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

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

Ematocrito

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

Legge di Poiseuille

Q = Portata = [1/R]ΔP

Q1

Q2

Q3

Q1 = Q2/2

Q2= Q3

SISTEMA CIRCOLATORIO

Pressione di perfusione = (40-10) mmHg

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

PAM = GC x RVP

PAM = [GS x F] x RVP

v

Q = V/Δt = SΔx/Δt = SvΔt/Δt = Sv

EQUAZIONE di CONTINUITA'

v = Q/S

EQUAZIONE di CONTINUITA'

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

Vasi di pressione

Vasi di resistenza

Vasi di capacità

Arterie: vie di trasporto veloce del sangue dal cuore agli organi.

Serbatoio di pressione.

ARTERIE

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

ΔP = Q x R

MAP = ΔP = Forza propulsiva che mette in circolazione il sangue

Aumenta la resistenza e il flusso diminuisce

Riduce la resistenza e il flusso aumenta

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)

● 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)

PAM = GC x RVP

PAM = [GS x F] x RVP

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

Tutti i recettori adrenergici sono collegati a proteine G.

α1

SNA

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

ipotalamo corteccia

È utile che ci sia un piccolo errore nel segnale per mantenere attiva la risposta a compensare la perdita di sangue

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

FORZE DI STARLING

ΔP = 2 mmHg

Pfiltr.= 11 mmHg

Pass. = - 9mmHg

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.