Note de curs Sângele, partea I PDF

Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE INTRODUCERE. De la celulă la sistem Materia vie depinde de anumite caracteristici precum autoreproducere, aut...

Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE INTRODUCERE. De la celulă la sistem Materia vie depinde de anumite caracteristici precum autoreproducere, autoreglare, metabolism, adaptare, iar adaptarea la condițiile de mediu depinde de o serie de procese fiziologice și biochimice rezultate din procesele metabolice. Celula reprezintă unitatea structurală și funcțională a tuturor organismelor vii. Celula reprezintă nivelul primar de organizare a materiei vii, dotat cu capacitatea de autoreglare, autoconservare și autoreproducere. Mai multe celule grupate formează țesuturile, care prezintă caracteristici structurale și funcționale proprii. Agregarea mai multor țesuturi formează organe, iar din asocierea mau multor organe rezultă sisteme funcționale. Fiziologia este acea ramură a științei care studiază rolul și funcțiile sistemelor organismelor vii. Activitatea și funcționarea optimă a organismului depinde de interacțiunile complexe care au loc la nivelul sistemelor de organe. Atunci când un organ sau un sistem nu-și îndeplinește anumite funcții, efectele se vor resimți asupra altor organe, sisteme sau chiar a întregului organism. Spre exemplu, atunci când organele de excreție nu reușesc să-și îndeplinească funcția de eliminarea a toxinelor din organism, va fi afectată menținerea homeostaziei mediului intern, fapt ce va duce la consecințe asupra altor sisteme precum sistemul circulator, respirator, nervos, etc. MEDIUL INTERN AL ORGANISMULUI APA – componenta principală a mediului intern al organismului Celulele organismului sunt scăldate într-un mediu denumit mediu intern, iar condiția esențială pentru supraviețuire este dată de menținerea componentelor mediului intern în limite constante. Așadar, celulele vor fi capabile să supraviețuiască, să se multiplice și să-și exercite funcțiile atâta timp cât în mediul intern se menține optimă concentrația de glucoză, acizi grași, aminoacizi și ioni. Mediul intern (termen introdus în 1856 de către Claude Bernard, fiziolog și cercetător francez) reprezintă mediul lichidian în care se desfășoară procesele fizico-chimie și biologice caracteristice materiei vii. Inițial, termenul se referea la sânge și lichid interstițial ca principalele căi de legătură dintre celulă și mediul extern. Ulterior, semnificația a fost extinsă la toate umorile organismului (limfă, lichid cefalorahidian, umoarea apoasă, lichide seroase, etc). Prin urmare, medul extern reunește toate lichidele din organism, repartizate atât intracelular, cât și extracelular. Principala componentă a mediului intern este apa. Organismul uman adult conține apă în proporție de 60% din greutatea totală, astfel că pentru un adult de 70 de kg, cantitatea de apă din organism ajunge la 42 L. P a g e 1 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE Organismul uman conține în mare parte apă, cantitatea variind de la 75% din masa totală la copii, între 50% – 60% la adulți și până la 45% la vârstnici. Procentul de apă din organism variază în funcție de stadiul de dezvoltare al organismului, de la naștere și până la bătrânețe. Creierul și rinichii conțin cele mai mari proporții de apă (80% – 85% din masa lor totală), pe când dinții conțin cea mai scăzută proporție de apă, între 8% – 10%. Apa este componenta cea mai importantă a materiei vii, fiind indispensabilă vieții și îndeplinind numeroase roluri precum termoreglare, osmoreglare, asigurarea mediului de desfășurare a proceselor biochimice, rol de transport. Apa totală reprezintă volumul total de apă prezent în organism la un moment dat. Volumul apei totale variază în funcție de anumiți factori: - În funcție de cantitatea de țesut adipos: cantitatea de apă scade pe măsură ce crește cantitatea de grăsime (țesut muscular – ∼72% apă, țesut adipos – ∼20% apă) - În funcție de sex: volumul total de apă este mai scăzut la femei decât la bărbați - În funcție de vârstă: volumul de apă scade odată cu înaintarea în vârstă Echilibrul hidric reprezintă menținerea contantei între intrările e apă și ieșirile de apă din organism. În condiții fiziologice normale, organismul își menține echilibrul hidric ⇒ homeostazia hidrică. În medie, organismul uman are nevoie zilnic de un necesar de apă cuprins între 2300 – 2500 mL, cu anumite variații cuprinse între 1500 – 2900 mL, și un minimum de 500 mL. În mod normal, volumul de apă pierdut zilnic (apă eliminată = output) este egal cu volumul de apă întrat zilnic în organism (apă intrată = input). Apa intrată în organism provine din două surse diferite, și anume surse exogene sau apa exogenă este cea ingerată ca atare (∼1000 – 1700 mL) și provenită din alimente (∼800 – 1000 mL) și surse endogene sau apa endogenă sau apa metabolică, apa