Sistema circolatorio e flusso sanguigno

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1 Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Biofisica e Fisiologia I Sistema circolatorio e flusso sanguigno

2 Apparato cardio-circolatorio L apparato cardio-circolatorio è un sistema costituito da tubi (vasi) pieni di liquido (sangue) e connessi ad una pompa (cuore). La funzione principale del sistema cardiovascolare è il trasporto di materiale tra i vari distretti dell organismo. Le sostanze trasportate possono essere suddivise in nutrienti, acqua e gas, che entrano dall ambiente esterno, e cataboliti che le cellule devono eliminare.

3 Trasporto nel sistema cardiovascolare Sostanze spostate da a In ingresso Ossigeno polmoni tutte le cellule Nutrienti ed acqua intestino tutte le cellule Da un distretto all altro Prodotti di scarto alcune cellule fegato Cellule difesa ed anticorpi circolo dove occorrono Ormoni cellule endocrine cellule bersaglio Nutrienti accumulati fegato ed adipe tutte le cellule In uscita Prodotti di scarto tutte le cellule reni Calore tutte le cellule cute Anidride carbonica tutte le cellule polmoni

4 SISTEMA CIRCOLATORIO POLMONI VENA CAVA AORTA CUORE valvole VENE ARTERIE VENULE ARTERIOLE CAPILLARI

5 SISTEMA CIRCOLATORIO

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7 Il movimento dei fluidi (liquidi e gas) è stimolato da una differenza di pressione ( P). Il fluido si muove da regioni a maggiore P verso regioni a P inferiore. Q = portata = V fluido / t P 1 -P 2 = P Q = [1/R] P R = resistenza idraulica = P/Q R = 8ηL/πr 4 Q = [πr 4 /8ηL] P

8 SISTEMA CIRCOLATORIO

9 Q = [1/R] P R = resistenza idraulica = P/Q

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11 P = 40 mmhg Q = 20 ml/min Q = 10 ml/min Q = [1/R] P R = resistenza idraulica = P/Q R = 8ηL/πr 4

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13 RESISTENZE NEL SISTEMA CIRCOLATORIO CIASCUNA RETE VASCOLARE (circolo sistemico, circolo polmonare, vascolarizzazione di un organo, letto capillare, etc) OFFRE UNA PROPRIA RESISTENZA La Resistenza derivante dalla combinazione delle resistenze di tutti i vasi del circolo sistemico viene indicata come RESISTENZA PERIFERICA TOTALE (TPR) o RESISTENZA VASOLARE PERIFERICA (RVP) CO = MAP/TPR GC = PAM/RVP

14 95/19 = 20/x x = 20(19/95) = 4 URP

15 EQUAZIONE di CONTINUITA' v Q = V/ t = S x/ t = Sv t/ t = Sv

16 EQUAZIONE di CONTINUITA' MOTO STAZIONARIO : Q = costante nel tempo in ogni sezione (ASSENZA di SORGENTI o di BUCHI) Q = V t S v v' t v' S' Nello stesso intervallo di tempo t: Sv t = S v t = S v t = S v = costante t

17 EQUAZIONE di CONTINUITA'

18 EQUAZIONE di CONTINUITA' S 1 v 1 = S 2 v 2 A B C S = 0.5 cm 2 Q = 100 cm 3 s 1 S = 1.25 cm 2 S = 5 cm 2 S = 5 cm 2 v = 20 cm s 1 S = 1.25 cm 2 v = 80 cm s 1 S = 2.5 cm 2 v = 40 cm s 1

19 Conseguenze della legge di continuità v 3 Q = Sv = cost = 5 litri. min -1 v 1 v 2 v 2 v 3 v 3 v 3 velocità sezione v 1 > v 2 > v 3 nei capillari la sezione individuale diminuisce, la sezione totale aumenta, la velocità diminuisce. arterie arteriole capillari venule vene

20 Principio di Bernouilli

21 Principio di Bernouilli In un liquido ideale (privo di attrito interno), che scorra in un condotto disposto orizzontalmente, la somma dell energia potenziale e dell energia cinetica è costante in ogni suo punto. L energia potenziale è espressa dalla pressione che il liquido esercita sulle pareti del condotto (pressione laterale), l energia cinetica è correlata alla velocità con cui il liquido si sposta.

22 Nei liquidi non ideali (a viscosità non nulla), la pressione laterale (o pressione idraulica) diminuisce con la distanza a causa della perdita di energia per attrito.

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25 Ematocrito

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27 Composizione del sangue sangue: elementi cellulari + plasma eritrociti /mm 3 d = 8.5 µ d V = 87 µ 3 A = 163 µ 2 leucociti /mm 3 piastrine /mm 3 d = 2.5 µ plasma acqua 90% proteine plasmatiche 7% sostanze inorganiche 1% albumina emoglobina γ- globulina lipoproteine fibrinogeno sostanze organiche 1%

28 SISTEMA CIRCOLATORIO POLMONI VENA CAVA CUORE AORTA Nel sistema cardio-circolatorio il sangue può scorrere solo se in una regione si sviluppa una pressione maggiore rispetto alle altre regioni. L aumento di P è generato a livello delle camere cardiache quando queste si contraggono. Quando il sangue scorre attraverso i vasi, la P diminuisce a causa dell attrito valvole VENE ARTERIE VENULE ARTERIOLE CAPILLARI

