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Sistema circolatorio e flusso sanguigno
Biofisica e Fisiologia I
Corso di Laurea Magistrale in “Medicina e Chirurgia”
Apparato cardio-circolatorio
L’apparato cardio-circolatorio è un sistema costituito da tubi (vasi) pieni di liquido (sangue) e connessi ad una pompa (cuore).
La funzione principale del sistema cardiovascolare è il trasporto di materiale tra i vari distretti dell’organismo. Le sostanze trasportate possono essere suddivise in nutrienti, acqua e gas, che entrano dall’ambiente esterno, e cataboliti che le cellule devono eliminare.
Trasporto nel sistema cardiovascolare Sostanze spostate da a _______________________________________________________________ In ingresso Ossigeno polmoni tutte le cellule Nutrienti ed acqua intestino tutte le cellule Da un distretto all’altro Prodotti di scarto alcune cellule fegato Cellule difesa ed anticorpi circolo dove occorrono Ormoni cellule endocrine cellule bersaglio Nutrienti accumulati fegato ed adipe tutte le cellule In uscita Prodotti di scarto tutte le cellule reni Calore tutte le cellule cute Anidride carbonica tutte le cellule polmoni
SISTEMA CIRCOLATORIO
CUORE
AORTA
CAPILLARI ARTERIOLE
ARTERIE
VENA CAVA
VENE
VENULE
valvole
POLMONI
● Nel sistema cardio-circolatorio il sangue può scorrere solo se in una regione si sviluppa una pressione maggiore rispetto alle altre regioni. ● L’aumento di P è generato a livello delle camere cardiache quando queste si contraggono. ● Quando il sangue scorre attraverso i vasi, la P diminuisce a causa dell’attrito
● Il movimento dei fluidi (liquidi e gas) è stimolato da una differenza di pressione (ΔP). Il fluido si muove da regioni a maggiore P verso regioni a P inferiore.
P1-P2 = ΔP
Q = portata = Vfluido/Δt
Legge di Poiseuille
Q = [1/R]ΔP
R = resistenza idraulica = ΔP/Q
R = 8ηL/πr4 Q = [πr4/8ηL]ΔP
ΔP
Una piccola variazione del raggio di un vaso sanguigno ha un notevole effetto sulla resistenza al flusso sanguigno. Una vasocostrizione diminuirà il flusso di sangue attraverso il vaso, mentre una vasodilatazione lo aumenterà.
Se il raggio raddoppia il flusso aumenterà di 16 volte
RESISTENZE NEL SISTEMA CIRCOLATORIO
CIASCUNA RETE VASCOLARE (circolo sistemico, circolo polmonare, vascolarizzazione di un organo, letto capillare, etc)
OFFRE UNA PROPRIA RESISTENZA
La Resistenza derivante dalla combinazione delle resistenze di tutti i vasi del circolo sistemico viene indicata come
RESISTENZA PERIFERICA TOTALE (TPR) o RESISTENZA VASCOLARE PERIFERICA (RVP)
CO = MAP/TPR GC = PAM/RVP
Legge di Poiseuille
Q = [1/R]ΔP
v3
v1 v2
v3
v3
v3 v2
v1 > v2 > v3
Q = Sv = cost = 5 litri. min-1
Conseguenze della legge di continuità
velocità sezione
art
erie
art
erio
le
cap
illa
ri
ven
ule
ven
e
nei capillari la sezione individuale diminuisce, la sezione totale aumenta, la velocità diminuisce.
Con l’aumentare della sezione trasversa, la velocità del sangue diminuisce. Essa pertanto sarà minima a livello dei capillari. Questo favorisce i processi di scambio
SISTEMA CIRCOLATORIO
CUORE
AORTA
CAPILLARI ARTERIOLE
ARTERIE
VENA CAVA
VENE
VENULE
valvole
POLMONI ● Nel sistema cardio-circolatorio il sangue può scorrere solo se in una regione si sviluppa una pressione maggiore rispetto alle altre regioni. ● L’aumento di P è generato a livello delle camere cardiache quando queste si contraggono. ● Quando il sangue scorre attraverso i vasi, la P diminuisce a causa dell’attrito
Vasi di pressione
Vasi di resistenza
Vasi di capacità Le vene agiscono come riserva di volume dalla quale, se la pressione sanguigna scende troppo, il sangue può essere inviato alla parte arteriosa della circolazione
Poiché le arterie offrono scarsa resistenza al movimento del sangue, in esse si perde per attrito solo una quantità trascurabile di energia pressoria. Perciò la PAM è essenzialmente la stessa in tutto l’albero arterioso
Arterie: vie di trasporto veloce del sangue dal cuore agli organi.
