Principi di Biologia Cellulare

 

PIASTRINOPOIESI

Le piastrine sono piccole cellule enucleate, altamente specializzate, con un volume medio di 7 fl. e originate dai megacariociti.
Il loro numero nel sangue circolante è, normalmente, compreso tra 150.000 e 400.000/µl; l'emivita è di 5-8 giorni.
Le piastrine presentano una forma ed un volume piuttosto eterogenei.
I cambiamenti di forma dipendono dalle differenti attività: mentre allo stato di "riposo" sono lenticolari, durante il processo di attivazione assumono una forma sferica irregolare che presenta lunghi e sottili pseudopodi.
Il volume dipende dall'età delle piastrine: le più giovani presentano un volume maggiore rispetto a quelle vecchie e contengono una maggiore quantità di RNA.
Un'altra caratteristica che permette di identificare l'età delle cellula è rappresentata dalla densità piastrinica, definita dal contenuto in granuli citoplasmatici: quando è minore si tratta di una cellula matura.
Le piastrine circolanti vengono liberate dai megacariociti maturi a livello midollare e, in piccola parte, anche a livello polmonare.

Le piastrine rilasciate nei sinusoidi midollari ed immesse in circolo si distribuiscono in un pool circolante vero e proprio (circa 70%) e in un pool splenico (circa 30%).
Le piastrine presenti nel sangue circolante in piccola parte vengono consumate durante il processo emostatico ed in maggioranza muoiono per senescenza.
La piastrinopoiesi è pienamente efficace, quando, ad una data massa megacariocitaria corrisponde una produzione piastrinica ottimale.
E' importante ricordare che non esiste un pool midollare piastrinico di riserva e che il tempo di transito midollare dei megacariociti non appare passibile di modificazioni significative.

STRUTTURA PIASTRINICA

Nella figura 2.1 viene illustrata una piastrina allo stato di "riposo".
Come si può osservare la piastrina è racchiusa da una membrana trilaminare che porta, sulla sua superficie esterna, fibrinogeno e molti altri fattori plasmatici della coagulazione.
Questa membrana citoplasmatica presenta una struttura a doppio strato lipidico in cui si trovano immerse glicoproteine (complessi di carboidrati e proteine) che hanno una fondamentale importanza nel processo emostatico per il loro ruolo di recettori o di proteine adesive; in effetti mediano le più importanti funzioni delle piastrine che sono l'adesione, l'aggregazione e il trasporto delle molecole.
La forma discoidale della piastrina è mantenuta dal citoscheletro, che è formato dal sistema microtubulare e da quello contrattile costituiti principalmente da proteine quali l'actina, la miosina e la trombostenina.

A   atmosfera piastrinica
B   membrana trilaminare
C   sistema canalicolare aperto
D   citoscheletro (sistema microtubulare contrattile )
E   sistema tubulare denso
F   glicogeno
G  mitocondrio
H  granuli α ( b-TG , FP4, fibrinogeno, VIII-Ag )
I    granuli δ ( ADP, ATP, serotonina, Ca++ )
L   granuli λ ( idrolisi, proteasi, catepsine )

Figura 2.1 - Struttura di una piastrina a "riposo" vista in sezione ( Sante Tura).

Nel citoplasma sono presenti alcuni mitocondri e specifiche strutture vescicolari quali: i granuli a (densi), i granuli ß e i granuli λ (lisosomi).
Nella tabella 2.1 vengono riassunte le caratteristiche dei singoli granuli contenuti all'interno delle piastrine.

Granuli
Diametro
Contenuto
α-granuli 0,15-0,40 PF4,β-tromboglobulina, fibronectina, vitronectina, trombospondina,fibrinogeno,vWF, FV, FVIII, FXIII-a, inibitori del t-PAPDGF, EGF,TGF-β, IGF-I, IGF-II, HGF
ó-granuli (corpi densi) 0,17 ADP, ATP, GTP. GDP, fosfato, ortofosfato, calcio-ioni,magnesio-ioni, serotonina, adrenalina,istamina
λ-granuli (lisosomi) 0,17-0,25 fosfatasi acida, aril-solfatasi, Betaglucoronidasi, galattosidasi

Tabella 2.1.  -  Caratteristiche dei granuli piastrinici.

