Unità 11 Il sangue e il sistema circolatorio

Unità 11 Il sangue e il sistema circolatorio

Obiettivi

Conoscere i diversi tipi di sistema circolatorio che si sono evoluti negli animali

Conoscere la struttura del sistema cardiovascolare umano

Sapere attraverso quali meccanismi vengono distribuiti i gas respiratori nell’organismo

Imparare quali sono i componenti del sangue

Prova di competenza - Contrastare la forza di gravità?

Negli animali che hanno la testa più in alto del torace, come esseri umani e giraffe, in che modo il sangue riesce ad arrivare fino al cervello?

3

Lezione 1

I MECCANISMI DEL TRASPORTO INTERNO

4

11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi coni tessuti

Per vivere ogni cellula ha bisogno di

– Ricevere sostanze nutritive

– Scambiare i gas con l’esterno

– Eliminare i prodotti di scarto del metabolismo

La maggior parte degli animali ha un corpo troppo grande e complesso perché questi scambi possano avvenire per diffusione semplice

5


È necessario un sistema di trasporto interno che permetta alle sostanze di muoversi fra la superficie del corpo e i tessuti al suo interno

6


Negli organismi più semplici una cavità gastrovascolare centrale è deputata alla

– Digestione

– Distribuzione delle sostanze nutrive nel corpo

Gli animali più complessi hanno bisogno di un vero sistema circolatorio formato da

– Una pompa, il cuore

– Un liquido circolante, il sangue

– Tubi per il trasporto, i vasi sanguigni

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Il sistema circolatorio aperto

– Tipico di artropodi e molluschi

– Il sangue scorre in vasi dalle estremità aperte per raggiungere direttamente le cellule

– Le cellule dei tessuti sono a diretto contatto con il sangue: non c’è differenza fra liquido interstiziale e sangue

8

Pori

Cuore tubulare

9


Il sistema circolatorio chiuso

– Detto anche sistema cardiovascolare

– Lo possiedono lombrichi, seppie, polpi e tutti i vertebrati

– Il sangue rimane chiuso nei vasi, separato dal liquido interstiziale

– Tre tipi di vasi

– Arterie

– Vene

– Capillari

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Letti capillari

Arteria

(sangue ricco di O2)

Arteriola

Arteria

(sangue povero di O2)

CuoreVentricolo

Atrio

Vena

Venula

Capillaribranchiali

11


STEP BY STEP

In che cosa differiscono i vasi e il sangue di un sistema circolatorio aperto da quelli di un sistema circolatorio chiuso?

12

11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione dei vertebrati

Il sistema circolatorio dei pesci

– Il sangue scorre in un unico circuito e il cuore possiede due cavità separate

– Il sangue pompato dal ventricolo raggiunge i capillari nelle branchie

– Dalle branchie prosegue fino a raggiungere i capillari negli altri tessuti

– Da capillari nei tessuti torna all’atrio del cuore

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alla luce dell’evoluzione

Capillari branchiali

Cuore:

Ventricolo (V)

Atrio (A)

Capillari sistemici

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I vertebrati terrestri hanno una circolazione doppia

– Il sangue scorre attraverso due circuiti separati: la circolazione polmonare e la circolazione sistemica


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Circolazione doppia, cuore a tre cavità

– Tipica di rettili e anfibi

– Il cuore ha due atri e un ventricolo

– L’atrio destro riceve il sangue dai capillari sistemici

– Il ventricolo pompa il sangue ai polmoni e, nel caso di molti anfibi, alla pelle (cicolazione pneumo-cutanea)

– Il sangue ricco di ossigeno torna all’atrio sinistro

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Capillari polmonari e cutanei

Circolazione

pneumo-cutanea

V

Destra

Capillari sistemici

A A

Sinistra

Circolazionesistemica

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Il cuore a quattro cavità

– Tipica di coccodrilli, uccelli, mammiferi

– Il cuore ha due atri e due ventricoli

– Circolazione polmonare e circolazione sistemica non si mischiano

– Il lato destro del cuore riceve e pompa solo sangue povero di ossigeno

– Il lato sinistro riceve e pompa solo sangue ricco di ossigeno

– Un sistema circolatorio così efficiente è indispensabile per alimentare l’elevato tasso metabolico di animali endodermi come mammiferi e uccelli

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Capillari polmonari

Circolazionepolmonare

V

Destra

Capillari sistemici

A A

Sinistra

Circolazionesistemica

V

19


STEP BY STEP

Qual è la differenza principale tra la circolazione singola dei pesci e quella doppia dei vertebrati terrestri?


