Sistema Cardiovascolare. Funzioni

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1 Introduzione ai vasi Arti Ahluwalia Address: Centro Interdipartimentale di Ricerca E. Piaggio, Facoltà di Ingegneria Sistema Cardiovascolare I vasi sanguini formano un sistema chiuso che parte dal cuore E un sistema di strutture dinamiche, che si dilatano, contraggono, pulsano e proliferano per adattarsi ai bisogni del corpo. La rete di distribuzione del sangue ha una lunghezza di circa 96,000 km Funzioni Transporto O 2 e CO 2 Nutrienti Metaboliti Ormoni Calore Affidabilita Quanti battiti fa in una vita? Flessibilita Pompa puo cambiare portata Vasi possono cambiare direzione di flusso 1

2 Struttura del sistema SCV lungs destra sinistra glands Hypothalamus Le pompe D e S, devono essere uguali in uscita I letti vascolari sono in parallelo Tutti tessuti vengono ossigenati In zone localizzate, il flusso puo essere ridirezionato Il flusso può essere redirezionato attraverso vasocostrizione e vasodilatazione brain legs arms liver Stomach 2

3 Caratteristiche sistema circolatorio: Poca simmetria Grande ridundanza (anastomosi) A 1 A 2 A 3 Per l aorta il rapporto è circa 1 A + A A 3 2 (nell aorta va da 0.79 a 1.29). Se è > 1 significa espansione del letto se è < 1 vuole dire che il letto vascolare diminuisce. 1 1 Esercizio Usando il principio di conservazione di flusso, calcolare il numero di capillari in un corpo dato che: il raggio dell aorta è 1.5 cm raggio capillare è 10 micron Portata del cuore 5 l/min velocità del sangue nel capillare 1.7 mm/s Dato che la lunghezza di un capillare è 1 mm, quanto è il tempo per cui un GR rimane nel condotto? E perche? Si puo descrivere la forma dell aorta con A = A o e Bx / R o B= x=distanza dal inizio, Ao=area iniziale, Ro = raggio iniziale In generale il diametro di un vaso è proporzionale al flusso che porta. L unica eccezione è nel rene dove entra 25% del flusso in arterie strette. 3

4 Uscita cardiaca Consumo di O 2 Skin 8% Skeletal muscle 20% Heart 4% Brain 13% Other 10% Kidneys 20% Liver & GIT 25% Skin Other Skeletal 2% 14% muscle 20% Heart Liver & 10% GIT 30% Brain 18% Kidneys 6% ARTERIA POLMONARE VENA CAVA vene venule polmoni Destra Ghiandole Hypoth Cervello Gambe Braccia sinistra VENE POLMONARI AORTA arterie arteriole Come viene ridirezionato l uscita durante uno sforzo fisico? Fegato capillari Stomaco aorta arterie arteriole capillari venule vene Classificazione dei Vasi Arterie elastiche eg aorta Lume grande, parete elastica Per smorzare variazioni di pressione (perche?) Arterie Muscolari eg altre arterie Lume grande, parete forte non- elastica Condotto con bassa resistenza Vasi con resistenza eg arterioli Lume piccolo, parete spessa e contrattile Possono controllare resistenza e flusso Permettano la ridirezione del sangue Vasi di scambio, eg capillaries Lume piccolo, parete piccolo Vasi con elevata capacita eg venule & vene Lume grande, parete distensibile Condotto di bassa resistenza Struttura dei vasi: 3 tipi Arterie Elastiche, muscolari, arteriole Capillari Sangue fluisce da arterioli a capillari Lo scambio di O 2 occore tra le pareti Poi dai capillari passa al sistema venoso. Vene (hanno valvole) Venule, vene piccole, medie o grandi 4

5 Grandezza e Composizione La rete parte con arterie arterioli capillari venule vene Solo i capillari vengono in contatto intimo con cellule e tessuti 5

6 La rete parte con arterie arterioli capillari venule vene Solo i capillari vengono in contatto intimo con cellule e tessuti Struttura Generale In vasi con diametro piu grande di 1mm, una strato di tessuto connetivo lasso, detto la lamina basale, forma un supporto per l endotelio. Possiamo distinguere 3 strati o tuniche: Tunica avventizia, media e intima Le tuniche circondano il lume, la parte centrale dove fluisce il sangue 6

