FISIOLOGIA GENERALE - ESERCITAZIONE n. 2 9 Novembre 2016

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1 FISIOLOGIA GENERALE - ESERCITAZIONE n. 2 9 Novembre 206 Esercizio n. Circolazione Alcune lesioni traumatiche, o ferite all'inguine possono portare alla formazione di un collegamento o fistola tra una grande arteria (per es. l arteria femorale) e una vena adiacente (per es. la vena femorale. La fistola può avere una bassa resistenza al flusso del fluido, e può portare grandi portate sangue. In conseguenza di questa situazione quale può essere l effetto della fistola sulla circolazione del sangue nella gamba? Si può verificare una forte riduzione del flusso ematico all arto inferiore, e quindi il rischio di cancrena, o si può stare tranquilli che l arto rimane perfuso senza pericolo di danno? Si calcoli di quanto varia la portata media di sangue nella gamba che originariamente, a riposo, è di 450 ml/min assumendo una pressione arteriosa di 20/80 mmhg. Si assuma inoltre che le resistenze arteriose prima della fistola siano uguali al 0% della resistenza arteriosa totale e che la resistenza della fistola sia solo del 20% di quella delle resistenze periferiche della gamba. Soluzione Possiamo ricorrere ad un semplice modello resistivo per rappresentare l'afflusso di sangue alla gamba con e senza la presenza della fistola. Il modello dovrebbe includere l'aorta, l'arteria femorale, la circolazione gamba e le vene corrispondenti. Supponiamo anche che sia trascurabile la resistenza delle grandi vene. Possiamo assumere che la pressione aortica media (P 0 ) sia costante (per il riflesso barocettivo) e definire le seguenti variabili per modellare il sistema: R A resistenza dell arteria femorale R L resistenza delle arterie della gamba R F resistenza della fistola P L pressione nell arteria femorale a monte della fistola Q T gittata cardiaca ( senza fistola e 2 in presenza della fistola) Q F flusso ematico nella fistola Q L Flusso ematico nella gamba ( senza fistola e 2 in presenza della fistola) Possiamo schematizzare il circuito nel seguente modo (prima dell apertura della fistola caso )

2 Possiamo ricordare che 𝑄 𝑃 𝑄 𝑃 𝑅 𝑅 8𝐿𝜇 𝜋𝑟! Nel caso di fistola chiusa 𝑄!! 𝑄!! 𝑄!! 450 𝑃 𝑃! 𝑅 𝑅! + 𝑅! 𝑚𝑚𝐻𝑔 3 𝑅! + 𝑅! 𝑅!! 𝑅! + 𝑅! 93.3 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑅! 𝑒 𝑅! Possiamo anche calcolare la pressione arteriosa nel punto in cui si sviluppa la fistola 𝑃! 𝑃! 𝑄!! 𝑅! 𝑃! 93.3 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑚𝑚𝐻𝑔 Quando si apre la fistola arterovenosa il circuito può essere modificato come segue possiamo calcolare la resistenza della fistola 2

3 𝑅! La resistenza totale delle due resistenze in serie (fistola e gamba) è data da + 𝑒 𝑞𝑢𝑖𝑛𝑑𝑖 𝑅!" 𝑅! 𝑅! 𝑅!" 𝑅! 𝑅! 𝑅! +𝑅! 𝑅!" La nuova resistenza totale del circuito sarà 𝑅!! 𝑅! + 𝑅!" quindi il flusso totale che la gittata cardiaca deve mantenere per lasciare la pressione costante è 𝑄!! 𝑃! 93.3 𝑚𝑚𝐻𝑔 600 / 𝑅! Possiamo calcolare il flusso nella gamba attraverso il calcolo della pressione 𝑃!! 𝑃!! 𝑃! 𝑄!! 𝑅! 𝑃!! 93.3 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑚𝑚𝐻𝑔 e quindi 𝑄!! 𝑃!! 60.2 𝑚𝑚𝐻𝑔 𝑅! Ll flusso ematico nella gamba risulta ridotto ma solo di circa il 30%. Possiamo calcolare il flusso di sangue nella fistola 𝑄! che comporta un aumento importante della gittata cardiaca. 3

4 Esercizio n. 2 Cuore Un ragazzo di 20 anni è stato coinvolto in un incidente automobilistico e ha subito una lesione al torace. Al momento del ricovero in ospedale ha mostrato una frequenza cardiaca aumentata, un polso debole, suoni cardiaci deboli ed una pressione arteriosa bassa. A causa del sospetto di danno cardiaco, è stato valutato mediante cateterizzazione cardiaca. Si è scoperto che il paziente aveva una notevole quantità di sangue nel cavo pericardico (tra il cuore e il pericardio). Rimuovendo circa 300 ml di sangue dal cavo pericardico le condizioni del paziente sono notevolmente migliorate. Durante la procedura sono stati misurati i volumi ventricolari (con immagini angiografiche) riportati in tabella e sono state registrate le curve di pressione del ventricolo sinistro. Le misure sono state effettuate prima e dopo la rimozione del sangue pericardico. I dati registrati sono riportati in Figura e in Tabella. Dove: LVEDP, pressione telediastolica del ventricolo sinistro LVESP, pressione telesistolica del ventricolo sinistro 4

