Il sangue costituisce circa l’8% del peso corporeo e ha un volume diverso a seconda dell’età, del sesso e del peso dell’individuo. In un uomo adulto il volume sanguigno è di circa 5-6 litri. Nel sangue si distinguono due componenti diverse che possono essere separate tramite centrifugazione (▶figura 9): una matrice fluida, detta plasma, e gli elementi figurati, cioè cellule o frammenti di cellule. Gli elementi figurati sono eritrociti, piastrine e leucociti. Solo i leucociti sono vere e proprie cellule: gli eritrociti sono cellule anucleate e le piastrine sono frammenti cellulari.

Se un campione di sangue viene centrifugato, gli elementi figurati si depositano sul fondo della provetta, separandosi dal plasma, che assume un colore paglierino.

La percentuale in volume di plasma si aggira in media intorno al 54-58%. La percentuale degli elementi figurati si chiama ematocrito. Normalmente il valore dell’ematocrito è circa il 42% nella donna e il 46% nell’uomo, ma questi valori possono cambiare considerevolmente: per esempio, essi sono di regola più alti nelle persone che vivono e lavorano ad altitudini elevate, perché la bassa pressione dell’ossigeno stimola una maggiore produzione di eritrociti. Gli eritrociti sono gli elementi figurati più abbondanti, perciò condizionano il valore dell’ematocrito molto più dei leucociti e delle piastrine che rappresentano circa l’1% del volume totale.

Gli eritrociti, o globuli rossi, sono gli elementi figurati più abbondanti nel sangue. I globuli rossi dei mammiferi sono cellule anucleate: essi infatti perdono il nucleo durante il processo di differenziamento. Il loro citoplasma contiene quasi esclusivamente molecole di emoglobina, una proteina che si lega all’ossigeno a livello dei polmoni e lo rilascia nei tessuti. Gli eritrociti quindi trasportano la maggior parte dell’ossigeno presente nel sangue.

Inoltre, essi contribuiscono anche al trasporto del diossido di carbonio dai tessuti ai polmoni. I meccanismi che consentono gli scambi dei gas respiratori sono descritti nel prossimo capitolo.

Gli eritrociti hanno forma di dischi biconcavi e sono molto flessibili. Ciò conferisce loro un’ampia superficie per gli scambi gassosi e la capacità di transitare anche attraverso i capillari più stretti.

Il numero di eritrociti è variabile ma sempre elevatissimo: di norma vi sono 4 o 6 milioni di eritrociti per mm³ di sangue. Proprio perché sono così numerosi, gli eritrociti influenzano la viscosità del sangue: se sono troppi il sangue diventa più denso e scorre a fatica, se invece il loro numero è basso il sangue è più fluido e scorre più rapidamente.

Gli eritrociti, come tutti gli altri elementi figurati, sono generati da cellule staminali multipotenti presenti nel midollo osseo, in particolare nelle coste, nello sterno, nelle ossa del bacino e nelle vertebre. Queste cellule staminali si dividono continuamente e si differenziano generando anche leucociti e piastrine. In condizioni normali, il midollo osseo produce circa 2 milioni di eritrociti al secondo.

La produzione degli eritrociti è controllata da un ormone, chiamato eritropoietina, che viene rilasciato dalle cellule dei reni in risposta a un’insufficienza di ossigeno, una condizione detta ipossia.

Gli eritrociti hanno vita breve: ognuno di essi circola per circa 120 giorni. Quando diventa più vecchio, la sua membrana diventa meno flessibile e più fragile. Perciò, i vecchi eritrociti possono rompersi mentre si piegano per adattarsi attraverso gli stretti capillari. La milza, un organo vicino allo stomaco, nella porzione superiore sinistra dell’addome, presenta molte cavità, dette seni venosi, che servono come riserva di eritrociti. Per riuscire a entrare nei seni gli eritrociti devono schiacciarsi tra le cellule della milza. Quando i vecchi eritrociti si rompono a causa della compressione, i loro residui vengono recuperati e degradati.

I leucociti (chiamati anche globuli bianchi) possiedono un nucleo e appaiono incolori. Sono molto più grandi e meno numerosi degli eritrociti: 1 mm³ di sangue umano ne contiene in media 7000, ma il loro numero può variare in un intervallo considerevole.

