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CIRCOLAZIONE - Sangue, Funzionamento del sistema cardiovascolare

biologia


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CIRCOLAZIONE


"Il sangue nel corpo degli animali si muove continuamente in circolo e l'azione del cuore consiste nell'esercitare il pompaggio. Questo è l'unico scopo del movimento e del battito del cuore".

Il cuore insieme ai vasi costituisce il sistema cardiovascolare che è un circuito chiuso. Il cuore trasferisce al sistema arterioso il sangue refluo proveniente dalle vene.

Le grosse arterie sono formate da tessuto elastico per generare pressione; nell'arteriole invece c'è la muscolatura liscia che costituisce l'elemento di resistenza al flusso; i capillari sono formati da cellule endoteliali che permettono il filtraggio e quindi la capacità di realizzare scambi con il liquido interseziale. Le vene e venule grazie alla loro composizione (fibre elastiche e collagene) possono contenere notevoli volumi di sangue.

Tutto l'albero circolatorio ha un rivestimento interno estremamente liscio per evitare l'adesione delle piastrine alle pareti e dunque la formazione di coaguli. Infine, le pareti vascolari sono in continuo rinnovo, infatti con le operazioni di bypass possiamo notare come un segmento di vena, sostituito ad un'arteria occlusa, dopo 6 mesi assume tutte le caratteristiche di un'arteria.


Compliance: è il rappporto tra il volume in eccesso e la pressione sviluppata

Capacità: di un recipiente, è il volume massimo a pressione zero


Sangue

Iportanti elementi costitutivi del sangue condizionanao il funzionamento di questo sistema, essi sono: la viscosità e il volume.




Per viscosità si intende la presenza di particelle corpuscolate in un liquido.

Viscosità apparente: il sangue durante il suo deflusso tende ad abbassare il suo valore di viscosità, in quanto gli elementi cellulari si separano dal plasma e scorrono al centro del lume, mentre la parte liquida funziona da lubrificante. Per cui non è possibile misurare in vitro la reale viscosità del sangue e dunque calcoliamo quella apparente.

Il volume del sangue è molto importante in quanto ogni millilitro in più distenderà la parete dei tubi che sono elastici e quindi generano pressione (pressione di riempimento).


Funzionamento del sistema cardiovascolare

Arterie: vasi ematici di distribuzione

Capillari: vasi di scambi

Vene: vasi di raccolta

Il sistema circolatorio è organizzato in distretti successivi (distretti circolatori), posti in serie tra loro: ogni distretto ha la sua resistenza e la sua conduttanza (inverso di resistenza). I vasi ematici formati da fibre elastiche (arterie) funzionano da mantice, cioè si dilatano e si restringono ad ogni passaggio di sangue. Quelli con pareti a fibre collagene (vene) funzionano da serbatoio, in quanto riescono ad accogliere volumi di sangue notevoli, dilatandosi e sviluppando poca tensione. Le vene maggiori hanno la capacità di distendere le pareti senza aumentare la pressione (compliance: grande distendibilità di volume). Nelle arterie invece questo non accade in quanto l'immissione di sangue causa rapidi aumenti di pressione data la struttura elastica delle loro pareti (compliance: più bassa delle vene).

5 l/min è il valore a riposo della gittata cardiaca ed è anche la quantità di sangue che ritorna al cuore ricca di CO . Il sangue, lungo il suo decorso, incontra inoltre delle resistenze, in particolare a livello delle arteriole che rappresentano dei rubinetti, la cui aperturea e chiusura regola l'afflusso (resistenze periferiche).





Principi di emodinamica

Sono leggi della fisica dei fluidi applicati al sistema cardiocircolatorio.


Velocità del flusso

La velocità di scorrimento del sangue non è costante, ma dipende da vari fattori, in primis dai diversi distretti circolatori in cui scorre.

In fisica la velocità di un liquido è inversamente proporzionale alla sezione del tubo: è più bassa in un tubo di grande diametro e più elevata in un tubo sottile.  

