Lezione 27

Nella scorsa lezione abbiamo concluso trattando le caratteristiche meccaniche passive dei vasi e abbiamo quindi definito la pressione transmurale come pressione relativa data da Ptm=Pint-Pest dove, la pressione del vaso è un valore a cui dovremmo aggiungere(come in tutti i distretti corporei) quello della Patm=760mmHg. Riferendo tutte le P alla T possiamo dire che la Pint è ad es. pari a 100mmHg e che la Pest=0(assumiamo che sia zero per comodità, in effetti non è cosi perché all’est del vaso abbiamo tessuto e non atmosfera e vedremo che nei tessuti la pressione può essere leggermente positiva o inferiore rispetto a quella atmosferica). La pressione transmurale è la pressione che distende il vaso, abbiamo visto che non tutti i vasi si comportano allo stesso modo:COMPLIANZA, molto più elevata nella vena cava(per distenderla occorrono solo 24cm d’H2O)ELASTANZA, reciproco della complianza, molto più elevata nell’aorta(per distenderla occorrono 300cmd’H2O)L’immagine ci illustra a cosa è attribuibile il diverso comportamento meccanico della vena cava e dell’aorta.La vena cava è più distendibile dell’aorta per la diversa struttura della sua parete.Dimostriamo ciò sperimentalmente: Immaginiamo di avere un preparato con un pezzettino di vaso.

Caso fresco: in condizioni normali/standard in cui abbiamo appena scisso un vaso, se vogliamo far variare la circonferenza dal valore iniziale al 60%in più, dobbiamo applicare una tensione T=160g/cm

Ora trattiamo il nostro preparato con-Tripsina: endoproteasi che va a ledere le molecole di elastina; se esercitiamo la stessa T=160g/cm il nostro vaso varierà meno la sua circonferenza, perché le molecole di elastina sono rotte e quindi il vaso sarà più rigido.-Ac.formico: sostanza che distrugge la componente collagenica; se esercitiamo la stessa T il vaso espanderà molto di più la sua circonfereza, ossia è sufficiente una tensione esigua nella parete per far aumentare il raggio del 60%.Sia la componente collagenica che l’elastina sono responsabili in egual misura(perché la curva si trova in una posizione intermedia tra quello che otteniamo distruggendo il collagene e quello che otteniamo distruggendo l’elastina) del comportamento passivo del vaso e delle sue caratteristiche di distensibilità.Vena->distendibile(vaso che sembra quasi collassato:poca Ptm per distenderlo)Arteria->elastica(ma ha una distensibilità più bassa)Non necessariamente un vaso elastico è anche distendibile.

Ora prendiamo in considerazione insieme all’aspetto meccanico passivo dei vasi il loro comportamento correlato al flusso di sangue nei vasi.Abbiamo già visto cos’è il moto laminare e abbiamo trattato la viscosità del sangue e del plasma(a tal proposito ricordiamo la LEGGE di EINSTEIN: sangue=plasma.(1+2.5Ht), che mette in relazione la viscosità del sangue e del plasma con l’ematocrito ).

Questa figura ci indica come la viscosità dipenda dalla temperatura: rapporto di proporzionalità inversa, la viscosità diminuisce all’aumentare della temperatura e viceversa.* problema dell’aumento di viscosità che può portare a trombosi nei casi in cui la temperatura si abbassa molto negli arti inferiori.

A noi interessa particolarmente l’analisi che ci spiega il moto laminare in un cilindro, perché i vasi possono essere paragonati a dei cilindri; eravamo arrivati alla conclusione che se in un cilindro abbiamo un regime di moto laminare, supportato da una differenza di pressione tra il punto A e il punto B, il flusso è configurato come una serie di lamine cilindriche che scorrono l’una dentro l’altra, e dalla derivazione che avevamo visto risulta che in un regime di questo tipo la velocità di scorrimento del flusso, del liquido ha una forma di tipo parabolico in cui la velocità max è collocata al centro, la velocità nella lamina di liquido adiacente alla parete è uguale a zero(il liquido a ridosso della parete è sostanzialmente fermo).questa derivazione ci porta alla LEGGE di POISEUILLE

Questa distribuzione parabolica della velocità nel vaso ci aiuta a spiegare anche altri fenomeni tra i quali l’insorgenza delle placche ateromatose, conseguenza di questo fenomeno.

Se l’equazione di poiseuille diventa V =P/RDove R =8l/r4, insieme di resistenzeAllora risulta chiara l’analogia tra comportamento fluido-dinamico ed elettrico

flusso di cariche che vanno dal punto di voltaggio V1 al punto di voltaggio V2. Esiste tra il punto1 e il punto2 una differenza di potenziale ci sarà una corrente I di cariche data dalla differenza di potenziale divisa la resistenza elettrica.

Quindi flusso di acqua e flusso di cariche sono esattamente la stessa cosa e sono descritti da una legge simile. Quindi è un analogo della legge di Ohm.

Gittata cardiaca, flusso di sangue nel circolo sistemico e nel circolo polmonare. Flusso di sangue che dobbiamo esaminare in questa serie di tubi che sono il circolo sistemico e/o polmonare. Le resistenze viscose sono quelle che vengono offerte da questa serie di tubi, posti in serie o in parallelo. Vediamo ora qual è il P.

