Emoglobinuria Parossistica Notturna attraverso gli "occhi" dell'emoreologia

Nel passato recente la medicina ha potuto trovare un nuovo alleato nell'ingegneria biomedica, grazie alla quale sono stati introdotti metodi diversi grazie ai quali provare a comprendere il funzionamento del nostro organismo e approfondire patologie e anomalie che la medicina classica ha avuto difficoltà ad analizzare con successo.

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Lo studio del flusso sanguigno, attraverso la disciplina dell'emoreologia, è stato solo uno dei tanti ambiti in cui la simbiosi fra medicina ed ingegneria ha permesso di analizzare attraverso un punto di vista differente fenomeni patologici finora poco sviscerati.

Brevi cenni su Sangue ed Emoreologia

Il sangue è un tessuto connettivo specializzato. Esso è costituito da una parte corpuscolata (globuli rossi,globuli bianchi e piastrine) e da una parte liquida  detta plasma. La percentuale di elementi figurati presenti all’interno del  plasma è detta valore ematocrito.  

  Il sangue scorre attraverso i vasi sanguigni assolvendo a molte importanti  funzioni tra le quali:   

• Trasporto di ossigeno e anidride carbonica ai tessuti
• Distribuzione sostanze nutritizie
• Difesa dell’organismo
• Regolazione della temperatura corporea

L'emoreologia analizza, tra le altre cose:

• Le proprietà di scorrimento del sangue nei vasi sanguigni
• Le proprietà reologiche del sangue, fondamentali per la regolazione del flusso sanguigno

I parametri principali dell'emoreologia sono

• Ematocrito
• Aggregabilità Eritrocitaria
• Deformabilità

La deformabilità dei globuli rossi nella microcircolazione è essenziale per mantenere un flusso sanguigno ottimale e per favorire gli scambi gassosi. Se gli eritrociti non fossero cosi deformabili ci troveremmo di fronte ad una situazione irreversibile in cui aggregati di globuli rossi rischierebbero di non scorrere nei vasi, ostruendo di fatto la circolazione del sangue stesso. La deformabilità di cui sopra è dunque un fattore determinante per il corretto funzionamento del flusso sanguigno.

La forma di un globulo rosso è quella di un disco biconcavo, simile ad un 8 o al simbolo dell'infinito per usare una convenzione matematica.

Alcuni studi indicano che all’aumentare della velocità di  deformazione le cellule si  disaggregano progressivamente, orientandosi in direzione del flusso.

Un altro indice molto importante per lo studio del flusso sanguigno è la viscosità, la quale è inversamente proporzionale alla deformabilità dei globuli rossi e alla velocità degli stessi.

Negli ultimi anni sono stati condotti una serie di studi sperimentali atti a comprendere se parametri come la deformabilità e la velocità dei globuli rossi potessero manifestare una correlazione con patologie legate al sangue.

Emoglobinuria Parossistica Notturna

Una delle patologie oggetto di esame è stata l'Emoglobinuria Parossistica Notturna (EPN).

Essa è una patologia delle cellule staminali ematopoietiche, caratterizzata dall’emolisi cronica, dall’emoglobinuria, dall’emosiderinuria e da una tendenza allo sviluppo della malattia tromboembolica.

I pazienti affetti da EPN manifestano tutti i segni clinici e di laboratorio dell’anemia emolitica cronica. In linea generale le anemie emolitiche sono caratterizzate da un accorciamento della vita media degli eritrociti, da un accumulo di prodotti del catabolismo dell’emoglobina e da un marcato aumento dell’eritropoiesi nel midollo osseo nel tentativo di compensare la perdita dei globuli rossi. Debolezza e pallore sono frequenti quando l’anemia è piuttosto severa. L’emosiderinuria consiste nell’eliminazione attraverso le urine dell’emosiderina, la quale è una proteina di deposito del ferro.