Man mano che si raggiunge la periferia il calibro dei vasi diminuisce, ma ne aumenta il loro numero. Così che la sezione trasversa totale aumenta nettamente, e quindi la velocità comunque diminuisce (aumenta lo spazio in cui scorre, anche se i capillari sono di diametro più piccolo).

Quindi la velocità del sangue sarà massima alla radice dell'aorta(diametro 3cm); minima nei capillari (diametro 7 nm). La velocità nei capillari è importante che sia bassa, perché un transito veloce si opporrebbe agli scambi con il liquido interseziale.


Legge di Poiseuille

Formula:                    

Q = DP/R


Q = flusso di sangue o gittata cardiaca

DP = gradiente di pressione

R = resistenza

La resistenza dipende: 1)dalla lunghezza del tubo 2)dalla viscosità del liquido 3)dal raggio.

Poiché è impossibile misurare lunghezza e raggio di tutto il sistema circolatorio, le resistenze si calcolano con il rapporto tra pressione e flusso: R = P/Q.

Ancora, è deducibile dalla legge di Poiseuille che la pressione arteriosa è uguale al prodotto della gittata cardiaca per le resistenze periferiche (P = QxR).


In qualunque vaso periferico la pressione rappresenta la forza che fa muovere il sangue, per cui questa legge misura l'energia che provoca questo movimento.


Resistenze in serie e in parallelo

Come già accenato, il sistema circolatorio può essere distinto in distretti posti in serie che rilevano resistenze differenti. Inoltre, ciascun distretto è formato da vasi posti in parallelo, dove la resistenza totale dipende sia dal raggio dei singoli tubi sia dal loro numero. Ciò è molto importante perché spiega come il distretto circolatorio in cui la resistenza è più elevata non sia quello in cui il raggio dei singoli vasi è più piccolo; in altre parole, il distretto in cui la pressione cade di più è rappresentato dalle arteriole (diametro 200-50 nm) e non dai capillari (7 nm), in quanto per quest'ultimi la sezione trasversa totale è grandissima.


Flusso laminare e turbolento

La legge di Poiseuille (P = QxR) si applica se il flusso nel circuito è laminare. Il flusso laminare è quando ogni strato di liquido scorre ordinatamente sugli altri strati, come in un fiume l'acqua scorre placidamente, così il sangue scorre velocemente al centro del lume e placidamente vicino allle pareti. In un torrente invece l'acqua scende tumultuosa con velocità irregolare, lo stesso accade quando il sangue ha un flusso turbolento, con cambiamenti di direzione e velocitàdelle particelle del liquido. Il passaggio dal regime laminare a quello turbolento avviene quando è superato il numero di Reynolds (circa 3000). Tale numero dipende dal diametro del tubo, dalla velocità e dalla densità del liquido. Un sangue poco viscoso (anemia) è soggetto più facilmente a turbolenze e conseguenti soffi, formazione di trombi e degenerazioni delle pareti vasali.




Legge di Laplace

La legge di Poiseuille (Q = P/R) è applicabile ai tubi rigidi; ma le pareti delle arterie sono elastiche e quindi il loro comportamento è descritto dalla legge di Laplace: P = T/r

P = pressione

T = tensione parete

R = raggio

I due fattori che entrano in gioco nella legge di Laplace sono quindi:

Pressione: si intende la forza netta che spinge contro le pareti del vaso (pressione transmurale, necessaria a mantenere aperto il vaso).

Tensione: la forza sviluppata dalla parete vascolare che deriva sia dagli elementi elastici, sia dalla contrazione della muscolatura.


Pressione nella circolazione sistemica

La pressione durante il circolo sisstemico subisce continue variazioni, nel ventricolo sx è fortemente pulsatile (da 0 a 120), nell'aorta la pulsazione diminuisce perché si chiudono le semilunari(da 80 a 120).