20

Lezione 2

IL SISTEMA CARDIOVASCOLARE UMANO

21

11.3 Il sistema cardiovascolare umano comprende una doppia circolazione

Il sistema cardiovascolare umano comprende una doppia circolazione:

La circolazione polmonare assicura l’ossigenazione del sangue e l’espulsione del CO2 attraverso il polmoni

La circolazione sistemica trasporta i gas respiratori da e verso i vari distretti corporei

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Percorso del sangue nel sistema cardiovascolare umano, circolazione polmonare

Il ventricolo destro pompa il sangue povero di ossigeno nelle arterie polmonari

Il sangue raggiunge i capillari dei polmoni

Nei polmoni il sangue assorbe O2 e libera CO2

Attraverso le vene polmonari il sangue ricco di ossigeno arriva nell’atrio sinistro del cuore

Dall’atrio sinistro, il sangue ricco di O2 passa al ventricolo sinistro

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Percorso del sangue nel sistema cardiovascolare umano, circolazione sistemica

Il ventricolo sinistro pompa il sangue nella circolazione sistemica attraverso l’arteria aorta

L’aorta si dirama in diverse arterie che raggiungono i capillari distribuiti in tutti i tessuti

I capillari convergono in vene di diametro crescente, quelle provenienti dalla parte superiore si immettono nella vena cava superiore quelle provenienti dalla parte inferiore nella vena cava inferiore

Le due vene convergono nell’atrio destro; da qui il sangue passa nel ventricolo sinistro, il punto di partenza

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Vena cava

superiore

Arteria

polmonare

Capillari

del polmone

destro

8

9

2

3

Aorta

4 510

16

Vena polmonare

9Atrio destro

Vena cava

inferiore

Ventricolo destro

4

8

3

Arteria

polmonare

Capillari

del polmone

sinistro

Aorta

Vena polmonare

Atrio sinistro

Ventricolo sinistro

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Capillari della testa,

del torace e delle braccia

Capillari della regione

addominale e delle gambe

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STEP BY STEP

Per quale motivo il sangue che scorre nelle vene polmonari è più ricco di O2 del sangue che scorre nelle vene cave?

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11.4 Il cuore si contrae e si rilassa ritmicamente

La struttura del cuore

– Tre strati di tessuto

– Epicardio: rivestimento esterno

– Miocardio: tessuto muscolare

– Endocardio: rivestimento interno

– Gli atri hanno pareti sottili, ricevono il sangue dalle vene e lo pompano nei ventricoli

– I ventricoli hanno pareti più spesse per pompare il sangue nelle arterie

– Atri e ventricoli sono collegati dalle valvole atrioventricolari

27

Atrio

destro

Ai polmoni

Dai polmoni

Valvola

semilunare

Valvola

atrioventricolare

Atrio sinistro

Ai polmoni

Dai polmoni

Valvola

semilunare

Valvola

atrioventricolare

Ventricolo

destroVentricolo

sinistro

28


Durante la diastole

– Il cuore è completamente rilassato

– il sangue fluisce passivamente in tutte e quattro le sue cavità

Durante la sistole

– Gli atri si contraggono velocemente spingendo il sangue nei ventricoli

– Successivamente, i ventricoli si contraggono spingendo il sangue nella arterie

– Durante la seconda fase gli atri cominciano a rilassarsi e riempirsi nuovamente di sangue

29

Le valvole

semilunari

sono chiuse1 Il cuore

è rilassato

Le valvole

atrioventricolari

sono aperte

Diastole

0,4 s

30

Le valvole

semilunari


è rilassato

Le valvole

atrioventricolari

sono aperte

Diastole

0,4 s

2 Gli atri

si contraggono

Sistole0,1 s

31

Le valvole

semilunari


è rilassato

Le valvole

atrioventricolari

sono aperte

Diastole

0,4 s

2 Gli atri

si contraggono

Sistole0,1 s

Le valvole

Semilunari

sono aperte

3 I ventricoli

si contraggono

Le valvole

atrioventricolari sono chiuse

0,3 s

32


Gittata cardiaca

– Quantità di sangue pompata al minuto dal ventricolo sinistro

Frequenza cardiaca

– Numero di battiti (contrazioni) al minuto

I suoni cardiaci che si sentono con uno stetoscopio sono causati dalla chiusura delle valvole cardiache