sintetizată în organism prin arderea carbohidraților (∼200 – 300 mL). Tulburări ale echilibrului hidric se datorează: - pierderii excesive de apă (deficit de apă, bilanț hidric negativ) – deshidratare - reținerii în exces a apei (exces de apă, bilanț hidric pozitiv) – edem Apa este prezentă atât în compartimentul intracelular (în proporție de ∼40%), cât și în compartimentul extracelular(în proporție de ∼20%) → Regula 60-40-20 ‼‼ Compartimentul intracelular al mediului intern este reprezentat de: Apa intracelulară, care se găsește fie sub formă legată, intrând în componența diferitelor structuri celulare, fie liberă, având rol de mediu de dispersie în citoplasmă. Cationul principal este K⁺, urmat de Mg²⁺, iar anionii predominanți sunt fosfații (fosfați organici precum ATP), proteine Compartimentul extracelular al mediului extern, are o compoziție complexă, este reprezentat de: Concentrații mari de Na⁺ și anioni de Cl¯, HCO3¯, O2, acizi grași, aminoacizi, lichid interstițial, plasmă, limfă, lichide seroase, etc. P a g e 2 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE Lichidul extracelular mai conține și CO2 care este transportat de la celule către plămâni pentru a fi eliminat prin expirație, și alți produși de excreție care vor fi eliminați la nivelul organelor excretoare. Compartimentul extracelular este subdivizat în: Compartiment extravascular: o Apa din lichidul interstițial, limfă, apa din lichidul transcelular (lichidele seroase din pleură, pericard, peritoneu, burse și sinovii, spații intraoculare, lichid cefalorahidian) Compartiment intravascular: o Plasmă (componenta acelulară a sângelui) Schimburile de apă și electroliți dintre diversele compartimente sunt influențate de anumiți factori, care condiționează sensul de deplasare, și anume: presiunea hidrostatică, presiunea osmotică și presiunea coloid-osmotică. Homeostazia este termenul folosit de fiziologi pentru a descrie menținerea unor condiții aproape constante în mediul intern al organismului. În esență, toate organele și țesuturile organismului îndeplinesc funcții care ajută la menținerea în echilibru a mediului intern. Spre exemplu, plămânii furnizează oxigenul necesar celulelor, rinichii mențin constante concentrațiile ionilor, iar tractul gastrointestinal furnizează nutrienții necesari. Lichidul extracelular este transportat către toate părțile organismului în două etape. Prima etapă, este reprezentată de deplasarea sângelui prin organism în interiorul vaselor sangvine, iar cea de-a doua etapă este reprezentată de deplasarea bidirecțională a lichidului între capilarele sangvine și spațiul intercelular. Pe măsură ce sângele traversează capilarele sangvine, are loc un schimb continuu între fracțiunea plasmatică a sângelui și lichidul interstițial care umple spațiile intercelulare. Deoarece pereții capilarelor sunt extrem de permeabili pentru majoritatea moleculelor, cu excepția proteinelor plasmatice de masă moleculară mare, cantități mari de lichid, împreună cu constituenții dizolvați, difuzează bidirecțional între sânge și spațiile tisulare. Acest proces de difuziune se datorează mișcării moleculelor, atât în plasmă, cât și în lichidul interstițial, dar și prin porii capilarelor. Având în vedere proximitatea majorității celulelor față de pereții capilarelor, difuziunea substanțelor din capilar spre peretele celular are loc într-un interval de câteva secunde. Astfel, lichidul extracelular este într-un proces continuu de mixare, menținându- se constantă omogenitatea fluidului în întreg organismul. SÂNGELE – componentă a mediului intern Organismele unicelulare nu au nevoie de sânge. Ele își obțin nutrienții direct din mediul înconjurător și tot aici își elimină produșii de excreție. Organismul uman, în complexitatea lui, nu poate face asta, având nevoie de sânge pentru a livra nutrienții celulelor și pentru a înlătura produșii de excreție eliberați de trilioanele de celule care alcătuiesc organismul uman. Sângele, parte componentă a mediului intern al organismului, este un țesut conjunctiv fluid, vâscos care circulă în interiorul arborelui cardiovascular. Între celule și mediul intern al P a g e 3 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE organismului are loc în permanență un schimb de substanțe și energie. Oxigenul, glucidele, acizii grași aminoacizii și vitaminele sunt substanțe necesare menținerii, în condiții optime, a activității celulare. Aceste substanțe trec din sânge spre celule iar în urma metabolismului, produșii nefolositori sau toxici (CO2, uree, amoniac, etc.) sunt eliminați în lichidul extracelular. Circulația permanentă a sângelui permite menținerea echilibrului mediului intern prin transportul substanțelor folositoare către celule, refăcând astfel rezervele metabolice, preluând mai apoi produșii catabolici și transportându-i către organele excretoare. Cantitatea totală de sânge (volemia) de la nivelul organismului