Serbatoio di pressione.
Arteriole: vasi di resistenza. L’elevata resistenza causa una caduta di pressione da
93-90 a 35-37 mmHg.
Questa diminuzione di pressione aiuta ad instaurare il differenziale di pressione che favorisce il movimento di sangue dal cuore ai vari organi
La regolazione del loro diametro determina la distribuzione della
gittata cardiaca tra organi ed apparati. Oltre a regolare la PAM
Aumenta la resistenza e il flusso diminuisce
Riduce la resistenza e il flusso aumenta
Il muscolo liscio arteriolare presenta uno stato di costrizione parziale detto tono vascolare dovuto a due fattori: -Il muscolo liscio arteriolare ha una attività miogena, cioè il suo potenziale d’azione fluttua indipendentemente da ogni influenza nervosa o ormonale, determinando un’attività contrattile autoindotta. -le fibre simpatiche che innervano la maggior parte delle arteriole rilasciano continuamente noradrenalina, che accresce ulteriormente il tono vascolare.
Non soltanto la gittata cardiaca aumenta durante l’attività fisica, ma la sua distribuzione viene regolata in modo da sostenere l’aumentata attività fisica.
Aumenta la percentuale di gittata cardiaca che va al muscolo scheletrico e al cuore, apportando così l’O2 e i nutrienti addizionali necessari per sostenere l’aumentata velocità del loro consumo di ATP.
La percentuale che va alla pelle aumenta per dissipare dalla superficie del corpo il calore addizionale generato dai muscoli in esercizio
La percentuale che va alla maggior parte degli altri organi diminuisce
Soltanto il valore dell’afflusso sanguigno all’encefalo rimane invariato
Meccanismi di controllo delle resistenze periferiche
Intrinseci
Estrinseci ● SNA ● Ormoni (vasopressina, angiotensina II)
● Variazioni attività metabolica (vasodilatatori metabolici: CO2, H+, K+)
● Variazioni flusso ematico ● Risposta miogena allo stiramento ● Secrezione paracrina (NO, endotelina, istamina)
● Variazioni attività metabolica (vasodilatatori metabolici: CO2, H+, K+)
● Variazioni flusso ematico ● Risposta miogena allo stiramento ● Secrezione paracrina (NO, endotelina, istamina)
Mentre i meccanismi di controllo estrinseco di una pressione arteriosa sufficiente per portare il sangue verso tutti gli organi, sono poi questi ultimi a regolare il flusso locale secondo le loro necessità
● Variazioni attività metabolica (vasodilatatori metabolici: CO2, H+, K+)
Le influenze metaboliche locali sul raggio arteriolare aiutano ad adeguare il flusso sanguigno alle richieste dell’organismo
Autoregolazione miogena
In alcuni tessuti la muscolatura liscia arteriolare è sensibile allo stiramento e risponde alle variazioni della pressione sanguigna all’interno delle arteriole.
VASOATTIVI LOCALI: -Monossido di azoto (NO): fattore rilasciante di origine endoteliale (EDRF), induce il rilasciamento del muscolo liscio arteriolare. -Endotelina (ET): azione fortemente vasocostrittice. - Istamina: non viene rilasciata in risposta a modificazioni metaboliche locali e non si origina da cellule endoteliali, ma da cellule danneggiate, azione vasodilatatrice. Responsabile del gonfiore e del rossore che si manifesta nelle sedi di infiammazione -Serotonina: azione vasocostrittice. Si libera dalle piastrine aderenti a pareti vasali, arteriose o venose, in seguito a lesioni. - Prostaciclina e trombossano A2: la prima è prodotta dalle cellule endoteliali, il secondo dalle piastrine. Il trombossano produce aggregazione piastrinica e vasocostrizione. La prostaciclina inibisce l’aggregazione e provoca vasodilatazione. La loro sintesi parte dall’ac. arachidonico e richiede l’intervento della cicloossigenasi.