 

FUNZIONE PIASTRINICA

La funzione delle piastrine è quella di formare un tappo emostatico, dove c'è stata una lesione dell'endotelio, per impedire la fuoriuscita di sangue (figura 2.2)2.
Le piastrine circolano senza aderire quando il vaso è intatto e ciò avviene, probabilmente, per effetto di vari fattori, quali le cariche di membrana, la presenza di mucopolisaccaridi simili all'eparina, la presenza di inibitori delle proteasi e la formazione di prostaciclina da parte delle cellule endoteliali.
Di contro, quando il vaso subisce una lesione, le piastrine aderiscono, stimolate dall'esposizione delle fibre collagene e della membrana basale ed influenzate dalla presenza della componenente von Willebrand del fattore VIII e della fibronectina.

Figura 2.2. - Rappresentazione schematica della fase vascolare (A) e piastrinica(B)
(Madon, Gabutti, Miniero, 1998)



All'adesione segue l'aggregazione, una reazione totalmente dipendente dalla capacità delle glicoproteine IIb-IIIa di legare il fibrinogeno plasmatico, che avviene seguendo delle fasi ben precise1 (figura 2.3).
Innanzitutto, si verifica un cambiamento di forma perché durante questa fase la piastrina reagisce allo stimolo aggregante modificandosi da discoidale in sfera spinosa; successivamente, per effetto dell'agente aggregante esogeno (tabella 2.2) le piastrine tendono ad avvicinarsi l'una all'altra e centralizzano i granuli intracellulari; tuttavia, se lo stimolo non è sufficiente, gli aggregati si disperdono, i granuli si ridistribuiscono all'interno del citoplasma e la piastrina ritorna allo stato di riposo (aggregazione primaria: fase reversibile).
Di contro, se lo stimolo aggregante esogeno è stato sufficiente, si attiva il metabolismo dell'acido arachidonico ed i granuli centralizzati liberano il loro contenuto (reazione di liberazione); infine, le sostanze contenute nei granuli (ADP, serotonina ecc.) e quelle formate dal metabolismo dell'acido arachidonico (prostaglandine e trombossani) aggregano le piastrine irreversibilmente (aggregazione secondaria: irreversibile).

Figura 2.3  -  La figura illustra i cambiamenti di forma e la perdita dei granuli da parte delle piastrine che vanno incontro ad aggregazione irreversibile (Sante Tura, 1997).

Platelets
Principal Aggregant Agents
Physiological agents collagen Thrombin ADP Arachidonic Acid Adrenalin, Noradrenalin Serotonin
Non physiological agents ristocetin Bovin fibrinogen Ca++ ionophores
Tabella 2.2 (Sante Tura, 1997).


