I gruppi sanguigni – Approfondimento Emanuele Airola
Storia.
L’interesse per le trasfusioni di sangue è sempre stato vivo nella comunità scientifica mondiale. La prima trasfusione, completamente documentata, però avvenne solo il 15 giugno del 1667, quando il medico francese Jean-Baptiste Denys, trasfuse sangue di pecora ad un ragazzo di 15 anni. Fortunatamente il ragazzo sopravvisse. Gli iniziali successi convinsero il medico a proseguire in questa pratica usando sangue animale perfuso in esseri umani. Purtroppo, esperimenti condotti negli anni successivi, dimostrarono, attraverso il decesso dei pazienti, che l’idea non si basava su presupposti solidi. Nel 1670 la trasfusione, a causa degli esprimenti con sangue animale e delle relative controversie etiche, fu vietata in Francia. Successivamente Denys abbandonò la professione medica ritirandosi a vita privata. [1]
La vera svolta si ebbe solo con il lavoro del biologo e fisiologo austriaco, successivamente naturalizzato americano, Karl Ernest Landsteiner, Ill. 2. Nel 1900 scoprì il sistema sanguigno ABO, successivamente perfezionato dopo l’apporto del lavoro di due suoi colleghi, Alfred von Decastello e Adriano Sturli, che nel 1902 identificarono il quarto gruppo l’AB, aiutando, in questo modo a chiarire la compatibilità tra i diversi gruppi sanguini. La scoperta dei gruppi sanguigni, e tutti gli studi ad essi correlati, gli valsero il premio Nobel nel 1930.
Grande impatto ebbero gli studi di Sterlineando già durante lo svolgimento della prima guerra mondiale, dove le trasfusioni ai soldati feriti in combattimento divennero pratica comune, permettendo di salvare innumerevoli vite. Sempre Landsteiner, nel 1940, in collaborazione con il collega Alexander Wiener (immunologo statunitense, New York, 16 marzo 1907 – New York, 6 novembre 1976), scoprì il gruppo sanguigno Rh, dal macaco rhesus nome comune della scimmia in cui questo fattore fu notato per la prima volta, (e in seguito riscontrato anche nel sangue umano), che permise di spiegare l’origine della malattia emolitica del neonato (o eritroblastosi fetale).
Landsteiner, di carattere schivo e pessimista, si allontanò progressivamente dalle persone, isolandosi, ma continuando il suo lavoro sino al 1943 quando spirò, a seguito di un attacco di cuore, accasciandosi proprio sul banco del suo laboratorio.
Alla sua morte tutto il mondo riconobbe di aver perso uno scienziato di grande valore. Purtroppo, a causa delle sue origini ebraiche, nella nativa Austria ed in Germania, gli furono riconosciuti onori solo alla fine del secondo conflitto mondiale.[2] [3] [4]
Nonostante che ABO ed Rh rappresentino i gruppi sanguigni più rilevanti, da un punto di vista medico, nei decenni successivi i ricercatori ne hanno scoperti altri 20 diversi tra loro.
Queste scoperte sono state applicate principalmente nella cura di soggetti malati, (trasfusioni di sangue, trapianto di organi, incompatibilità fra madre e figlio), avendo avuto, ed avendo una grande importanza negli studi di mappatura, nei test di paternità ed in medicina legale nonché in antropologia.
Senza contare il fatto che quando parliamo del il sangue siamo davanti, a tutti gli affetti, ad un tessuto. Ne consegue che, in occasione di una trasfusione possiamo affermare di essere di fronte ad un vero e proprio trapianto. [4]
Il sangue
Esso trasporta le varie sostanze nell’organismo funzionando anche da principale via di difesa contro 
gli agenti infettivi. Rappresenta approssimativamente l’8% del peso corporeo di un individuo ed è costituito per il 55% da un liquido detto plasma.
In esso possiamo identificare, tra i componenti principali:
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GLOBULI ROSSI → anche detti Eritrociti, dei quali parleremo diffusamente in quanto protagonisti dell’argomento qui trattato.
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GLOBULI BIANCHI → con la loro importante funzione immunitaria.
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PIASTRINE → implicate nell’avvio del processo di coagulazione del sangue.
Consideriamo, per dare una misura quantitativa, che 1 ml di sangue contiene circa 4 miliardi di globuli rossi e una quantità inferiore di componenti corpuscolari (leucociti e piastrine). [4]
I Globuli rossi o Eritrociti
Hanno forma di lenti biconcave. Le loro ridottissime dimensioni, 7 µm, gli permettono di passare in singola fila attraverso i capillari più sottili dell’organismo. Nell’uomo i globuli rossi maturi non contengono né nucleo né altri organuli nonostante derivino da cellule precursori (eritroblasti), che invece li presentano.
