Lezione 18-Sangue 2015

Sangue ed
Ematopoiesi
Le Cellule del Sangue e
la loro Origine
Sangue
•
•
•
•
Connettivo specializzato
Fluido viscoso, leggermente alcalino (pH 7.4)
Circola all’interno del distretto vascolare
Plasma
– Porzione liquida
• Globuli Rossi, Globuli Bianchi e Piastrine
– Porzione corpuscolata o figurata
Peculiarità rispetto agli altri tessuti connettivi:
- La matrice extracellulare (liquida) non è prodotta dalle
cellule presenti nel sangue
- Le cellule del sangue originano in distretti differenti e
poi migrano nel sangue
Sangue:
8% del peso
del corpo
Plasma
(% in peso)
% in
Volume
(5 litri)
Proteine 7%
Globuline 38%
Acqua
91%
Plasma
55%
Composizione del
sangue
Altri soluti 2%
Elementi Figurati
Elementi
Figurati
45%
Albumina 58%
Fibrinogeno 4%
Ioni
Nutrienti
Prodotti di Rifiuto
Gas
Sostanze regolatrici
(ormoni)
(x mm3)
Piastrine
250-400.000
Globuli Bianchi
5-20.000
Neutrofili 60-70%
Linfociti 20-25%
Globuli Rossi
4,2-6,2 milioni
Monociti 3-8%
Eosinofili 2-4%
Basofili 0.5-1%
Sangue
Funzioni principali:
- trasporto di gas, nutrienti, cataboliti, cellule e ormoni
- difesa (sistema immune)
- regolare la temperatura
- regolare il pH
Sangue
• Scambio del fluido con i tessuti è regolato dall’equilibrio
tra la pressione sanguigna e la pressione osmotica colloidale
• L’apparato respiratorio e renale mantengono il pH del
sangue regolando i livelli di CO2 e H+/HCO3-
Plasma
– 55% del volume del sangue
– Acqua
– Elettroliti
– Proteine
plasmatiche
Proteine del Plasma
• Albumina
– Prodotta dal Fegato, mantiene pressione osmotica colloidale e
trasporta metaboliti insolubili
• Globuline
- α e β, prodotte dal Fegato, trasporto ioni metallici, proteine
che legano lipidi e vitamine liposolubili, inibitori proteasi
- γ, prodotte da plasmacellule, anticorpi della difesa immunitaria
• Proteine della coagulazione
– Protrombina e fibrinogeno, prodotte dal Fegato
• Proteine del complemento
– C1-C9, prodotte dal Fegato, difesa microorganismi e risposta
infiammatoria
• Lipoproteine plasmatiche
– Chilomicromi, trigliceridi dall’intestino al fegato
– Lipoproteine a densità molto bassa (VLDL) e Lipoproteine a bassa
densità (LDL): trigliceridi e colesterolo dal fegato alle corpo
– Lipoproteine ad alta densità HDL: dal corpo al fegato
Elementi Figurati
• Eritrociti (Globuli Rossi)
• 99% delle cellule
• Trasportano Ossigeno
• Leucociti (Globuli Bianchi)
– Proteggono dalle infezioni e insorgenza tumori
– Granulari
• Polimorfonucleati
• Neutrofili, basofili, eosinofili
– Agranulari
• Linfociti e Monociti
• Piastrine
– Frammenti cellulari, coagulazione
Eritrociti (Globuli Rossi)
Eritrociti (Globuli Rossi)
•
•
•
•
4-5 x 106/mm3
Dimensioni circa 8x2 µm
Forma di disco biconcavo
Non-nucleati, nucleo perso
durante la maturazione
• Contengono:
– Emoglobina (10-30% del
totale)
– ATP, lipidi, anidrasi carbonica
• Trasporto ossigeno dai
polmoni ai tessuti ed
anidride carbonica dai
tessuti ai polmoni
Eritrociti
Eritrociti
Emoglobina
• Grossa proteina tetramerica, composta da 4 catene
che legano il gruppo Eme
• Trasportatore dei gas respiratori
– Ossiemoglobina, legata all’ossigeno
– Carboemoglobina, legata alla CO2
– Trasporta anche ossido nitrico (NO), vasodilatatore
• 4 tipi di catene, α, β, γ, δ
– Feto: HbF, α2 γ2
– Adulto:
• HbA1 , α2 β2 96% del totale
• HbA2, α2 δ2, 2% del totale
• HbF, restante 2%
Membrana cellulare specializzata, resistente e flessibile:
50% proteine, 40% lipidi, 1 0% carboidrati