I leucociti si formano dalle cellule staminali del midollo osseo che generano anche gli altri elementi figurati (▶figura 10) e hanno funzioni difensive: con metodi diversi possono attaccare virus, batteri o altri organismi estranei e in molti casi possono anche riconoscere e neutralizzare cellule tumorali.

Tutti i leucociti presentano una caratteristica peculiare: possono abbandonare l’apparato circolatorio ed entrare negli spazi intercellulari, richiamati da segnali chimici emessi dalle cellule dei tessuti in presenza di organismi o sostanze estranei. Gli stessi segnali di richiamo inducono anche la proliferazione dei leucociti. Un numero elevato di leucociti nel sangue può quindi essere un indizio utile per diagnosticare un’infezione in atto. Come abbiamo detto esistono diversi tipi di leucociti.

• I granulociti sono caratterizzati dalla presenza nel citoplasma di grossi granuli visibili al microscopio ottico dopo colorazione: si dividono in neutrofili (che hanno affinità per i coloranti neutri), eosinofili (che si colorano con quelli acidi) e basofili (affini a coloranti basici).
• I linfociti, che comprendono linfociti T, linfociti B e cellule natural killer, partecipano alle difese specifiche: dapprima riconoscono un agente patogeno, poi lo attaccano in modo mirato. La risposta mirata implica quasi sempre la produzione di proteine circolanti nel sangue, chiamate anticorpi.
• I monociti sono i leucociti più grandi, caratterizzati da un grosso nucleo a forma di ferro di cavallo.

Vediamo ora come agiscono i globuli bianchi in caso di infezione. I primi a rispondere sono i granulociti neutrofili, che fagocitano (cioè inglobano e digeriscono) i microrganismi estranei; contemporaneamente, essi rilasciano speciali enzimi come il lisozima, che distrugge la parete dei batteri.

I monociti impiegano più tempo per raggiungere il sito di infezione; una volta arrivati nei tessuti infetti si trasformano in macrofagi, cellule di grandi dimensioni che possono fagocitare molti più microbi rispetto ai neutrofili. Allo stesso tempo, i granulociti eosinofili e basofili lasciano i capillari e passano nel liquido interstiziale. Qui gli eosinofili svolgono azione fagocitaria e rilasciano enzimi che combattono l’infezione, mentre i basofili liberano sostanze come l’eparina, l’istamina e la serotonina, che intensificano la risposta infiammatoria e sono coinvolte nelle reazioni allergiche.

I tre tipi di linfociti (B, T e natural killer) sono i principali «combattenti» che intervengono nella risposta immunitaria, di cui parleremo in dettaglio nel ▶capitolo C6. I linfociti B si differenziano nelle plasmacellule, le quali producono anticorpi che contribuiscono a distruggere i batteri e a inattivare le loro tossine; i linfociti T attaccano virus, funghi, cellule estranee o tumorali e batteri; i natural killer, infine, aggrediscono un’ampia varietà di agenti infettivi e di cellule tumorali.

La concentrazione delle piastrine nel sangue è pari a circa 400 000/mm³; questi piccoli frammenti cellulari sono privi di organuli, ma pieni di enzimi e di altre sostanze necessarie per svolgere una funzione specifica: sigillare le fessure nei vasi sanguigni e dare inizio alla coagulazione sanguigna (▶figura 11). La coagulazione si attua quando viene lesionata la parete di un vaso sanguigno e ha lo scopo di evitare la fuoriuscita del sangue. Coinvolge, oltre alle piastrine, anche diverse proteine presenti in forma inattiva nel plasma. Tra queste c’è il fibrinogeno, una proteina di piccole dimensioni e solubile nel plasma.

La coagulazione, pur essendo molto rapida, implica diversi passaggi. Quando la parete di un vaso si rompe, le fibre di collagene che normalmente si trovano all’esterno vengono a contatto con le piastrine circolanti. Le piastrine, stimolate dal contatto, assumono una forma irregolare che le fa aderire alla parete lesionata e rilasciano sostanze chimiche chiamate fattori di coagulazione, che attirano a loro volta altre piastrine. Le piastrine si ammassano sulla lesione formando una sorta di tappo nel punto danneggiato.

