Due parole sull'omeostasi

Pensate al termostato che avete in casa o in ufficio. Questo dispositivo è progettato per mantenere le stanze a una temperatura costante. Se la temperatura scende improvvisamente (ad esempio durante una fredda notte d'inverno), il termostato lo rileva e accende i radiatori e i riscaldatori per riscaldare le stanze e ripristinare la normale temperatura ambiente. Se la temperatura dovesse salire troppo (ad esempio durante una calda giornata estiva), il termostato lo rileverà nuovamente, ma questa volta spegnerà i riscaldatori e forse accenderà l'aria condizionata per raffreddare le stanze.

Proprio come un termostato mantiene una temperatura costante nelle stanze, ogni organismo biologico, dal batterio unicellulare al complesso corpo umano, cerca di mantenere un ambiente interno costante. Questo processo è chiamato«omeostasi».

Mentre leggi queste righe, il tuo corpo sta mettendo in atto vari processi biochimici e fisici per mantenere la temperatura, il contenuto di acqua, l'acidità/alcalinità (pH), i minerali e le concentrazioni di zucchero nel sangue a un livello costante (o entro un intervallo ristretto di valori). Nel loro insieme, questi processi biochimici e fisici sono noti come meccanismi di regolazione omeostatica.

Altri due parametri fondamentali (e correlati tra loro) che regoliamo attraverso l'omeostasi sono: la pressione sanguigna e il volume ematico. Per controllare questi due parametri, abbiamo sviluppato un complesso sistema ormonale che prevede una comunicazione tra cervello, polmoni, fegato e reni. Questo sistema ormonale è noto come sistema renina-angiotensina-aldosterone (RAAS).

Punti chiave

• L'omeostasi è la regolazione di un ambiente interno costante.
• Utilizziamo processi omeostatici per regolare la pressione sanguigna e il volume ematico.
• Il sistema renina-angiotensina-aldosterone (RAAS) è un sistema ormonale (che coinvolge il cervello, i polmoni, i reni e il fegato) che ci aiuta a regolare la pressione sanguigna e il volume ematico.

Che cos'è la pressione sanguigna e cos'è il volume ematico?

Prima di approfondire il sistema renino-adrenale-surrene (RAAS), è importante capire innanzitutto perché è necessario mantenere l'omeostasi della pressione sanguigna e del volume ematico. A tal fine, occorre innanzitutto chiarire il significato dei termini «pressione sanguigna» e «volume ematico».

Pressione arteriosa

La pressione sanguigna indica semplicemente la pressione esercitata dal sangue che circola nei vasi sanguigni (arterie e vene). Questa pressione è generata dall'azione di pompaggio del cuore.

Se ti è mai capitato di farti misurare la pressione da un infermiere o in palestra, avrai notato che ti sono state fornite due cifre, ad esempio 120/80 mm Hg o 110/75 mm Hg.

Il primo valore (cioè 120 o 110 nell'esempio precedente) è noto come pressione sistolica. Questo valore indica la pressione nei vasi sanguigni quando il cuore si contrae e pompa il sangue verso i tessuti e gli organi.

Il secondo valore (cioè 80 o 75) è noto come pressione diastolica. Si tratta della pressione presente nei vasi sanguigni quando il cuore si rilassa e si riempie di sangue. Come potrai notare, questa pressione è inferiore a quella sistolica perché il cuore non sta effettuando una contrazione vigorosa.

Per semplificare il concetto, quando parliamo di pressione sanguigna ci riferiamo alla pressione media nei vasi sanguigni durante le fasi di contrazione e rilassamento del cuore. Questa è quella che chiamiamo pressione sanguigna media.

Esiste inoltre una notevole differenza tra la pressione nelle arterie e quella nelle vene. Le arterie sono vasi sanguigni che (salvo poche eccezioni) trasportano il sangue ossigenato e ricco di sostanze nutritive dal cuore verso i tessuti e gli organi, affinché questi ne possano avvalersi. La pressione del sangue nelle arterie (o «pressione arteriosa») è quindi più elevata, poiché il sangue è stato appena pompato dal cuore.

Al contrario, la pressione nelle vene, ovvero i vasi che riportano il sangue deossigenato al cuore, è piuttosto bassa. È interessante notare che, a causa della bassa pressione del sangue venoso, le nostre vene sono dotate di valvole speciali che aiutano a riportare il sangue al cuore. Inoltre, facciamo ricorso alla contrazione muscolare (ad esempio dei muscoli del polpaccio) per aiutare a «pompare» il sangue verso il cuore contro la forza di gravità.

