Emoglobina: cos’è, la sua funzione, com’è fatta e analisi dei valori

By | 13 novembre 2018

L’emoglobina è una delle particelle più importanti del nostro organismo e la si trova nei globuli rossi. In questa pagina approfondiremo che cos’è questa molecola, quali sono le sue funzioni nell’organismo, qual è la sua struttura, come si misura e quali sono le patologie legate alla sua assenza o alla sua eccessiva presenza.

L’emoglobina: che cos’è

L’emoglobina sostanzialmente è una proteina, una delle tante che si possono trovare all’interno del sangue, e la sua funzione è quella di trasportare l’ossigeno all’interno dei vasi sanguigni, così che dai polmoni possa arrivare a tutti gli organi interni, nei mitocondri, dove verrà utilizzato (insieme alle molecole alimentari) per produrre energia.

 

L’emoglobina: come è fatta

emoglobina

La struttura dell’emoglobina. Si notano le quattro subunità di cui è composta (due subunità alfa e due subunità beta) e i quattro gruppi Eme, in giallo.

 

L’Emoglobina è una proteina piuttosto grande, ed ha una struttura quaternaria (cioè una struttura tridimensionale) composta da quattro parti diverse.

Ognuna di queste parti ha all’interno una molecola, al cui centro è presente uno ione Fe2+.

Ogni proteina ha quattro di queste parti, una per ognuna delle quattro unità, e lo ione è quello che lega l’ossigeno che rimane collegato all’emoglobina, quindi ai globuli rossi, per essere trasportato all’interno dell’organismo.

 

Tra l’altro, i legami del ferro con l’ossigeno riflettono il colore rosso della luce e sono i responsabili del colore rosso dell’emoglobina e, di conseguenza, dei globuli rossi e di tutto il sangue. Quando il ferro si lega, nelle vene, con l’anidride carbonica il colore cambia e diventa scuro, tendente al blu.

L’emoglobina viene prodotta all’interno dei precursori dei globuli rossi, detti proeritroblasti, che diventeranno poi eritrociti, con il nucleo, e quindi matureranno a globuli rossi perdendo il nucleo della cellule, per poi essere inviati dal midollo osseo (dove vengono prodotti) all’interno del sangue. Nel caso in cui ci siano problemi al midollo osseo possiamo quindi avere una carenza di emoglobina perché queste non vengono prodotte.

Ognuna delle subunità è formata, di base, da 8 eliche unite tra loro, che tutte insieme formano una struttura più complessa detta monomero, che rappresenta la struttura terziaria (ovvero una delle quattro subunità di cui abbiamo parlato).

Ogni subunità ha una “tasca” interna che ospita lo ione Fe2+, detto anche gruppo eme, che come abbiamo detto prima lega l’ossigeno.

La struttura chimica del gruppo eme, con al centro lo ione Ferro che lega l’ossigeno per il trasporto.

 

Tuttavia, le quattro subunità non sono tutte uguali, una all’altra, ma differiscono due a due: due monomeri sono detti alfa, e due monomeri sono detti beta; dal punto di vista strutturale ci sono delle differenze, ma dal punto di vista pratico cambia solo la loro capacità di legare l’ossigeno, che nella struttura (quella descritta) tipica dell’adulto non è altissima.

Il motivo è semplice: l’ossigeno deve essere si legato nel sangue, però poi deve essere anche lasciato negli organi. Se questo non succedesse, l’ossigeno non si libererebbe e non arriverebbe mai agli organi che ne hanno bisogno. Una delle situazioni in cui succede è quella in cui viene respirato il monossido di carbonio, che è in grado di legarsi all’emoglobina molto meglio rispetto all’ossigeno; è un prodotto di combustione delle stufe, ed è letale, perché causa una forma di avvelenamento in cui l’emoglobina lega in modo molto forte il monossido che non si stacca e rende di fatto impossibile legare l’ossigeno. In pratica c’è una morte per impossibilità di respirare.

Le due subunità alfa e le due subunità beta sono però tipiche delle persone adulte: ne esistono infatti delle varianti, che possono essere costituite da due catene alfa e due catene delta (che si trovano principalmente nei bambini di pochi anni di vita) oppure costituite da due catene alfa e due catene gamma (che costituiscono l’emoglobina fetale: questa variante attira l’ossigeno molto meglio dell’emoglobina degli adulti, ed è fondamentale perché il feto, che non respira, “rubi” l’ossigeno dal sangue della madre e lo utilizzi per formare i nuovi organi; se un feto avesse l’emoglobina degli adulti non riuscirebbe a svilupparsi).

Da notare che le strutture alfa e beta non sempre sono “normali” ma, per difetti genetici (di errore di DNA, da cui vengono lette le informazioni per produrre l’emoglobina) possono essere alterate ed è a questo punto che abbiamo le talassemie. Si parla di alfa-talassemia se ad essere alterata è la catena alfa, beta-talassemia se ad essere alterata è la catena beta dell’emoglobina.

La funzione dell’emoglobina

La funzione dell’emoglobina è, semplicemente, quella di trasportare ossigeno ed anidride carbonica all’interno dell’organismo.

