SISTEMA CIRCOLATORIO. Permette, attraverso il sangue, il trasporto di O 2. , sostanze nutritizie ed ormoni ai tessuti e la rimozione di CO 2

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1 SISTEMA CIRCOLATORIO Permette, attraverso il sangue, il trasporto di O 2, sostanze nutritizie ed ormoni ai tessuti e la rimozione di CO 2 e cataboliti, per mantenere costante la composizione del liquido extracellulare (LEC). Consente di mantenere costante il LEC con un basso volume circolante ( 5l). E formato da condotti elastici (vasi) che costituiscono due circuiti idraulici chiusi (circolo sistemico e polmonare) disposti in serie ed alimentati da una pompa intermittente, il cuore, che fornisce energia per il movimento del sangue. Schema disposizione in serie ed in parallelo vasi nel sistema circolatorio

2 LE DIVERSE SEZIONI DEL SISTEMA CIRCOLATORIO SVOLGONO RUOLI DIFFERENTI Arterie: pareti robuste ed elastiche trasportano sangue ad elevata pressione (serbatoi di pressione) Arteriole: pareti con componente muscolare che consente variazioni calibro controllano il passaggio del sangue ai capillari Capillari: pareti sottili e permeabili permettono scambi plasma - LEC Venule: raccolgono il sangue refluo dai capillari Vene: pareti sottili ed elastiche con componente muscolare che consente variazioni calibro funzionano da serbatoi di volume

3 GC Produzione energia per il movimento del sangue Organizzazione funzionale del sistema cardio-circolatorio circolatorio RV CUORE ALTA PRESSIONE VERSANTE ARTERIOSO VERSANTE VENOSO BASSA PRESSIONE Serbatoio di sangue Arteriole vasi di resistenza Capillari vasi di scambio Valvole di controllo Sito di scambio plasma LEC

4 Le leggi dell idrostatica e dell idrodinamica permettono di capire come si genera il movimento del sangue nel sistema circolatorio. Un fluido in movimento possiede energia cinetica (Ec=1/2ρv 2 ). In un fluido, l Ec è generata dalla Pressione. Grandezze basilari per studiare il comportamento di un fluido in movimento sono: FLUSSO (F: l/min) PRESSIONE (P: mmhg) RESISTENZA (R: mmhg/l/min) La relazione tra queste grandezze è espressa dall equazione del flusso: F = P/R

5 F = P/R Pi Pressione in ingresso r Flusso P = Pi-Pu Sezione trasversa Pu Pressione in uscita La resistenza (R), che si oppone allo scorrimento di un fluido attraverso un condotto, dipende da: caratteristiche geometriche del condotto (lunghezza e raggio) caratteristiche reologiche del fluido (densità e viscosità). Per vincere questa R, e garantire un determinato flusso (F, volume/minuto), è necessaria una differenza di pressione ( P) tra inizio e fine del condotto. R determina il P necessario per garantire un determinato flusso.

6 Il flusso dipende da P e non dal valore assoluto della P Flusso Flusso uguale Flusso

7 In condizioni basali il flusso complessivo di sangue nel sistema circolatorio è imposto dalle esigenze metaboliche dell organismo ed è 5l/min: 5l/min escono dal cuore come GITTATA CARDIACA si distribuiscono ai vari organi in percentuale diversa, a seconda delle singole esigenze metaboliche tornano al cuore come RITORNO VENOSO. Nel circolo sistemico e polmonare, F dipende dal P tra ingresso ed uscita del circolo, rispettivamente: AORTA-ATRIO DESTRO ARTERIA POLMONARE-ATRIO SINISTRO. L entità del P dipende dalle resistenze offerte dal sistema. RPT circolo sistemico = ~20 mmhg/l/min (0.02 PRU = unità di resistenza periferica) Per avere Flusso = 5 l/min P = 100 mmhg RPT circolo polmonare = ~2 mmhg/l/min (0.002 PRU) Per avere Flusso = 5l/min P = 10 mmhg