uman este raportată la 7% - 8% din masa corpului (∼5 L de sânge în corp). Volemia variază în funcție de sex (volemie mai mare la bărbați), condiții fiziologice și vârstă (scade odată cu înaintarea în vârstă). Atunci când organismul este aflat în stare de repaus, o mare parte din masa sangvină a corpului (∼2 L) stagnează la nivelul capilarelor din ficat, splină și țesut subcutanat, reprezentând volumul sanguin stagnant, de rezervă. Restul masei sangvine, 2-3 L, reprezintă volumul sangvin circulant. Raportul dintre volumul sangvin stagnant și circulant nu este nu este fix, ci variază în funcție de condițiile fiziologice. Spre exemplu, în condiții de efort fizic, când nevoia organismului de aprovizionare cu oxigen și energie este mai mare, are loc mobilizarea sângelui stagnant, crescând astfel volumul sangvin circulant și asigurându-se aprovizionarea optimă a organismului. Creşterea volemiei (hipervolemia) are loc în efortul fizic, la temperaturi crescute, altitudine, emoţii puternice, în a doua jumătate a sarcinii, ciroză hepatică, tuberculoză, iar scăderea volemiei (hipovolemia) apare în cazul vărsăturilor, diareei severe, arsuri, anemii. Proprietățile sângelui 1. Culoarea Este determinată de prezenţa hemoglobinei. o Sângele arterial este roşu aprins şi se datorează saturării hemoglobinei cu O2 (oxihemoglobinei) o Sângele venos are culoare roşu închis datorită hemoglobinei reduse Compuşii patologici determină modificarea culorii sângelui, astfel: o Carboxihemoglobina, formată în intoxicațiile cu CO, dă o coloraţie roşu aprins o Methemoglobina, formată prin oxidarea Fe2+ → Fe3+ determină culoarea brună a sângelui. Omul nu are niciodată sângele albastru, însă există specii care au sângele de alte culori, precum: o albastru (datorită hemocianinei) la unele artropode, moluște, specii de crabi (Tachypleus sp.) o galben (datorită vanabinei) la castravetele de mare o verde (datorită biliverdinei) la unele specii de șopârle (Prasinohaema prehensicauda) o roz/violet (datorită hemeritrinei) la unele specii de viermi marini P a g e 4 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE 2. Densitatea Sângele are o densitate mai mare decât apă (densitate apă = 1 g/cm3) depinde de cantitatea și densitatea substanțelor solvite precum și de numărul elementelor figurate. Valorile normale sunt cuprinse între 1,050 – 1, 067 g/cm3 o La femei: 1,057 g/cm3 o La bărbați: 1,061 g/cm3 o Plasmă: 1,027 g/cm3 3. Vâscozitatea Sângele are o vâscozitate de până la patru ori mai mare decât apa (vâscozitate apă = 1 cP) Vâscozitatea asigură curgerea laminară a sângelui prin vasele sangvine și este influențată de componentele sângelui, în special elementele figurate, iar creșterea vâscozității sângelui îngreunează circulația sangvină. Valori normale: 2,3 – 4,1 cP (la 37°C) Acestă proprietate are o mare importanţă în curgerea sângelui deoarece condiţionează rezistenţa periferică şi prin aceasta, tensiunea arterială. Anemiile, hemoragiile, tahicardia scad vâscozitatea sângelui În poliglobulii, leucemii au loc creşteri ale vâscozităţii având ca efect solicitarea cardiacă, deoarece măresc rezistenţa periferică. 4. Presiunea osmotică Este presiunea care se dezvoltă într-o soluţie separată de mediul extern printr-o membrană semipermeabilă. Apa va trece printr-o membrană semipermeabilă, conform gradientului osmotic, din mediul mai diluat spre cel cu concentraţie mai mare, până la realizarea echilibrului. Presiunea osmotică este determinată de concentraţia substanţelor difuzibile din plasmă care pot fi disociabile (Na+, K+, Ca2+) sau nedisociabile (glucoza). Presiunea osmotică a sângelui este de 290-300 mOsm/L (miliosmoli/L). Presiunea osmotică a proteinelor plasmei este de numai 25 mmHg şi se numeşte presiune coloid-osmotică sau oncotică. 5. pH-ul sângelui Reacţia sângelui se exprimă în unităţi pH, reprezentând logaritmul cu semn schimbat al concentraţiei ionilor de hidrogen dintr-o soluţie apoasă. Când concentraţia ionilor de hidrogen (H+) dintr-o soluţie este egală cu a ionilor hidroxil (OH-), soluţia este neutră iar pH-ul are valoarea 7. Sângele venos pH – 7,35, Sângele arterial pH – 7,40. P a g e 5 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE o În mod constant pH-ul variază între 7,30 – 7,42 (media 7,35), vaori mai mici întâlnindu-se la bătrâni iar valori mai mari, la copii. o Limitele pH-ului sangvin compatibile cu viaţa se află între 7,0-7,8. Variaţiile pH-ului sanguin sunt de 2 categorii: o Variațiile fiziologice: depind de vârstă, ritm circadian/nictemeral, efort fizic, altitudine.  în funcţie de vârstă – la copii pH-ul este egal cu 7,42, iar la bătrâni 7,30  reacţia alcalină la copii favorizează creşterea.  eforturile excesive la copii stopează creşterea (ex.: gimnaste).  