Questa funzione è passiva, in quanto a muoversi, spinto dalla forza cardiaca, è il globulo rosso sul quale l’emoglobina si trova attaccata. L’emoglobina si comporta, quindi, un po’ come una calamita: quando c’è una grande concentrazione di gas in grado di legarsi ad essa (ossigeno o anidride carbonica, a cose normali), le molecole si legano allo ione presente all’interno di ciascuna delle quattro subunità dell’emoglobina, e lì rimangono fin quando una forza superiore come quella delle singole cellule o quella della mioglobina (una proteina simile all’emoglobina, che però si trova solo nei muscoli, e che “ruba” l’ossigeno all’emoglobina perché ha una forza maggiore) non ne causa il distacco.

L’emoglobina è, in pratica, l’unico modo per far girare l’ossigeno all’interno dell’organismo, ed è per questo che la carenza di emoglobina, se fosse totale, sarebbe addirittura letale per il corpo. Per quanto esista una piccolissima quantità di ossigeno che viaggia dispersa nel sangue e non legata a questo pigmento la sua quantità è assolutamente insufficiente per poter permettere la sopravvivenza di una persona. Ed è per questo motivo che nell’organismo non solo umano, ma di (quasi) tutti i vertebrati, è indispensabile.

L’emoglobina attira ossigeno fino a quando non è completamente “carica”: la percentuale di “carica” di ossigeno, o di altri gas, viene definita saturazione.

La saturazione dell’emoglobina

Da quanto detto abbiamo visto come l’emoglobina possa esistere essenzialmente in due forme: quella coniugata, legata all’ossigeno o all’anidride carbonica (detta ossiemoglobina) e quella non coniugata, cioè non legata a nulla (detta deossiemoglobina). In un volume di sangue troveremo praticamente sempre alcune molecole legate e altre che non sono legate all’ossigeno; tante più molecole sono legate, tanto più l’emoglobina è satura, quante meno sono legate all’ossigeno tanto meno abbiamo la saturazione.

Tanto più l’emoglobina si trova in presenza di ossigeno, tanto più si saturerà: è quello che succede nei polmoni, che sono ricchissimi di ossigeno, quindi la tendenza sarà quella di legarlo e portarlo nell’organismo. Se ci troviamo in una condizione di ipossia, ad esempio in alta montagna dove l’ossigeno è meno concentrato, la saturazione tenderà a diminuire, l’emoglobina trasporterà meno ossigeno e, per compensare, l’organismo ne produrrà una quantità maggiore, considerando che la saturazione è inferiore.

Nei capillari degli organi succede invece l’effetto opposto: l’attrazione di ossigeno da parte delle cellule degli organi e l’alta concentrazione di anidride carbonica fa sì che l’emoglobina si desaturi, perdendo l’ossigeno che ha legato e legandosi invece all’anidride carbonica, che verrà trasportata nei polmoni dove, tornando la situazione esattamente opposta, avremo un nuovo cambiamento di saturazione.

In generale, una diminuzione di saturazione nelle arterie (cioè dove il sangue deve essere ricco di ossigeno) causa delle difficoltà di respirazione. Naturalmente anche una diminuzione dell’emoglobina, anche se quella che c’è è molto satura, causa difficoltà di respiratorie perché il trasporto dell’ossigeno diventa meno efficiente.

Come si misura l’emoglobina?

La misurazione dell’emoglobina ad oggi è piuttosto semplice, e si può fare con una semplice analisi di laboratorio, i comuni esami del sangue (la valutazione dell’emoglobina è uno degli esami “standard” che si fanno sempre, nei profili di base). Più complessa è la valutazione delle singole subunità di cui abbiamo parlato prima, che diventa necessaria nella diagnosi di alcune malattie specifiche legate all’emoglobina.

Ad oggi esistono circa 70 metodi diversi per calcolare la quantità di emoglobina nel sangue, e questo rende alcuni di essi poco costosi, tanto che l’emoglobina viene valutata insieme ad una serie di altri parametri, difficilmente da soli. Tra gli esempi di misurazione troviamo:

  • La differenza della carica elettrica, forse la più diffusa, che valuta il quantitativo di emoglobina attraverso una carica elettrica che la fa spostare su una piastra; l’emoglobina si porta in un punto preciso della piastra e può essere misurata (il metodo più conosciuto è l’elettroforesi, ma esistono metodi simili come l’HPLC o l’isoelettrofocalizzazione);
  • Le metodiche immunochimiche, che vanno a cercare una parte ben precisa della catena beta dell’emoglobina e la quantificano;
  • La cromatografia, che cerca il glucosio legato covalentemente all’emoglobina, restituendo un colore più o meno intenso a seconda della presenza di emoglobina.

Indipendentemente dalla metodica usata, che è stabilita dal singolo laboratorio, il risultato è ormai uno standard e si misura in mg/dL, ovvero milligrammi di emoglobina per decilitro di sangue; avendo a disposizione dei range di normalità di emoglobina nelle diverse fasi della vita (e anche nelle patologie) il medico riesce a stabilire se l’emoglobina ha un valore normale, è troppa oppure è poca, e valutando anche gli altri valori analitici può comprendere la causa di un’eventuale patologia.