Un suono sibilante che viene descritto come soffio cardiaco può indicare la presenza di un difetto in una o più valvole cardiache

33


STEP BY STEP

Qual è la definizione di ciclo cardiaco e di gittata cardiaca?

34

11.5 Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito cardiaco

Il nodo senoatriale (pacemaker)

– Stabilisce il ritmo di contrazione per tutte le cellule del cuore

– Genera impulsi elettrici diretti agli atri

Il nodo atrioventricolare

– Trasmette gli impulsi elettrici ai ventricoli

– La trasmissione è ritardata di circa un decimo di secondo per permettere agli atri di svuotarsi completamente prima che avvenga la contrazione dei ventricoli

35

Pacemaker

(nodo senoatriale)Nodoatrioventricolare

Atriodestro

1 Il pacemaker

segnala all’atrio

di contrarsi

2 I segnali

si propagano

attraverso gli atri

ECG

3 I segnali sono

trasmessi

all’apice del cuore

4 I segnali

si propagano

attraverso

i ventricoli

Apicedel cuore

Fibre muscolari

specializzate

36


L’elettrocardiogramma (ECG)

– Rileva attraverso la pelle gli impulsi elettrici generati dal cuore e li registra

In un cuore sano il ritmo cardiaco è regolato in base all’attività del corpo

37


Anomalie nel ritmo cardiaco (aritmie) possono verificarsi durante un attacco cardiaco causato da un malfunzionamento del nodo senoatriale

– La funzionalità del nodo senoatriale può essere ristabilita con uno shock elettrico applicato al torace per mezzo di un defibrillatore

– Quando la funzionalità del nodo senoatriale è compromessa irreversibilmente è possibile impiantare un pacemaker artificiale

38

Cuore

39


STEP BY STEP

Una leggera diminuzione del pH ematico induce il nodo senoatriale ad accelerare il ritmo di contrazione. Qual è la funzione di questo meccanismo di controllo?

40

Quando il cuore si ammala

L’attacco cardiaco o infarto del miocardio è un danneggiamento dei tessuti del cuore

– Si verifica quando una o più arterie coronariche (che riforniscono i tessuti del cuore di sostanze nutritive e O2) vengono ostruite

L’ictus è un danneggiamento dei tessuti del cervello

– La morte dei tessuti cerebrali è causata dall’ostruzione di una o più arterie che portano il sangue al cervello

COLLEGAMENTO salute

41

Occlusione

Tessutomuscolaremorto

Arteriacoronariadestra

Vena cavasuperiore

Arteriapolmonare

Aorta

Arteriacoronariasinistra

42

L’aterosclerosi provoca una graduale ostruzione dei vasi sanguigni

– Sulla parete interna delle arterie si sviluppano depositi di grasso (in particolare colesterolo)

– Il passaggio attravero cui il sangue fluisce lungo i vasi risulta sempre più ristretto

– In queste condizioni, un coagulo di sangue (trombo) ha maggiori probabilità di ostruire del tutto il passaggio causando un infarto o un ictus

COLLEGAMENTO salute


43

PlaccaEpitelioTessutoconnective

Tessuto

muscolare

liscio

44

Esistono diverse terapie che permettono di affrontare le malattie cardiovascolari

La tendenza a sviluppare malattie cardiovascolari è in parte ereditaria, ma anche lo stile di vita ha un ruolo importante nel loro sviluppo

I maggiori fattori di rischio sono

− Fumo

− Vita sedentaria

− Dieta non equilibrata (ricca di grassi saturi)