în cursul zilei pH-ul sângelui suferă oscilaţii: dimineaţa la trezire pH- ul sanguin este mai acid, noaptea scade excitabilitatea centrului respirator, tolerând acumularea în exces a CO2  în efort fizic, la nivel muscular se formează mari cantităţi de acizi care determină reducerea pH-ului sanguin (acidoză)  ascensiunea rapidă la altitudine (prezența aerului rarefiat) provoacă o hiperventilaţie şi eliminarea CO2 în exces, astfel pH-ul sângelui creşte (alcaloză). 6. Temperatura La om, specie homeotermă, temperatura sângelui este în medie 37°C, cu mici variații: o maximum 40°C la nivel hepatic o minimum de 36°C în capilarele pulmonare o 34°C – 35°C la nivelul scrotului Variațiile de temperatură ale sângelui din diferitele zone ale organismului se datorează fenomenelor de termoreglare. Funcțiile sângelui 1. Funcție respiratorie: asigurată de eritrocite, prin transportul gazelor respiratorii (O2 și CO2) între plămâni și țesuturi 2. Funcție nutritivă: transportul, către țesuturi sau depozite, a proteinelor, glucidelor, acizilor grași, electroliților, vitaminelor absorbite din tubul digestiv sau sintetizate în organism 3. Funcție excretoare: transportul produșilor de catabolism celular către organele excretoare (rinichi, piele, ficat, glande sudoripare, plămâni) 4. Funcție de apărare: sângele reprezintă o barieră în calea agresiunii antigenice prin proteinele specifice (anticorpii) și elementele celulare specializate (leucocite) P a g e 6 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE 5. Funcția termoreglatoare: prin conținutul crescut de apă, plasma înmagazinează cantități mari de căldură la nivelul organelor producătoare de energie exotermică, ficat si mușchi, pe care o distribuie eficient tuturor organelor, inclusiv pielii, la nivelul o parte din căldură se pierde parte din căldură se pierde 6. Funcție de reglare a echilibrului acido-bazic: se realizează prin sistemele tampon plasmatice și eritrocitare, care mențin constant pH-ul sângelui și implicit al mediului intern în menţinerea constanţei pH-ului intervin 2 tipuri de mecanisme: fizico-chimice şi biologice. Mecanismele fizico-chimice de menţinere a pH-ului sunt reprezentate de sistemele tampon: o sistemul acid carbonic/bicarbonat de Na+, o sistemul hemoglobină redusă/hemoglobinat de K+, o sistemul oxihemoglobină/oxihemoglobinat de K+, o sistemul fosfat monosodic/fosfat disodic, o sistemul proteină acidă/proteină alcalină. Mecanismele biologice de menținere a pH-ului sunt următoarele: o plămânii intervin în acest proces prin eliminarea CO2 provenit din respiraţia tisulară și metabolismul intermediar o rinichii excretă acizii nevolatili ca atare sau acizii cuplaţi cu ionul NH4 sau de Na+. De asemenea, celulele tubulare ale rinichiului secretă H+ în filtratul glomerular. Pentru fiecare ion de H+ eliminat se reţine un ion de Na+ şi unul de HCO3¯ o pielea elimină prin transpiraţie excesul de sarcini acide sau alcaline şi reprezintă echivalentul funcţional al unui rinichi o ficatul transformă acidul lactic în glucoză o tubul digestiv intervine în menţinerea pH-ului prin modificarea pH-ului sucurilor digestive o aparatul circulator prin permanenta mişcare a sângelui omogenizează şi transportă acizii spre organele excretoare. 7. Funcția de echilibrare fluido-coagulantă: se realizează prin intermediul factorilor procoagulanți și anticoagulanți, prezenți în special la nivelul trombocitelor, participând astfel la menținerea echilibrului hemostazic 8. Funcția de coordonare și reglare umorală: prin sânge se transportă hormoni, mediatori chimici și alte substanțe biologic active, de la locul de sinteză la țesuturile țintă P a g e 7 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE 9. Funcția de echilibrare hidrică și electrolitică între fracțiunea lichidiană a sângelui, plasmă și lichid interstițial are loc schimbul permanent de apă și ioni ceea ce permite menținerea echilibrului hidric și osmomolar, de care depind schimburile capilare și filtrarea glomerulară conținutul mare de proteine plasmatice permite menținerea constată a presiunii coloid-osmotice, care influențează circulația apei între diferitele compartimente ale mediului intern. Componentele sângelui Sângele are două componente: una celulară – 45% – reprezentată de elemente figurate (globule roșii/eritrocite/hematii, globule albe/leucocite și plachete sanguine/trombocite) și una coloidală, lichidă – 55% – plasmă, formată din 90% apă, 9% proteine plasmatice și 1% alte substanțe. ⇨ Figura 1. Componentele sângelui Plasma sangvină, reprezintă procentual 55% din volumul sângelui și este constituită în proporție de ∼90% din apă, 10% reziduu uscat din care 1% sunt substanțe anorganice: cloruri, fosfați, sulfați, bicarbonați, Na, K, Ca, Mg, Fe și 9% sunt substanțe organice (proteine, lipide, glucide), diferiți combinații ale acestora, produși intermediari și finali. Principalele proteine plasmatice sunt: Albuminele: cele mai abundente, sintetizate în ficat, albuminele servesc ca molecule de transport pentru acizii grași și hormonii steroidieni, pigmenți