Il meccanismo biochimico responsabile del fenomeno di aggregazione piastrinica è l'aumento del livello intracitoplasmatico degli ioni Ca++, evento regolato dall'AMP ciclico e dal metabolismo dell'acido arachidonico.
L'aggregazione piastrinica è un fenomeno molto studiato ma non ancora completamente conosciuto.
L'interesse che caratterizza questo problema è legato al risvolto clinico e terapeutico.
Sulla base delle attuali conoscenze, si può ipotizzare che esistano tre vie di aggregazione piastrinica: la prima è mediata dall'ADP esogeno ed endogeno; la seconda è mediata dall'acido arachidonico; la terza, anche se non completamente chiarita, è mediata dal PAF (Platelet Activating Factor), una lisolecitina liberata da piastrine attivate, macrofagi, neutrofili, basofili e probabilmente da altre cellule.
L'acido arachidonico e il PAF possono aggregare le piastrine direttamente, oppure mediante la liberazione di ADP.
Una volta che si è formato l'aggregato, i prolungamenti citoplasmatici delle piastrine si annodano ai tralci di fibrina in modo che il trombo possa consolidarsi.
Infine, le piastrine, con un meccanismo non chiarito, grazie alle proteine contrattili del citoscheletro, si retraggono.
Le piastrine, durante la reazione di liberazione, mettono a disposizione del processo emocoagulativo il fattore piastrinico 3 o FP3, importante per la via intrinseca della coagulazione plasmatica1.
Nella figura 2.4 viene schematizzato il ruolo svolto dalle piastrine nella formazione del trombo adeso alla parete vascolare.
Una volta che le piastrine sono state stimolate ad aderire alla parete vascolare, le sostanze in esse contenute vengono liberate spontaneamente.
A loro volta queste sostanze promuovono l'aggregazione di nuove piastrine, che è favorita dal rilascio del fattore di Von Willebrand; questa sostanza è adesiva per la proteina di membrana GP1b e per il fibrinogeno.
Le piastrine attivate liberano anche ADP e trombossano A2, i quali richiamano ulteriori piastrine, che subiscono alterazioni di forma e liberano granuli, causando ulteriore aggregazione.
Le proteine piastriniche di membrana GP2b e GP3a aderiscono alla fibrina e al fibrinogeno in un processo che tende a stabilizzare il trombo che si sta formando.

Figura 2.4.
Ruolo delle piastrine nella formazione del trombo (modificato da Rubin e Faber, 1991 ).


Il fattore più importante per la progressione e la stabilizzazione del trombo durante la coagulazione è, verosimilmente, la produzione di trombina, che viene prodotta nell'area danneggiata sia dalla via intrinseca che dalla via estrinseca (figura 2.5).
La via estrinseca inizia con il rilascio di tromboplastina da parte delle cellule danneggiate, mentre la via intrinseca prende avvio dall'attivazione del fattore XII (fattore di Hageman), che dipende dal legame di questo fattore con un componente delle cellule danneggiate.
La trombina stessa è sufficiente per stimolare l'ulteriore rilascio di granuli piastrinici e il susseguente richiamo di nuove piastrine.
A mano a mano che la coagulazione procede, per azione della trombina sul fibrinogeno, si forma la fibrina che crea ponti crociati con i recettori del GP2b e del GP3a delle piastrine.
Questi legami stabilizzano l'aggregazione delle piastrine e la loro adesione alla superficie sottostante.
Infine le piastrine, con un meccanismo non chiarito, per opera delle proteine contrattili del citoscheletro, si retraggono.

 

FIBRINOLISI

Affinché venga mantenuto l'equilibrio della bilancia emostatica-emocoagulatoria, è necessario ristabilire il flusso ematico; pertanto, sono indispensabili sistemi di controregolazione che fisiologicamente modulino ed inibiscano il processo emocoagulatorio.
Il sistema della fibrinolisi (figura 2.6) presenta strette analogie con il sistema della coagulazione: in condizioni fisiologiche entrambi si trovano in uno stato di equilibrio dinamico, in quanto regolati da attivatori ed inibitori.
La fibrinolisi ha varie funzioni:
1) degradare i complessi solubili di fibrina;
2) limitare la formazione del tappo emostatico nelle sedi di danno vascolare;
3) rimuovere la fibrina al termine dei processi riparativi.
L'attività fibrinolitica ha un ritmo circadiano: bassa al mattino, aumenta nel corso della giornata, riducendosi poi nella notte.
La molecola centrale del sistema della fibrinolisi è costituita dal plasminogeno, proenzima inattivo che venendo convertito nella forma attiva plasmina diventa in grado di lisare la fibrina generando dei prodotti di degradazione solubili che sono normalmente rimossi dal circolo ad opera del sistema macrofagico (figura 2.6).