● Secrezione paracrina (NO, endotelina, istamina)
SNA L’effetto del SNA sulla resistenza delle arteriole è importante nel mantenere una giusta PAM che mantiene un’adeguata pressione di perfusione. I meccanismi locali agiscono invece nel regolare il flusso ai vari organi a secondo le necessità
L’attività simpatica dà un contributo importante al mantenimento della PAM assicurando la forza propulsiva adeguata all’encefalo, a spese di organi capaci di resistere meglio a una riduzione dell’irrorazione sanguigna. Se un altro organo ha necessità di ricevere sangue addizionale, come nel caso dei muscoli in attività lo ottiene attraverso regolazioni locali.
L’innervazione parasimpatica delle arteriole è irrilevante. La vasodilatazione viene prodotta riducendo l’attività simpatica
Rinforza i meccanismi locali
alta
alta
Quantità elevate di adrenalina vengono liberate durante la risposta lotta e fuggi che prepara l’organismo a un vigoroso impegno fisico.
Vasocostrittori: ● Angiotensina II ● Noradrenalina ● Vasopressina ● Urotensina II Vasodilatatori: ● Adrenomedullina ● Chinine: Bradichinina e Callidina ● Adrenalina
Ormoni vasoattivi
↓ attività miogena ↓ [O2] ↑ [H+] ↑ [CO2] ↑ [NO] ↓ Stimolazione simpatica ↑Istamina ↑caldo
↑ attività miogena ↑ [O2] ↓ [CO2] ↑Endotelina ↑Stimolazione simpatica ↑Freddo, ↑vasopressina, angiotensina II
Stimolazione adrenergica tonica
PAM Gittata cardiaca
(quantità di sangue che entra nelle arterie)
Resistenza periferica
Volemia
Distribuzione del sangue tra arterie e vene
PAM = [GS x F] x RVP
Fattori Intrinseci Estrinseci
Fattori Intrinseci Estrinseci
Arterie: vie di trasporto veloce del sangue dal cuore agli organi.
Serbatoio di pressione.
Arteriole: vasi di resistenza. L’elevata resistenza causa una caduta di pressione da
93-90 a 35-37 mmHg. La regolazione del loro diametro
determina la distribuzione della gittata cardiaca tra organi ed
apparati. Oltre a regolare la PAM
Capillari: siti di scambio.
RUOLO DEGLI SFINTERI PRECAPILLARI
-Non sono innervati, hanno elevato tono miogeno, sono sensibili a modificazioni metaboliche locali.
↑ Attività metabolica tissutale
↑ CO2 e metaboliti, ↓ O2,
↑ Rilasciamento sfinteri ↑ Vasodilatazione arteriole
↑ Flusso nei capillari ↑ Superficie di scambio
↑ Scambi tra sangue e tessuti
IL SISTEMA LINFATICO
tonsille
milza
timo
linfonodi vasi linfatici
vena succlavia destra vena succlavia sinistra
Il sangue non è l’unico liquido che circola nel nostro corpo; accanto al sistema dei vasi sanguigni, infatti, esiste il sistema linfatico, fatto di vasi in cui si raccoglie una parte di plasma, cellule e sostanze del sangue (soprattutto proteine) in eccesso fuoriuscite dai capillari.
Il liquido che scorre nel sistema linfatico prende il nome di linfa.
dotto toracico
• Linfa si forma alla fine della porzione arteriosa dei capillari, dove la pressione è elevata
• Acqua, elettroliti ed alcune proteine trasudano nel tessuto
• L'inversione di pressione nella porzione venosa, non è in grado di produrre un completo riassorbimento nelle vene
Circa 30 litri passano dai capillari sanguigni agli spazi interstiziali
Solo 27 litri tornano ai capillari sanguigni
Restanti 3 litri entrano nei capillari linfatici e attraverso il sistema linfatico ritornano al sangue
Funzione del Sistema Linfatico
• Bilancio dei fluidi
– L’eccesso di fluidi interstiziali entra nei capillari linfatici
• Assorbimento dei lipidi
• Difesa
– Microorganismi ed altre sostanze vengono “filtrate” dalla linfa nei linfonodi e dal sangue nella milza
Circolazione venosa
Stimolata da 1) Spinta cardiaca: la pressione nelle venule è 12-18 mmHg e decresce gradualmente nelle grandi vene extra-toraciche fino a 5-6 mmHg. 2) Pompa toracica: la pressione venosa centrale oscilla tra 6 (espirazione) e 2 mmHg (inspirazione). L’abbassamento del diaframma nell’inspirazione causa un innalzamento della pressione intra-addominale che contribuisce a spingere il sangue verso il cuore. Questo movimento è favorito dalla diminuzione della pressione venosa centrale. 3) Pompa muscolare.