E’ stato ipotizzato che il decorso dell’EPN sia più severo nei bambini e negli adolescenti L’emoglobinuria parossistica notturna colpisce con pari frequenza i due sessi,non presenta aree geografiche maggiormente colpite e può colpire più o meno similmente persone di ogni fascia d’età. La leucemia acuta può insorgere in pazienti con EPN. La malattia è da considerarsi molto grave e la maggior parte dei pazienti, alla fine, soccombe a causa delle complicazioni a cui si associa.

Il trattamento dell’EPN in passato non ha dato risultati soddisfacenti. Esso consisteva principalmente in misure di sostegno, come la trasfusione, gli antibiotici e gli anticoagulanti, a seconda delle necessità. I soggetti affetti da EPN  dovevano essere sottoposti a terapia con maggiore circospezione, perché i presidi apparentemente più indicati (ferro e trasfusioni), sono causa di gravi esacerbazioni emoglobinuriche.

Recentemente si è passati ad un trattamento basato su un anticorpo monoclonale.

L'EPN è stata oggetto di studio per quanto concerne la correlazione fra patologia e parametri di deformabilità e velocità dei globuli rossi patologici.

In particolare sono stati esaminati campioni di sangue prelevati da pazienti affetti da EPN trattati con un anticorpo monoclonale. 

Sono state analizzate, nello specifico, la velocità e la deformabilità dei globuli rossi patologici sospesi in soluzione fisiologica (composta da anticoagulante ACD e albumina umana) in flusso in microcapillari di differente diametro. In particolare per l’analisi della velocità sono stati utilizzati microcapillari con diametro pari a 6.6 mm; stessi parametri sono stati utilizzati per l’analisi della deformabilità. 

Per ottenere tali risultati è stato utilizzato un software per l’analisi delle immagini che prende il nome di Image Pro Plus 4.5. Infine è stato effettuato un confronto con i globuli rossi sani. Nello specifico si è visto che la velocità dei globuli rossi patologici aumenta linearmente all’aumentare della pressione imposta, proprio come è stato riscontrato per i globuli rossi sani. Nel caso dell’EPN, però, il profilo della velocità presenta valori lievemente più bassi rispetto ai patologici. È stata poi analizzata la deformabilità dei globuli rossi patologici ed anche in questo caso l’andamento non si è discostato molto da quello dei globuli rossi sani presentando marginali differenze nel profilo degli eritrociti affetti da EPN che presentavano una deformabilità più marcata rispetto a quelli sani. 

Sulla base dei risultati sperimentali ottenuti è stato dunque possibile, così come è stato fatto per i globuli rossi sani, acquisire sufficienti conoscenze sulle proprietà in flusso del singolo eritrocita patologico per meglio comprendere le proprietà reologiche del sangue in caso di insorgenza di EPN.

Sono ancora molti fattori da approfondire e le correlazioni eventuali da scoprire ma è pensabile che un approccio più ingegneristico nello studio delle cellule sanguigne possa in futuro portare ad importanti scoperta che consentano di debellare o almeno combattere alcune malattie sanguigne per cui le cure, al momento, sono di scarso impatto e difficile miglioramento.

Le immagini riportate (ad esclusione della prima) sono di mia proprietà.

Fonti:

Y. C. Fung “Biorheology” (2001)

Tsukada K., Sekizuka E., Oshio C., Minamitani H., “Direct measurement of erythrocyte deformability in diabetes mellitus with a transparent microchannel capillary model and high-speed video camera system”, Microvascular Research, 61, 231–239 (2001)

Shelby J.P., White J., Ganesan K., Rathod P.K., Chiu D.T., “A microfluidic model for single-cell capillary obstruction by Plasmodium falciparuminfected erythrocytes”, PNAS, 100, 14618-22, (2003)

Popel A. S., Johnson P. C., “Microcirculation and hemorheology”, Annu. Rev. Fluid Mech., 37, 43–69, (2005)