COLLEGAMENTO salute


45

11.6 La struttura dei vasi sanguigni è adatta alla loro funzione

Funzioni

– Trasporto e scambio di gas

– Trasporto e scambio di sostanze nutritive/rifiuti

– Mantenimento dell’omeostasi

– Supporto della difesa immunitaria

– Regolazione della temperatura corporea

– Trasporto di ormoni

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Struttura

– Capillari

– Estesi e ramificati per raggiungere tutti i tessuti

– Diametro ridotto per massimizzare la superficie di contatto

– Parete sottile e superficie interna liscia

– Arterie, vene e venule

– Parete più spessa con uno strato esterno di tessuto connettivo e uno intermedio di tessuto muscolare liscio

– Nelle arterie le pareti sono più spesse e il tessuto muscolare può contrarsi per regolare il flusso di sangue

– Le vene di calibro maggiore sono dotate di valvole che obbligano il sangue a scorrere in una sola direzione

47

Arteria Vena

48

Tessuto connettivo

Capillare

Venula

Tessuto

muscolare

liscio

Arteriola

Arteria Vena

Valvola

Endotelio

Membranabasale

Endotelio

Tessuto

muscolare

liscio

Endotelio

Tessuto connettivo

49

Nucleidi cellulemuscolarilisce

Globulorosso

Capillare

50


STEP BY STEP

In che modo la struttura di un capillare è adatta alla sua funzione?

51

11.7 La pressione e la velocità del sangue dipendono dalla struttura e dall’organizzazione dei vasi

La pressione sanguigna

– È la forza esercitata dal sangue contro la parete dei vasi sanguigni

Quando si controlla la pressione si ottengono due misure

– Pressione sistolica, o massima, indotta dalla contrazione ventricolare

– Pressione diastolica, o minima, si registra durante la diastole

52


La pressione sanguigna dipende da

− Gittata cardiaca

− Diametro dei vasi (regolato dalla muscolatura liscia)

La velocità di scorrimento del sangue decresce passando da arterie ad arteriole e da arteriole a capillari

Lo stesso avviene per la pressione

53

Pressionesistolica

Pressionediastolica

120100

806040200

Dimensioni

e numero

dei vasi sanguigni

Pre

ssio

ne (

mm

Hg

)V

elo

cit

à (

cm

/s)

50

40

30

20

10

0

Ao

rta

Ven

e c

ave

Art

eri

e

Cap

illa

ri

Ven

ule

Ven

e

Art

eri

ole

54


Quando arriva alle vene la pressione del sangue è quasi nulla

Come riesce a tornare al cuore

– Le vene si trovano in mezzo ai muscoli o tra i muscoli e la pelle

– Quando i muscoli si contraggono nei movimenti, le vene vengono compresse

– Valvole speciali presenti nelle vene impediscono al sangue di tornare indietro

55

Direzione

del flusso

di sangue

nella vena

Valvola(aperta)

Muscoloscheletrico

Valvola(chiusa)

56


STEP BY STEP

Come fa la velocità del sangue ad aumentare nel passaggio dalle venule alle vene?

57

Sangue sotto pressione

I valori di pressione sanguigna di un adulto sano sono

120 mmHg (circa) sistolica

80 mmHg (circa) diastolica

Valori inferiori (salvo casi estremi) sono considerati migliori, valori superiori possono indicare la presenza di un disturbo cardiovascolare

COLLEGAMENTO salute

58

Pressione

Sanguigna

normale:

120 sistolica,

80 diastolica

Pressione

all’interno

del manicotto

sopra i 120Manicotto

di gomma

gonfiato

con aria

Arteriachiusa

Arteria

1 2

120

59

Pressione

Sanguigna

normale:

120 sistolica,

80 diastolica

Pressione

all’interno

del manicotto

sopra i 120

Manicotto

di gomma

gonfiato

con aria

Arteriachiusa

Arteria

1 2

Pressione

nel manicotto

a 120

Suoni

udibili nello

stetoscopio

3

120 120

60

Pressione

Sanguigna

normale:

120 sistolica,

80 diastolica

Pressione

all’interno

del manicotto

sopra i 120Manicotto

di gomma

gonfiato

con aria

Arteriachiusa

Arteria

1 2

Pressione

nel manicotto

a 120

Suoni

udibili nello

stetoscopio

3

80

I suoni si arrestano

4

Pressione

nel manicotto

a 80

120120

61

I rischi associati all’ipertensione

– Il cuore deve lavorare con più forza e può indebolirsi

– Piccole lacerazioni nelle pareti delle arterie che favoriscono la formazione di placche aterosclerotiche