Ad ogni modo, per non complicare le cose, quando parliamo di pressione sanguigna, in genere ci riferiamo semplicemente alla pressione nelle arterie (pressione arteriosa).

Come accennato in precedenza, calcoliamo una media per tenere conto sia della contrazione che del rilassamento del cuore. Pertanto, quando parliamo di pressione sanguigna, ci riferiamo specificatamente alla pressione arteriosa media.

Volume ematico

Il volume ematico è il volume totale di sangue che circola in qualsiasi momento nel cuore, nelle arterie, nelle vene e nei capillari. In un individuo medio, tale volume è di circa 5 litri.

La maggior parte (circa il 60%) del volume ematico è costituita da un liquido chiamato plasma. Il plasma è costituito in gran parte da acqua, elettroliti (ad esempio sodio e potassio), proteine e ormoni. A causa dell’elevata percentuale di acqua ed elettroliti nel plasma, il volume ematico è un indicatore indiretto del proprio stato di idratazione. Se il volume ematico è basso, ciò può indicare una perdita o un’assunzione inadeguata di acqua ed elettroliti. Come vedremo in seguito, il corpo dispone di una serie di meccanismi omeostatici per correggere questa situazione.

Oltre al plasma, il restante 40% del volume sanguigno è costituito da varie cellule ematiche, tra cui i globuli rossi (che trasportano l'ossigeno in tutto il corpo), i globuli bianchi (che aiutano a combattere le infezioni) e le piastrine (che contribuiscono alla formazione dei coaguli per prevenire le emorragie).

In che modo sono collegati la pressione sanguigna e il volume ematico?

Come accennato in un precedente articolo del blog, il sistema circolatorio è essenzialmente costituito da una pompa (il cuore) e da un sistema chiuso di tubi (i vasi sanguigni), all’interno dei quali circola un fluido (il sangue). Se si immette più fluido nel sistema, la pressione all’interno dei vasi dovrebbe aumentare. Si pensi, ad esempio, al gonfiaggio di una gomma da bicicletta. Man mano che si immette aria nella gomma, la pressione al suo interno aumenta.

Allo stesso modo, maggiore è il volume di sangue che circola nei vasi sanguigni, maggiore è la pressione sanguigna.

Punti chiave

• La pressione sanguigna è la forza con cui il sangue viene pompato attraverso i vasi sanguigni.
• Ci occupiamo principalmente della pressione arteriosa media nelle arterie, che riforniscono organi e tessuti di sangue ossigenato e ricco di sostanze nutritive.
• Il volume ematico è il volume totale di sangue che circola in qualsiasi momento nel cuore, nelle arterie, nelle vene e nei capillari.
• Il volume ematico è di circa 5 litri in un adulto medio.
• Il volume ematico è correlato al contenuto di acqua nell'organismo e allo stato di idratazione.
• In linea generale: maggiore è il volume sanguigno, maggiore è la pressione sanguigna.

Perché è necessario regolare la pressione sanguigna e il volume del sangue?

Tutti i nostri tessuti e organi hanno bisogno di ossigeno, acqua e sostanze nutritive per sopravvivere. Queste sostanze vengono trasportate nel flusso sanguigno attraverso le arterie. Affinché i tessuti e gli organi possano sopravvivere, devono quindi ricevere un apporto sanguigno adeguato.

Nel mondo fisico, i fluidi scorrono generalmente lungo un gradiente di pressione, ovvero da una zona di alta pressione a una di bassa pressione. Ad esempio, per quanto riguarda il tempo atmosferico, il vento è il risultato del movimento dell’aria dalle zone di alta pressione verso quelle di bassa pressione. Oppure ripensiamo all’esempio dello pneumatico della bicicletta. Se dovesse forarsi, l’aria scorrerà improvvisamente lungo un gradiente di pressione: dall’alta pressione all’interno dello pneumatico verso la pressione più bassa dell’atmosfera esterna.  

Allo stesso modo, affinché il sangue possa affluire agli organi e ai tessuti, deve esserci un gradiente di pressione tra il sangue nelle arterie (pressione arteriosa) e quello nei capillari di un organo.

In altre parole, la pressione del sangue nelle arterie (o, semplicemente, la pressione sanguigna) deve essere sufficientemente alta da consentire al sangue di fluire lungo un gradiente di pressione verso gli organi, fornendo loro ossigeno e sostanze nutritive.

Questo è il motivo fondamentale per cui dobbiamo regolare la pressione sanguigna in modo omeostatico: per garantire che i tessuti e gli organi ricevano un adeguato afflusso di sangue.