Le due curve nella figura sono simili si riferiscono rispettivamente al circolo sistemico e al circolo polmonare. Tali curve ci dicono qual è la pressione che vige nei vari distretti del circolo o sistemico o polmonare partendo dall’inizio, ossia dalla valvola semilunare, dall’arco aortico, dalle arterie per arrivare fino alla vena cava.Circolo sistemico,osserviamo in rosso il profilo della pressione arteriosa, profilo di tipo oscillatorio e non continuo, che sembra smorzarsi alla fine delle arteriole, in realtà non è cosi, l’oscillazione non si smorza: sappiamo che fino alla vena cava la pressione che troviamo nel circolo sia sistemico sia polmonare è sempre pulsatile(anche se la pulsatilità diminuisce di poco, gradualmente la pressione è sempre pulsatile,vedremo che tale caratteristica costituisce un enorme vantaggio dal punto di vista meccanico). Anche il flusso è pulsatile ed è ovvio che lo sia in quanto non abbiamo uno stantuffo che spinge il sangue dentro nell’arco aortico, ma abbiamo un’immissione di tipo discontinuo che dipende dall’apertura alterna delle semilunari, si aprono e si chiudono e cosi via.. ciò causa l’insorgenza di un flusso pulsatile che esamineremo più avanti.Ora cominciamo ad esaminare l’andamento della pressione media,che è la pressione che vige nel vaso integrata su tutto il ciclo cardiaco, siccome la pressione pulsa non prendiamo come riferimento quella massima o quella minima, ma la pressione media chiamata anche funzionale, pressione integrata(dovremo passare attraverso un calcolo d’integrale) sull’intero ciclo cardiaco. Nella figura la pressione media non è rappresentata ma sta più o meno a metà tra il valore di max e di min, la figura ci dice che andando avanti nel circolo le due pressioni divetano simili e l’oscillazione si smorza: ricordiamo che non si smorza, ma semplicemente si riduce.Vediamo ora che pressione c’è nel primo tratto dell’aorta. Nella figura abbiamo una diversificazione tra aorta, grosse arterie, arteriole, capillari, venule, vene fino a giungere alla vena cava e all’atrio destro. La pressione media a livello dell’aorta, nell’arco aortico, è di circa 100mmHg, diventa circa 95 a livello delle grosse arterie:abbiamo detto che V= P/R =100-95/R=5mmHg/Ril flusso di cui stiamo parlando è la gittata cardiacaGC, che percorre contemporaneamente tutto il ciclo sistemico e tutto il ciclo polmonare, quindi c’è questo flusso che avanza nei vari distretti. Istante per istante l’aorta le arteriole, i capillari, le venule, la vena cava sono

attraversati da un flusso che è sempre quello, la gittata cardiaca; questo in condizioni normali se non ci sono emorragie perché se pratichiamo una perforazione nell’aorta addominale risulta chiaro che il flusso di sangue che giunge all’arteriole e ai capillari sarà di meno perchè parte del sangue uscirà dall’aorta addominale. Ma nel caso fisiologico il flusso in ogni istante è lo stesso ed è la gettata cardiaca. Allora qual è la differenza di pressione che fa spostare questo flusso di sangue, e che lo sostiene, dall’ingresso del circolo a livello della valvola semilunare fino alla fine delle grosse arterie(ad es.)?La pressione subito dopo i lembi della semilunare è circa 100mmHg, alla fine dell’aorta e delle grosse arterie è circa 95mmHg(figura,valore medio che c’è alla fine dei grossi vasi) diviso R.Quindi un gradiente(=differenza, in questo caso di pressione) di 5mmHg,molto piccolo, è quello che sostiene il flusso dall’ingresso al circolo sistemico fino alla fine dei grossi vasi.Ora applichiamo lo stesso ragionamento a tutti i segmenti.Nelle arteriole entra con 95mmHg ed esce con 35, a questo livello la caduta di pressione è di 60mmHg, nei capillari da 35mmHg a 15mmHg è di circa 20mmHg, poi il il gradiente che fa spostare il sangue dai capillari nelle vene è di 10mmHg(da 15 a 5mmHg) e infine arriva con 3mmHg nell’atrio sinistro. Facciamo conto che questo 3 nell’atrio sia circa zero perché in questo distretto la pressione può anche essere inferiore a quella atmosferica(-1,-2), questo perché nel torace c’è una depressione, chiamata intrapleurica, che genera un valore di pressione inferiore a quello atmosferico in tutte le strutture intratoraciche ed il cuore , ovviamente, è una di queste;specialmente durante l’inspirazione l’atrio può assumere valori di pressione leggermente inferiori a zero.Grazie esclusivamente ad un gradiente di pressione sufficiente a vincere le resistenze viscose al flusso il sangue scorre nel circolo sistemico: esce dall’aorta, passa nei distretti distali, attraversa i capillari e ritorna all’atrio destro. Questo gradiente sarà dato dal valore di pressione che c’è a livello dell’aorta meno il valore di pressione che c’è a livello dell’atrio destro, ci sono circa 100mmHg di gradiente di pressione che sostengono il flusso di sangue nei vari distretti e il ritorno di sangue all’atrio destro. Se questo gradiente dovesse diminuire molto non ce la farebbe più a vincere le resistenze al flusso, legate alle caratteristiche geometriche dei vasi. In genere, il gradiente diminuisce perché diminuisce l’azione di pompa cardiaca, allora il gradiente diventa insufficiente, il flusso diminuisce, diminuisce la gettata cardiaca e possiamo avere tanti effetti patologici. Circolo polmonare , anche qui il flusso di sangue che attraversa i vari compartimenti arterioso, arteriolare, venoso fino ad arrivare arrivare all’atrio sinistro è lo stesso, abbiamo visto studiando la legge di starling che la gettata del cuore destro e sinistro sono esattamente le stesse, quindi il flusso è uguale anche nel circolo polmonare, è evidente però che il regime di pressione è molto diverso nel primo caso arriviamo ad un max di 120mmHg nel secondo ad un max di 20-30mmHg, questo perché le resistenze che si incontrano nel circolo polmonare sono molto più basse ed è cosi possibile per il ventricolo destro gestire in regime di pressione più basso(infatti la sua parete è molto più sottile contiene molte meno fibre miocardichedi quello sinistro), sostenere una pressione molto più bassa per avere lo stesso flusso.