– Maggiore probabilità che si formino coaguli nel sangue

– Infarto

– Ictus

– Danni ai reni

– Danni agli occhi

Sangue sotto pressioneCOLLEGAMENTO salute

62

11.8 Il tessuto muscolare liscio controlla la distribuzione del sangue

Il flusso sanguigno in arterie e arteriole

– È controllato dalla mucolatura liscia presente nella parete dei vasi

Il flusso sanguigno nei capillari

– È controllato dagli sfinteri precapillari

– In ogni istante attraversa solo il 5-10% circa dei capillari

63

Capillari

Metarteriola

Sfinteriprecapillari

Venula

Sfinteri rilassati

Metarteriola

VenulaArteriola

2

1

Sfinteri contratti

Arteriola

64

Capillari

Metarteriola

Sfinteriprecapillari

Venula

Sfinteri rilassati

Arteriola

1

65

Metarteriola

VenulaArteriola

Sfinteri contratti2

66

11.8 Il tessuto muscolare liscio controlla la distribuzione del sangue

STEP BY STEP

Quali sono i due meccanismi che controllano la distribuzione di sangue dai letti capillari ai tessuti dell’organismo?

67

11.9 Il trasferimento di sostanze avviene attraverso la sottile parete dei capillari

I capillari sono dotati di una parete molto sottile

Gas e sostanze nutritive possono essere scambiati attraverso questa parete

– Lo scambio avviene tra il sangue e il fluido interstiziale

68

Il trasferimento delle sostanze dai capillari alle cellule e viceversa avviene per diffusione attraverso il liquido interstiziale

69


Lo scambio di sostanze tra il sangue e il liquido interstiziale avviene in diversi modi

– Per diffusione (per esempio O2 e CO2)

– Tramite vescicole (molecole ingombranti)

– Attraverso gli stretti spazi tra le cellule epiteliali (acqua e piccoli soluti)

70


Pressione sanguigna e pressione osmotica

La pressione sanguigna tende a spingere il liquido verso l’esterno dei capillari

La pressione osmotica spinge verso il liquido verso l’interno

Il liquido tende a fluire verso l’interno o verso l’esterno in base alla differenza tra la pressione sanguigna e osmotica esistente in quel punto

71

Cellule tessutali

Pressione

osmotica

Liquidointerstiziale

Flusso netto

di liquido verso l’interno

Pressionesanguigna

Pressione

osmoticaEstremità

venosa

del capillare

Estremità

arteriosa

del capillare

Pressionesanguigna

Flusso netto

di liquido verso l’esterno

72


STEP BY STEP

L’edema è l’accumulo di liquido nei tessuti del corpo

In che modo un’alimentazione molto carente di proteine che provoca una diminuzione della loro concentrazione nel sangue può causare la comparsa di edema?

73

Lezione 3

STRUTTURA E FUNZIONI DEL SANGUE

74

11.10 Il sangue è costituito da cellule immerse nel plasma

Il plasma

È composto per il 90% da acqua

Contiene

– Sali inorganici sotto forma di ioni (elettroliti)

– Proteine con diverse funzioni

– Sostanze nutritive

– Prodotti di rifiuto

– O2 e CO2

– Ormoni

75

Plasma (55%)

Componenti

Equilibrio osmotico,

equilibrio ionico,

azione tampone

Solvente

per diluire le

altre sostanze

Acqua

Ioni (elettroliti del sangue)

Funzioni principali

SodioPotassioCalcioMagnesioCloruroBicarbonato

Proteine plasmatiche

CoagulazioneFibrinogeno

Equilibrio osmotico

e azione tampone

Immunità Immunoglobuline(anticorpi)

Sostanze trasportate dal sangue

Sostanze nutritive

(come glucosio, acidi grassi, vitamine)

Sanguecentrifugato

76


La frazione cellulare

Globuli rossi o eritrociti

– Trasportano O2 legato all’emoglobina

Globuli bianchi o leucociti

– Sono un elemento chiave del sistema immunitario

– Si trovano sia nel sangue sia nel liquido interstiziale

Piastrine

– Cellule prive di nucleo coinvolte nella coagulazione

77

Elementi cellulari (45%)

