqua plasmatica e capace di contenere la quantità della sostanza in esame che rimane nell’organismo

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

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

1. 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.

Elettroneutralità

•  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.

Cationi Anioni Na+ K + Ca++ Altri Cl- HCO3

- Fosfati Altri

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

1. Il volume occupato dalle proteine •  Si passa da mEq/ l a mg/100 ml moltiplicando mEq /l per P.M., poi dividendo per la valenza

e, infine, dividendo di nuovo per 10 •  Contano solo i Milliequivalenti per litro di plasma libero dalle proteine poiché solo la parte

acquosa senza proteine può equilibrarsi a cavallo delle pareti delle cellule

Na+⎡⎣ ⎤⎦acqua plasmatica

= 142 meq/litro di plasma0.93

=153 meq/litro di ac. plas.a

Cl-⎡⎣ ⎤⎦acqua plasmatica

= 102 meq/litro di plasma0.93

=110 meq/litro di ac. plas.a Esempio

2. Il volume occupato dalle proteine

• Se la frazione acquosa del plasma è inferiore al 93 % (iperproteinemia o iperlipemia) i valori di concentrazione riportati dai laboratori sembrano essere anormali anche se le concentrazioni che hanno significato fisiologico (quelle dell’acqua plasmatica) sono del tutto normali.

3. Proteine e concentrazioni ioniche nel liquido interstiziale

• Le proteine plasmatiche hanno una carica netta negativa e sono confinate all’interno dei capillari

• Quindi, tendono a mantenere nel plasma i cationi e a respingere gli anioni

• La concentrazione dei cationi nell’acqua interstiziale libera da proteine è inferiore di circa il 5 % rispetto al plasma; quella degli anioni è superiore di circa il 5 %

• Na+: 153 ---> 145 meq/litro di acqua interstiziale libera dalle proteine

• Cl-: 110 --> 116 meq/litro di acqua interstiziale libera dalle proteine

Composizione del plasma, plasma senza proteine e liquidi intracellulare e interstiziale

Soluto Plasma Plasma senza proteine Liquido interstiziale Liquido intracellulare

Na+ (mM) 142 153 145 15 K+ (mM) 4.4 4.7 4.5 120 Ca2+ (mM) 1.2 (ionizzato)

2.5¶ 1.3 (ionizzato) 1.2 (ionizzato) 0.0001 (ionizzato)

Mg2+ (mM) 0.6 (ionizzato) 0.9 (totale)

0.6 (ionizzato) 0.55 (ionizzato) 1 (ionizzato) 18 (totale)

Cl- (mM) 102 110 116 20

HCO3- (mM) 22 (arterioso) 24 25 15

H2PO4- e HPO4

2- 0.7 (ionizzato) 1.4 (totale)

0.75 (ionizzato) 0.8 (ionizzato) 0.7 (libero)

Proteine 7 g/dl 1 mmole/l

- 1g/dl 30 g/dl

Glucosio 5.5 5.9 5.9 Molto basso

pH 7.4 7.4 7.4 ~ 7.2

Osmolalità (mosmoli/kg H2O)

291 290 290 290

Bibliografia •  Burton AC, Fisiologia e Biofisica del Circolo, Il Pensiero Scientifico

Editore, Roma

•  Fisiologia dell’Uomo, autori vari, Edi.Ermes, Milano •  Capitolo 9: Il Sangue (Capitoli 9.1 e 9.2)

•  Fisiologia Generale e Umana, Rhoades-Pflanzer •  Capitolo 17: Funzioni del sangue