Abbiamo visto che nelle arterie la caduta di pressione è di circa 10 mmHg, nelle arteriole 60, nei capillari 20, nelle vene 10mmHg, il totale è100mmHg e vediamo che il distretto dove la caduta di pressione è maggiore è quello delle arteriole, definite come distretto resistivo, cosi come abbiamo definito distretto capacitativo le vene, perché la maggior parte del sangue ivi è contenuto. Distretto resistivo significa che non solo ci sono più resistenze che motivano una maggior caduta di pressione, ma che queste resistenze possono essere modificate modificando il flusso di sangue a valle. Se le resistenze a monte diminuiscono aumenta il flusso a valle, se le

resistenze aumentano il flusso diminuisce, perché aumentando le R varia il P e diminuisce il V°(flusso). Le resistenze vengono aumentate variando il raggio, R e r sono inversamente proporzionali, se il r diminuisce le R aumentano, se stringo un tubo diminuisco il flusso in uscita che esce ad una velocità maggiore, se non lo stringiamo esce con una portata maggiore, ma con una pressione minore ed una minore velocità. Nel nostro caso il raggio viene modificato mediante processi di vasocostrizione e vasodilatazione. Esemplificazione della relazione che sussiste tra flusso, pressione e resistenze(PRU, peripheral resistance unite=unità di resistenze periferiche, si utilizzano queste unità per la misurazione delle resistenze in termini relativi perché a volte risulta difficile misurarle in termini assoluti).

V=P/R -> y = x 1/R ,dove 1/R = pendenzaIn un diagramma del genere maggior pendenza significa minor resistenze.Nel caso1 la pendenza è maggiore del caso4 e le resitenze sono rispettivamente minori e maggiori. Tra i 40 e i 60 mmHg abbiamo la nostra pressione critica di apertura: al di sotto di 40mmHg il vaso è collassato, è chiuso, dobbiamo esercitare una pressione di almeno 40mmHg per riuscire ad aprirlo e farci passare un flusso.Dobbiamo imporre un gradiente di pressione molto alto per avere un flusso, per farlo aumentare ed il flusso è basso perché il vaso nonostante sia aperto non riesce ad ampliarsi, il r è basso, le resistenze sono alte ed il flusso rimane basso, questo è un caso in cui è elevato il tono vasomotore. Quando abbiamo parlato di sistema nervoso autonomo abbiamo visto che il sistema ortosimpatico ha un importante effetto cardiocircolatorio, quello appena citato è uno degli effetti più importanti, l’effetto di regolazione del calibro vasale. Questo fenomeno si verifica un po’ in tutti i vasi(in minima parte anche nei grossi vasi arteriosi e anche nelle vene) ma il distretto in cui si esplica maggiormente è quello arteriolare: nel caso4 il tono vasomotore è molto alto è stato stimolato fortemente il sistema ortosimpatico, la muscolatura liscia delle arteriole è contratta, il vaso si chiude, dobbiamo imporre una pressione alta per riuscire ad aprirlo, nonostante ciò la muscolatura rimane serrata ed impedisce al vaso di ampliare il raggio.Viceversa se il tono vasomotore è molto basso(caso1) sono sufficienti pochi mmHg per avviare il flusso e poi bastano pochi mmHg di differenza di pressione per aumentarlo di molto.Questi sono esperimenti condotti su uno stesso vaso.Vediamo che il sistema ortosimpatico avvalendosi della struttura arteriolare può modulare grandemente il flusso in periferia, possiamo avere variazioni sia del tono vasomotore:si passa dal tono più basso verso un tono più alto; sia della pressione a monte dell’arteriola:avremo

un’ampia gamma di flussi a valle, basterà variare poco il tono vasomotore per variare molto il flusso a valle.