Sanguecentrifugato

Numero

per mm3 di sangue

Tipi di cellule Funzioni

Eritrociti

(globuli rossi) 5–6 milioni Trasporto di O2

e di CO2

Leucociti

(globuli bianchi)

Basofili 0-2%Linfociti 20-35%

Immunità

Eosinofili 0-3%

5000–10000

150000–400000

Neutrofili 55-65%Monociti 3-7%

Coagulazionedel sangue

Piastrine

78

Plasma (55%)

Componenti

Equilibrio osmotico,

equilibrio ionico,

azione tampone

Solvente

per diluire le

altre sostanze

Acqua

Ioni (elettroliti del sangue)

Funzioni principali

SodioPotassioCalcioMagnesioCloruroBicarbonato

Proteine plasmatiche

CoagulazioneFibrinogeno

Equilibrio osmoticoE azione tampone

Immunità Immunoglobuline(anticorpi)

Sostanze trasportate dal sangue

Sostanze nutritive

(come glucosio, acidi grassi, vitamine)

Elementi cellulari (45%)

Sanguecentrifugato

Numero

per mm3 di sangue

Tipi di cellule Funzioni

Eritrociti

(globuli rossi) 5–6 millioni Trasporto di O2

e di CO2)

Leucociti

(globuli bianchi)

Basofili 0-2%Linfociti 20-35%

Immunità

Eosinofili 0-3%

5000–10000

150 000–400 000

Neutrofili 55-65%Monociti 3-7%

Coagulazionedel sangue

Piastrine

79


STEP BY STEP

Quali elementi cellulari si trovano normalmente nel sangue e quali sono le loro rispettive funzioni?

80

Una bilancia in rosso

Anemia

– Carenza di globuli rossi o di emoglobina

– Causa un aumento della vulnerabilità alle infezioni e una continua sensazione di affaticamento, perché le cellule del corpo non ricevono abbastanza ossigeno

– Può essere dOvuta a

– Gravi perdite di sangue

– Carenza di vitamine o minerali (soprattutto ferro)

– Alcune forme di cancro

COLLEGAMENTO salute

81

L’ormone eritropoietina (EPO) regola la produzione di globuli rossi

– Meccanismo a feedback negativo

Alcuni atleti si iniettano EPO sintetica per aumentare i globuli rossi e quindi le proprie prestazioni

– I rischi di questa pratica sono molto seri e possono essere letali

– Formazione di coaguli

– Ictus

– Infarto

Una bilancia in rossoCOLLEGAMENTO salute

82

11.11 La coagulazione blocca le emorragie in caso di danno ai vasi sanguigni

Quando un vaso sanguigno viene danneggiato

– La prima risposta è il restringimento del vaso per ridurre la perdita di sangue

– Le piastrine rilasciando sostanze chimiche che rendono adesive altre piastrine nella zona della lesione

– Si forma un aggregato di piastrine che blocca la fuoriuscita di sangue

– Le piastrine rilasciano diversi fattori di coagulazione, tra cui un enzima che converte il fibrinogeno in fibrina

– La fibrina forma filamenti che intrappolano le cellule del sangue e altre piastrine

83

Le piastrine aderiscono

al tessuto connettivo

esposto

1

Epitelio

Tessutoconnettivo

Piastrina

84

Le piastrine aderiscono

al tessuto connettivo

esposto

1

Epitelio

Tessutoconnettivo

Piastrina

Si forma

un aggregato

di piastrine

2

Aggregatodi piastrine

85

Le piastrine

aderiscono al

tessuto connettivo

esposto

1

Epitelio

Tessutoconnettivo

Piastrina

Si forma

un aggregato

di piastrine

2

Aggregatodi piastrine

Un coagulo di

fibrina intrappola

le cellule del

sangue

3

86

Coagulo di fibrina

87

11.11 La coagulazione blocca le emorragie in caso di danno ai vasi sanguigni

STEP BY STEP

Qual è il ruolo delle piastrine nella formazione dei coaguli di sangue?

88

A cosa servono le analisi del sangue

Le analisi del sangue permettono di individuare le sostanze che circolano nel corpo

Rilevando eventuali alterazioni dei parametri normali, il medico può diagnosticare di condizioni patologiche

COLLEGAMENTO salute

89

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