Se la pressione sanguigna scende troppo, il gradiente di pressione diminuirà, causando una riduzione del flusso sanguigno verso i tessuti e gli organi.

Al contrario, se la pressione sanguigna sale troppo, il cuore deve lavorare di più per pompare il sangue in tutto il corpo. Questo comporta uno sforzo supplementare per il cuore. Se avete mai gonfiato una gomma da bicicletta, avrete notato che nelle fasi finali occorre uno sforzo maggiore, poiché la pressione all’interno della gomma è più alta.

Una pressione sanguigna eccessivamente alta aumenta anche il rischio di rottura dei vasi sanguigni. Per tornare all'esempio della gomma della bicicletta, se la si gonfia troppo, questa potrebbe scoppiare. La rottura dei vasi sanguigni è un evento indesiderabile: può causare una perdita di sangue, compromettendo così l'afflusso di sangue ai tessuti interessati e danneggiando quelli circostanti.

E che dire del volume ematico? Poiché il volume ematico è strettamente correlato alla pressione sanguigna, valgono gli stessi principi. In altre parole: un volume ematico basso (associato a una pressione sanguigna bassa) compromette l'afflusso di sangue agli organi. All'estremo opposto, un volume ematico eccessivamente elevato sottopone il cuore a uno sforzo supplementare.

Inoltre, ricordiamo che il volume ematico è un indicatore indiretto del nostro stato di idratazione. Se il volume ematico è troppo basso, significa che il corpo ha bisogno di più liquidi ed elettroliti per svolgere le funzioni vitali. Se invece il volume ematico diventa troppo elevato, è necessario eliminare i liquidi in eccesso.

Punti chiave

• Il sangue affluisce agli organi e ai tessuti attraverso le arterie seguendo un gradiente di pressione.
• È necessario tenere sotto controllo la pressione sanguigna e il volume ematico per garantire che organi e tessuti ricevano un adeguato apporto di sangue.
• La pressione bassa e il volume ematico ridotto compromettono l'afflusso di sangue agli organi e ai tessuti.
• L'ipertensione e il volume ematico mettono a dura prova il cuore.

Cosa succede quando la pressione sanguigna o il volume ematico diminuiscono?

È uno scenario spiacevole, ma immagina di essere appena stato sbranato da una tigre e di aver perso molto sangue. A causa della perdita di sangue, il tuo volume ematico diminuirà. Poiché nel tuo sistema circolatorio scorre una quantità minore di sangue, anche la tua pressione sanguigna scenderà.

Come abbiamo visto in precedenza, un calo della pressione sanguigna e del volume ematico riduce l'afflusso di sangue agli organi vitali, come il cervello, l'intestino e i reni. Per sopravvivere, il corpo dovrà riportare rapidamente la pressione sanguigna a livelli normali. Prima di poterlo fare, tuttavia, deve innanzitutto rilevare il calo della pressione sanguigna e del volume ematico.

1. Rilevare le variazioni del volume ematico e della pressione sanguigna

Il tuo corpo ha sviluppato diversi meccanismi per rilevare le variazioni della pressione sanguigna e del volume ematico.

Barocettori

Nelle pareti delle grandi arterie e delle vene, così come nelle arterie che irrorano i reni, sono presenti speciali recettori della pressione sanguigna chiamati barorecettori. I barorecettori funzionano essenzialmente rilevando il grado di dilatazione delle pareti dei vasi sanguigni: un aumento della pressione sanguigna comporta una maggiore dilatazione delle pareti arteriose. Quando la pressione sanguigna scende a causa di una perdita di sangue, i barorecettori rilevano la minore dilatazione delle pareti arteriose.

Reni (apparato giustaglomerulare)

I reni sono inoltre progettati per monitorare le variazioni della pressione sanguigna e del volume ematico. Come probabilmente saprai già, la funzione principale dei reni è quella di «filtrare il sangue» e produrre l'urina da espellere.

Quando la pressione sanguigna cala, il flusso sanguigno ai reni diminuisce. Ciò comporta una riduzione della quantità di sangue filtrato e della produzione di urina. Fortunatamente, i reni sono dotati di una struttura speciale chiamata apparato giustaglomerulare, in grado di rilevare questa riduzione del flusso sanguigno e della velocità di filtrazione. Ciò avviene principalmente in due modi.

In primo luogo, proprio come i vasi sanguigni, anche l'apparato giustaglomerulare contiene barocettori che rilevano la diminuzione della pressione sanguigna nelle arterie che irrorano i reni.