In questa figura è riportata la resistenza in funzione di pressione.I valori di resistenza sono stati ottenuti dal reciproco della pendenza delle curve della figura precedente. Curva1 a P=0/10mmHg il vaso è chiuso, bisogna arrivare ad una pressione pari a 10mmHg per aprire il vaso. Se il vaso è chiuso le resistenze sono max, infinite. Non appena arriviamo a 10mmHg la R crolla di colpo(R=vaore finito), il flusso aumenta mantenendo basse le resistenze, questo valore di resistenza è la pendenza che vediamo pressoché costante perciò la curva rimane orizzontale. Nella condizione2-3 il tono vasomotore è un pochino aumentato per questo la curva è spostata più a destra. Nella condizione4 il tono vasomotore è max, le R rimangono infinite ancora fino a 60mmHg, poi nonostante il vaso si aprirà le resistenze rimarranno sempre molto alte.Quindi di nuovo questa è la relazione tra flusso, pressione e resistenze che ci spiega il comportamento di modulazione del flusso a valle che le arteriole riescono ad effettuare.

Questo è il nostro vaso cilindrico in cui abbiamo una pressione transmurale(Pint-Pest) che lo distende. La legge di Laplace è applicabile ad una struttura cava ed elastica, quindi soggetta a modificazioni del raggio, in dipendenza alle variazioni della pressione transmurale. LEGGE di LAPLACE, Ptm=T/rDimensionalmente F/l2=F/l diviso lLa tensione è la forza espressa tangenzialmente alla superficie, è la forza espressa per unità di lunghezza che può essere visualizzata dallo schema in alto. Abbiamo un tubetto di lattice che riempiamo di acqua, in modo che sia turgido, poi lo incidiamo orizzontalmente con un bisturino, un lembo andrà da una parte l’altro dall’altra. la forza che apre i due lembi del vaso e che fa spostare i lembi è la tensione, cioè una forza che agisce sulla circonferenza del vaso, mentre la pressione transmurale è una forza che agisce sull’interno del vaso contro le pareti del vaso distanziandole.

ARTERIOLA CON PARETE ELASTICA: condizione di stabilità vasaleImmaginiamo di prendere un’arteriola con la parete elastica (analogo del tubetto elastico) se facciamo variare il raggio cambia anche la tensione, come nella prima figura che abbiamo visto, nel caso fresh abbiamo preso un pezzettino di parete di arteriola e abbiamo misurato la tensione facendo variare la circonferenza (abbiamo dunque fatto variare il raggio). In un diagramma tensione/raggio la curva sperimentale ha lo stesso andamento del caso frsh(curva rossa). La legge di Laplace è valida per le strutture elastiche perfette, il nostro vaso non è una struttura elastica perfetta, ha delle componenti elastiche, ma anche delle componenti collageniche(se io vario la%di una di queste due componenti la curva cambia); abbiamo a che fare con una struttura elastica in parte viscosa in parte modificata. Il comportamento elastico perfetto è quello descritto dalla relazione Ptm=T/R allora possiamo dire cheT=PR e descrivere questa relazione con l’equazione di una retta y=px, dove T=y R=x P=p,pendenza.In un diagramma T/r una struttura elastica perfetta ha un comportamento che è quello descritto dalla legge di laplace, dove P1 è la pressione che ha dentro ed è la pendenza per un raggioR1 e una tensione T1. Al variare del raggio varia la tensione e avremo valori di pressione diversi sulla retta.

Sappiamo che nostro vaso non è una struttura elastica perfetta dal punto di vista fisico, lo è per il suo significato biologico, perché quando abbiamo analizzato il caso fresh abbiamo trovato una curva e non una retta in un diagramma T/r.Se nel vaso c’è una pressione P1 qual è il raggio? Se la struttura fosse elastica perfetta la pressione sarebbe un punto sulla retta che descrive il diagramma T/r per P1. Ma il punto che sta contemporaneamente sulla retta che descrive la legge di Laplace e sulla curva reale(quella che abbiamo dell’arteriola scissa e studiata) è il punto d’intersezione tra le due. Il punto A identifica il solo punto di equilibrio meccanico del nostro vaso reale nella condizione in cui all’interno del vaso c’è una pressione P1, quindi per raggiungere il suo equilibrio meccanico, se nel vaso impongo una pressione P1, l’unico raggio possibile per la nostra arteriola descritta dalla curva rossa sarà r1 corrispondente al punto d’intersezione(retta/curva)A, ed avrà una tensione T1. noi abbiamo un vaso rilasciato che ha una parete elastica se dentro ha una pressione P1 ha un’unica possibilità di avere un raggio r1 e una tensione T1 in questo puntoA, tutta la tensione che si sviluppa nella parete è una tensione elastica essendo il vaso rilasciato e dipende dalle sue caratteristiche elastiche. Immaginiamo di aumentare la pressione nel vaso (aumenta la GC,varia la pressione e varia la pressione anche nell’arteriola;oppure basta

