Indice
I globuli rossi sono quelle cellule in grado di trasportare l’ossigeno necessario alla respirazione.
A cosa serve la respirazione?
Per essere in grado di sopravvivere, il nostro organismo, formato dall’organizzazione complessa di miliardi di cellule, deve produrre energia. Perché ciò avvenga, come per tutti i vertebrati, esso necessita di ingerire del cibo e di utilizzare l’ossigeno presente nell’atmosfera. Alla fine del processo metabolico le cellule avranno prodotto l’energia necessaria (sotto forma di ATP) e acqua, ma anche un gas di scarto, l’anidride carbonica, che va eliminato.
La funzione principale della respirazione è quella di supportare questo fondamentale processo, rifornendo continuamente l’organismo di ossigeno e, allo stesso tempo, smaltendo all’esterno l’anidride carbonica di scarto. I polmoni, come sappiamo, sono gli organi predisposti per far avvenire questo scambio gassoso tra l’aria ed il sangue.
Il sangue ha infatti il compito fondamentale di trasportare i gas alla loro destinazione finale: l’ossigeno ai tessuti e l’anidride carbonica scartata dagli stessi verso i polmoni. Proprio per questo motivo le piccole sacche d’aria al termine dell’albero bronchiale, detti alveoli, sono riccamente capillarizzate e in questa sede i gas ossigeno e anidride carbonica si muovono per diffusione secondo gradiente. Lo scambio di gas nel sangue però non avviene soltanto grazie alla quantità di gas disciolta nel sangue, poiché questo quantitativo non sarebbe sufficiente a mantenere il fabbisogno metabolico dell’organismo.
Ossigeno e anidride carbonica sono trasportati in maniera più efficiente grazie alla presenza nel sangue di cellule specializzate, i globuli rossi.
Cosa sono i globuli rossi
I globuli rossi o eritrociti (dal greco ἐρυϑρός, erythròs, «rosso» e κύτος, cytos, «cellula»), sono le cellule più piccole e più numerose del sangue. Ciascun eritrocita presenta una forma a disco biconcavo di circa 7.5 µm di diametro e 2 µm di spessore nella parte esterna, mentre la loro dimensione si riduce a 1 µm al centro. La loro forma, così particolare, gli permette di avere un rapporto superficie/volume più alto rispetto alle altre cellule, per facilitare lo scambio gassoso.
Come vedremo più approfonditamente nella prossima sezione, gli eritrociti si sono completamente specializzati per adempiere alla loro funzione principale: il trasporto dei gas nei tessuti. Durante la loro maturazione, infatti, hanno espulso il nucleo e gli altri organelli, per cui tutto il loro volume è dedicato all’adempimento della loro funzione principale. Presentano solo proteine di membrana ad enzimi solubili nel loro citosol.
Origine dei globuli rossi
I globuli rossi vengono prodotti principalmente nel midollo osseo tramite il processo di ematopoiesi, in cui da una cellula staminale progenitrice vengono a formarsi, al termine di una complessa gerarchia di tipi cellulari, gli eritrociti maturi.
Durante la loro maturazione i globuli rossi vanno incontro ad una forte espansione, per fare fronte al fabbisogno giornaliero di ciascuno di noi, che ammonta a circa 200 milioni di cellule. Diversamente dalle altre cellule i globuli rossi non presentano né nucleo né organelli. Infatti, durante il loro differenziamento e maturazione questi vengono espulsi, permettendogli di riservare tutto lo spazio alle proteine necessarie alla loro funzione.
L'emoglobina
La protagonista indiscussa quando si parla di globuli rossi è una proteina contenuta in grandi quantità al loro interno: l’emoglobina. L’emoglobina ha un’importanza fisiologica fondamentale, poiché è proprio questa che permette ai globuli rossi di trasportare l’ossigeno e l’anidride carbonica e mediare lo scambio gassoso tra il sangue e i tessuti. In assenza dell’emoglobina lo scambio di gas tra il sistema polmoni – sangue – tessuti sarebbe insufficiente a soddisfare il fabbisogno energetico dell’organismo.
Dal punto di vista strutturale l’emoglobina A, la forma presente negli adulti, è una proteina tetramerica, cioè formata da quattro catene. Ciascuna catena avvolge e custodisce il cosiddetto gruppo EME, una struttura chimica costituita da una componente organica con al centro un atomo di ferro. È proprio il ferro a legare l’ossigeno, oltre a conferire il caratteristico colore rosso al sangue. Ciascuna molecola di emoglobina trasporta 4 gruppi EME, quindi ogni molecola di emoglobina è in grado di trasportare al massimo 4 molecole di ossigeno (O2). In questo caso l’emoglobina viene definita completamente satura di Ossigeno. La forma di emoglobina non combinata con l’ossigeno è chiamata deossiemoglobina o emoglobina ridotta, mentre la forma combinata con l’ossigeno viene detta ossiemoglobina.