8 E la R del sistema che determina il P necessario per garantire un determinato flusso. P = F.R Ventricolo Sn 5 l R = 0 P = 0 Atrio Ds Ventricolo Sn Ventricolo Sn 5 l R = 10 P = 50 5 l R = 20 P = 100 Atrio Ds Atrio Ds Cuore: pompa a volume che assicura un energia cinetica (½ρv 2 ) in grado di mantenere un flusso costante in relazione al fabbisogno energetico. Per la presenza delle resistenze del circolo deve svilupparsi anche energia potenziale (P) Et = Ec + Ep

9 Il P si crea grazie: all azione del cuore, che immette un certo volume di sangue nel sistema arterioso e lo sottrae dal sistema venoso. alla diversa distensibilità della parete delle arterie e delle vene, che si comportano, rispettivamente, come sistemi ad alta e a bassa pressione. La P arteriosa rappresenta una riserva di energia potenziale disponibile immediatamente per spingere il sangue in periferia.

10 VOLUME DI SANGUE CONTENUTO NELLE DIVERSE SEZIONI: Vene + Venule 64% Arterie 13% Arteriole + Capillari 7% Cuore 7% Circolazione polmonare 9%

11 La distensibilità della parete di un vaso sanguigno è responsabile: delle variazioni di volume determinate da variazioni della pressione esercitata sulla parete. delle variazioni di pressione determinate da modificazioni di volume all interno del vaso. Il grado di distensibilità di un condotto si valuta analizzando le variazioni di volume provocate da modificazioni della pressione esercitata sulla parete del condotto stesso. Compliance elevata Volume Volume V Compliance bassa Pressione In condotti a parete rigida, il volume non cambia al variare della pressione. P Pressione In condotti a parete elastica, il volume aumenta linearmente con la pressione. La pendenza della curva misura il grado di distensibilità indicato come: COMPLIANCE = V/ P

12 Condotti con parete ad elasticità variabile V 2 Volume V 1 COMPLIANCE RIDOTTA COMPLIANCE ELEVATA P 1 P 2 Pressione La stessa variazione pressoria ( P) produce variazioni di volume ( V) diverse. La diversa pendenza, nei due tratti della curva, indica il diverso grado di COMPLIANCE elevata distensibilità a bassi volumi e ridotta ad alti volumi.

13 Lo stato di distensione di un vaso sanguigno dipende dalla pressione transmurale: P tm, (differenza tra pressione interna, Pi ed esterna, Pe al vaso): P tm = P i -P e Variazioni della P e ad un vaso possono determinare variazioni di calibro. COMPLIANCE= V/ V/ P All interno di un vaso sanguigno, la pressione esercitata da un certo volume di sangue, dipende dalla compliance della sua parete.

14 2 P 1 All interno di un contenitore elastico, finchè il volume di liquido contenuto non distende le pareti, non si sviluppa pressione. Pressione P Il volume massimo a P = 0 si definisce CAPACITA Volumi maggiori della capacità, distendono la parete sviluppando pressione. CAPACITA Volume V A parità di incrementi di volume, la P sviluppata all interno di un contenitore elastico, dipende dalla COMPLIANCE della parete. Il contenitore 1 in cui il P è minore rispetto al contenitore 2, ha una compliance maggiore, cioè una parete più distensibile.

15 Pressione, mmhg * P V Arterie: sistema ad alta pressione Volume, ml Le vene hanno compliance 20 volte maggiore rispetto alle arterie, possono quindi accogliere maggiori volumi di sangue con piccole variazioni di pressione al loro interno. * V P Vene: sistema a bassa pressione La diversa compliance delle pareti arteriose e venose dipende dalla diversa quantità di fibre elastiche (elevata compliance) e di fibre collagene (bassa compliance).

16 Tensione (g/cm) + Tripsina Solo fibre collagene Arteria integra Elastiche + collagene Pendenza finale (minore compliance) indice quantità fibre collagene Pendenza iniziale (maggiore compliance) indice quantità fibre elastiche L arteria integra sviluppa, per ogni incremento unitario di volume, tensione crescente. + Acido formico Solo fibre elastiche % della circonferenza iniziale La curva lunghezza-tensione dell arteria integra è il risultato della diversa resistenza all allungamento delle componenti elastiche e collagene. All inizio dello stiramento, le fibre elastiche cedono in modo proporzionale alla forza deformante (elevata compliance), mentre le fibre collagene sviluppano tensione per allungamenti maggiori (bassa compliance) e contribuiscono all impennarsi della curva.