Anemia
Minor numero di Eritrociti (minor ossigenazione)
• Anemia
• Anemia
• Anemia
• Anemia
aplastica (patologie del midollo osseo)
Emorragica
Emolitica (Infezione)
perniciosa (basso assorbimento vitamina B12)
• Anemia da deficienza di ferro
Policitemia
Maggior numero di Eritrociti (elevata viscosità)
• Policitemia secondaria (causata dall'altitudine)
• Policitemia vera (cancro al midollo)
Eritrociti Anormali
• Cambiamenti Osmotici
– Difetto funzionalità
renale
• Difetti genetici a
carico dell'emoglobina
– Anemia falciforme
– Talassemia
• Elissocitosi e
Sferocitosi
– Deficienza di spettrina
nella membrana cellulare
Rimozione degli Eritrociti
• Emocateresi eritrocitaria
• Avviene nella milza o nel
fegato
• Vita media = 120 giorni
• Attraversa l’intero sistema
circolatorio almeno 100.000
volte
• Sferocita: eritrocita
danneggiato (meno flessibile)
da rimuovere
Leucociti
Leucociti
• Sono le cellule bianche del sangue
• 5.000-20.000/mm3
• Non svolgono funzioni nel circolo, ma lo usano
per spostarsi. Per giungere a destinazione
escono attraverso l’endotelio dei vasi
• Funzione di difesa dell’organismo da sostanze
estranee (microorganismi), o per rimozione delle
cellule morte e dei residui cellulari
Leucociti
• Si possono classificare in:
– Granulociti, granuli specifici nel citoplasma
• Neutrofili,
• Basofili,
• Eosinofili,
– Agranulociti, non presentano granuli citoplasmatici
• Linfociti,
• Monociti, che differenziano in Macrofagi e Dendritiche
Neutrofili
Sono i leucociti più comuni (60-70%)
Sono cellule ad attività fagocitica
(contro patogeni)
• Aspetto:
– Diametro 9-13 µm
– Granuli citoplasmatici
– Nucleo Multilobato,
3-5 lobi connessi da
sottili tratti di cromatina,
aumentano con l’età
Corpo di Barr: Cromosoma X inattivo
Neutrofili
• Granulazione
– Granuli azzurrofili
(primari - grandi):
• Lisosomi
– Granuli specifici
(secondari - piccoli):
• Composti ad azione
microbicida
– Granuli terziari:
• Gelatinasi e catepsine
Neutrofili
• Funzione
– Cellule molto mobili, le prime ad arrivare sul luogo
di un infezione
– Funzione di difesa contro i patogeni avviene
attraverso diversi passaggi:
1)
Migrazione
2)
Riconoscimento
3)
Fagocitosi
4)
Digestione
Migrazione
- I neutrofili, attratti dalle chemochine, aderiscono alle
selectine delle cellule endoteliali dei vasi
- La presenza di citochine infiammatorie (IL-1, Interferoni e
TNF) induce le cellule endoteliali a produrre ICAM-1 che
permette un legame forte con le integrine dei neutrofili
- Quindi i neutrofili secernono i granuli terziari per degradare
la membrana basale e entrare nel connettivo
Riconoscimento dei patogeni e Fagocitosi
- Giunti nel sito di infezione i neutrofili fagocitano il
parassita
Riconoscimento dei
patogeni tramite
Toll-like receptors
Riconoscimento
dei patogeni
tramite
anticorpi
Digestione di un batterio da parte di un neutrofilo
- Infine digeriscono il patogeno utilizzando lisosomi e
granuli specifici, e secernono leucotrieni innescando il
processo infiammatorio
Grossi granuli azzurrofili
Lisosomi
Piccoli granuli specifici
lisozima, lattoferrina, …
Basofili
Sono i leucociti meno comuni, meno del 1% dei globuli bianchi
• Aspetto:
– 8-10 µm di Ø
– Nucleo ad S, spesso mascherato dalla presenza di numerosi
granuli citoplasmatici
Basofili
• Granulazione
– Granuli specifici:
• Eparina, istamina, perossidasi, fattore chemiotattico
eosinofilo e neutrofilo. Basofili per la presenza di molti
GAG.
