0 Il sangue e la circolazione

Il trasporto interno negli animali Il sistema circolatorio ha relazioni molto strette con tutti i tessuti del corpo In molti animali, microscopici vasi chiamati capillari formano unintricata rete di vasi sanguigni tra le cellule dei tessuti. Capillare Nuclei delle cellule del tessuto muscolare liscio Globulo rosso LM 700 Figura 18.1A

Capillare Liquido interstiziale Cellula tessutale Diffusione di molecole Figura 18.1B I capillari sono i siti di scambio tra il sangue il liquido interstiziale in cui sono immerse le cellule di un tessuto.

18.2 Il sistema circolatorio può essere aperto, come quello degli insetti, oppure chiuso, come quello umano Gli cnindari e i vermi piatti hanno una cavità gastrovascolare che scambia materiale con lambiente, garantisce un sufficiente trasporto interno agli animali e funziona da apparato digerente. Figura 18.2A Bocca Canale circolare

Figura 18.2B Pori Cuore tubulare La maggior parte dei molluschi e tutti gli artropodi hanno un sistema circolatorio aperto: in alcune regioni del corpo, il sangue esce dai vasi e scorre tra le cellule dei tessuti (senza separazione tra liquido interstiziale e sangue).

I vertebrati, compresi i mammiferi, hanno un sistema circolatorio chiuso, nel quale il sangue si trova sempre allinterno dei vasi. In questo sistema esistono tre tipi di vasi: – le arterie, che trasportano il sangue dal cuore agli organi attraverso tutto il corpo; – le vene, che riportano il sangue al cuore; – i capillari che fanno passare in ciascun tessuto il sangue dalle arterie alle vene.

Sistema circolatorio chiuso di un pesce: Arteria (sangue ricco di O 2 ) Arteriola Letti capillari Venula Vena Atrio Ventricolo Cuore Arteria (sangue povero di O 2 ) Capillari branchiali

Il sistema cardiovascolare dei vertebrati ha subìto un processo evolutivo Nei pesci il cuore è costituito da due sole cavità e il sangue scorre in ununica direzione: viene pompato nelle branchie, passa attraverso i capillari sistemici, per poi ritornare allatrio del cuore. Figura 18.3A Capillari sistemici Capillari branchiali Cuore: Ventricolo (V) Atrio(A)

Per garantire un maggior flusso di sangue agli organi, i vertebrati terrestri hanno una circolazione doppia, in cui il sangue attraversa due volte il cuore. La circolazione polmonare mette in comunicazione il cuore con il tessuto polmonare in cui avvengono gli scambi gassosi. La circolazione sistemica trasporta il sangue dal cuore al resto del corpo e poi di nuovo al cuore.

Figura 18.3B Circolazione pulmo-cutanea Circolazione sistemica DestraSinistra AA V Capillari polmonari e del sistema cutaneo Capillari sistemici Il cuore di anfibi e rettili è diviso in tre cavità: due atri e un ventricolo.

Circolazione polmonare Circolazione sistemica Destra Sinistra AA V Capillari polmonarii Capillari sistemici V Figura 18.3C Nei mammiferi e negli uccelli il cuore è diviso in quattro cavità: due atri e due ventricoli.

Il sistema cardiovascolare umano Il sistema cardiovascolare umano è costituito dal cuore e dai vasi sanguigni Il cuore umano e di tutti i mammiferi ha due atri dotati di una parete sottile che ricevono il sangue che entra nel cuore e lo spingono per la breve distanza che li separa dai ventricoli. I ventricoli hanno una parete più spessa e pompano il sangue verso tutti gli altri organi del corpo. Atrio destro Atrio sinistro Valvola semilunare Valvola semilunare Valvola atrioventricolare (tricuspide) Valvola atrioventricolare (bicuspide) Ventricolo destro Ventricolo sinistro Figura 18.4A

Figura 18.4B Vena cava superiore Capillari della testa, del torace e delle braccia Arteria polmonare Capillari del polmone sinistro Vena polmonare Aorta Atrio sinistro Ventricolo sinistro Aorta Capillari della regione addominale e delle gambe Vena cava inferiore Ventricolo destro Atrio destro Vena polmonare Capillari del polmone destro Arteria polmonare Percorso del sangue attraverso il sistema cardiovascolare:

La struttura dei vasi sanguigni è perfettamente adattata alle loro funzioni I capillari hanno pareti molto sottili costituite da un singolo strato di cellule epiteliali. Arterie, arteriole, vene e venule hanno pareti più spesse, rivestite da un epitelio e rinforzate da uno strato di tessuto muscolare liscio e da uno di tessuto connettivo. Figura 18.5 Capillare Epitelio Membrana basale Valvola Epitelio Tessuto muscolare liscio Tessuto connettivo Vena Venula Arteriola Arteria Tessuto connettivo Tessuto muscolare liscio Epitelio

Il cuore si contrae e si distende ritmicamente Quando il cuore è rilassato, durante una fase chiamata diastole, il sangue fluisce dentro a tutte e quattro le sue cavità. Laltra fase del ciclo cardiaco è detta sistole e comincia con una brevissima contrazione degli atri, che riempie i ventricoli di sangue; poi si contraggono i ventricoli, si chiudono le valvole atrioventricolari, si aprono le valvole semilunari e il sangue viene pompato nelle grandi arterie.