cambiare la posizione da verticale a supina, la pressione nel vaso cambia) che diventa P2, la curva si interseca con una retta nuova che ha una pendenza P2 superiore a P1 nel punto B e si sposta a destra; allora il nostro vaso varierà il raggio perché alla nuova condizione di equilibrio meccanico l’unico raggio possibile è r2 e tensione T2. All’aumentare della pressione in un arteriola passiva, rilasciata aumenta anche il raggio. Se la pressione dovesse diminuire ci portiamo da una situazione A ad un ipotetica situazione(non rappresentata in figura) dove la curva si interseca con una retta con pendenza minore e dove avremmo un raggio inferiore a r1 e una tensione inferiore a T1. Questo comportamento che unisce quello di una struttura elastica pura con quello di una struttura elastica non pura, quale il vaso, ci dice che se l’arteriola è rilasciata, grazie alla sua struttura elastica, rimane sempre in una situazione di stabilità vasale: il vaso potrà aumentare o diminuire il suo calibro ma è sempre pervio e il raggio si adegua al valore di pressione transmurale che c’è in quell’istante, se la Ptm aumenta il r aumenta se la Ptm diminuisce il r diminuisce. Questo è importante ai fini dell’economia generale del circolo perché il r è un parametro molto importante nella legge di poiseuille dove compare alla quarta potenza variazioni piccole della pressione vasale causano variazioni del raggio che a sua volta modifica il flusso del sangue(durante l’esercizio muscolare la pressione aumenta un po’, i vasi si distendono un po’ e potranno farsi veicolo di un flusso maggiore all’organo, in questo caso il muscolo, le cui arteriole si sono dilatate; viceversa se si vasocostringe il sistema splancnico si avrà a quel livello un flusso più basso).La condizione di stabilità vasale è quella di un arteriola rilasciata in cui la tensione che c’è nella parete è legata solo alla caratteristica elastica del vaso, quindi il comportamento di stabilità vasale dell’arteriola è completamente passivo ed è legato alle sue caratteristiche meccaniche.

ARTERIOLA CON PARETE ELASTICA + COMPONENTE MUSCOLARE: regolazione distrettuale del flusso

Ttot = P x r = Te + TaT = P2 x r =Te

pto di apertura critica, pto in cui la curva rossa diparte dall’asse delle ascisse.Le arteriole abbiamo visto che sono dotate di una componente elastica , ma anche muscolare, non parleremo solo di tensione elastica(Te) come per l’ arteriola rilasciata, ma parleremo anche di una tensione attiva(Ta). La tensione totale nella parete non è sempre e solo legata

alla componente di tensione elastica perché possiamo avere dentro anche una componente di tensione attiva, che è quella che insorge nel vaso quando facciamo contrarre la componente muscolare. Immaginiamo di avere sempre il nostro vaso, i comportamento reale è identificato dalla curva rossa(la stessa di prima); siamo nella condizione descritta dal punto B, in cui nel vaso rilasciato abbiamo una pressione P2 e un raggio r2. Ora stimoliamo il nostro vaso con l’ortosimpatico, che facendo contrarre la muscolatura radiale provoca la comparsa di una tensione Ta e questa tende a chiudere il vaso, ma di quanto lo chiude?La tensione totale che si sviluppa nella parete del vaso è data da due componenti Te e Ta ed è uguale alla tensione che ci aspettiamo che ci sia nel vaso sulla base della legge di Laplace, ossia T= P x r, se P è P2 la tensione tot che c’è nella parete del nostro vaso sarà uguale punto per punto ad ogni raggio al valore di tensione dettato dalla legge di Laplace, rappresentata dalla retta nera. Se la tensione attiva è zero, come nel caso precedentemente visto, c’è un unico punto che possiamo considerare, quello d’intersezione della curva rossa con la retta nera. Ma se, invece, prendiamo in considerazione anche una tensione Ta, allora la Ttot dovrà essere data dalle due componenti, tensione elastica e tensione attiva. La Ta corrisponde al tratto che sta tra cuva rossa e retta nera, la Te sarà quella tensione che sommata a quella attiva darà la tensione totale, che è la tensione dettata dalla legge di Laplace. Se la Ta è quella rappresentata in figura l’unico punto in cui la Te sommata alla Ta da la Ttot sulla linea di Laplace è r3.Quindi se imponiamo nel vaso una tensione Ta, avendo all’interno una pressione P2, questo non avrà più raggio r2, ma si riduce un po’, per assumere il valore r3.Quindi a parità di pressione nel vaso, se questo è rilasciato il raggio è r2 se il vaso è leggermente contratto il raggio è r3.Possiamo far variare il raggio di qualsiasi struttura elastica(arteria, arteriola..) passivamente,come nel primo caso che non descrive la specificità dell’arteriola;oppure, data una certa pressione, possiamo far variare il raggio e quindi il flusso a valle variando il sistema ortosimpatico, come nel secondo caso che descrive la specificità dell’arteriola(c’è una componente elastica). Ovviamente la Ta può assumere tutti i valori che stanno tra curva rossa e retta nera, se impartissimo una tensione troppo elevata, ossia se consideriamo un valore Ta troppo alto , di lunghezza maggiore a quella massima che c’è tra curva e retta, il nostro vaso collasserebbe. È comunque rarissimo che il vaso collassi, data l’ampia gamma di valori che può assumere la Ta, il vaso modifica il suo raggio senza mai collassare;ciò che succede nell’arteriola è che si garantisce una pur piccola apertura del vaso,anche a raggi molto bassi, senza consentirne la completa chiusura.