Nel frattempo prende l’avvio, grazie anche ai fattori del-la coagulazione, una serie di reazioni che portano alla conversione delle molecole di fibrinogeno in fibrina. I filamenti di fibrina sono insolubili e formano una rete che trattiene il sangue, sigilla i vasi e fornisce un’impalcatura per la formazione del tessuto cicatriziale (▶figura 11B).

La trasformazione del fibrinogeno in fibrina richiede diversi enzimi e molti fattori di coagulazione. L’assenza di uno di questi fattori può ritardare la coagulazione e causare un eccessivo sanguinamento. Poiché il fegato produce la maggior parte dei fattori di coagulazione, le malattie del fegato (come le epatiti e le cirrosi) possono generare rischi di emorragie. Le persone affette da emofilia (una malattia genetica incurabile) sono predisposte a emorragie incontrollate, dovute all’incapacità ereditaria di produrre uno dei fattori di coagulazione.

Gli elementi figurati del sangue (▶figura 12) hanno in genere vita limitata. Solo alcuni tipi di linfociti possono sopravvivere per anni, mentre tutti gli altri (i leucociti, gli eritrociti e le piastrine) si rinnovano in tempi brevi. Il processo che produce continuamente nuovi elementi figurati per sostituire quelli che degenerano si chiama emopoiesi e si svolge principalmente nel midollo osseo, dove sono presenti cellule staminali multipotenti chiamate emocitoblasti. Ognuna di esse può generare tutti gli elementi figurati, ma la produzione avviene in quantità diverse per ciascun tipo di elemento in relazione alle esigenze dell’organismo. Ciò è possibile perché l’emopoiesi avviene per tappe e la proliferazione delle cellule intermedie è regolata da specifici fattori di crescita e ormoni (come l’eritropoietina).

L’emocitoblasto può dare origine a due diverse serie di cellule staminali: le cellule mieloidi e le cellule linfoidi. Le cellule linfoidi producono solo i linfociti e danno origine a due diversi tipi di cellule: i linfociti B, che maturano nel midollo osseo e vengono poi trasferiti al sistema linfatico, i linfociti T che maturano e diventano funzionali nel timo.

Le staminali mieloidi danno origine agli eritrociti, alle piastrine, ai monociti e ai granulociti. Inizialmente gli eritrociti immaturi sono nucleati, producono emoglobina e si dividono molte volte. Quando il contenuto di emoglobina di un eritrocita si avvicina a circa il 30%, il nucleo, il reticolo endoplasmatico, l’apparato di Golgi e i mitocondri della cellula cominciano a degradarsi. Al termine di questo processo, l’eritrocita si insinua tra le cellule endoteliali dei vasi sanguigni nel midollo osseo ed entra nella circolazione.

Dalle staminali mieloidi derivano anche i megacariociti: grosse cellule che rimangono nel midollo osseo e da cui si staccano continuamente frammenti cellulari che vengono rivestiti da una membrana, dando così origine alle piastrine.

Il plasma è la frazione liquida del sangue. È formato per circa il 90% di acqua e contiene oltre 100 tipi di sostanze: gas disciolti (ossigeno e diossido di carbonio), ioni, molecole organiche di piccole dimensioni, proteine con varie funzioni, ormoni lipidici e vitamine, prodotti di scarto dell’attività cellulare.

La maggior parte degli ioni sono Na⁺ e Cl^– (da cui il sapore salato del sangue), ma sono presenti anche molti altri ioni. Le piccole molecole organiche del plasma comprendono sostanze di vario genere indispensabili per la sopravvivenza delle cellule come il glucosio, gli amminoacidi, i lipidi, il colesterolo e l’acido lattico.

Le proteine circolanti nel plasma includono molecole coinvolte in diverse funzioni: ormoni proteici, immunoglobuline (anticorpi che difendono l’organismo), molecole-segnale e di trasporto, fattori della coagulazione e fibrinogeno. Tra le proteine plasmatiche troviamo anche le albumine, che contribuiscono a determinare la pressione osmotica del sangue e impediscono la dispersione di acqua nei tessuti.

Il plasma è molto simile nella sua composizione al fluido interstiziale e molti dei suoi componenti si muovono senza difficoltà tra questi due comparti fluidi del corpo. La differenza principale tra i due comparti è la maggior concentrazione di proteine nel plasma.