Circolo cardiaco: Figura 18.6 Il cuore è rilassato e le valvole atrioventricolari sono aperte 1 2 Gli atri si contraggono. Sistole Diastole 0.4 s 0.1s 0.3 s 3 I ventricoli si contraggono; le valvole semilunari sono aperte

La quantità di sangue al minuto che il ventricolo sinistro pompa dentro laorta è detta gittata cardiaca. Le valvole atrioventricolari impediscono al sangue di refluire verso gli atri quando i ventricoli si contraggono, mentre le valvole semilunari si chiudono quando i ventricoli si rilassano durante la diastole, impedendo al sangue di ritornare nei ventricoli.

Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito cardiaco Una regione specializzata del tessuto muscolare cardiaco detta nodo senoatriale (SA), o pacemaker, mantiene il ritmo regolare di pompaggio del cuore determinando la frequenza con cui esso si contrae. Figura Nodo senoatriale (pacemaker) Nodo atrioventricolare Fibre muscolari specializzate per la trasmissione degli impulsi Apice Ventricolo destro Atrio destro ECG

Il nodo senoatriale genera impulsi elettrici trasmessi anche a una regione particolare, il nodo atrioventrcicolare (AV). I segnali elettrici che insorgono e si propagano nel cuore generano dei cambiamenti elettrici sulla pelle che possono essere rilevati tramite degli elettrodi e registrati come elettrocardiogramma. Il ritmo cardiaco è influenzato anche da ormoni e potenziato dallesercizio fisico.

COLLEGAMENTI Che cosè un attacco cardiaco? Se uno o più vasi sanguigni si ostruiscono, le cellule muscolari cardiache muoiono rapidamente, il cuore non è più in grado di pompare sufficiente sangue nel corpo e si verifica un attacco cardiaco, o infarto del miocardio. Aorta Vena cava superiore Arteria polmonare Arteria coronarica sinistra Arteria coronarica destra Occlusione Tessuto muscolare morto Figura 18.8A

Tessuto connettivo Tessuto liscio Epitelio LM 160 LM 60 Placche Figura 18.8B Laterosclerosi è una patologia cardiovascolare cronica dovuta a formazione di placche (ateromi) che si sviluppano e si accrescono allinterno delle pareti dei vasi, determinando il restringimento del lume delle arterie e facendo scorrere il sangue con maggiore difficoltà.

18.9 Il sangue esercita una pressione sulle pareti dei vasi La pressione sanguigna corrisponde alla forza che il sangue esercita sulle pareti dei vasi sanguigni. Dipende, in parte, dalla gittata cardiaca e, in parte, dalla resistenza al flusso sanguigno operata dallo stretto lume delle arteriole.

Figura 18.9A Pressione (mm Hg) Pressione sistolica Pressione diastolica Dimensione relative e numero di vasi sanguigni Velocità (cm/sec) Aorta Arterie Atreriole Capillari Venule Vena cava Vene La pressione e la velocità del sangue sono maggiori nellaorta e nelle arterie.

Muscolo scheletrico Direzione del flusso sanguigno nella vena Valvola (aperta) Valvola (chiusa) Figura 18.9B Le grosse vene dei mammiferi sono compresse tra muscoli scheletrici e hanno valvole che consentono al sangue di scorrere solo in direzione del cuore.

Pressione sanguigna 120 sistolica 70 diastolica (ancora da misurare) Manicotto di gomma gonfiata con aria Arteria Pressione del manicotto sopra Pressione del manicotto sotto i Pressione del manicotto sotto i I suoni si arrestano Suoni udibili nello stetoscopio Arteria chiusa COLLEGAMENTI Misurando la pressione sanguigna è possibile evidenziare i problemi cardiovascolari Il valore normale della pressione sanguigna di un adulto è 120/70: il primo numero rappresenta la pressione durante la sistole, mentre il secondo quella durante la diastole Figura 18.10

Lalta pressione sanguigna, o ipertensione, viene definita come pressione sanguigna che raggiunge di norma valori superiori a 140mmHg per la pressione sistolica, e superiori a 90 mmHg per la pressione diastolica. Lipertensione interessa circa un quarto della popolazione adulta e aumenta il rischio di ictus, infarto del miocardio e altre patologie cardiache o renali.

