Il sistema circolatorio

Contenuto della lezione: Importanti caratteristiche di: arterie (dimensioni, elasticità) arteriole (‘rubinetti’) capillari (numero, dimensioni, permeabilità, filtrazione del fluido, linfa) Venule e vene (capacità)

4.0 mm 1.0 mm 30.0 mm 6.0 mm 8.0 mm 0.5 mm 20.0 mm 5.0 mm Arterie tess. elastico musc. liscia tess. fibroso endotelio 4.0 mm 1.0 mm 30.0 mm 6.0 mm 8.0 mm 0.5 mm 20.0 mm 5.0 mm Spessore medio della parete Diametro medio Arterie Arteriole Capillari Venule Vene

Quali fattori influenzano la pressione sanguigna? Il volume di sangue La resistenza vascolare L’autoregolazione Il sistema nervoso autonomo

Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni Grandi arterie - ~2cm  Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiaco Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace) Diametro non troppo grande per evitare turbolenze Arterie muscolari - 0.5 cm  Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso

Perchè l’elasticità dell’aorta è così importante? Cosa succede con un’aorta non elastica (p.es. nell’arteriosclerosi) Un’aorta elastica spiana la variazione di pressione Il cuore si contrae Picchi di pressione più bassi Pressione Tempo Piccoli pulsi di flusso Tempo Velocità di flusso Flusso più regolare L’aorta immagazzina sangue e lo stiramento dell’aorta immagazzina energia Cuore Tessuti

La resistanza è causata dall’interazione tra gli strati Perchè è importante impedire che la velocità del sangue diventi troppo elevata? Flusso laminare Pressione Flusso Flusso laminare La resistanza è causata dall’interazione tra gli strati

La resistenza è causata da frequenti collisioni Perchè è importante impedire che la velocità del sangue diventi troppo elevata? Flusso turbulento Pressione Flusso Flusso laminare Flusso turbolento La resistenza è causata da frequenti collisioni È richiesta una grande quantità di energia per guidare il flusso Avviene quando certi parametri si modificano fortemente bassa viscosità alta velocità grande raggio

Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni Grandi arterie - ~2cm  Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiaco Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace) Diametro non troppo grande per evitare turbolenze Arterie muscolari - 0.5 cm  Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso

Vasi sanguigni con diametro grande sono suscettibili di stiramento Anuerisma aortico Rene Aorta Indebolimento Legge di Laplace T = P · r / d Forza che tende a far collassare il vaso Forza che tende a dilatare il vaso d ≡ spessore della parete r ≡ raggio del vaso T ≡ tensione sulla parete del vaso P ≡ pressione transmurale

Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni Grandi arterie - ~2cm  Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiaco Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace) Diametro non troppo grande per evitare turbolenze Arterie muscolari - 0.5 cm  Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso

La probabilità che un flusso laminare diventi turbolento aumenta con il diametro del vaso. Cancelletti girevoli Barriere per favorire il flusso laminare

Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni Grandi arterie - ~2cm  Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiaco Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace) Diametro non troppo grande per evitare turbolenze Arterie muscolari - 0.5 cm  Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso Arteriole - <0.1cm  Rubinetti della circolazione

Le arteriole sono i ‘rubinetti’ della circolazione Cambiando il loro diametero le arteriole possono alterare il flusso p.es.: un aumento del raggio del 19% porterà ad un raddoppio del flusso Legge di Poiseuille DP = Q · R Legge della continuità Q = cost. Quindi, in un circuito chiuso, dove il flusso è costante, avremo che: DP  R La caduta di pressione per ogni segmento del letto circolatorio è indice della resistenza al flusso. La caduta di pressione (DP) è massima a livello delle arteriole perché qui la resistenza al flusso (R) è massima. Capillari Arteriole Arterie Venule Pressione (mm Hg) Vene Aorta Vena cava

La R massima al flussso e quindi la caduta di pressione DP massima si ha a livello arteriolare (  ~30 mm) e non a livello capillare (  ~6 mm). Infatti R dipende oltre che dal calibro (R  1 / r4) anche dal numero dei condotti posti in parallelo (1/Rt = S(1/Ri)) Ra=10 1/Rta=2·(1/10)=0.2 Rta=1/0.2=5 Rc=100 1/Rtc=2000·(1/100)=20 Rta=1/20=0.5

La pressione nei vasi non è costante La pressione nei vasi non è costante. La pressione nei vasi rispecchia le pressioni generate nel cuore – le pressioni sistolica e diastolica. Sistole = contrazione dei ventricoli Diastole = riempimento dei ventricoli Quando il sangue scorre attraverso il sistema la pressione diminuisce a causa dell’attrito Pressione mm Hg Pressione sistolica Pressione diastolica media Pulsi di pressione Capillari Arteriole Arterie Venule vene Ventricolo sinistro Atrio destro

Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni Grandi arterie - ~2cm  Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiaco Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace) Diametro non troppo grande per evitare turbolenze Arterie muscolari - 0.5 cm  Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso Arteriole - <0.1cm  Rubinetti della circolazione Capillari 4-7µm  Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza (flusso in singola fila)

Tale permeabilità porta ad una perdita di fluido I capillari consistono di un monostrato di cellule endoteliali (Raggio piccolo importante nel minimizzare la tensione delle pareti) I capillari sono permeabili ad acqua, ioni e a piccole molecole Capillari continui Capillari fenestrati Aumento della permeabilità Tale permeabilità porta ad una perdita di fluido dal sangue per ‘ultrafiltrazione’ Esso è chiamato fluido interstiziale e bagna la maggior parte delle cellule dell’organismo

Resistanza al flusso  lunghezza del vaso Il letto capillare ha una resistenza relativamente piccola nonostante il loro piccolo diametro Brevi (~1mm) Resistanza al flusso  lunghezza del vaso Inoltre ve ne sono molti connessi in parallelo, per cui la loro sezione trasversa globale è grande Capillari 1000 100 10 1 Area totale di sezione (cm2) Grandi arterie Arteriole Venule Vene Q = DP/R = v · A DP/R = v · A DP v = R·A Ciò comporta una bassa velocità a livello dei capillari che dà il tempo per la diffusione

Flusso in singola fila ( 3-10µm) Il letto capillare ha una resistenza relativamente piccola nonostante il loro piccolo diametro Brevi (~1mm) Resistanza al flusso  lunghezza del vaso Ve ne sono molti connessi in parallelo Flusso in singola fila ( 3-10µm) Flusso in singola fila

Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni Grandi arterie - ~2cm  Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiaco Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace) Diametro non troppo grande per evitare turbolenze Arterie muscolari - 0.5 cm  Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso Arteriole - <0.1cm  Rubinetti della circolazione Capillari 4-7µm  Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza (flusso in singola fila) Venule 50-200µm  Vene ~1cm  Acquiescienti per immagazzinare sangue ma contrattili Dotate di valvole per prevenire un riflusso

A riposo ~2/3 del sangue è nelle vene Venoso Arterie Capillari Cuore Polmoni 1000 100 10 1 Area totale di sezione (cm2) Grandi arterie Arteriole Venule Vene lunghezza

Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni Grandi arterie - ~2cm  Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiaco Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace) Diametro non troppo grande per evitare turbolenze Arterie muscolari - 0.5 cm  Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso Arteriole - <0.1cm  Rubinetti della circolazione Capillari 4-7µm  Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza (flusso in singola fila) Venule 50-200µm  Vene ~1cm  Acquiescienti per immagazzinare sangue ma contrattili Dotate di valvole per prevenire un riflusso Vena cava

Filtrazione dei fluidi

L’equazione di Starling La velocità di filtrazione del fluido dipende da 4 insiemi di variabili Gradiente di pressione idrostatica (Pc - Pi) Gradiente di pr. colloido-osmotica (c - i) Questi fattori producono la forza e determinano la direzione Questi fattori influenzano l’ampiezza del flusso Area superficiale Permeabilità idraulica Flusso d’acqua = area · permeabilità · ( (Pc-Pi) - (c-i) ) L’equazione di Starling  = pressione osmotica, P = pressione idrostatica i = interstiziale, c = capillare

Poche parole circa la composizione del sangue Un essere umano ne possiede circa 5.5 litri (8% per 70 Kg di peso). Gli eritrociti rappresentano circa il 47% del volume Un certo numero di globuli bianchi (<0.1%), piastrine Il resto è plasma (acqua, sali, proteine, agenti coagulanti, glucoso, aminoacidi ecc) Importanza del globulo rosso per la circolazione Se l’emoglobina umana fosse libera nel plasma la viscosità sarebbe troppo alta.

Fluido extracellulare Distribuzione dei fluidi in un essere umano ‘medio’ Plasma 3L (= sangue - eritrociti) Interstiziali 11L Intracellulari 28L Interstiziali Plasma Fluidi intracellulari Fluido extracellulare

Tipi di capillari Struttura dei capillari Due tipi di capillari Una volta che il sangue raggiunge i capillari, il plasma e le cellule scambiano materia La maggior parte delle cellule distano circa 100 mm dai capillari Due tipi di capillari Capillari continui Le cellule endoteliali sono strettamente unite Alcune piccole molecole passano attraverso le giunzioni cellulari Molecole più grandi (es. proteine) sono trasportate tramite vescicole Capillari fenestrati Hanno grandi pori che permettono a grandi volumi di fluido di passare rapidamente

