L apparato cardiocircolatorio

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1 L apparato cardiocircolatorio Si compone di: 1. cuore 2. vasi sanguigni 3. sangue Le principali funzioni sono: 1. distribuire ossigeno ed altre sostanze a tutte le cellule dell organismo 2. convogliare agli organi escretori l anidride carbonica e gli altri prodotti del metabolismo cellulare 3. contribuire all omeostasi dell organismo 4. mettere in comunicazione gli organi tra loro Ha tre importanti caratteristiche: 1. è chiuso: il sangue scorre sempre dentro i vasi senza mai uscirne; 2. è doppio: il sangue torna al cuore due volte prima di compiere un giro completo dell organismo; 3. è completo: il cuore a quattro cavità consente di non mescolare mai il sangue ossigenato con quello non ossigenato. 1

2 È un organo muscolare contenuto in un apposita cavità del torace, scavata tra i due polmoni, detta mediastino. La struttura consiste in tre diversi strati di tessuto: 1. endocardio, un sottile epitelio che riveste le cavità interne 2. miocardio, il tessuto muscolare vero e proprio 3. epicardio, una membrana sierosa che ne riveste l esterno All esterno dell epicardio troviamo una seconda membrana sierosa che, insieme all epicardio, costituisce il pericardio. Internamente è cavo e suddiviso in quattro camere: 2 superiori, gli atri, e 2 inferiori, i ventricoli. 2

3 Le pareti sono più sottili negli atri e molto più spesse nei ventricoli. Atri e ventricoli di destra sono separati da atri e ventricoli di sinistra da un setto muscolare continuo che, nell adulto, non presenta aperture. Nel cuore sono presenti quattro valvole fatte da lembi di tessuto connettivo: due valvole atrio-ventricolari, poste tra l atrio e il rispettivo ventricolo; due valvole semilunari, tra il ventricolo e l arteria che da esso parte. La valvola atrio-ventricolare destra è detta tricuspide, perché costituita da tre lembi. Quella sinistra è chiamata mitrale o bicuspide perché dotata di due soli lembi. Entrambe le valvole sono connesse al miocardio tramite strutture fibrose dette corde tendinee. Le due valvole semilunari sono dette: valvola polmonare, quella a destra, e valvola aortica, quella a sinistra. 3

4 Ci sono tre diversi tipi di vasi entro cui scorre il sangue: le arterie, i capillari e le vene. arterie: sono i vasi in cui il sangue scorre dal cuore alla periferia dell organismo vene: sono i vasi in cui il sangue scorre dalla periferia dell organismo al cuore capillari: sono i sottilissimi vasi in cui avvengono gli scambi di sostanze tra sangue e cellule Arterie e vene sono costituite da una parete in cui possiamo riconoscere tre diversi strati, detti tuniche: 1. il più esterno, detto avventizia, è prevalentemente costituito da connettivo elastico; 2. quello intermedio, chiamato media, è invece prevalentemente formato da tessuto muscolare liscio; 3. il più interno, detto intima, è prevalentemente costituito da un particolare epitelio, l endotelio, formato da cellule non perfettamente aderenti le une alle altre, così da lasciare piccoli spazi tra loro. I capillari sono praticamente costituiti dal solo endotelio. 4

5 Dal cuore partono due arterie: l arteria polmonare e l aorta. L aorta compie un breve tratto ascendente, poi descrive un arco e quindi si fa discendente. Nel tratto ascendente emette le coronarie. Dall arco partono tre diverse arterie: l arteria anonima, la carotide sinistra e la succlavia sinistra; l arteria anonima, dopo un brevissimo tragitto, si divide in carotide destra e succlavia destra. Nel tratto discendente toracico l aorta emette le arterie intercostali. Nel tratto addominale Qui emette l arteria celiaca, le due arterie mesenteriche, le arterie renali e surrenali. All altezza del bacino, l aorta si divide in due grossi tronchi: le arterie iliache destra e sinistra. Esistono due diversi sistemi venosi: uno profondo ed uno superficiale. Al cuore giungono quattro vene polmonari e due vene cave. La vena cava superiore si forma dalle vene giugulari (corrispondenti alle carotidi), delle succlavie e della vena azigos. La vena cava inferiore si forma da tutte le vene che raccolgono il sangue proveniente dalla cavità addominale (vene epatiche e renali) e dagli arti inferiori (vene iliache). Un discorso a parte merita la vena porta, che raccoglie il sangue dall intestino, stomaco, milza e pancreas e lo conduce al fegato. Qui la porta si capillarizza di nuovo e dà origine alle vene epatiche che confluiscono nella vena cava inferiore. È composto da una parte liquida, detta plasma, in cui si trovano globuli rossi, globuli bianchi e piastrine, i cosiddetti elementi corpuscolati o figurati. Costituisce circa il 7-8% del peso dell organismo, per cui in un adulto ve ne sono normalmente 5-6 litri. Il plasma rappresenta circa il 55% del sangue ed è prevalentemente costituito da una soluzione acquosa di proteine e altre molecole. 5