Aorta

In aorta si hanno un valore massimo (pressione sistolica) di 120 ed uno minimo (pressione diastolica) di 80 (medio 93). Questa cade poco in tutto l'albero arterioso fino all'arteriole, perché la resistenza dei condotti è relativamente piccola.

Arteriole

Le arteriole sono dette vasi di reistenza in quanto qui la pressione scende fino a circa 35. Inoltre, è proprio nelle arteriole che vengono regolate le resistenze di tutto il sistema circolatorio, data la speciale disposizione della muscolatura liscia.

Capillari

Nei capillari la pressione scende a 25, in quanto, anche se la sezione trasversa totale è elevata, il diametro di ogni singolo capillare è molto piccolo. Tale bassa pressione fa circolare il sangue ad una velocità bassa facilitando lo scambio di liquido interseziale.

Vene

Nelle vene la pressione è di circa 10 mmHg, sufficiente a trasportare nell'atrio destro il sangue refluo (poche resistenze).


Pressione pulsatoria e onda sfigmica

Per pressione pulsatoria si intende la differenza tra pressione sistolica e pressione diastolica (120-80 = 40).

Le pareti arteriose essendo elastiche sono capaci di propagare onde di pressione. L'onda che percorre tutte le arterie ad ogni sistole è detta onda sfigmica. L'onda sfigmica corre più velocemente del sangue e la sua propagazione è sfruttata per misurare i valori di pressione sistolica e diastolica mediante lo sfigmanometro. Si occlude l'arteria omerale e si applica un bracciale con pressione maggiore alla pressione sistolica (tipo 150). Contemporaneamente si posa un fonendoscopio sul decorso dell'arteria omerale. Si sgonfia il bracciale e si ode un primo rumore: la pressione letta sul manometro è la pressione sistolica. un secondo rumore e una seconda lettura indicheranno il valore diastolico.


Fisiologia delle vene

La forza di gravità è subita soprattutto dalle vene che hanno pareti sottili e distendibili, infatti in stazione eretta, il sangue tende ad accumularsi negli arti inferiori. Per cui il compito più difficile è svolto dalle vene che devono riportare il sangue al cuore. Tale compito è facilitato dalla presenza di valvole a nido di rondine che hanno il compito di impedire il reflusso di sangue verso il bassso.

Quando le valvole non funzionano bene, si accumula del sanche che provoca le vene varicose che ostacolano il ritorno del sangue al cuore.

Anche i muscoli costituiscono un meccanismo di pompa (pompa muscolare) poiché con la loro contrazione aumentano la pressione all'interno delle vene facilitando il ritorno del sangue.

Esiste anche una pompa toracica che è generata dal ciclo respiratorio e che facilita il ritorno venoso ad ogni inspirazione.


Controllo delle resistenze periferiche

Vi è un meccanismo di autoregolazione che fa in modo che in seguito a variazioni di pressione il flusso ematico resti costante, in quanto con variazioni di pressioni si hanno anche variazioni di calibro (l'aumento di pressione distende le pareti del vaso e così facendo allunga le sue cellule muscolari lisce). Distinguiamo un'autoregolazione miogena svolta dalle cellule muscolari, che in risposta ad aumenti di pressione si contraggono; e un'autoregolazione metabolica (fattori locali ed umorali) che regola il tono dell'arterie provocando vasocostrizione e vasodilatazione. (l'ossido nitrico, ad es., è un vasocostrittore). Tutto ciò determina l'autoregolazione, cioè la capacità di ciascun distretto circolatorio di regolare la propria resistenza in maniera da consentire un afflusso ottimale necessario a soddisfare le richieste metaboliche di quel tessuto.

Infine, un controllo sulle resistenze periferiche totali è dato dal controllo nervoso. Tutti i vasi (tranne i capillari) sono innervati dal simpatico, attraverso un centro vasomotore (centro bulbare) regolato dall'ipotalamo, che liberano noradrenalina. Tale regolazione consente di controllare la pressione arteriosa media e di provocare vasocostrizione nervosa quando questa aumenta, e vasodilatazione quando diminuisce.