VenulaArteriola Venula Arteriola Sfinteri precapillari Metarteriola Capillari Metarteriola Il tessuto muscolare liscio controlla la distribuzione del sangue La muscolatura liscia delle pareti delle arteriole può contrarsi o rilassarsi, ostacolando oppure favorendo lingresso del sangue nel letto capillare. Figura Sfinteri rilassati Sfinteri contratti

18.12 Molte sostanze riescono a passare attraverso le pareti dei capillari TEM 5000 Cellula muscolare Spazio tra due cellule epiteliali della parete capillare Nucleo di una cellula epiteliale Parete capillare Lume capillare Liquido interstiziale Figura 18.12A

Lo scambio di sostanze tra il sangue e il liquido interstiziale avviene in diversi modi: – per diffusione ed endocitosi; – per pressione sanguigna e pressione osmotica. Cellule tessutali Pressione osmotica Estremità capillare vicina allarteriola Liquido interstiziale Pressione netta verso lesterno Pressione netta verso linterno Pressione sanguigna Pressione sanguigna Pressione osmotica Estremità capillare vicina alla venula Figura 18.12B

Due forze attive spingono il liquido allinterno e allesterno del capillare: – una è la pressione sanguigna che tende a far uscire il liquido fuori dal lume del capillare; – laltra è la pressione osmotica che tende ad attirarlo dentro al lume.

Composizione e proprietà del sangue Il sangue è costituito dal plasma e da elementi cellulari in sospensione che si originano nel midollo osseo Il sangue è formato da diversi tipi di elementi cellulari, chiamati nel loro insieme elementi figurati, che sono in sospensione in un liquido, detto plasma. Il plasma è composto per circa il 90% da acqua; tra i numerosi soluti si trovano sali inorganici sotto forma di ioni, proteine, sostanze nutritive, prodotti di scarto, ormoni.

Gli elementi figurati in sospensione nel plasma sono i globuli rossi, i globuli bianchi e le piastrine. I globuli rossi sono chiamati anche eritrociti e la loro funzione principale è quella di trasportare ossigeno. I globuli bianchi, o leucociti, hanno la funzione di combattere le infezioni e di impedire la crescita delle cellule cancerose.

La composizione del sangue: Elementi cellulari (45%) Tipi di cellule Numero (per mm 3 di sangue) Funzioni Eritrociti (globuli rossi) 5–6 milioni Trasporto di ossigeno e, in parte, di anidride carbonica Leucociti (globuli bianchi) 5000– Difesa e immunità Basofili Esosinofili Linfociti Monociti Coagulazione del sangue – Piastrine Neutrofili Plasma (55%) Componenti Principali funzioni Acqua Solvente per diluire le altre sostanze Ioni inorganici: Sodio Potassio Calcio Magnesio Cloruro Bicarbonato Equilibrio osmotico, azione tampone, trasmissione di impulsi nervosi Proteine plasmatiche: Albumina Fibrinogeno Immunoglobuline Equilibrio osmotico e azione tampone Coagulazione Immunità Sostanze trasportate dal sangue: Sostanze nutritive Prodotti di rifiuto del metabolismo Gas respiratori (O 2 eCO 2 ) Ormoni Sangue centrifugato Figura 18.13

COLLEGAMENTI La mancanza o leccesso di globuli rossi possono essere dannosi per la salute Quantità troppo basse di emoglobina o un ridotto numero di globuli rossi comportano una patologia detta anemia. Colonizzata SEM 3400 Figura 18.14

Se i tessuti non ricevono abbastanza ossigeno, i reni secernono un ormone chiamato eritropoietina (EPO), che stimola il midollo osseo a produrre più globuli rossi. Alcuni atleti scelgono metodi drastici o illegali per incrementare la capacità di trasporto di O 2 nel sangue, al fine di migliorare le proprie prestazioni, iniettandosi EPO sintetica.

La coagulazione blocca la fuoriuscita di sangue dai vasi sanguigni danneggiati Le piastrine e la proteina plasmatica fibrinogeno sono sempre presenti nel sangue e si attivano per produrre un coagulo nel momento un cui un vaso sanguigno viene leso. Colonizzata SEM 3400 Figura 18.15B

Epitelio 1 Le piastrine aderiscono al tessuto connettivo, lesionato a causa di una ferita Tessuto connettivo Piastrine Tappo di piastrine 2 Si forma un aggregato di piastrine 3 Un coagulo di fibrina intrappola le cellule Figura 18.15A Il processo di coagulazione del sangue:

Attraverso lanalisi del sangue si possono diagnosticare molte malattie Lanalisi del sangue è probabilmente lesame clinico più diffuso e più richiesto dai medici. Lesame del sangue permette di: evidenziare carenze ormonali o vitaminiche e squilibri nellalimentazione; valutare il rischio di sviluppare malattie cardiovascolari o renali; avere indicazioni sulla presenza di uninfezione o anche di un tumore non ancora diagnosticati. COLLEGAMENTI

Le cellule staminali potrebbero essere utilizzate per curare la leucemia e altre malattie delle cellule del sangue Le cellule staminali si differenziano negli elementi figurati del sangue e possono essere usate per la cura di malattie come, per esempio, la leucemia. Figura 18.17B COLLEGAMENTI Cellule staminali linfoidi Cellule staminali mieloidi Eritrociti Basofili Eosinofili NeutrofiliMonociti Linfociti Piastrine