biliari, unele substanțe minerale o Au un rol important în menținerea presiunii coloid-osmotice o Ocupă aproximativ ∼54% din totalul proteic al plasmei, iar valorile fiziologice sunt cuprinse între 3,5 – 5,0 g/dL sânge Globulinele: cea de-a două categorie de proteine plasmatice, reprezentate de trei mari subgrupe cunoscute sub denumirea de alfa globuline, beta globuline și gama globuline. P a g e 8 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE o Globuline au rol în transportul substanțelor prin sânge, în coagularea sângelui și în reglarea presiunii osmotice a sângelui  Alfa și beta globulinele, sintetizate în ficat, transportă fierul, lipidele și vitaminele liposolubile A, D, E, K către celule  Gama globulinele, produse la nivelul sistemului imunitar de către limfocite, sunt proteine implicate în procesul de apărare a organismului și mai sunt cunoscute sub denumirea de anticorpi sau imunoglobuline (IgG, IgA, IgM, IgE, IgD). o Globulinele reprezintă ∼38% din totalul plasmei, iar valorile fiziologice se situează în intervalul 1,0 – 1,5 g/dL sânge Fibrinogenul: cea de-a treia mare componentă proteică din plasma sangvină, sintetizată de asemenea în ficat o are un rol esențial în procesul de coagulare a sângelui prin trecerea sa din stare solubilă într-o rețea insolubilă, numită cheag de fibrină. o Fibrinogenul reprezintă ∼7% din totalul volumului plasmatic, cu valori fiziologice cuprinse între 0,2 – 0,45 g/dL sânge Pe lângă componenta proteică, plasma sangvină conține și numeroase alte substanțe, precum: electroliți (sodiu, potasiu, calciu), gaze dizolvate (oxigen, dioxid de carbon, azot), nutrienți organici (vitamine, lipide, glucoză, aminoacizi) și produși metabolici. Împreună, toate aceste componente reprezintă ∼1% din volumul total al plasmei sangvine. Elementele figurate ale sângelui reprezintă 45% din volumul sanguin total. Examenul microscopic al sângelui permite diferențierea a trei tipuri de elemente figurate, și anume: globulele roșii (eritrocite sau hematii), globulele albe (leucocite) și plachetele sangvine (trombocitele). Măduva osoasă este sediul de origine pentru toate liniile celulare, celula comună de origine fiind celula stem. Celula stem se multiplică şi formează clone celulare care apoi se diferenţiază ireversibil în două linii: mieloidă și limfoidă. În cadrul acestui proces participă doi hormoni secretați la nivel renal: eritropoietina, cu rol în maturarea şi proliferarea eritrocitelor, şi trombopoietina, cu rol în formarea trombocitelor. Maturarea limfocitelor, ce provin din precursorii limfocitari, are loc în parte la nivelul măduvei osoase, în parte la nivelul timusului. Ciclul de viață al elementelor figurate este foarte scurt, pentru majoritatea eritrocitelor, leucocitelor și trombocitelor este vorba de câteva ore până la maximum câteva săptămâni. Așadar, organismul trebuie să sintetizeze noi celule sangvine relativ rapid și în mod continuu. Spre exemplu, în cazul donatorilor de sânge, care, în urma donării, pierd în medie 475 mL de sânge, organismul va reface volumul pierdut de plasmă în aproximativ 24 de ore, însă durează circa 4 – 6 săptămâni pentru a reface cantitatea de elemente figurate. Procesul de formare a celulelor sangvine se numește hematopoieză (greacă haima = sânge și poiesis = a produce). În timpul vieţii intrauterine, apar elemente de hematopoieză în sacul vitelin, mai apoi hematopoieza are loc în ficat, splină şi măduva osoasă. După naștere și la adulți, acestea continuă să se formeze în măduva osoasă. În perioada copilăriei, hematopoieza are loc la nivelul P a g e 9 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE cavității medulare a oaselor lungi, iar în perioada adultă, acest proces se petrece îndeosebi la nivelul oaselor craniene, la nivelul pelvisului, vertebre, stern și la nivelul epifizelor proximale ale femurului și humerusului. Ficatul și splina își mențin capacitatea de a genera celule sangvine, acest proces numindu-se hematopoieză extramedulară (hematopoieză ce are loc în afara cavității medulare ale oaselor din organismul uman în perioada adultă). Spre exemplu, inițierea hematopoiezei extramedulare apare în cazul unei afecțiuni precum cancerul osos. Toate elementele figurate derivă din măduva osoasă roșie hematogenă. Celulele sangvine provin din celulele stem pluripotente, Procesul de formare a celulelor sanguine (hematopoieza) se petrece în măduva osoasă unde se află celule stem pluripotente hematopoietice – hemocitoblaste – care permanent se completează şi se diferenţiază până la celulele sanguine mature. În măduva osoasă are loc proliferarea şi maturarea elementelor mielopoiezei şi dezvoltarea limfocitelor B în stadiile iniţiale. Diferenţierea lor până la celule mature se petrece în splină, ganglionii limfatici, ţesutul limfoid al tractului gastrointestinal, numite organe hemopoietice periferice. Limfocitele T se dezvoltă tot în măduva oaselor, dar