7 La tunica interna e la tunica intima Contiene l endotelio, uno strato di cellule epiteliali del tipo squamoso semplice. Questo strato riveste il lume di tutti vasi Le cellule epiteliali dei vasi sono dette cellule endoteliali Le cellule sono piatte senza spazi inter-cellulari. Formano una superficie che minimizza l attrito tra sangue e la superficie del lume Tunica avventizia Tunica Intima Endothelio con lamina basale Tessuto connectivo tissue subendotheliale con collagene, fibre elastiche e alcune cellule del muscolo liscio e la lamina elastica interna (ma solo neivasidigrossocalibro) Endothelio = tessuto epiteliale squamoso semplice Poco spazio inter cellulare Transporto Transendoteliale In vasi con diametro piu grande di 1mm, una strato di tessuto connetivo lasso, detto la lamina basale, forma un supporto per l endotelio. La tunica media e formato principalmente da cellule del muscolo liscio e foglie di elastina. Le cellule sono orientate in maniera spirale. L attivita del musclo liscio e regolato da fibre nervose vasomotorie che fanno parte sistema nervoso autonomico (sympathetic). Tunica media 7

8 Tunica media Contiene: Cellule del muscolo liscio, collagene, e alcune fibre elastiche Le SMC sono orientate come un spirale Sono le SMC che producono il collagene e le fibre elastiche Ci sono pochi fibroblasti C e la lamina elastica esterna che contiene una alta concentrazione di fibre elastiche E lo strato piu spesso nelle arterie Le fibre vaso motorie possono causare vaso costrizione o vaso dilatazione a secondo delle condizione del corpo. Le attivita della tunica media sono importanti nella regolazione della dinamica del sistema circolatorio. In genere, la tunica media e lo strato piu spesso nelle arterie, ed è responsabile del mantenimento della pressione sangiunina e di un flusso continuo di sangue. Lo strato esterno e la tunica avventizia E composta principalmente da fibre di collagene non compatte. Questo strato protegge i vasi e permettono l ancoraggio del vaso a altre strutture. Questo strato forma una sorta di continuità tra vaso e gli altri tessuti del corpo. Tunica avventizia La tunica avventizia e infiltrata con fibre nervose, vasi linfatici e in vasi di calibro grosso, con a sistema di vasi piccoli. Questi vasi, i vasa vasorum portano O 2 e sostanze nutrienti ai tessuti esterni della parete del vaso Tunica avventizia 8

9 Tunica adventitia Tessuto connetivo e fibroblasti: tanto collagene Piu sottile della tunica media Poche fibre elastiche E piu rigidio della tunica media, e protegge il vaso da sovra-deformazione Contiene i vasa vasorum e i nervi vasculari Arterie Muscolari (distribuzione) Le arterie muscolari distribuiscono sangue agli organi, e sono quelle che hanno dei nomi In proporzione al loro diamtero, hanno la TM piu spessa La TM contiene piu muscolo liscio e meno tessuto elastico delle arterie elastiche Sono piu attive nella vasocostrizione e meno distensibili della arterie elastiche Hanno entrambe le lamine elastiche (interna e esterna) Hanno un diametro inferiore delle grosse arterie elastiche Piccole Arterie e Arteriole Le piccole arterie hanno fino a 8 strati di SMC nella TM Le piccole arterie hanno una lamina elastica interna La tunica avventizia e poco sviluppata e contiene poco materiale Arteriole Le arteriole hanno un lume da 0.3 mm a 10 µm, sono le piu piccole delle arterie Le arteriole hanno 1-2 strati di SMC nella TM Le arteriole piu grosse hanno le tre tuniche. La TM e sopratutto muscolo liscio con poche fibre elastiche Le arteriole piccole che portano ai letti capillari sono sostanzialmente una strato di SMC che formano una spirale intorno allo strato interno di cellule endoteliali. Le arteriole sono i punti di controllo per il flusso sanguinio 9

10 I capillari hanno un lume piccolo che permette i globuli rossi di passare uno alla volta La maggior parte dei tessuti ha una rete fitta ma ci sono alcuni tessuti con pochi capillari: Tendini e ligamenti Cartilagine Epiteli Cornea Capillari Capillari La parete sottile e l ubiquitita permette uno scabio efficace di nutrienti, gas, molecole es ormoni e scariche Si possono distinguere 3 tipi di capillari Continui Fenestrati Sinusoidali Capillari continui (nonfenestrati) capillaries hanno giunzioni molto stretti. Si trovano nel sistema nervoso (CNS, PNS) e muscolo Capillarie discontinui (fenestrati) hanno buchi nella parete di nm e si trovano nella maggior parte dei tessuti: i glomeruli del rene, ghiande endocrinali. I capillari formano reti intrecciate chiamate letti capillari Il flusso in queste reti si chiama microcircolo Generalmente, un letto capillare presenta due tipi di vasi: un shunt vascolare (meta arteriola) e veri capillari 10