Questo comportamento è molto importante, ci consente:1- di variare i l raggio per pure cause elastiche2- di variare i l raggio modulando lo stato di attivazione ortosimpatica3- di assumere valori di raggi molto bassi, senza però determinare la chiusura completa

del vaso*La chiusura completa si verifica in altre strutture che non sono dotate di una componente elastica (ad es. sfintere)

SOLO PARETE MUSCOLARE (SFINTERE)

Diagramma T/r di uno sfintere. Possiamo osservare che non c’è e non è rappresentata la componente elastica e allora lo sfintere a partire da un valore A, che è quello di riposo o è tutto aperto o è tutto chiuso se aumenta il tono simpatico, non c’è possibilità di modulazione se la tensione diventa superiore a quella attiva , ad es. possiamo infilare in uno sfintere un manicotto e gonfiarlo superiamo la tensione attiva dello sfintere contratto e slarghiamo lo sfintere che allora si apre. Ma se la tensione che c’è dentro al lume è inferiore alla tensione attiva che è rappresentata in figura dalla linea rossa, che è costante quando lo sfintere è contratto lo sfintere si chiude , non c’è modulazione, lo sfintere o è chiuso o è aperto.La differenza tra il comportamento dello sfintere e il comportamento dell’arteriola risiede nella struttura elastica della parete, in questo caso possiamo avere una vasta gamma di Ta che ci consentono di variare il raggio del vaso senza determinarne la chiusura e questo ci consente di attuare la cosiddetta modulazione distrettuale del flusso, cioè di variare il flusso di sangue a parità di pressione arteriosa, di lavoro cardiaco, di gettata cardiaca consente di variare il flusso distrettuale istante per istante per venire incontro alle esigenze funzionali dei vari tessuti.

ARTERIOLA CON PARETE LESIONATA: aneurisma

Diagramma che ci illustra il comportamento dell’arteriola con parete lesionata, questo è il caso dell’aneurisma, che compare come una sorta d’ingrossamento, si sfianca la parete vasale, le fibre che compongono la parete sono lesionate. La parete perde le sue caratteristiche di elasticità, non abbiamo più la nostra curva integra, tipica della parete sana, ma abbiamo una curva molto strana che comporta il fatto che se abbiamo nel vaso una pressione P1, cioè una pressione bassa, nonostante la curva sia anomala, abbiamo un raggio r1: fintanto che la pressione è bassa, per una P1 abbiamo un raggio r1 che si mantiene costante e quindi c’è una condizione di stabilità che permette al vaso di funzionare abbastanza correttamente. Ma se la pressione aumenta, portandosi a P2, abbiamo tre punti di potenziale riposo meccanico per il vaso e il valore assunto dal raggio comincia ad essere ambiguo, in effetti il raggio si amplia immediatamente spostandosi verso una condizione d’instabilità e basterà una piccola variazione di pressione per portarsi ad un punto di rottura ed il vaso si rompe. L’esito della rottura da aneurisma che si verifica nella parete di un’arteria (aorta, aorta addominale) che solitamente porta ad un’emorragia immediata,dolorosa e difficile da tamponare; vediamo come la fisica della struttura, la caratteristica meccanica della struttura non è completamente avulsa dall’aspetto patologico, è la modificazione della struttura meccanica che causa la patologia, poi ovviamente concorrono altre componenti: cellulari, biochimiche, immunologiche, ma la componente meccanica è molto importante nel sistema vascolare e lo sarà anche nel sistema respiratorio, meno nel sistema digerente e in altri. Ma nel sistema cardiovascolare e respiratorio le patologie di origine meccanica sono estremamente importanti.DISTENSIBILITA VENOSA

Questo diagramma Volume/Pressione venosa ci illustra come la forma della vena si modifica, non è dissimile dal diagramma precedentemente visto, abbiamo il volume al posto del raggio e la pressione al posto della tensione, ma il significato è analogo, di andare ad osservare la distensibilità ad es. Nel caso delle vene vengono espanse al max del proprio diametro o volume con pressioni molto basse( nella figura si arriva addirittura a 30cmH2O ma il volume max è stato gia raggiunto a 20cmH2O), invece, ricordiamo che in un’arteria la Pmedia è circa 100mmHg, molto più alta. A differenza del vaso arterioso o arteriolare per le vene c’è la possibilità di collassamento, se la pressione diventa inferiore a zero il vaso si restringe e poi può addirittura collassate si verifica che nel vaso abbiamo una Ptm inferiore a zero(anche nei vasi polmonari accade:le vene del circolo polmonare in alcune condizioni possono collassare).In corrispondenza della pressione di apertura il vaso comincia ad aprirsi bene, segue la fase di maggior distensibilità, seguita poi da una fase di raggiungimento di plateaux dettato dal fatto

che le strutture cominciano ad essere messe in tensione ; risultano evidenti le differenze con le arterie.