se maturizează în timus. Atunci când hemocitoblastele sunt expuse la stimuli biochimici specifici, numiți factori de creștere hematopoietici, procesul de diviziune și diferențiere începe să se desfășoare. Una dintre celulele fiice rămâne celulă stem hematopoietică, ce va permite continuarea procesului de hematopoieză, iar cea de-a doua celulă fiică urmează una dintre cele două căi de diferențiere: Celulă stem limfoidă: dă naștere unor tipuri de leucocite numite limfocite (limfocite T, B, NK – natural killer) cu rol important în funcționarea sistemului imunitar. o Hematopoieza limfocitelor are loc oarecum diferit față de diferențierea celorlalte tipuri de elemente figurate. Așadar, celulele stem limfoide migrează din măduvă spre țesutul limfatic (ganglionii limfatici, splină, timus) loc în care continuă procesul de diferențiere.  Limfocitele B se maturizează în măduva osoasă (B = bone marrow)  Limfocitele T se maturizează în timus (T = thymus) Celulă stem mieloidă: dă naștere tuturor celorlalte tipuri de elemente figurate, inclusiv eritrocitelor. o Megacariocitele vor fi precursoarele trombocitelor, iar o linie celulară de mieloblaste vor fi precursoarele monocitelor și celor trei tipuri de leucocite granulocite: neutrofile, bazofile și eozinofile. Celulele stem limfoide și mieloide nu se vor divide și diferenția imediat în elemente figurate mature, ci așa cum se vede în Figura 2, există câteva stadii intermediare de celule precursoare, ușor de recunoscut, în ceea ce privește denumirea lor, după prezența sufixului –blaste. Spre exemplu, megacarioblastele sunt precursoare ale megacariocitelor, protoeritroblastele vor deveni reticulocite, care mai apoi, după pierderea nucleului și a majorității organitelor, devin la maturitate eritrocite. P a g e 10 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE Figura 2. Hematopoieza – proliferarea și diferențierea elementelor figurate ale sângelui Factorii de creștere hematopoietici sunt cei care inițiază procesul de hematopoieză. Aceștia sunt: Eritropoietina (EPO): este un hormon glicoproteic (sintetizat în principal în rinichi – 85% – și mai puțin la nivel hepatic), care stimulează proliferarea, creșterea și diferențierea precursorilor eritrocitari. o Este secretată la nivelul capilarelor peritubulare din capsula renală, ca răspuns la condiții de hipoxie (nivel scăzut de oxigen).  Unii atleți folosesc EPO sintetică pentru a stimula producția de hematii, și implicit creșterea nivelului de oxigen livrat către țesuturi (blood doping) → în majoritatea sporturilor, folosirea EPO este interzisă.  EPO sintetică se folosește însă ca medicament în tratamentul unor afecțiuni precum anemii, leucemii, sau alte afecțiuni la care se dorește creșterea numărului de hematii și a nivelului de oxigen Trombopoietina: un alt hormon glicoproteic, produs la nivel renal și hepatic. o Declanșează diferențierea megacariocitelor în trombocite Citokinele: sunt glicoproteine secretate de o varietate de celule, inclusiv măduva osoasă roșie, leucocite, macrofage, fibroblaste și celule endoteliale. o ele acționează local, atât autocrin (efect asupra celulei care le-a produs) cât și paracrin (efect asupra celulei aflate în imediata vecinătate). o Există două subtipuri majore de citokine și anume: P a g e 11 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE  Factori de stimulare a creșterii coloniilor hematopoietice (CSF – engl. colony stimulating factors): sunt glicoproteine care acționează autocrin sau paracrin local, unele declanșând diferențierea mieloblastelor în leucocite granulocite → factori de stimulare a coloniilor de granulocite (G-CSF) - Un alt tip de CSF va stimula diferențierea monocitelor → factori de stimulare a coloniilor de monocite (M-CSF) - factori de stimulare a coloniilor de granulocite – macrofage (GM-CSF) - multi-CSF → stimulează diferențierea granulocitelor, monocitelor, trombocitelor, eritrocitelor - variante sintetice ale acestor tipuri de factori sunt adesea administrate pacienților care urmează tratamente de chimioterapie pentru a le spori numărului de leucocite  Interleukinele (IL): o altă clasă de citokine, importante în procesul de hematopoieză, ce stimulează comunicarea între leucocite (denumirea inter-) - Inițial s-a crezut că sunt secretate doar de leucocite (de unde și numele lor), însă ulterior s-a demonstrat că sunt secretate e numeroase tipuri de celule, inclusiv în măduvă osoasă și endoteliu. - Până în prezent s-au identificat circa 12 tipuri de IL, denumite numeric IL1, Il2, IL3, ș.a.m.d., iar rolul lor este de stimulare a răspunsului imun și inflamator Eritrocitele/globulele roșii/hematiile sunt cele mai numeroase celule sangvine, reprezentând ∼99.9% din totalul elementelor figurate. La maturitate sunt celule anucleate, cărora le lipsesc majoritatea organitelor, au o formă de disc biconcav, culoare roșie (dată de hemoglobină) și rol esențial în transportul