Unica accortezza, per misurare l’emoglobina bisogna necessariamente andarla a cercare all’interno del sangue, ed è quindi necessario un prelievo di sangue. Ad oggi non ci sono metodi non invasivi (risonanze, ultrasuoni, magnetismi) per poter valutare in modo preciso la quantità di emoglobina nel sangue.

Le alterazioni dell’emoglobina: patologie collegate

Le patologie che possono interessare l’emoglobina si possono distinguere in tre grandi gruppi: quelle che causano una diminuzione dell’emoglobina nell’organismo, quelle che causano un aumento dell’emoglobina e quelle che causano un’alterazione della struttura stessa dell’emoglobina.

I valori normali dell’emoglobina in una persona adulta sono di 14-18 mg/dL nell’uomo, di 12-16 mg/dL nella donna. Nei bambini, specialmente in quelli appena nati, il valore tende ad aumentare, mentre negli anziani si osserva una diminuzione fisiologica di questo valore (non correlata a patologie).

Emoglobina bassa: patologie che la causano

Una bassa produzione di emoglobina oppure un’aumentata distruzione di questa proteina (o delle cellule che la trasportano) può causare una patologia collegata all’emoglobina eccessivamente bassa.

Tra queste patologie possiamo trovare, in generale:

  • Le perdite ematiche, in cui viene materialmente perso sangue (per emorragia interna oppure esterne), che causano una perdita dei globuli rossi e quindi dell’emoglobina;
  • Le emolisi, in cui i globuli rossi, anche per effetto di avvelenamenti, vengono distrutti; in questo caso l’emoglobina viene eliminata eccessivamente attraverso i reni, e si ritrova nelle urine;
  • I problemi renali, perché il rene produce Eritropoietina o EPO, che stimola la sintesi dell’emoglobina. La diminuzione di questo ormone a causa di problemi all’organismo porta ad una diminuzione dell’emoglobina stessa.
  • I problemi al midollo osseo, che causano una difficoltà di produzione dell’emoglobina e nel complesso ne fanno ridurre la presenza nel sangue;
  • Le carenze nutrizionali, soprattutto legate al ferro e alla vitamina B12 che, essendo i precursori dell’emoglobina, fanno diminuire la quantità per difficoltà di produzione.

Per maggiori informazioni sulle patologie e sui sintomi correlati all’emoglobina bassa puoi leggere il nostro approfondimento sull’ emoglobina bassa.

Emoglobina alta: patologie che la causano

Il fenomeno contrario che si può verificare è quello caratterizzato da un aumento dell’emoglobina nel sangue. Questo può aumentare per una aumentata produzione oppure può essere un aumento “falso”, dovuto alla disidratazione con conseguente concentrazione maggiore di emoglobina nel sangue.

Le patologie che possono far aumentare l’emoglobina sono:

  • Le condizioni di ipossia, mancato arrivo dell’ossigeno agli organi interni. Possono essere dovuti a problemi cardiaci, a problemi respiratori, al fumo (correlato ad un quantitativo minore di ossigeno che arriva ai polmoni) o alla permanenza in ambienti a bassa concentrazione di ossigeno;
  • L’eccessiva presenza di eritropoietina o EPO, l’ormone che stimola la sintesi dell’emoglobina, secreto a causa di problemi renali oppure introdotto dall’esterno (come nel caso del doping);
  • La disidratazione e le situazioni come vomito e diarrea che la possono causare, che non portano a un aumento diretto dell’emoglobina ma a una diminuzione di liquidi nel sangue che, alle analisi, si mostra come una concentrazione di emoglobina più alta.

Per maggiori informazioni puoi leggere la pagina dedicata all’emoglobina alta.

Emoglobina alterata: emoglobinopatie e talassemie

Ci sono alcune situazioni in cui l’emoglobina non è né eccessiva, né carente, ma la sua forma non è quella che ci aspettiamo: in questo caso abbiamo alterazioni che prendono il nome di emoglobinopatie o talassemie, due condizioni diversi che a volte si sovrappongono.

  • Le emoglobinopatie sono difetti genetici (non acquisiti) che provocano un’alterazione del DNA da cui vengono lette le “istruzioni” per sintetizzare l’emoglobina e, quindi, l’emoglobina che ne risulta non ha la struttura standard che abbiamo descritto ma una struttura alterata. Ne sono un esempio la malattia a cellule falciformi (che è anche una talassemia) e l’anemia congenita diseritropoietica.
  • Le talassemie sono condizioni anch’esse genetiche in cui la mutazione non è nella struttura dell’emoglobina, ma nei geni che ne regolano la produzione. In altre parole, l’emoglobina può essere normale ma fisiologicamente ne viene prodotta poca, e rimane sempre bassa all’interno del sangue.

Alcune patologie, come l’anemia mediterranea, sono sia emoglobinopatie che talassemie, quindi hanno difetti sia legati alla struttura stessa dell’emoglobina, sia legati alla produzione minore rispetto al normale.