17 Modificazioni tensione sviluppata con l età Tensione (g/cm) 0-10 anni % della circonferenza iniziale < 10 anni prevalenza componente elastica curva simile a quella ottenuta sperimentalmente dopo denaturazione con acido formico anni progressivo aumento componente collagene progressivo impennarsi della curva nella seconda parte. > 40 anni, una dilatazione di entità costante tensione maggiore. Nell anziano, riduzione fibre elastiche, le fibre collagene entrano in tensione per distensioni minori progressivo impennarsi della curva nella prima parte.

18 Relazione Pressione-Volume per aorte ottenute da autopsie di individui di età diversa Negli individui normali la compliance aortica è minima a pressioni molto basse o alte ed è massima nell intervallo fisiologico delle variazioni pressorie ( mmhg). La compliance diminuisce con l età, in seguito alla maggiore rigidità del sistema, provocata dalla progressiva modificazione (contenuto di collagene ed elastina) delle pareti arteriose.

19 Modello semplificato per spiegare come si crea il P fra sistema arterioso e venoso? La pompa (cuore) e i vasi sono collegati a formare un circuito chiuso, in cui ogni distretto è rappresentato da un singolo condotto: Il sistema è pieno di sangue I vasi sono elastici Esiste una resistenza periferica Il volume di sangue che viene spinto dalla pompa in circolo deve essere uguale al volume di sangue che torna dal circolo alla pompa.

20 La pompa è inattiva Pompa Cuore Sistema venoso Pv = 7 mmhg Sistema arterioso Pa = 7 mmhg Resistenze periferiche Il maggior volume di sangue è contenuto nelle vene Non esiste flusso perché P = 0 P = 7 mmhg, esprime il grado di riempimento del sistema, ed è definita pressione circolatoria di riempimento. Nonostante il sistema arterioso contenga un volume di sangue minore rispetto al sistema venoso, la P è uguale a causa della diversa compliance di arterie e vene.

21 La pompa è attiva A parità di volume spostato, la Pa sale più di quanto scenda la Pv, perché le arterie hanno una compliance minore delle vene. Pv Patrio Flusso in ingresso Pa Resistenze periferiche Flusso in uscita Quando la differenza tra Pa e Pv è tale da vincere le resistenze periferiche, il sangue passa dal versante arterioso a quello venoso. Flusso attraverso resistenze periferiche (Flusso in uscita) = flusso generato dal cuore (Flusso in ingresso).

22 Il flusso di sangue nel sistema circolatorio è continuo, nonostante l attività intermittente della pompa cardiaca. La continuità di flusso è garantita dal fatto che le arterie funzionano come serbatoio di pressione. Durante la sistole, il volume di sangue spinto dal cuore nelle arterie non va tutto immediatamente in periferia, a causa delle resistenze periferiche. volume nelle arterie distensione parete. Si accumula energia potenziale come energia elastica. Questa energia viene restituita e trasformata in energia cinetica durante la diastole cardiaca, assicurando il movimento continuo del sangue.

23 Contrazione (sistole) ventricolare Rilasciamento (diastole) ventricolare Arteriole 1. Il ventricolo si contrae 2. Il sangue è spinto nelle arterie 3. A causa delle resistenze periferiche, solo una parte del volume sistolico è trasferita in periferia, il rimanente distende le pareti dell arteria. 1. Il ventricolo si rilascia 2. Le valvole semilunari si chiudono 3. Il ritorno elastico della parete arteriosa rappresenta la forza di spinta sul sangue, che continua a fluire in periferia, nonostante il cuore sia in diastole.

24 ll flusso di sangue in uscita dal cuore GITTATA CARDIACA (5l/min) si distribuisce ai vari organi in percentuale diversa, a seconda delle singole esigenze metaboliche. In ogni sezione del sistema circolatorio il flusso totale è 5l/min 2 5 Flusso totale 5

25 100% Polmoni 100% 100% Cuore destro Coronarie Cervello Muscoli Fegato Stomaco, Intestino Reni 4% 14% 21% 7% 20% 20% R R Cuore sinistro La resistenza dei vasi che distribuiscono il sangue ad un organo (arteriole) determina la quantità di flusso che irrora l organo stesso. A parità di P: R F Cute, Scheletro, Altri 14%

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