gazelor respiratorii (O2 și CO2). O singură picătură de sânge poate conține milioane de eritrocite și doar câteva mii de leucocite. Forma de disc biconcav a hematiilor le permite o bună deplasare la nivelul capilarelor, permițând astfel deformarea celulei pentru a putea pătrunde în capilar. Practic, eritrocitul este similar unui săculeț care poate fi deformat în aproape orice formă, fără a fi distrusă celula. Forma discoidală este ideală pentru absorbția şi schimbul de gaze, iar marginile netede permit rostogolirea lejeră prin lumenul intern al capilarelor. Valori normale: o la bărbați 4.5 – 6.3 milioane eritrocite/mm3 o la femei: 4.2 – 5.5 milioane eritrocite/mm3 Dimensiuni: o Grosime de 2,5 microni la periferie, iar în centrul celulei circa 1,5 microni o Diametru în medie 7,5 microni P a g e 12 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE Durata de viață a hematiilor la mamifere este de 90-120 de zile. Variații numerice: o Variații fiziologice:  Creșteri: altitudine, în efort fizic,  Scăderi: la presiuni parțiale ale O2 crescute o Variații patologice:  Creșteri: poliglobuliile, insuficiență respiratorie, boli cardio-vasculare  Scăderi: anemii, hemoragii, hemoliza, insuficiența măduvei hematogene în iradiere, intoxicații, infecții Hemoliza este procesul de distrugere (liză) fiziologică sau patologică a globulelor roșii. În condiții fiziologice, organismul distruge continuu celulele senescente pentru a le înlocui cu altele noi. În condiții patologice, sunt distruse eritrocitele, indiferent de ciclul de viață, hemoliza accelerată determinând astfel pierderea eritrocitelor într-o cantitate mai mare decât normalul, fapt care poate cauza afecțiuni precum anemia hemolitică. Din momentul pătrunderii hematiilor în circulația sangvină și până la hemoliză, trec aproximativ 120 de zile, după care globulele roșii îmbătrânite sunt distruse. Eritrocitele sunt supuse unui stres mecanic incredibil. După aproximativ 120 zile, fisurile sau leziunile membranei eritrocitare sunt detectate de către celulele fagocitare, iar eritrocitul este fagocitat. Eritrocitele îmbătrânite sunt captate şi distruse de către macrofagele fixe, prezente în splină şi ficat (al căror ansamblu formează aşa-numitul sistem reticulo-endotelia – SRE), precum şi în măduva hematogenă. Dacă are loc hemoliza eritrocitului, conţinutul său în hemoglobină va fi excretat de către rinichi. Există două tipuri de hemoliză: hemoliză extravasculară și hemoliză intravasculară. Hemoliza extravasculară are loc în afara vaselor sangvine, spre exemplu la nivelul splinei, ficatului o În urma alterării membranei eritrocitelor, macrofagele (splină, ficat) vor reține ∼90% din hematiile senescente Hemoliza intravasculară presupune liza eritrocitelor (5% – 10%) în interiorul vaselor sangvine, iar hemoglobina (disociată în dimeri alfa sau beta) este deversată în plasmă și metabolizată mai apoi de ficat și rinichi Produșii eritrocitari rezultați în urma hemolizei sunt procesați după cum urmează: Globina, componenta proteică a Hb, este hidrolizată la aminoacizi, care pot și trimiși înapoi în măduva osoasă pentru a fi folosiți în procesul de eritropoieză. Hb care nu este fagocitată este hidrolizată la lanțuri peptidice alfa și beta care sunt înlăturate, de la nivel circulator, de către rinichi. Fierul conținut în componenta prostetică a Hb poate fi stocat la nivel hepatic și la nivelul splinei, în principal sub formă de feritină sau hemosiderină, sau poate fi transportat prin fluxul sanguin, de către transferină, la măduva osoasă pentru reciclare în procesul de eritropoieză. P a g e 13 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE După înlăturarea fierului, gruparea hem este degradată la biliveridină, apoi la bilirubină, care se va lega de albumină și va fi transportată prin fluxul sanguin la nivel hepatic, unde va intra în componența bilei, compusul eliberat în intestine pentru a emulsiona grăsimile. La nivelul intestinului gros, bacteriile vor degrada bilirubina la urobilinogen, care va fi mai apoi eliminat prin fecale. În medie, o hematie conține ∼270 de milioane de molecule de hemoglobină (Hb). Hemoglobina, responsabilă de culoarea roșie a hematiei, este formată din 5% hem (componenta prostetică) şi 95% globină (componenta proteică), este un tetramer alcătuit din 4 lanţuri de globină şi 4 molecule de hem – alcătuite şi ele prin combinarea fierului cu porfirina. Hemoglobina se încarcă cu O2 la nivel pulmonar (oxihemoglobină), cedează oxigenul la nivel tisular (dezoxihemoglobina) și preia CO2 (carbohemoglobină/carbaminohemoglobină) de unde îl va transporta la plămâni pentru eliminare. O moleculă de hemoglobină saturată complet (oxigenată) poate transporta patru molecule de O2. Eliberarea oxigenului depinde de necesarul de oxigen din țesuturi, rareori hemoglobina eliberează toate moleculele de oxigen. La nivelul capilarelor, CO2 intră în fluxul sanguin, unde