Funzione dell'emoglobina
Quando il sangue proveniente dai tessuti, povero di ossigeno, scorre nei capillari vicini agli alveoli polmonari rifocillati dall’inspirazione, si arricchisce nuovamente di ossigeno. L’emoglobina nei globuli rossi, che arriva agli alveoli solo parzialmente satura, a sua volta si ricarica di ossigeno. Inoltre funge da deposito, sottraendo ossigeno disciolto nel sangue e quindi aumentando la capacità dello stesso di assorbirne. I globuli rossi proseguiranno il loro viaggio verso i tessuti, dove invece troveranno un ambiente più povero di ossigeno e ricco di anidride carbonica. In queste condizioni l’emoglobina si comporterà nella maniera inversa, rilasciando la riserva di ossigeno che ha acquisito. In conclusione, l’emoglobina aumenta la quantità totale di ossigeno che il sangue potrebbe contenere e la rilascia solo nei pressi dei tessuti, permettendo il supporto delle nostre funzioni vitali.
L’emoglobina ha anche il compito di trasportare una parte di CO2 (circa il 30%) verso i polmoni. A differenza dell’ossigeno, che si lega al gruppo EME, l’anidride carbonica si lega alla porzione globulare della proteina.
L’anidrasi carbonica
Come abbiamo visto nelle sezioni precedenti, i globuli rossi hanno espulso il loro contenuto cellulare e ospitano solamente le proteine necessarie a svolgere la loro funzione di trasportatori gassosi. Oltre all’emoglobina esiste un altro importante enzima esclusivo dei globuli rossi, l’anidrasi carbonica, che permette a queste cellule di trasportare verso i polmoni il 60% dell’anidride carbonica.
L’anidrasi carbonica catalizza, ovvero accelera, la formazione di ioni bicarbonato (HCO3–) e ioni idrogeno (H+) a partire da CO2 e acqua. Così facendo riesce a trasportare una parte dell’anidride carbonica sotto forma di bicarbonato e in questo modo ne aumenta la quantità trasportabile, perchè sotto questa forma l’anidride carbonica è più solubile nel sangue.
Curiosità: i gruppi sanguigni
Non tutti sanno che sulla parte esterna dei globuli rossi sono presenti delle catene di zuccheri molto famose che determinano il cosiddetto “gruppo sanguigno”. Le più importanti sono chiamate antigene A e antigene B e la loro presenza o assenza determina i quattro principali gruppi sanguigni umani: AB, A, B oppure 0 (Zero, = assenza di A e B). Come è noto il gruppo sanguigno è di fondamentale importanza durante una trasfusione di sangue o una trasfusione di plasma; infatti gli individui che non presentano l’antigene A, l’antigene B o entrambi riconosceranno queste catene come delle sostanze esterne, e il sistema immunitario attaccherà i globuli rossi del donatore come se fossero dei nemici.
Il gruppo sanguigno è inoltre definito dall’Rh (così chiamato perché identificato per la prima volta nei macachi rhesus). Questo gruppo è definito in maniera più complessa dalla presenza o assenza di alcuni antigeni tra cui i più comuni sono C, D ed E. Gli individui che presentano sulla superficie dei loro globuli rossi almeno uno di questi antigeni sono definiti Rh positivi. Sono molto comuni, coprendo circa l’85% della popolazione degli Stati Uniti. Coloro che invece non presentano questi antigeni sulla superficie dei globuli rossi sono detti Rh negativi. Questi ultimi, come visto prima, non possono ricevere una donazione da individui Rh positivi, poiché il loro sistema immunitario riconoscerebbe come estranei e quindi attaccherebbe gli antigeni C, D o E e le cellule che li presentano in superficie.
Conclusioni
I globuli rossi hanno una grande importanza nel trasporto dei gas ossigeno e anidride carbonica, fondamentali per mantenere il nostro metabolismo. Le loro funzioni sono in gran parte possibili poiché i globuli rossi custodiscono al loro interno l’emoglobina, vero cardine della loro attività.
Bibliografia: fonti e note
- Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. Biochemistry. 5th edition. New York: W H Freeman; 2002.
- Sherwood, Lauralee. Human Physiology : from Cells to Systems. Belmont, CA :Brooks/Cole, Cengage Learning, 2013.
- Dzierzak E, Philipsen S. Erythropoiesis: development and differentiation. Cold Spring Harb Perspect Med. 2013;3(4):a011601. Published 2013 Apr 1.
- Gartner, Leslie P., and James L. Hiatt. 1997. Color textbook of histology. Philadelphia: Saunders.
Per approfondire
Approfondimento: esami del sangue, quali sono e a cosa servono
Gli esami del sangue sono analisi di laboratorio che, attraverso lo studio dei parametri ematici, permettono di valutare lo stato di salute generale del paziente. Per l’esecuzione degli esami si preleva un campione di sangue dalle vene del soggetto, in genere del suo avambraccio.
Approfondimento: che cos'è il plasma?
Scopriamo ora che cos’è il plasma. Il plasma è la parte liquida del sangue, senza la quale questo non potrebbe fluire all’interno dei nostri vasi sanguigni.