– Granuli azzurrofili:
• Lisosomi
Basofili
• Funzione:
– Iniziatori della risposta infiammatoria (Reazioni di
ipersensitività immediata - shock anafilattico, allergie)
– Hanno recettori di membrana per le IgE.
– Legame antigene alle IgE induce rilascio dai Granuli Specifici
• Eparina previene la coagulazione del sangue nel sito di
infezione
• Istamina provoca vasodilatazione, contrazione muscoli lisci
dell’apparato respiratorio
• Leucotrieni, effetto simile ad istamina ma più lento e
duraturo. Attirano linfociti e neutrofili.
• Interleuchina 4 stimola produzione di IgE da parte di
cellule B (feedback positivo)
Eosinofili
• 2-4% di tutti i globuli bianchi
• Aspetto:
– Dimensione, 10-15 µm Ø
– Nucleo bilobato a forma di occhiale
Eosinofili
• Granulazione:
– Granuli specifici
• Parte interna , più
elettrondensa:
Proteina basica maggiore,
proteina cationica eosinofila
e neurotossina
• Parte esterna , meno
elettrondensa
Fosfolipasi, Fosfatasi acida,
ribonucleasi, catepsine,
perossidasi
– Granuli azzurrofili
• lisosomi
Eosinofili
• Funzione:
– Cellule secretorie (anche fagocitiche)
– Presenti nelle mucose (respiratorie, gastroenterico,
riproduttivo) e nella cute
– Rilascio della proteina basica maggiore e proteina cationica
eosinofila , causa buchi nella parete e morte del parassita.
– Allo stesso tempo svolgono azione anti-infiammatoria
tramite la fagocitosi di complessi antigene-anticorpo e il
rilascio di sostanze inibitorie dell’infiammazione.
– Richiamati nel sito di infezione da leucotrieni, istamina e
fattore chemiotattico eosinofilo rilasciate da neutrofili e
basofili
Monociti
– Le cellule più grandi del sangue
– 3-8% di tutti i globuli bianchi. Rimangono in
circolo solo pochi giorni, poi migrano nel
connettivo dove differenziano in Macrofagi
Dendritiche
o
• Aspetto:
– 10-20 µm di Ø
– Nucleo grande, eccentrico,
forma a ferro di cavallo
o fagiolo. Occupa circa 50% della cellula
– Citoplasma grigio-azzurro con granuli azzurrofili
e piccoli vacuoli
Monociti
Funzione:
Dopo aver lasciato il circolo si trasformano in:
1 ) Macrofagi:
– Sono fagociti molto efficienti, eliminano cellule morte o
danneggiate (es.: eritrociti), antigeni e batteri
– Secernono citochine che attivano risposta infiammatoria,
la proliferazione e la maturazione di cellule dell’immunità
adattativa
2) Cellule dendritiche
- Fagocitano antigeni ed espongono epitopi antigenici alle
cellule immunocompetenti (cellule T)
Antigen Presenting Cells (APC)
Pelle Langerhans
Cervello
Microglia
• Macrofagi
• Cellule dendritiche
Polmone
Macrofagi
alveolari
Fegato Kupffer
Milza Macrofagi
Rene Fagociti
Sangue Monociti
Linfonodi
Macrofagi
Precursori nel
midollo
Articolazioni
Cellule sinoviali
APC caricano gli antigeni sul MHC
• Li mangiano
–Tramite fagocitosi
• Li digeriscono
MHC
–Enzimi specializzati in
vescicole specializzate
• Li espongono
–MHC con l'antigene
vengono posizionati in
membrana
• Prendono contatto con
i linfociti T
MHC
MHC
• Complesso maggiore di istocompatibilità (MHC)
– Proteine di membrana che espongono antigeni estranei
– Sono codificate dai geni più polimorfici del nostro genoma
• MHC I
– Espresso da tutte le cellule somatiche,
– Presenta antigeni intracellulari
– Riconosciuto da linfociti T-citotossici
• MHC II
– Espresso da Antigen Presenting Cells (APC’s) professionali
– Presentano antigeni endocitati
– Riconosciuto dai linfociti T-helper
Linfociti
– 20-25% di tutti i globuli bianchi
• Aspetto:
– Nucleo eccentrico, denso e che occupa circa il 90%
della cellula
– Citoplasma scarso, con pochi granuli azzurrofili