In secondo luogo, quando il flusso sanguigno ai reni diminuisce e/o si verifica un calo del volume ematico, viene filtrata nelle urine una minore quantità di sale (cloruro di sodio). L'apparato giustaglomerulare presenta un gruppo specifico di cellule, chiamato macula densa, in grado di rilevare una ridotta concentrazione di sodio nelle urine.

2. Rilascio di renina

I reni non si limitano a monitorare passivamente le variazioni della pressione sanguigna e del volume ematico, ma sono anche in grado di reagire a tali variazioni. Anche in questo caso, tutto ciò fa parte di un meccanismo di regolazione omeostatica volto a mantenere la pressione sanguigna e il volume ematico entro i limiti normali.

Quando i barocettori rilevano un calo della pressione sanguigna e i reni (in particolare la macula densa) registrano una diminuzione del flusso di sodio, danno il via a una serie di processi volti a correggere la situazione.

Nella prima fase di questa catena, i barocettori e la macula densa stimolano le cellule renali a produrre un enzima chiamato renina.

Quando la renina viene rilasciata nel flusso sanguigno, agisce su un'altra molecola, l'angiotensinogeno. L'angiotensinogeno è una proteina inattiva che circola nel sangue e viene inizialmente prodotta dal fegato. La renina rilasciata dai reni agisce sull'angiotensinogeno, trasformandolo in un'altra proteina: l'angiotensina I.

3. Formazione dell'angiotensina II

L'angiotensina I di per sé non svolge un ruolo significativo nell'organismo. Viene invece rapidamente convertita da un enzima, l'enzima di conversione dell'angiotensina (ACE), in una molecola biologicamente più attiva: l'angiotensina II. Questo processo di conversione avviene nei polmoni e nei reni, dove le pareti dei vasi sanguigni producono l'enzima ACE.

4. Effetti dell'angiotensina II

L'angiotensina II è una molecola potente e biologicamente attiva, progettata per attivare meccanismi che ripristinano e aumentano la pressione sanguigna.

A questo proposito, ha quattro effetti principali sull'organismo:

Vasocostrizione

Come illustrato nel blog precedente, uno dei modi principali per aumentare la pressione sanguigna consiste nell'aumentare la resistenza al flusso sanguigno nei vasi sanguigni. L'angiotensina II è un potente vasocostrittore: provoca il restringimento delle arterie. In questo modo, l'angiotensina II fa aumentare la pressione sanguigna.

È importante sottolineare che, sebbene la vasocostrizione sia utile in situazioni acute e di breve durata (ad esempio per aumentare la pressione sanguigna in risposta a un'improvvisa perdita di sangue), livelli eccessivi di vasocostrizione possono compromettere l'afflusso di sangue a vari tessuti, compresi i muscoli sotto sforzo.

Riassorbimento del sodio

Il sodio è un elettrolita importante per l'organismo e viene talvolta chiamato «sale». Regolando il flusso di sodio in entrata e in uscita dai tessuti, l'organismo è in grado di controllare il flusso dell'acqua. A sua volta, modificando il flusso dell'acqua, l'organismo può regolare il volume del sangue.

Se ti ricordi le lezioni di biologia delle scuole superiori, saprai che l'acqua tende a spostarsi da una zona con un'alta concentrazione di soluto (sale) a una con una bassa concentrazione di soluto. Questo processo si chiama osmosi.

In base a questo principio, l'angiotensina II induce le cellule renali a riassorbire una maggiore quantità di sodio dall'urina nel flusso sanguigno. Attraverso il processo di osmosi, l'acqua segue il sodio nel sangue. Ciò ha l'effetto di aumentare il volume ematico e di elevare la pressione sanguigna.

Rilascio di aldosterone

L'angiotensina II agisce anche sulle ghiandole situate appena sopra i reni, chiamate ghiandole surrenali. Queste ghiandole producono diversi ormoni, tra cui l'adrenalina (l'«ormone della lotta o della fuga») e il cortisolo (l'«ormone dello stress»). Sotto l'influenza dell'angiotensina II, le ghiandole surrenali producono un altro ormone chiamato aldosterone.

L'aldosterone agisce in modo simile all'angiotensina II: stimola il riassorbimento del sodio da parte dei reni (vedi punto ii sopra). Nello specifico, induce i reni a produrre canali del sodio specializzati per potenziare il riassorbimento del sodio nel flusso sanguigno. Stimola inoltre la produzione di pompe sodio-potassio, che pompano attivamente il sodio nel flusso sanguigno in cambio di potassio (che viene escreto nelle urine).