Nelle scorse lezioni abbiamo analizzato le struttura dei vari vasi,entrando nel dettaglio, e le pressioni che ci sono nei vari punti del circolo sistemico e polmonare. Prendiamo in considerazione il circolo sistemico, nell’aorta abbiamo una pressione di circa 100mmHg e la parete ha uno spessore di 2mm, mentre nel capillare abbiamo una pressione di 15/20mmHg e lo spessore della parete è di 1m, quindi la pressione nell’aorta è 5volte superiore a quella di un capillare e lo spessore della parete 2000volte superiore.Perché il capillare non si rompe se ha una parete 2000 volte più sottile dell’aorta e supporta una pressione solo 5volte inferiore?La risposta alla domanda è nella legge di Laplace: Ptm = T/r , allora T = Ptm x rQuindi possiamo andare a calcolare la tensione nell’aorta, nei vari distretti e anche nei capillari e vedere cosa accade.

Abbiamo la pressione media in mmHg, L’internal pressure che sarebbe sempre la pressione media espressa però in dyna/cm2 per questo i valori sono diversi: 1cmH2O = 103dyne/cm2 , 1mmHg = 1,3cmH2O , allora 1mmHg = 1,3 x 103dyne/cm2 qui ne abbiamo 100, quindi: 100mmHg = 1,3 x 105dyne/cm2. Il raggio è 1,3cm, 1cm=m. Se moltiplichiamo per l’aorta e per i capillari il valore di pressione espresso in dyne/cm2 e il valore del raggio otteniamo la tensione che è 170000dyne/cm e 16dyne/cm rispettivamente. Quello che consente al capillare di avere al suo interno una pressione abbastanza elevata pur avendo uno spessore di solo1m è legato alla tensione della parete che è cosi bassa perché è basso il raggio. Se il raggio del capillare fosse più grande la tensione sarebbe maggiore e non ci potrebbe essere una pressione cosi bassa, l’esito sarebbe che ci sarebbe una minor perfusione perchè capillari più grandi darebbero una peggior perfusione settoriale del tessuto, la parete sarebbe più spessa per poter contrastare la pressione per evitare la rotura quindi sarebbero molto ostacolati i flussi di liquido oppure ci sarebbe un maggior accumulo di liquido nel tessuto: O il tessuto sarebbe edematoso o vi sarebbe una minor per fusione tissutale. Quindi, il fatto che i capillari siano cosi piccoli migliora la perfusione, garantisce la possibilità di avere questa pressione di per fusione ed evita sia il collassamento dei vasi che la possibile insorgenza di edema. Il tutto è legato alle dimensioni(esempio di anatomia funzionale).

LEGGE di BERNOULLIEtot = P . V + ½ m . vel2 + mgh

Etot/ V = P + ½ m/V . vel2 + m/V . gh dove m/V =

La legge di Bernoulli è la legge della conservazione dell’energia totale in un fluido e ci dice che l’energia totale in un fluido è data da tre componenti:1-Pint x V, pressione interna che chiameremo laterale2-componente legata all’energia cinetica del flusso che sta scorrendo3-componente gravitazionale

Quando si parla di un fluido è bene normalizzare al volume, quindi al posto dell’energia totale tratteremo dell’energia totale per unità di volume. L’energia totale per unità di volume del sangue, in questo caso, è data dalla pressione laterale, che non è altro che la pressione che agisce sulla superficie interna del vaso è quindi in questo caso l’analogo della Ptm, ma in questa accezione definendola laterale intendiamo che è la pressione che agisce contro la parete espandendola, non è altro che il raffinamento del concetto che già abbiamo di pressione transmurale, più la componente cinetica più la componente gravitazionale.

Adesso esaminiamo quest’equazione scindendola in due parti, una parte ci da la spiegazione di quello che è l’effetto della componente cinetica del moto, l’altra ci da la spiegazione dell’effetto della componente gravitazionale.

1-COMPONENTE CINETICA

Quando si parla di circolo si parla di flusso e quando si parla di flusso si parla di resistenze: in quest’equazione non è indicata un’altra grandezza importante che l’energia dissipata sottoforma di calore contro gli attriti viscosi. Qui si immagina l’energia totale conservata in un fluido ideale, un fluido reale ha degli attriti e l’energia totale non è mantenuta costante o meglio è mantenuta costante se prendiamo in considerazione il valore del calore dissipato. Considereremo il sangue come un fluido ideale che scorre nel circolo con un moto laminare.