6 Il plasma è capace di coagulare, ovvero di formare una massa gelatinosa costituita da un groviglio di proteine fibrose che tiene imprigionati gli elementi corpuscolati. Il coagulo è costituito dalla fibrina, presente nel sangue sotto forma di fibrinogeno. La trasformazione del fibrinogeno in fibrina avviene per l azione di un enzima, la trombina, presente nel sangue in forma inattiva detta protrombina. L attivazione della protrombina deriva da un complesso di reazioni che richiedono una decina di fattori diversi, tra cui gli ioni calcio. Esistono due diversi sistemi che portano alla coagulazione: la via estrinseca, che origina da un trauma, la via intrinseca, che inizia nel sangue stesso. Il fenomeno si osserva molto bene in provetta: dopo pochi secondi è possibile distinguere una parte molliccia di color rosso cupo, il coagulo, e una parte liquida di color giallo, il siero, che differisce dal plasma per la mancanza dei fattori della coagulazione. 6

7 A carico della coagulazione possono aversi difetti, il più conosciuto è una malattia ereditaria conosciuta con il nome di emofilia, nella quale si ha la mancanza di un fattore necessario all attivazione della protrombina. Un altra alterazione del meccanismo di coagulazione è la trombosi, che consiste nella formazione di un coagulo all interno di un vaso sanguigno. Conseguenza di una trombosi è il distacco di frammenti del coagulo, gli emboli, che vengono trascinati dalla corrente sanguigna finché non si incastrano all interno di un arteria ostruendola. Si originano dal midollo osseo contenuto all interno di alcune ossa: costole, vertebre, sterno e bacino. Qui troviamo particolari cellule, dette cellule staminali, ovvero cellule che conservano ancora alcune caratteristiche embrionali. Le cellule staminali sono cellule indifferenziate, che possono quindi trasformarsi in altri tipi cellulari. In particolare, quelle presenti nel midollo osseo, vengono dette multipotenti perché possono dare origine a più linee cellulari differenziate. Una cellula staminale è capace di dividersi in maniera asimmetrica: invece di dare origine a due cellule identiche, origina una nuova cellula staminale ed una cellula che subisce la differenziazione. In questo modo il numero di cellule staminali rimane costante. La produzione di elementi corpuscolati del sangue da parte delle cellule staminali è detta emopoiesi. 7

8 Una cellula staminale multipotente dà origine a due linee cellulari diverse: le cellule staminali linfoidi e le cellule staminali mieloidi. Dalla linea linfoide si ottengono i linfociti, da quella mieloide gli altri globuli bianchi, le piastrine e i globuli rossi. La leucemia è una patologia tumorale delle cellule dalle quali si ottengono i globuli bianchi. Le cellule tumorali crescono senza controllo e si ha un numero insolitamente alto di leucociti nel sangue, la maggior parte dei quali è difettosa. Tutte queste cellule sottraggono spazio a quelle che si stanno differenziando in globuli rossi e piastrine, determinando gravi anemie e problemi di coagulazione. Sono i più numerosi: per mm 3 di sangue nel maschio e nella femmina. Hanno la forma di un disco biconcavo e mancano del nucleo e di quasi tutti gli organuli cellulari. La loro funzione è di contenere l emoglobina, che rappresenta ben il 95% del globulo rosso. Non avendo il nucleo hanno una vita media è assai ridotta: circa 120 giorni. La distruzione avviene nella milza. Esistono meccanismi regolatori per la produzione dei globuli rossi. Tra questi l eritropoietina, un ormone prodotto dal rene, ed il testosterone, un ormone prodotto dal testicolo. 8

9 Il loro numero oscilla tra e per mm 3 di sangue, ma possono variare ampiamente in rapporto ad eventi sia fisiologici che patologici. Sono le uniche vere e proprie cellule del sangue e vengono distinti in tre gruppi: 1. granulociti, distinti a loro volta in neutrofili, eosinofili e basofili a seconda della natura dei granuli che si trovano al loro interno 2. linfociti 3. monociti I linfociti, pur essendo prodotti nel midollo osseo, possono originarsi anche dagli organi del sistema immunitario. Sono frammenti di cellule giganti che si trovano nel midollo osseo. Il loro numero è difficile da determinare con esattezza perché hanno la tendenza ad aderire tra loro. Generalmente si ritiene normale un valore tra e per mm 3 di sangue. La funzione riguarda l emostasi, cioè l arresto della fuoriuscita di sangue dai vasi, che si manifesta in tre modi: 1. liberano un fattore in grado di determinare vasocostrizione 2. formano un vero e proprio tappo con la loro aggregazione 3. attivano i meccanismi di coagulazione del sangue 9