Aumento della sete e del riassorbimento dell'acqua

L'angiotensina II agisce anche sul cervello, dove stimola i centri della sete. Di conseguenza, si avverte sete e si è più inclini a bere liquidi, aumentando così il volume ematico. Allo stesso modo, l'angiotensina II agisce anche sulla ghiandola pituitaria, inducendola a rilasciare un altro ormone chiamato ADH (ormone antidiuretico) [talvolta chiamato "vasopressina"]. Questo ormone agisce sui reni, aumentando il riassorbimento dell'acqua nel sangue e producendo quindi urina più concentrata.

Vale la pena sottolineare che gli effetti sopra descritti dell'angiotensina II sono in gran parte determinati dal legame di quest'ultima con una particolare classe di recettori, il recettore dell'angiotensina II di tipo 1 (orecettore AT1).

Punti chiave

• Il corpo è dotato di recettori di pressione specializzati (barocettori) e di strutture nei reni (apparato giustaglomerulare) che rilevano un calo della pressione o del volume sanguigno
• Un calo della pressione sanguigna o del volume ematico innesca una serie di reazioni nel sistema renina-angiotensina-aldosterone (RAAS) volte a correggere e ripristinare la pressione sanguigna e il volume ematico.
• L'angiotensina II viene prodotta al termine di questa sequenza di eventi.
• L'angiotensina II provoca: vasocostrizione, aumento del riassorbimento di sodio, aumento della sete e produzione di un altro ormone, l'aldosterone.
• L'aldosterone stimola il riassorbimento del sodio nei reni verso il sangue.
• L'acqua tende a seguire il sodio, quindi il riassorbimento del sodio aumenta anche il riassorbimento dell'acqua.
• Ciò aumenta il volume ematico e, di conseguenza, la pressione sanguigna.

Genetica e differenze individuali nel sistema RAAS

I geni svolgono un ruolo in tutte le fasi del sistema renina-angiotensina-aldosterone (RAAS). A causa delle variazioni presenti in questi diversi geni, ognuno di noi presenta piccole differenze nel modo in cui regola la pressione sanguigna e il volume ematico. Inoltre, proprio a causa di tali variazioni genetiche, potremmo dover seguire abitudini alimentari, fare esercizio fisico e condurre uno stile di vita diversi, più adatti al nostro specifico corredo genetico.

Di seguito sono riportate le diverse fasi in cui i geni possono influire sul sistema RAAS.

1. Rilevamento delle variazioni della pressione sanguigna/del volume ematico

Proprio come alcuni di noi sono più sensibili a sapori, immagini e odori diversi, anche i nostri barocettori (che rilevano le variazioni di pressione) presentano livelli di sensibilità diversi. Ciò significa che alcuni di noi possono reagire in modo più o meno intenso alle variazioni della pressione sanguigna e del volume ematico.

2. Rilascio di renina

Il gene REN potrebbe influenzare la funzione e l'attività della renina. È interessante notare che potrebbero esserci anche differenze razziali nell'attività della renina: è stato ampiamente dimostrato, infatti, che gli afroamericani presentano un'attività della renina ridotta.

La renina agisce sull'angiotensinogeno, codificato dal gene AGT. Le varianti di questo gene, che troverai nei risultati del test del DNA di FitnessGenes, influenzano i livelli circolanti di angiotensinogeno. Ciò, a sua volta, può influire sul modo in cui reagisci alle variazioni della pressione sanguigna e del volume ematico. Diverse versioni del gene AGT sono inoltre associate a differenze nella forza e nella crescita muscolare.

3. Formazione dell'angiotensina II

Anche le diverse varianti del gene ACE, che codifica l'enzima di conversione dell'angiotensina, possono influire sull'attività del sistema RAAS. È interessante notare che la variante I (o allele) del gene ACE è associata a una minore attività dell'enzima di conversione dell'angiotensina e, di conseguenza, a livelli più bassi di angiotensina II. Questa variante è stata inoltre collegata a una maggiore capacità di resistenza.

4. Effetti dell'angiotensina II

Come accennato in precedenza, la maggior parte degli effetti a breve termine dell'angiotensina II sulla pressione sanguigna e sul volume ematico è mediata dal recettore AT1. Il gene AT1 codifica questo recettore e le variazioni di tale gene possono influire sulla quantità di recettori prodotti dall'organismo. Ciò, a sua volta, potrebbe influenzare la risposta dell'organismo all'angiotensina II.

Esistono inoltre diversi geni coinvolti nella produzione e nella funzione dell'aldosterone. Uno di questi è il gene CYP11B2, che codifica un enzima utilizzato per la sintesi dell'aldosterone. Le variazioni di questo gene influenzano la quantità di aldosterone prodotta e sono state associate a variazioni della pressione sanguigna.

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