11 Letti Capillari La quantita di sangue che entra in un letto capillare e regolato dalle fibre nervose dal tessuto muscolare e da condizioni locali (segnali biochimici) A seconda delle condizioni, il letto viene bypassato o completamente perfuso. Un esempio e il shunting degli organi digestivi e muscoli scheletrici. Sistema venoso Il sangue scorre nel letto capillare, per raggiungere il cuore attraverso le vene. Aumenta il diametro delle vene, e la loro parete, progressivmente, si ispessisce passando dalle venule a vene di calibro sempre maggiore. Vene Vene: grandi, medie e piccole Le vene grandi e medie accompagnano le arterie grandi e piccole. Le vene grandi e medie generalmente accompagnano le arterie grandi e medie Le vene grandi e medie hanno TI, TM e TA La tunica media e piu sottile nelle arterie dello stesso diametro interno. In generale, la parete e piu sottile nelle arterie dello stesso diametro interno. Alcune vene hanno valvole per evitare un contro flusso Vene di calibro maggiore La vena cava Tunica intima con endotelio, lamina basale e tessuto connettivo subendoteliale sottile con lamina elastica interna La tunica media ha 4-5 strati di tessuto muscolare liscio, collagne e fibroblasti La tunica avventizia e spessa con poco tessuto muscolare liscio, molto collagene, fibroblasti e alcune fibre elastiche 11

12 Vene Medie Tunica intima: endotelio, lamina basale, tessuto connettivo subendoteliale e lamina elastica interna Tunica media: molto sottile, tessuto muscolare liscio e pochi fibroblasti Tunica avventizia: più spessa del TM, tessuto connettivo e un pò di SM Piccole vene Endotelio, lamina basale, periciti (tessuto contrattile) Sensibile all istamina e alla serotonina, Maggiore permeabilità ai fluidi e WBC durante reazioni allergiche e infiammatorie Non è presente la tunica media ma solo1-2 strati di tessuto muscolare. Venules Veins Venule, hanno un diametro che varia da 8 a 100 µm, e si formano dall unione dei capillari. Le venule più piccole, le post-capillari, sono costituite interamente da entotelio ricoperto da fibroblasti. Le vene hanno tre distinte tuniche, ma le loro pareti sono sempre più sottili e il loro lume sempre maggiore, così che tramutano in arterie C è poco tessuto muscolare o elastina nella tunica media, così che la parete delle vene tende ad essere più sottile 12

13 Vene Hanno un diametro maggiore e una parete più sottile, così che possono accogliere una quantità maggiore di sangue. In un dato momento, più del 65% del sangue totale che scorre nel nostro corpo, è presente nelle vene anche se non sempre le vene sono completamente piene di sangue. Le vene possono essere delle riserve di sangue, così da essere chiamate vasi capacitori Poichè la pressione sanguigna all inerno delle vene è bassa, le vene possono presentare pareti più sottili senza arrecare pericolosi danni Comunque, per favorire il ritorno del sangue al cuore, in condizioni di bassa pressione, il sistema venoso deve presentare caratteristiche favorevoli Una caratteristica è il diametro maggiore delle vene rispetto alle arterie Le valvole venose sono formate da estroflessioni di tunica intima e presentano le stesse caratteristiche e funzioni delle valvole semilunari nel cuore Le valvole venose sono presenti in quantità maggiore là dove il flusso del sangue è opposto alla forza di gravità Vene Anastomosi Vasculare (ridundanza) Gli organi ricevono sangue da piu rami arteriali, e le arterie che trasportano il sangue in una zona si possono unire, formando un anastomosi arteriale. Le anastomosi arteriali forniscono strade alternative (canali collaterali) al sangue per arrivare in una zona specifica. Le anastomosi arteriali sono abbondanti negli organi addominali e intorno alle articolazioni, la dove un movimento puo inibire il flusso in alcuni canali. Sono abbondanti anche nella zona coronaria. Le arterie che non formano anastomosi o che hanno una circolazione collaterale poco sviluppata (le arteria della retina, dei reni e della milza), sono molto vulnerabili se il flusso sanguinio viene interrotto. Rapporto tra flusso e pressione Flusso ( Q ) e il volume che pass per secondo Q= Q t Il flusso nel sistema CVS e dovuto alla differenza di pressione tra arterie e vene, ed e proporzionale alla differenza di pressione. Q= P P a R R è la resistenza vascolare v 13

14 Qunidi resistenza vascolare è dp 8µ L R = = 4 Q π a Un piccolo cambiamento in a cambia molto la resistenza al flusso. Questo è la base di vasodilatazione e vasocostrizione. Quindi l ipertensione puo essere ridotto usando farmaci che rilassano i muscoli, diminuendo la viscosità del sangue o riducendo la quantità di sale (perche?) E utile misurare la resistenza vascolare, ma non Indica il luogo della costrizione or dilatzione Indica la causa Informazione è netta non locale Non è capace di distinguere tra formazone di nuovi vasi, dilatazione o emorragia Equivalenza a resistenza in parallele Resistenza lungo il sistema vascolare La resistenza e massima nelle arteriole. La resistenza totale e controllata dalle arteriole. Le arteriole controllono la perfusione attraverso gliorganie la distribuzione del uscita cardiaca. Come? 14

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