Etot/V = P + ½ . vel2

Nell’analizzare la componente cinetica immaginiamo di avere un tubo, un cilindro disposto orizzontalmente(trascurabile la componente gravitazionale, pari a zero gh = 0).In un fluido ideale dove non ci sono attriti l’energia totale è conservata, quindi se abbiamo tanti punti A, B,.. l’energia totale sarà uguale in ognuno di essi PA + ½ velA2 = PB + ½ velB2

Nella condizione in cui il nostro tubo, attraversato sempre da un flusso costante, presenta un restringimento, se il flusso è uguale a velocità per sezione(V° = vel . sez), se la sezione aumenta o diminuisce in un punto, essendo il flusso lo stesso in A, B, C, dovrà variare la velocità in corrispondenza di sezioni diverse. Un flusso costante attraversa sezioni diverse a velocità differenti. Se la sezione A >sezione B, allora velocità A < velocità B.La velocità, nella nostra legge di Bernoulli semplificata, ci dice che se l’energia totale rimane costante e se la velocità inA è minore della velocità inB, allora PA>PB. Possiamo osservare in figura che a livello del capillare laterale corrispondente ad A la pressione laterale che si esercita sulle pareti è maggiore rispetto al capillare in corrispondenza di B, il menisco sale di più in A che in B.

A)Osserviamo ora cosa accade in un vaso che non ha restringimenti. PA impone un flusso(PB non è uguale a PA perché in un flusso reale, a differenza di quello ideale precedentemente visto, vi sono gli attriti e per avere un flusso da A a B la PA>PB) quindi se andassimo ad analizzare la pressione laterale da A a B troveremmo un profilo decrescente. La riga orizzontale ci indica quale sarebbe il profilo di pressione in un fluido ideale, non esistente, la linea che decresce ci indica quello che troviamo in un fluido reale(dispersione sottoforma di calore per vincere gli attriti viscosi). Se ora imponiamo una restrizione nel tubo in cui scorre un fluido reale gli effetti sono più o meno analoghi a quelli osservati per un fluido ideale: la pressione in B è ancora inferiore rispetto a quella che abbiamo trovato per un fluido ideale perché devono essere vinti alcuni attriti.

B)Una conseguenza funzionale è di tipo pratico. La figura ci illustra quali sono quelle componenti di energia totale che abbiamo ripartito tra pressione laterale e componente cinetica. Se sommiamo quest’ultima, ½ . vel2, ad una pressione, ha le stesse dimensioni di una pressione. Immaginiamo di dover misurare la pressione in un paziente, solitamente si misura con uno strumento non invasivo, lo sfigmomanometro, ma in chirurgia o se si ha l’esigenza di misurarla in qualche recesso o nell’arteria polmonare si usano dei cateteri molto perfezionati. Come si posiziona dunque il catetere? Non è la stessa cosa posizionarlo nella stessa direzione del flusso di sangue o nella direzione opposta. Se dobbiamo misurare la pressione di un vaso, dove la P è la pressione laterale, nella maniera corretta dobbiamo fare un taglietto o un buchino laterale nel vaso per inserire il cateterino, in questo caso misuriamo la pressione laterale. Se, poniamo il catetere rivolto verso il flusso ed il tubicino è stato aperto, misuriamo sia la pressione laterale che l’impatto dell’energia cinetica, facciamo una sovrastima della pressione laterale, che ci induce in errore perché tanto è maggiore la velocità di scorrimento del liquido tanto sbagliamo nella misurazione della pressione laterale. Se mettiamo il catetere nella stessa direzione del flusso con l’apertura che guarda verso la stessa direzione di scorrimento del sangue facciamo una misurazione per difetto, quindi una sottostima della pressione laterale.

Il fenomeno del restringimento porta alla formazione delle placche ateromatose, conseguenza più interessante dal punto di vista fisiologico e patologico. Osserviamo la figura ottenuta con la metodologia dell’ecodoppler su un vaso arterioso, troviamo un segmento di vaso sano, la confluenza di due vasi e una grossa placca ateromatosa. Nel primo segmento la sezione del vaso è costante è il sangue fluisce a velocità costante, dove c’è la placca troviamo il restringimento del vaso, la sezione diminuisce perchè c’è del materiale lipidico di deposito. Il flusso del sangue è sempre costante nonostante vi sia il restringimento, dunque ciò che varia è la velocità, che sarà maggiore in corrispondenza della placca; se la velocità aumenta diminuisce la pressione laterale, se la pressione in corrispondenza della placca diminuisce è favorita l’ulteriore deposizione di materiale lipidico. La placca ateromatosa, una volta formata, si ingrandisce sempre più e può andare ad occludere più o meno totalmente il vaso: se il vaso è totalmente occluso è impedita la perfusione a valle e ciò provoca un’ipossia, un’anossia periferica, se il vaso non è totalmente occluso si verifica un fenomeno molto particolare che si chiama flutter.Il flutter consiste nel fatto che il vaso si apre e si chiude ripetutamente causando a valle un flusso intermittente. Se il vaso è occluso il flusso cessa, se il flusso cessa la pressione a valle crolla a zero e la pressione a monte diventa uguale a quella più a valle, ossia aumenta. Il fatto che a monte Paumenti e a valle diminuisca causa un gradiente di pressione a cavallo della placca ateromatosa più grande di prima ed ecco che il flusso riparte si riapre un pertugio dove c’è la placca ed un fiotto di sangue passa ad elevata velocità, ma se la velocità è elevata la pressione laterale è bassa e il flutter si richiude e via di seguito..Quindi si verifica quest’apertura intermittente che ha delle gravi conseguenze sulla perfusione dei tessuti periferici.Tutto questo è conseguenza della legge di Bernoulli applicata al nostro circolo.