– 8-12 µm di Ø
– Diversi tipi che non si distinguono morfologicamente
ma solo tramite marcatori molecolari
• Linfociti B (1 5%)
• Linfociti T (80%)
• Natural Killer (NK, 5%)
Funzione dei Linfociti
– Riconoscimento specifico di antigeni estranei
(risposta adattativa)
– Riconosciuto l’antigene migrano nei linfonodi e nella
milza, dove formano cloni di cellule identiche con due
caratteristiche
• Cellule effettrici, linfociti immunocompetenti
tornano in circolo
• Cellule con memoria, non partecipano alla risposta
immunitaria, ma rimangono pronte a rispondere se
si ripresenta quell’antigene
• Linfociti B:
– Risposta immunitaria umorale (tramite anticorpi)
– Differenziano e diventano competenti nel midollo osseo
– Differenziano in Plasmacellule per produrre anticorpi
• Linfociti T:
– Risposta immunitaria mediata da cellule (tramite TCR)
– Si formano nel midollo osseo e maturano nel Timo
• T Citotossici: uccisione cellule estranee o infette
• T Helper: stimolano T citotossici e linfociti B
• T Regolatorie: soppressione della risposta immunitaria
• Natural Killer
• Sono in grado di uccidere le cellule estranee o
cancerogene. Pur simili alle cellule T non hanno il TCR
Linfociti B: Riconoscimento tramite Anticorpi
• Prodotti dalle plasmacellulle
• Presentano due catene
pesante e due catene
leggere
• La regione variabile (formata
da ambedue le catene)
riconosce l’antigene mentre
la regione la costante della
catena pesante interagisce
con i recettori espressi dalle
cellule fagocitiche
Diverse classi di Anticorpi: Originano da differenze
nella Regione Costante (IgD, IgM, IgG, IgA, IgE)
Come possiamo produrre anticorpi contro ogni possibile antigene?
Linfociti T: Riconoscimento tramite TCR
T citotossico riconosce complesso
peptide virale-MHC I ed uccide la
cellula infettata
TCR:
Recettore
delle
cellule T
T helper (Th1) riconosce complesso
peptide batterico-MHC II ed attiva
il macrofago
T helper (Th2) riconosce complesso
peptide antigenico-MHC II ed attiva
il linfocita B
Immunità adattativa
Piastrine
• 250-400.000/mm3
• 1-4 µm di Ø, forma
discoidale,
• Presentano molti organelli
ma prive di nucleo
• Residui cellulari derivanti
dalla frammentazione del
citoplasma dei megacariociti
nel midollo
• Fondamentali per la
coagulazione
Piastrine
•
•
•
•
Ricco glicocalice
Regione periferica chiara detta Ialomero
Regione centrale detta Granulomero
Sistema tubulare denso e Sistema tubulare aperto
Piastrine
• Granuli
–Granuli alfa
Fibrinogeno, PDGF,
Tromboplastina, trombospondina
(Aggregazione e coagulazione)
–Granuli delta
Calcio, ADP, ATP, serotonina
(Aggregazione e vasocostrizione)
–Granuli lambda
Enzimi idrolitici, dissoluzione
del coagulo
Coagulazione
Formazione di un coagulo
sanguigno, un ammasso
gelatinoso costituito da un
reticolo di fibrina che
intrappola le piastrine per
occludere il sito di rottura
del vaso
Emostasi primaria:
Aggregato di piastrine
Emostasi Secondaria:
Rete di fibrina stabilizza
l’aggregato di piastrine
L’attivazione della Fibrina
avviene tramite una
cascata di attivazione dei
fattori della coagulazione:
ogni fattore attiva quello
successivo, fino ad
arrivare all’attivazione
della trombina e della
fibrina
Piastrine e Coagulazione
L’endotelio danneggiato rilascia il Fattore di Von
Willebrand e la Tromboplastina Tissutale e
cessa la produzione inibitori della coagulazione
- EMOSTASI PRIMARIA: In presenza
del Fattore di Von Willebrand, le
piastrine aderiscono al collagene
subendoteliale e le une alle altre,
rilasciando il contenuto dei granuli