La funzione primaria degli eritroblasti è quella di trasportare l’ossigeno ai tessuti, questo parteciperà poi alla produzione dell’energia, e di riportare ai polmoni di biossido di carbonio, come scarto di reazioni metaboliche. Il trasporto sia dell’ossigeno che della anidride carbonica (biossido di carbonio), coinvolge l’emoglobina stipata nel globulo rosso stesso, in modo da escludere la presenza di qualunque altro componente. La vita media di un globulo rosso è di circa 4 mesi, in tutto questo tempo il globulo percorrerà oltre 300 Km per poi essere fagocitati nella milza da grandi globuli bianchi diversi da quelli che producono gli anticorpi. Il motivo per cui gli eritrociti vengono rimpiazzati non è, ad oggi completamente chiaro. Bisogna però tenere in considerazione che il turnover sia delle molecole che delle cellule all’interno dell’organismo è un fenomeno che si verifica normalmente.
L’emoglobina contenete dentro i globuli rossi non ha niente a che vedere con i gruppi sanguigni, che
sono proprietà della membrana cellulare degli eritrociti.
Come accennato sulla superfici del globulo-rosso sono presenti varie molecole proteiche. Alcune sono elementi strutturali della membrana, mentre altre sono enzimi coinvolte nelle reazioni energetiche, altre ancora partecipano al trasporto di sostanze attraverso la membrana , mentre abbiamo delle strutture definite Proteine di Riconoscimento Cellulare. Queste ultime sono esposti sulla superficie cellulare alcune sono legate a zuccheri ed , in questo caso andremo a parlare di glicoproteine . Qualora le proteine di riconoscimento si trovino legate ad un gruppo lipidico andremo a parlare di glicolipidi.
Soffermiamoci ad analizzare queste diverse strutture, per quanto possa sembrare tediosa ci avvicina ad introdurre l’argomento principale delle nostra analisi ovvero gli Antigeni.
Consideriamo il fatto che ogni specie biologica presenta proteine di superficie (Antigeni) sulle proprie cellule .
Risulta particolarmente interessante il fatto che all’interno di una data specie gli individui possono anche differire l’uno dall’altro per gli antigeni che possiedono, questa realtà ci fornisce il principio sul quale si basano i gruppi sanguigni dell’uomo ( e degli animali).
Ricapitolando. La membrana dei globuli rossi è ricoperta di antigeni. Nell’uomo, una serie di questi determina il gruppo ABO, un’altra serie determina l’Rh, un’altra il gruppo Kell e così via.
Nonostante possano verificarsi gravi interazioni tra i diversi tipi di sangue, ne sono un esempio i problemi che insorgono come conseguenza delle errate trasfusioni di sangue, questi antigeni non possono indurre essi stessi malattie. Pochi tipi di sangue sono correlati a specifiche alterazioni. Prima di avventurarci, brevemente, nelle tecniche che ci permettono di identificare i vari gruppi sanguigni, risulta necessario introdurre qualche concetto di genetica, in modo da comprendere meglio le tecniche di determinazione dei vari gruppi. Per cui dobbiamo partire dal presupposto che ogni set di antigeni è controllato da un gene differente, che spesso presenta alleli differenti. Spesso i geni dei gruppi sanguigni presentano un allele molto comune ed un secondo molto raro.
Questo determinerà delle differenze nella struttura della proteina di riconoscimento cellulare che è alla base delle differenze all’interno dello stesso gruppo.[4]
TECNICHE PER LA DETERMINAZIONE DEL GRUPPO SANGUIGNO
Ricapitolando, gli antigeni presenti nei globuli rossi di una persona, umano o donna, vanno a determinare il tipo di sangue. La presenza di un antigene viene rilevata tramite una reazione chimica che avviene con il relativo anticorpo.
Consideriamo che la reazione ANTIGENE-ANTICORPO è molto specifico. Frequentemente la precisione di questo meccanismo viene frequentate usato l’esempio del meccanismo “Chiave-Serratura”, dove l’anticorpo rappresenta la chiave e la serratura è raffigurata dall’antigene. Nonostante questo affermare che per ogni antigene vi sia un solo anticorpo risulterebbe incauto.
Procedendo nell’aspetto pratico vediamo come una goccia di globuli rossi viene mescolata, su di un vetrino da microscopio oppure in una provetta, con una goccia di siero contenente un anticorpo noto.