Microcilclo

Il sistema circolatorio è un sistema di traporto il cui compito è di caricare e scaricare i materiali trasportati compresi i gas respiratori. Tutti i vasi sono impermeabili al loro contenuto, tranne i capillari che rappresentano i vasi di scambio.


Moduli capillari

La rete capillari non è uguale in tutto il sistema, ma un modello di modulo capillare è composto da: sfinteri capillari che controllano l'ingresso ai singoli tubicini con attività intermittente e un capillare preferenziale che collega l'arteriola alla venula. Esistono capillari con una struttura particolare, detta anastosmosi artero-venose, che collegano, se aperte, direttamente arteriola e venula escludendo la rete capillare. 


Reclutamento di capillari  

Il diverso stato di apertura dei capillari non altera l'emodinamica generale (che è controllata dalle arteriole); quindi se pochi capillari sono aperti aumenterà la distanza media tra cellule e capillari rendendo più difficoltoso lo scambio; viceversa aumentando la densità capillare le cellule riescono ad estrarre una maggiore quantità di ossigeno dallo stesso volume di sangue nell'unità di tempo (perché diminuisce la distanza media tra cellule e sangue). Da ciò è evidente cme la rete capillare non sia un elemento filtrante semplice e sempre uguale, ma subisce gli effetti di una regolazione locale piuttosto sofisticata.


Struttura dei capillari

Un capillare tipo è lungo da mezzo ad un millimetro con diametro compreso fra 5-8 nm. Una lamina basale avvolge i capillari dall'esterno e conferisce alla parete del vaso una certa resistenza alla distensione. Due o tre cellule endoteliali contigue ne racchiudono la circonferenza. I margini di queste cellule si sovrappongono senza unirsi completamente e formano i cosidetti pori della membrana capillare. Tali pori sono canalicoli toruosi nei quali avviene la diffusione della maggior parte dell'acqua e dei materiali disciolti. Inoltre, le cellule endoteliali presentano numerosi vacuoli (vescicole) che possono aprirsi verso il capillare o la membrana basale e a volte formano catenelle che attraversano l'intero spessore della cellula. Si ritiene che questa sia la principale via di diffusione di grosse molecole proteiche. Finestre e intervalli intercellulari sono particolari strutture che aumentano la permeabilità all'acqua e ai soluti (le prime) e alle proteine (le seconde).


Meccanismi di trasporto attrverso la membrana

Lo scambio metabolico (il trasporto di tutte le molecole utilizzate dalle cellule) avviene per diffusione passiva, seguendo i gradienti di concentrazione.

L'effettiva capacità di diffusione per le molecole idrosolubili è limitata al fatto che:

si diffondono solo attraverso i pori dei capillari che occupano una minima parte della superficie del capillare

le molecole con maggiori dimensioni hanno difficoltà a passare attraverso i pori e talvolta occludono il passaggio bloccandosi

i pori sono posti obbliquamente, per cui la loro lunghezza è supriore allo spessore della membrana

Inoltre, per ogni molecola si esprime il coefficiente di riflessione (variabile da 0 = permeabile ad 1 = completamente impermeabile). Si distinguono:

molecole liposolubili, si disciolgono nelle membrane cellulari e quindi la loro diffusione non è limitata ai pori ma utilizzano l'intera superficie della membrana (coefficiente 0)(gss respiratori)

piccole molecole idrosolubili, seguono i meccanismi di diffusione dei pori

grandi molecole idrosolubili (proteine), probabilmente si avvalgono del meccanismo della vacuolizzazione


Infine l'acqua esce ed entra dai capillari seguendo il gradiente netto delle pressioni trascinando con sé molecole disciolte di piccole dimensioni, realizzando un trasporto detto convettivo (più lento delle altre molecole).







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