Figura 2.5. - Cascata enzimatica della coagulazione.


Figura 2.6. - Schema della regolazione del processo fibrinolitico.

 

GRANULI PIASTRINICI

I granuli sono l'organulo più rappresentato nel citoplasma delle piastrine e sono visibili al microscopio ottico anche se è difficile apprezzarne l'individualità e la differenza dai mitocondri.
I granuli sono stati inizialmente designati con lettere dell'alfabeto greco, ma attualmente solo il termine granuli a α è in uso.
I cosidetti granulomeri ß sono in realtà mitocondri mentre i granulomeri γ sono spazi chiari senza struttura definita, come vacuoli e vescicole, che con tutta probabilità fanno parte del sistema canalicolare.
I granulomeri δ, considerati molto rari, sarebbero dei siderosomi, mentre si definivano granulomeri ε i depositi di glicogeno.
Ai fini dei processi di guarigione e della rigenerazione ossea, l'attenzione deve essere rivolta ai granuli piastrinici a α che contengono oltre a proteine plasmatiche e fattori della coagulazione, quei fattori di crescita che si ritiene essere i mediatori della guarigione e della rigenerazione.
E' stato dimostrato che tre fattori di crescita sarebbero importanti sia nel processo di guarigione che di rigenerazione: il PDGF, il TGF-ß e, recentemente, sono stati scoperti anche l'IGF-I e II.
Questi fattori si possono definire "gli ormoni della guarigione" delle ferite e, pertanto, ogni volta che si crea una ferita il nostro organismo per un meccanismo di sopravvivenza mette in atto, immediatamente, dei meccanismi di guarigione che possono essere di riparazione o di rigenerazione.
La vita media di una piastrina in una ferita e la diretta influenza dei fattori di crescita rilasciati dai granuli a in essi contenuta, è di circa 5 giorni.
Pertanto, l'estensione della guarigione e l'attività di rigenerazione ossea sono determinati da 2 meccanismi:

1) incremento ed attivazione delle cellule staminali midollari a differenziarsi in osteoblasti che possono così secernere TGF-ß e IGF che a loro volta stimolano la deposizione di matrice osteoide;
2) chemiotassi dei macrofagi, che venendo richiamati nell'innesto osseo, possono sostituire le piastrine come fonte primaria di fattori di crescita a partire dal terzo giorno.
I macrofagi vengono attratti verso l'innesto sia dalla liberazione di PDGF dai granuli piastrinici che dalla presenza di un gradiente di ossigeno superiore a 20 mmHg che deve necessariamente essere presente tra lo spazio morto dell'innesto (pO2 = 5-10 mmHg) e il tessuto adiacente che presenta una tensione di ossigeno normale (pO2 = 45-55 mmHg).
Si ritiene, quindi, che i fattori di crescita derivanti dal macrofago possano essere identici al PDGF rilasciato dalle piastrine, così che le cellule staminali midollari vengono indotte a secernere ulteriormente TGF-ß e IGF-I e II in modo da continuare la stimolazione della formazione di osso, quale risposta autocrina.

 

BIBLIOGRAFIA

Sante Tura (ed): Lezioni di Ematologia. Società Editrice ESCULAPIO, Bologna, 1997.

Madon E., Gabutti V., Miniero R. (eds): Ematologia e Oncoematologia Pediatrica. McGraw-Hill libri Italia srl, Milano, 1998.

Rubin Emanuel., Faber John L. (eds.): Patologia Generale- Atlante. McGraw-Hill libri Iralia srl, 1991.

Beutler E, Lichtman MA, Coller BS, Kipps T (eds):.Williams Heatology, Fifth Edition, McGraw-Hill, Inc., 1995.

Lynch SE:, Genco RJ, Marx RE (eds): Tissue Engineering: Applications in Maxillofacial Surgery and Periodontics. Chicago: Quintessence; 1999.