Può verificarsi che i globuli rossi si aggreghino con un processo che prenderà il nome di AGGLUTINAZIONE, o che non si abbia alcuna modificazione.
L’agglutinazione, che si presenterà come un residuo scuro che si deposita sul fondo del supporto fisico, va ad indicare la presenza, sui globuli rossi del corrispondente antigene, viceversa l’assenza di questa reazione indica l’assenza dell’antigene di superficie. Il precipitato, questo è il nome che prende il residuo derivato dalla agglutinazione, non necessita di particolari strumenti di osservazione mentre un globulo rosso non può essere osservato ad occhio nudo.
Alcuni degli anticorpi usati nei laboratori per i test di tipizzazione del sangue sono ottenuti iniettando, per molte settimane, globuli rossi umani in animali da laboratorio, frequentemente conigli. Questi esseri rispondono agli antigeni estranei producendo anticorpi che possono essere facilmente recuperati prelevando il sangue da questi. Il liquido prelevato, una volta separato dalle sue particelle sospese, prenderà il nome di SIERO IMMUNE. Esso conterrà alte concentrazioni di molti tipi di anticorpi attivi contro molti antigeni dei globuli rossi umani. Il siero potrà essere purificato in modo che contenga solo un antigene. Per determinare i gruppi sanguigni umani è possibile utilizzare alcune dozzine di sieri così ottenuti. È curioso notare che questo è il meccanismo tipico con il quale si ottiene l’immunizzazione, nell’uomo, contro numerose malattie. Spesso gli anticorpi vengono ottenuti direttamente dal plasma umano. Infatti antigeni si possono solo trovare in certi soggetti che hanno avuto gravidanze e/o trasfusioni multiple.
Fortunatamente le attuali tecniche di ingegneria genetica ci stanno permettendo si superare queste metodologie che possono presentare, oltre a problemi etici, anche non indifferenti disagi organizzativi.
Possiamo notare che molti dei gruppi sanguigni scoperti successivamente all’Rh sono stati censiti attraverso lo studio di REAZIONI DA TRASFUSIONE dovute ad agenti fino ad allora sconosciuti.
Questo è quello che accadde per i sistemi Lutheran, Duffy, Auberger. Meritano una particolare mansione i gruppi Kell e Kidd. Questi sono stati scoperti in occasione della nascita di un bambino.
In entrambe i casi il neonato presentava al Malattia Emolitica del Neonato. Menzioniamo per tutti il caso della Sig.ra Kell. Essa aveva già perso 3 figli deceduti appena nati, mentre il quarto era venuto al mondo presentando chiari sintomi della malattia emolitica. Fortunatamente l’ultimo bimbo fu curato con successo e sopravvisse.
Successive analisi accurate dimostrarono compatibilità del gruppo Rh tra marito e moglie, quindi questo fattore fu escluso come causa della malattia.
Esami più approfonditi evidenziarono che la madre presentava, nel plasma, un anticorpo che in vitro, reagiva con i globuli rossi del neonato. I ricercatori chiamarono questo anticorpo Anti-K e l’antigene con il quale reagisce K. Successivamente fu dimostrato che questo anticorpo era una eredità paterna. Molto probabilmente durante una o più delle prime gravidanze erano penetrati nel sistema circolatorio della madre dei globuli rossi che presentavano l’antigene Anti-K. Normalmente il sistema circolatorio materno e quello fetale non sono in contatto anche se alcuni globuli rossi possono entrare in quello materno tramite delle lesioni che si possono creare a livello placentare .
Ricordiamo che proprio la placenta ha, tra le varie funzioni , quella di tenere i 2 sistemi circolatori separati. In questo modo la Sig.ra Kell venne sensibilizzata all’antigene K in risposta alla presenza dei globuli rossi fetali. In occasione del quarto figlio, un passaggio di una quantità seppur minima di globuli rossi fetali, nel circolo ematico materno, determinarono una risposta immunitaria materna che indusse la Malattia Emolitica del Neonato. Fortunatamente lo sviluppo delle conoscenze mediche dagli anni ’70 del secolo scorso, ad oggi, hanno permesso di ridurre drasticamente il verificarsi di malattia del neonato. [4]
TRASFUSIONE
La trasfusione è la trasmissione di sangue da un organismo detto donatore ad un altro che lo riceve. Il donatore può essere della stessa specie del ricevente (trasfusione omologa) o di specie diversa (trasfusione eterologa). Se invece il donatore ed il ricevente sono lo stesso soggetto, cioè se il sangue viene prelevato e reinfuso nella stessa persona, si parla di autotrasfusione (trasfusione autologa). [4]
Le trasfusioni che in assoluto sono le più sicure vengono dette TRASFUSIONI DI SANGUE AUTOLOGO. Queste si verificano quando viene trasfuso sangue proprio. Dobbiamo considerare che circa i due terzi di tutte le trasfusioni vengono effettuate durante interventi chirurgici.