Tipi di capillari

Scambi a livello dei capillari Area della sezione totale Velocità del flusso Arterie Arteriole Capillari Venule Vene Vena cava Aorta Flusso nei capillari Nei capillari la velocità del sangue è la più bassa Il flusso è proporzionale all’area della sezione totale

Scambi a livello dei capillari Diffusione: È la sorgente della maggior parte degli scambi tra plasma e liquidi interstiziali Eritrociti e proteine sono troppo grandi per attraversarli Flusso di massa: Movimento di massa di acqua e soluti come risultato della pressione idrostatica o colloido-osmotica Fuori dai capillari: filtrazione Dentro I capillari: assorbimento La maggior parte dei capillari mostrano una transizione: Da una filtrazione netta ad un assorbimento netto Muovendosi dal lato arterioso a quello venoso È regolato da due forze: Pressione idrostatica: componente della pressione laterale che spinge il fluido attraverso I pori dei capillari Pressione colloido-osmotica: determinata dalle differenze di concentrazioni di soluti tra I due compartimenti (PROTEINE)

Filtrazione nei capillari pressione netta = pressione idrostatica + pressione colloido-osmotica PN = DP - DP DP= DP DP > DP DP = DP DP < DP

Scambi a livello dei capillari Pressione netta: PN = DP idrostatica – DP colloido-osmotica PN = (Pc – Pi) - (Pc-Pi) Pc diminuisce lungo il capillare PiI molto bassa Pc ~ 25 mm Hg Pi ~ 0 Lato arterioso: PN = 32 – 25 = 7 mm Hg  Filtrazione Lato venoso: PN = 15 – 25 = -10 mm Hg  Assorbimento Filtrazione > Assorbimento Flusso di massa ~ 3 L/die Questo fluido come torna indietro?

Sistema linfatico Tre funzioni principali: Recupero di fluido e proteine filtrate fuori dai capillari Prelievo dei grassi assorbiti dall’intestino Serve da filtro per catturare e distruggere elementi patogeni esterni Organizzato per un movimento a senso unico dei fluidi interstiziali dai tessuti al circolo Struttura: Capillari linfatici a fondo cieco sono nelle strette vicinanze dei capillari sanguigni Costituiti da un monostrato di cellule endoteliali piatte Grosse fessure tra le cellule permettono a fluidi, proteine, batteri, di essere trascinati dentro dal flusso di massa

Relazione tra i capillari e i vasi linfatici venule arteriole vasi linfatici filtrazione netta assorbimento netto

Ritorno della linfa al circolo generale I capillari linfatici hanno un singolo strato di cellule endoteliali con ‘grandi’ aperture tra di esse A fondo cieco I vasi linfatici hanno valvole I grandi vasi linfatici si contraggono ritmicamente Contrazione muscolare, respirazione e movimenti intestinali guidano il flusso linfatico Nei mammiferi la linfa ritorna in circolo a livello della vena succlavia entro la quale il sangue ‘succhia’ la linfa

Un aumento di fluido disaccoppia gli scambi gassosi Edema linfatico Causato da un accumulo di linfa Rimozione dei dotti linfatici Bloccco dei dotti linfatici Edema polmonare Un aumento nella filtrazione di fluido nei polmoni è particolarmente pericoloso. Un aumento di fluido disaccoppia gli scambi gassosi

Verifiche

Area della sezione totale Velocità del flusso Arterie Arteriole Capillari Venule Vene Vena cava Aorta La velocità del flusso è direttamente o inversamente proporzionale all’area della sezione trasversa? Se si modifica l’area della sezione trasversa, quale effetto si avrà sulla portata (flusso)? v1 v2 La velocità del flusso è inversamente proporzionale all’area. Aumentando l’area, la velocità decresce. Modificando l’area della sezione trasversa non si ha alcun effetto sulla portata (flusso). Infatti, Per la legge dell’azione di massa l’intensità del flusso nel condotto non cambia: Q1=Q2 ↔ v1A1=v2A2 ↔ v1/v2=A2/A1

La pressione idraulica in un capillare aumenta a 35 mmHg mentre rimane a 15 mmHg al capo venoso. In questo capillare la filtrazione netta aumenterà, diminuirà o rimarrà costante? Una persona con patologia epatica può perdere la capacità di sintetizzare le proteine plasmatiche. Cosa succederà alla pressione colloido-osmotica del suo sangue? E all’equilibrio tra filtrazione e assorbimento a livello dei suoi capillari? Quale fattore determina principalmente la resistenza al flusso ematico? In quali vasi sanguigni si accumulerà il sangue se il ventricolo sinistro non pompa regolarmente? Dove si verificherà un edema?