(Tromboplastina Piastrinica,
Trombospondina, Serotonina) e
inducono vasocostrizione
- EMOSTASI SECONDARIA: Le
Tromboplastine e il fattore XII (che si
attiva a contatto con il collagene
esposto) permettono l’attivazione dei
fattori di coagulazione
Rimozione del coagulo: Fibrinolisi
• Una volta riparato il vaso, le cellule endoteliali
rilasciano l’attivatore del plasminogeno, che
trasformano il plasminogeno in plasmina, una proteasi
in grado di degradare la fibrina e lisare il coagulo
• A questa fase partecipano anche i granuli λ delle
piastrine
Tessuti Ematopoietici e del sistema immune
Tonsille ed
Adenoidi
Timo
Linfonodi
Milza
Placche
del Peyer
Appendice
Midollo
Linfonodi
Linfatico
Ematopoiesi o emopoiesi
Processo responsabile della formazione delle cellule
del sangue
– 1011-1012 cellule ematiche al giorno,
– 4% del peso corporeo
Tessuti Ematopoietici
• Midollo osseo:
– Dal 5° mese di vita embrionale è responsabile
della produzione di tutte le cellule del sangue
Midollo osseo
– Consistenza gelatinosa, altamente vascolarizzato,
separato dal tessuto osseo dall’endostio
– Sito di differenziamento delle cellule ematiche a partire
da Cellule Staminali Ematopoietiche Pluripotenti
– Midollo rosso (attivo) o giallo (non attivo, adipociti)
Dove:
- cavità midollare delle
ossa lunghe
(femore, omero)
- trabecole delle ossa
spugnose
(sterno, cranio,
vertebre, costole,
bacino, scapole)
Organizzazione:
Isole ematopoietiche
- Cellule ematiche a diversi
stadi di maturazione
Vascolarizzazione:
- Sinusoidi: Struttura
trilaminare formata da
endoteliali, membrana
basale, cellule avventiziali
Cellule avventiziali (o
reticolari) svolgono una
funzione di sostegno nel
differenziamento e regolano
il passaggio nel circolo delle
cellule mature
Midollo Rosso
Ematopoiesi
Prenatale Divisa in 4 fasi
– Fase mesoblastica
• Mesoderma del sacco vitellino,
a partire da aggregati di
cellule mesenchimali
– Fase epatica (fegato).
• Eritrociti nucleati,
• Compaiono i leucociti
- Fase splenica (milza)
insieme a quella epatica
- Fase mieloide (midollo)
insieme allo sviluppo delle ossa
Postnatale
• Avviene nel midollo osseo
Ematopoiesi
– Produzione continua di cellule ematiche da
precursori staminali
– Cellule staminali sono definite quelle cellule
indifferenziate in grado di andare incontro
a divisione e generare due cellule staminali
oppure una staminale e una in grado di
differenziare in uno o più tipi cellulari
Ematopoiesi
Cellule staminali emopoietiche pluripotenti
– Poco numerose: 0,1% delle cellule del midollo
– Per mitosi possono generare:
1) Due cellule pluripotenti
2) Una pluripotente e una multipotente:
Ci sono due tipi di staminali multipotenti
- mieloide (Precursore di granulociti, eritrociti,
monociti e piastrine)
• CFU- GEMM (Colony- Forming Unit- GEMM)
- linfoide (Precursore di cellule B e T)
• CFU- Ly (Colony- Forming Unit- Ly)
Ematopoiesi
Staminale
Pluripotente
Multipotente mieloide
Multipotente linfoide
Ematopoiesi
• Dalle multipotenti si generano le Cellule
– Cellule unipotenti (a volte bipotenti)
progenitrici
Formano una o due linee cellulari
– Capacità di rigenerarsi (anche se limitata)
• Dalle progenitrici si generano le Cellule precursori
– Derivano dalle progenitrici
– Persa la capacità rigenerarsi
– Ancora non differenziate ma con caratteristiche
morfologiche che ne permettono la loro classificazione
– Si dividono e differenziano, originando un clone di
cellule mature
Ruolo dei fattori solubili nell’ematopoiesi
La proliferazione e
il differenziamento
di cellule staminali,