Quando è possibile programmare l’intervento con sufficiente anticipo alcuni pazienti si sottopongono prima del tempo ad un prelievo di sangue, che può essere loro nuovamente iniettato qualora necessario. Queste trasfusioni risultano particolarmente utili per soggetti con gruppi rari o per soggetti che in occasione di precedenti trasfusioni potrebbero aver sintetizzato molti anticorpi.
Le trasfusioni di sangue autologo hanno anche un duplice vantaggio ovvero, da un lato quello di evitare la sempre possibile infezione da patogeni presenti nel trasfuso, ed in seconda istanza si riducono le richieste alle banche del sangue.
Una nota speciale merita il termine “DONATORE UNIVERSALE”. Esso è spesso usato per i soggetti con gruppo 0. Questa terminologia è inappropriata. Difatti vi sono diverse ragioni per cui una persona di gruppo 0 non può essere un donatore sicuro. Allo stesso modo non possiamo definire il gruppo AB un “RICEVENTE UNIVERSALE”. In entrambe i casi i soggetti potrebbero aver sviluppato altro anticorpi in grado di reagire con i globuli loro trasfusi.[4]
UNO SGUARDO VERSO IL FUTURO – IL SANGUE ARTIFICIALE
Il sangue artificiale ha sempre rappresentato un Santo Graal. Una preparazione che permetterebbe di sostituire il sangue tradizionale in diverse situazioni. In questi anni la ricerca non si è mai fermata. Gli specialisti dell’università di Bristol sono riusciti, partendo da cellule staminali adulte ad ottenere degli eritroblasti , ovvero precursori dei globuli rossi, con la capacità di moltiplicarsi innumerevoli volte. Queste tecnica, così come dichiarato dagli scienziati, alla Nature Comunications, permette di produrre quantità ragionevoli di “sangue artificiale”.
Il passo successivo sarà quello sviluppare quantità industriali di prodotto. Il vero limite per l’impiego di questa soluzione risiede negli elevatissimi costi. Difatti il sangue artificiale è molto più costo rispetto a quello “naturale”. Comunque già dal 2017 sono iniziati gli esperimenti per l’impiego effettivo di questa soluzione.[13]
Bibliografia.
- [1] June 15, 1667: First Human Blood Transfusion; With Sheep’s Blood!, istoryandheadlines.com.
- [2] Awards & Honors, Karl Landsteiner, 1930 Nobel Prize in Physiology or Medicine, su The Rockefeller University.
- [3] Homage to scientist on Blood Donor’s Day, su The Tribune (Chandigarh), 15 giugno 2006
- [4] Genetica e l’uomo – A. P. Mange & E.J. Mange – Zanichelli 1997 prima edizione italiana condotta sulla seconda edizione americana ISBN 88-08-12794-X
- [5] IUPAC Gold Book, “plasma”, su goldbook.iupac.org.
- [6]Valerio Monesi, Istologia, Piccin, 2002, ISBN 978-88-299-1639-9.
- [7] Neil A. Campbell, Biology, 8ª ed., Londra, Pearson Education, 2008, p. 912, ISBN 978-0-321-53616-7.
«Platelets are pinched-off cytoplasmic fragments of specialized bone marrow cells. They are about 2–3µm in diameter and have no nuclei. Platelets serve both structural and molecular functions in blood clotting.» - [8]Constance Holden, Blood and Steel , in Science, vol. 309, nº 5744, 30 settembre 2005, p. 2160, DOI:10.1126/science.309.5744.2160d
- [9] Moran L, Horton RA, Scrimgeour G, Perry M, Principles of Biochemistry, Boston, Pearson, 2011, p. 127, ISBN 0-321-70733-8.
- [10] Alberts, Bruce: Molecular Biology of the Cell, 2002 4th ed; 2008 5th ed.
- [11] Yeagle, Philip: The Structure of Biological Membranes, 2005, 2th ed.
- [12] P. J. Russel, iGenetica (2ª edizione). Edises, 2007.
- [13] www.lastampa.it/2017/03/27/scienza/sangue-artificiale-per-la-prima-volta-prodotto-a-litri-dPCjub2TDyTfZteN7kRJlK/pagina.html
Emanuele Airola