10 Quando un vaso sanguigno viene danneggiato la prima risposta è il restringimento del vaso per ridurre la perdita di sangue. Successivamente le piastrine rilasciando sostanze che rendono adesive altre piastrine nella zona della lesione. Si forma così un aggregato di piastrine che blocca la fuoriuscita di sangue. Infine le piastrine rilasciano diversi fattori di coagulazione, in questo modo si forma la fibrina i cui filamenti intrappolano globuli rossi ed altre piastrine. Essendo doppio, si distinguono due diversi sistemi circolatori che fanno capo entrambi al cuore: la circolazione polmonare o piccola circolazione e la circolazione sistemica o grande circolazione. La circolazione polmonare carica il sangue di O 2 e lo libera dalla CO 2. La circolazione sistemica trasporta l O 2 ai vari organi e ne porta via la CO 2 prodotta. 10

11 La circolazione polmonare inizia dal ventricolo destro con l arteria polmonare, interessa gli alveoli polmonari e ritorna all atrio sinistro tramite le vene polmonari. La circolazione sistemica inizia dal ventricolo sinistro con l aorta, interessa tutto l organismo e ritorna all atrio destro tramite le vene cave. La circolazione polmonare porta il sangue venoso (povero di ossigeno) ai polmoni, dove si arricchisce di O 2 e diventa arterioso. La circolazione sistemica ha il compito di distribuire il sangue arterioso a tutto l organismo (polmoni compresi). Le due metà del cuore, destra e sinistra, sono completamente dedicate ai due diversi tipi di sangue: la metà destra è per il sangue venoso, la metà sinistra per il sangue arterioso. La contrazione del cuore si chiama sistole, il rilasciamento diastole. Sistole e diastole non interessano tutto il cuore contemporaneamente: gli atri si contraggono e si rilasciano separatamente dai ventricoli. La successione delle sistoli e delle diastoli prende il nome di ciclo cardiaco e si ripete normalmente volte al minuto. 11

12 Il sangue riempie gli atri e scende nei ventricoli che sono in diastole. Inizia la sistole atriale per consentire agli atri di svuotarsi completamente. Una volta terminata, inizia la sistole ventricolare e il sangue viene compresso. L aumento di pressione fa chiudere le valvole atrio-ventricolari e il sangue non può refluire negli atri. La sistole ventricolare continua e la pressione del sangue aumenta finché non raggiunge un valore tale da forzare l apertura delle semilunari. I ventricoli possono ora svuotarsi nelle arterie. 12

13 Nel cuore l attività ritmica è regolata da un gruppo di cellule muscolari, situate nel punto d incontro tra la vena cava superiore e l atrio destro, che formano il nodo del seno. Queste particolari cellule cardiache sono in grado di autodepolarizzarsi facendo nascere un potenziale d azione che si propaga a tutto il cuore. Il nodo del seno impone così il suo ritmo (pacemaker) a tutto il cuore: ritmo sinusale, che corrisponde ad una frequenza di circa battiti al minuto. Le cellule cardiache sono collegate da giunzioni elettriche specializzate, per questo motivo i potenziali d azione diffondono rapidamente negli atri facendoli contrarre. Durante la contrazione degli atri, gli impulsi raggiungono altre cellule, capaci anch esse di generare autonomamente impulsi elettrici, situate al limite tra atri e ventricoli e che formano il nodo atrioventricolare. Qui gli impulsi vengono ritardati di circa 0,1 secondi, per permette agli atri di svuotarsi completamente. Infine gli impulsi raggiungono l apice del cuore attraverso fibre muscolari cardiache modificate: il fascio di His, che ha il compito di trasmettere velocemente il segnale. Il fascio di His si divide in un ramo destro e un ramo sinistro che terminano entrambi con diramazioni: le fibre di Purkinje. Fascio di His e fibre di Purkinje sono necessari a causa del notevole spessore delle pareti ventricolari. Anche se il ritmo cardiaco viene generato nel cuore stesso, esso può essere modulato dal sistema nervoso. Tachicardia è l accelerazione del ritmo, bradicardia il rallentamento. Sono principalmente determinate da due nervi: uno proveniente dal cervello e uno proveniente dal midollo spinale. Il nervo encefalico provoca un rallentamento, mentre quello spinale determina un accelerazione. 13