progenitrici e
precursori è
regolato dall’azione
di fattori solubili
(interleuchine)
Ematopoiesi
Aspetti in comune tra le diverse vie di
differenziamento:
– Riduzione delle dimensioni
– Addensamento della cromatina
– Riduzione o scomparsa dei nucleoli
– Comparsa nel citoplasma delle caratteristiche
della cellula matura (Es.: granuli)
Eritropoiesi
Eritropoiesi
Processo tramite il quale vengono prodotti ogni
giorno nuovi eritrociti:
• CFU-GEMM (multipotente) in presenza di GM-CSF
e IL-3 è indirizzata verso la linea CFU-E
• CFU-E (unipotente) in presenza di eritropoietina
dà luogo al proeritroblasto, il primo precursore
della serie eritrocitaria
• L’eritropoietina viene prodotti dal rene ed aumenta
quando si abbassa il numero di eritrociti circolanti
o quando vi è ipossia
Eritropoiesi
•Proeritroblasto
nucleo eucromatico,
citoplasma basofilo
•Eritroblasto basofilo
riduzione volume
cromatina addensata,
•Eritroblasto
policromatico
Nucleo con cromatina molto
addensata,
no nucleoli, sintesi emoglobina
• Eritroblasto
ortocromatico
nucleo in fase di espulsione,
molta emoglobina, citoplasma
acidofilo, no mitosi
• Reticolocita
nucleo assente, residuo di
reticolo endoplasmatico
• Eritrocita
No organelli,
solo emoglobina
Granulocitopoiesi
Granulocitopoiesi
- Staminale multipotente comune origina ogni tipo
di progenitore granulocitico
Progenitori:
- CFU- Eo e CFU- Ba
Staminali unipotenti
per basofili ed
eosinofili
- CFU- GM bipotente,
origina la serie
neutrofila (CFU- G) e
monocitaria (CFU- M)
Differenziamento Neutrofili
Basofili e Eosinofili seguono evoluzioni simili
• Mieloblasto
– precursore di tutte e 3
Metamielocita
le serie (indistinguibili tra
loro)
–nucleo con eucromatina.
Poco citoplasma con
numerosi mitocondri e
ribosomi
• Promielocita
– nucleo eccentrico con
eterocromatina.
Granulazioni primarie
citoplasmatiche (granuli
azzurrofili)
Mieloblasto
Promielocita
• Mielocita
– Citoplasma con
granuli specifici ed
azzurrofili
• Matamielocita
– nucleo a forma di
fagiolo
– no mitosi, no nucleoli
• Neutrofilo giovane
– Nucleo a ferro di
cavallo, molta
eterocromatina
Mielocita
Promielocita
Metamielocita
Neutrofilo giovane
Monocitopoiesi
Monoblasti,
Monocitopoiesi
morfologicamente
indistinguibili dai
mieloblasti
Promonociti
Cellule grandi,
nucleo eccentrico
indentato,
eucromatina.
Citoplasma basofilo
con numerosi granuli
azzurrofili
Monociti entrano
nel circolo
Nel giro di un paio di giorni entrano nel connettivo e
differenziano in Macrofagi o in Dendritiche
Formazione delle piastrine
Formazione delle piastrine
Megacarioblasto
Nucleo unico ovale
o reniforme
Promegacariocita
Endomitosi,
nuclei polipliodi,
fino 64n
Citoplasma basofilo:
Granuli azzurrofili
Stimolato a
proliferare e
differenziarsi
dalla trombopoietina
Megacariocita
– 40-100 µm
– Nucleo unico plurilobato
– Disposti vicino ai sinusoidi
inviano al loro interno dei
prolungamenti citoplasmatici
– Si frammentano in seguito
ad invaginazioni del plasmalemma
(canali di demarcazione), e danno origine a gruppi di
Propiastrine
– Propiastrine appena rilasciate si risolvono in singole
Piastrine
Megacariocita
Linfopoiesi
-Staminali multipotenti CFU- Ly , si
dividono nel midollo osseo e formano:
CFU-LyB => linfociti B immunocompetenti
Il differenziamento avviene nel midollo
osseo
(negli uccelli nella borsa di Fabrizio)
CFU-LyT => linfociti T immunocompetenti,
Il differenziamento avviene nel midollo
osseo e poi nel timo
In seguito l’incontro con l’antigene stimolerà la
proliferazione negli organi linfoidi (milza e linfonodi)
Linfopoiesi