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30 SISTEMA CIRCOLATORIO vasi sanguigni d (diametro) v m P m (mmhg) (velocità media) aorta 2.5 cm 30 cm/s* 100 arteria 0.4 cm cm/s 90 (medio calibro) arteriola 30 µ 5 cm/s 60 capillare 8 µ 1 mm/s 30 venula 20 µ 5 cm/s 20 vena 0.5 cm 10 cm/s 15 vena cava 3 cm 20 cm/s 10 * velocità media non solo sulla sezione ma anche nel tempo, perché il flusso è pulsante: v sistole = 3 v diastole

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36 Pressione arteriosa media (MAP) Pressione diastolica + ( P)/3

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43 LEGGE DI LAPLACE

44 Le pareti dei grandi vasi devono avere una robustezza maggiore rispetto a quella dei piccoli vasi. La tensione generata dalla pressione laterale dilata il vaso. La parete vasale reagisce elasticamente fino a raggiungere una condizione di equilibrio. Se diminuisce la reazione elastica di un vaso per un danno alle sue pareti, il raggio del vaso aumenta dove le pareti sono danneggiate (aneurisma vasale).

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46 RESISTENZE IDRAULICHE IN PARALLELO

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48 PAM = GC x RPT PAM = [GS x F] x RPT

49 P = Q x R MAP = Forza propulsiva che mette in circolazione il sangue

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52 Vasi di pressione Vasi di resistenza Vasi di capacità

53 Arterie: vie di trasporto veloce del sangue dal cuore agli organi. Serbatoio di pressione. Arteriole: vasi di resistenza. L elevata resistenza causa una caduta di pressione da a mmhg. Convertono le fluttuazioni pressorie in un valore costante. La regolazione del loro diametro determina la distribuzione della gittata cardiaca tra organi ed apparati. Capillari: siti di scambio. FUNZIONI DELLE CELLULE ENDOTELIALI: - Barriera fisica tra sangue ed il resto della parete vasale. -Secrezione di sostanze vasoattive (NO, endoteline, prostaglandine) in risposta a modificazioni chimiche e fisiche locali. -Secrezione di sostanze che stimolano crescita di nuovi vasi e proliferazione di cellule muscolari lisce nelle pareti vasali. - Modulano la permeabilità capillare contraendosi modificando il diametro dei pori tra cellule adiacenti. - Partecipano agli scambi di sostanza tra sangue e cellule tissutali mediante trasporto vescicolare

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55 Meccanismi di controllo delle resistenze periferiche Intrinseci Variazioni attività metabolica (vasodilatatori metabolici: CO 2, H +, K + ) Variazioni flusso ematico Risposta miogena allo stiramento Secrezione paracrina (NO, endotelina, istamina) Estrinseci SNA Ormoni (vasopressina, angiotensina II)

56 Stimolazione adrenergica tonica attività miogena [O 2 ] [CO 2 ] Endotelina Stimolazione simpatica Freddo, vasopressina, angiotensina II attività miogena [O 2 ] [H + ] [CO 2 ] [NO] Stimolazione simpatica Istamina caldo

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58 RISPOSTA MIOGENA ALLO STIRAMENTO

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62 VASOATTIVI LOCALI: -Monossido di azoto (NO): fattore rilasciante di origine endoteliale (EDRF), induce il rilasciamento del muscolo liscio arteriolare. -Endotelina (ET): azione fortemente vasocostrittice. - Istamina: non viene rilasciata in risposta a modificazioni metaboliche locali e non si origina da cellule endoteliali, ma da cellule danneggiate, azione vasodilatatrice. Responsabile del gonfiore che si manifesta nelle sedi di infiammazione -Serotonina: azione vasocostrittice. Si libera dalle piastrine aderenti a pareti vasali, arteriose o venose, in seguito a lesioni. - Prostaciclina e trombossano A 2 : la prima è prodotta dalle cellule endoteliali, il secondo dalle piastrine. Il trombossano produce aggregazione piastrinica e vasocostrizione. La prostaciclina inibisce l aggregazione e provoca vasodilatazione. La loro sintesi parte dall ac. arachidonico e richiede l intervento della cicloossigenasi.

63 Il GMP ciclico induce rilasciamento del muscolo liscio: a) riducendo la concentrazione intracellulare del Ca 2+, b) attivando canali per il K +, che causano iperpolarizzazione della membrana c) stimolando una fosfatasi cgmp-dipendente, che rimuove il fosfato dalle catene leggere della miosina ed induce rilasciamento del muscolo liscio.

64 Renina-angiotensina Angiotensinogeno Miocardio contrazione Sistema nervoso rilascio epinefrina rilascio norepinefrina (400 aminoacidi) Renina Angiotensina I (10 aminoacidi) Angiotensina II (8 aminoacidi) Angiotensin converting enzyme, (ACE), vasocostrittore prodotto a livello polmonare e dall'endotelio renale. Muscolo liscio contrazione proliferazione IPERTENSIONE Surrenali Aldosterone Rene riassorbimento Na escrezione K GFR flusso di sangue

65 Distribuzione del sangue tra arterie e vene Gittata cardiaca (quantità di sangue che entra nelle arterie) PAM Resistenza periferica PAM = [GS x F] x RVP Volemia

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70 ipotalamo corteccia

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77 RUOLO DEGLI SFINTERI PRECAPILLARI -Non sono innervati, hanno elevato tono miogeno, sono sensibili a modificazioni metaboliche locali. Attività metabolica tissutale CO 2 e metaboliti, O 2, Rilasciamento sfinteri Vasodilatazione arteriole Flusso nei capillari Superficie di scambio Scambi tra sangue e tessuti

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81 FORZE DI STARLING

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