aproximativ 76% se dizolvă în plasmă, o parte rămânând sub formă de gaz dizolvat, iar restul formând ioni bicarbonat. Circa 23% – 24% se leagă de aminoacizii din hemoglobină, formând molecula de carbaminohemoglobină. De a nivelul capilarelor, hemoglobina transportă CO2 la plămâni, pentru a fi eliberat și de unde va prelua în schimb O2. Figura 3. Hemoglobina: fiecare moleculă de hemoglobină conține patru lanțuri de globină, fiecare dintre ele legate la o grupare hemică ce conține un atom de Fe2+ cuplat cu un inel porfirinic. O singură hematie poate conține până la 300 de milioane de molecule de Hb și peste 1 miliard de molecule de oxigen. Nivelul de Hb se exprimă în g/100mL de sânge total (g/dL). Astfel, valorile normale sunt: 14-18g/dL la bărbaţi 12-16g/dL la femei 14-20g/dL la copii Hematocritul (Ht) reprezintă procentul de sânge ocupat de eritrocite. Valorile normale: la bărbați sunt de aproximativ 46% (40%-54%) și la femei de circa. 42% (37%-47%). Hematocritul P a g e 14 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE este mai mare la bărbați deoarece androgenii (testosteronul) stimulează sinteza de eritrocite, în timp ce estrogenii nu o stimulează. Ht se determină prin centrifugarea probei de sânge, astfel că elementele figurate se sedimentează. Valori scăzute ale Ht indică o anemie, în timp ce valori crescute indică o policitemie cu creșterea numărului de eritrocite în circulație. Eritropoieza este procesul de formare și diferențiere a eritrocitelor. În perioada embrionară, hematiile primordiale sunt produse la nivelul sacului vitelin, ulterior ficatul devine principalul organ responsabil de formarea hematiilor, alături de splină și ganglionii limfatici. În ultima lună de sarcină, cât și după naștere, măduva osoasă devine locul exclusiv de producere a eritropoiezei. Până la vârsta de 5 ani, eritrocitele se formează în măduva tuturor oaselor, urmând ca ulterior, după vârsta de 20 de ani, măduva oaselor lungi se încarcă cu lipide și nu va mai produce eritrocite (excepție fac regiunile proximale ale humerusului și tibiei). După maturitate, majoritatea eritrocitelor se vor forma doar în măduva oaselor cu osificare membranoasă, cum sunt vertebrele, sternul, coastele, oasele iliace, însă chiar și aici, odată cu înaintarea în vârstă, producția eritrocitară va scădea. În procesul de diferențiere a eritrocitelor, prima celulă precursoare este protoeritroblastul, care după formare, se va divide de mai multe ori (eritroblast bazofil – se colorează cu coloranți bazici și conține puțină hemoglobină) și va urma mai multe stadii (în care se acumulează o concentrație tot mai mare de hemoglobină, nucleu se condensează și se micșorează, se resoarbe reticulul endoplasmatic – reticulocite – după 1 – 2 zile dispar resturile organitelor din reticulocit) până va deveni eritrocit matur. Figura 4. Eritropoieza – diferențierea globulelor roșii Leucocitele/globulele albe reprezintă componenta majoră a sistemului imunitar, protejând organismul împotriva antigenilor. Sunt produse tot de măduva osoasă și au o valoare normală cuprinsă între 5.000-10.000/mm3. Globulele albe pot trece ușor prin peretele capilarelor si se găsesc din abundență în diferite țesuturi. Leucocitele sunt foarte diferite de eritrocite. Astfel, sunt elemente figurate mult mai mari decât eritrocitele și conțin nucleu și organite celulare. Au un ciclu de viață mult mai scurt decât hematiile, unele de câteva ore, chiar câteva minute, în cazul unei infecții acute. Deplasarea leucocitelor diferă semnificativ de cea a eritrocitelor. Pe când eritrocitele circulă continuu la nivelul vaselor de sânge, leucocitele părăsesc fluxul sangvin pentru a-și exercita funcția de apărare la nivelul țesuturilor. Așadar, pentru leucocite, rețeaua vasculară este doar mijlocul de deplasare până la locul țintă. Procesul de deplasare a leucocitelor poartă numele de P a g e 15 | 21  Lector Dr. MATICA Mariana Adina NOTE DE CURS: FIZIOLOGIE ANIMALĂ/FUNCȚIA DE NUTRIȚIE LA ANIMALE diapedeză și reprezintă trecerea globulelor albe prin pereții vaselor capilare. Deplasarea leucocitelor la locul țintă depinde de o chemotaxie pozitivă, practic un semnal chimic prin care celulele se deplasează dirijat spre acel semnal. În cazul unei infecții, celulele infectate și leucocitele din vecinătate emit un semnal chimic, atrăgând la locul țintă mai multe leucocite. Prin urmare, leucocitele aflate în fluxul sangvin se vor strecura printre celulele peretelui capilarelor, urmând semnalul chimic. Ajunse la „destinație”, monocitele se vor diferenția în macrofage care vor fagocita patogenii. Eozinofilele și neutrofilele vor elibera din granulații compuși toxici care vor denatura patogenii. Exista 2 tipuri principale de leucocite: Granulocitele/polimorfonuclearele – PMN: neutrofile (50% - 70%), bazofile (10000/µL – boli infecțioase, leucemii, alergii, tumori maligne, comă, uremie  Scăderi: leucopenii – (L