14 L attività elettrica del cuore può essere registrata attraverso un elettrocardiogramma. Il cuore spinge con forza il sangue nell aorta deformandola che, a causa della sua elasticità, tende a tornare alle dimensioni normali comprimendo il sangue e spingendolo a valle. Il sangue scorre quindi per effetto della pressione ricevuta dalla sistole ventricolare. L avvicendarsi di dilatazioni e compressioni si può percepire dove le arterie sono superficiali: polso, cavo del ginocchio, inguine, angolo della mandibola, lati del collo Con lo sfigmomanometro è possibile misurare la pressione del sangue nelle arterie, sia in corrispondenza della loro dilatazione che in condizioni di riposo. Si ottengono così due valori, la pressione sistolica (o massima) e la pressione diastolica (o minima). In una persona normale a riposo oscillano intorno a mm/hg per la pressione sistolica e mm/hg per quella diastolica; valori rispettivamente superiori a 140 o a 90 sono considerati a rischio per l insorgenza di danni a carico dell apparato cardiocircolatorio, come per es. l infarto. 14

15 L aumento della pressione è detto ipertensione e può essere dovuto ad alterazioni delle pareti delle arterie che perdono la loro elasticità (arteriosclerosi e aterosclerosi). L ipertensione è un segno di incipiente occlusione dell arteria, che porterà all arresto dell apporto di sangue. Quando ciò si verifica i tessuti vanno incontro a morte è l infarto. Il più comune è quello che si verifica per il blocco delle coronarie. Diversi fattori favoriscono l insorgenza di un infarto: predisposizione genetica fumo (i fumatori hanno una probabilità d infarto da tre a quattro volte superiore rispetto a chi non fuma) alimentazione ricca di grassi, soprattutto grassi animali alcool stress mancanza di moto età (il rischio di infarto aumenta con gli anni, specialmente oltre 45 anni) sesso (nel maschio l infarto è più frequente, ma questa condizione cessa con la menopausa) Man mano che il sangue procede la pressione diminuisce fin quasi ad azzerarsi in corrispondenza della rete capillare. Anche la velocità di scorrimento del sangue diminuisce drasticamente, fino a risultare quasi nulla in corrispondenza dei capillari per poi riprende a crescere nelle vene. 15

16 Il fenomeno è dovuto al fatto che le arterie più grandi si diramano in numerose arteriole: nel complesso, la sezione di tutti questi vasi è molto maggiore di quella dell aorta da cui si è partiti. Pressione e velocità sanguigna possono venir modificate anche dalla muscolatura liscia dei vasi. Quando questa si contrae (vasocostrizione) si determina un restringimento dei vasi e un aumento di pressione e velocità. Quando invece si rilassa (vasodilatazione), i vasi aumentano di diametro e ciò causa diminuzione di pressione e velocità. Vasocostrizione e vasodilatazione sono controllate dalle endoteline, un gruppo di polipeptidi ad azione vasocostrittrice prodotti dall endotelio. Nei capillari pressione e velocità sanguigna raggiungono i loro valori minimi. Qui, dunque, anche grazie alla loro particolare struttura, può avvenire il passaggio di sostanze dal sangue alle cellule, attraverso il liquido interstiziale, e viceversa. Lo scambio di sostanze avviene in diversi modi. Alcune, come 0 2 e di CO 2, diffondono attraverso le cellule endoteliali. Altre vengono invece trasportate all interno di vescicole. Inoltre, la parete del capillare presenta strette fenditure tra le cellule epiteliali: l acqua e i piccoli soluti, come zuccheri e sali, vi passano liberamente; i globuli rossi e le proteine, invece, non sono in grado di passare. Ciò che regola il verso del trasferimento delle sostanze è la differenza tra pressioni e concentrazioni. La pressione sanguigna tende a spingere acqua e soluti verso il liquido interstiziale, mentre la pressione osmotica li spingono verso il plasma. In ogni punto del capillare, quindi, l acqua tenderà a fluire verso l interno o verso l esterno in base alla differenza tra la pressione sanguigna e quella osmotica. 16

17 All inizio del capillare, la pressione sanguigna è maggiore di quella osmotica e ciò determina una fuoriuscita d acqua e sostanze nutritive dai capillari. Ogni giorno circa 4-8 litri di acqua passano dai capillari ai tessuti. Questo liquido viene recuperato dal sistema linfatico, prende il nome di linfa, ed è restituito al sistema cardiovascolare attraverso dei dotti che si congiungono alle grosse vene del collo. Verso la fine del capillare, però, la pressione osmotica ha il sopravvento su quella sanguigna e richiama acqua e prodotti di rifiuto nel capillare. Per la metà superiore del corpo il ritorno venoso è facilitato dalla gravità; per quelle della metà inferiore, invece, la gravità costituisce un ostacolo ed il ritorno avviene grazie a diversi fattori: la pressione residua della contrazione cardiaca (vis a tergo), i movimenti respiratori, che esercitano una funzione di aspirazione e tendono a far risalire il sangue, le contrazioni dei muscoli, che spremono le vene e spingono il sangue verso l alto, la presenza, nelle grandi vene della metà inferiore, di valvole a nido di rondine, grazie alle quali la colonna di sangue viene segmentata in porzioni più piccole. 17