5 Tabella Prima della rimozione Dopo la rimozione (2) Frequenza cardiaca (/min) Gittata sistolica (ml) LVEDV (ml) 5 65 Si ricavi la curva pressione-volume per il cuore prima e dopo la rimozione del sangue pericardico. Si calcoli l aumento di gittata cardiaca osservato dopo la rimozione del sangue pericardico. Soluzione Dalla tabella, prima della rimozione, il volume telediastolico è di circa 50 ml. Tenendo conto che la gittata cardiaca è di 30 ml, il volume telesistolico risulta di ml. Si possono ricavare, dalla Figura, i valori delle pressioni intraventricolari. La pressione telediastolica (dal grafico) è di circa 25 mmhg e quella all inizio della diastole di circa 5 mmhg (dal grafico). Essendo la pressione arteriosa PA 80/65 mmhg, possiamo assumere una pressione di apertura della valvola aortica di 65 mmhg e quella massima ventricolare di 80 mmhg. La pressione di chiusura della valvola aortica, dal grafico è di circa 75 mmhg. Si può procedere alla costruzione della curva p-v del ventricolo prima della rimozione. Dopo la rimozione, dalla tabella, il volume telediastolico risulta di 65 ml. Tenendo conto che la gittata sistolica è di 75 ml, il volume telesistolico risulta di ml. Dal grafico (battito 2) si può ricavare la pressione massima ventricolare di 6 mmhg e la pressione di apertura della valvola aortica di 75 mmhg. La pressione di chiusura della valvola aortica risulta di 06 mmhg. Dal grafico assumiamo anche il valore della pressione minima all inizio della distole di circa 5 mmhg e quella teledistolica di 0 mmhg. Possiamo procedere alla costruzione della curva p-v nel grafico. 5

6 La gittata cardiaca nelle due condizioni risulta uguale a GC! 00! 30 ml 3000 ml/ min 3.0 l/min!"# prima della rimozione, e uguale a GC! 60! 75 ml 4500 ml/ min 4.5 l/min!"# dopo la rimozione. 6

7 Esercizio n. 3 Ciclo cardiaco e disfunzioni valvolari Illustrare sul diagramma p-v di un ventricolo sinistro sano le variazioni che possono derivare al ciclo cardiaco in conseguenza dello sviluppo delle seguenti patologie valvolari: - stenosi della valvola mitralica - stenosi della valvola aortica - rigurgito della valvola mitralica Soluzione Stenosi della valvola mitralica Una stenosi mitralica consiste in una riduzione dell apertura della valvola e comporta un aumento della resistenza al passaggio del sangue durante il riempimento del ventricolo. La riduzione del riempimento del ventricolo sinistro diminuisce il volume telediastolico (precarico). Questo porta ad una diminuzione della gittata sistolica (ridotta larghezza del ciclo PV) e, a parità di frequenza cardiaca, ad una diminuzione della gittata cardiaca. Di conseguenza si riduce la pressione aortica e si verifica una piccola diminuzione del volume telesistolico ventricolare (postcarico) poiché la valvola aortica si chiude a una pressione inferiore. Tuttavia, questo non è sufficiente a compensare la riduzione del volume telediastolico. Pertanto, la gittata sistolica (la larghezza del loop) diminuisce in modo importante. 7

8 Stenosi della valvola aortica Una stenosi della valvola aortica compromette lo svuotamento del ventricolo sinistro, per l aumento della resistenza al deflusso del sangue, quindi aumenta in modo importante il volume telediastolico. L elevata resistenza al deflusso provoca anche un importante gradiente di pressione attraverso la valvola durante l eiezione, e la pressione di picco sistolica intraventricolare aumenta notevolmente. Per il non completo svuotamento del ventricolo ala fine della fase sistolica e il contemporaneo ingresso del flusso venoso il volume telediastolico aumenta leggermente (precarico) attivando il meccanismo di Frank-Starling, che aumenta la forza di contrazione per superare, in parte, l'aumento della resistenza al deflusso. Nel caso di stenosi aortica lieve, questo meccanismo può essere sufficiente per mantenere la gittata sistolica, ma nel caso di stenosi moderate o gravi, la gittata sistolica diminuisce notevolmente. 8

9 Rigurgito della valvola mitralica In caso di rigurgito della valvola mitralica il sangue non è solo espulso nell'aorta ma anche rimandato in parte nell'atrio sinistro. L andamento pressione-volume del ventricolo viene profondamente modificato. Al termine della fase diastolica, quando il ventricolo inizia a contrarsi, il volume ventricolare continua ad aumentare perché la valvola mitralica non si chiude completamente e lascia passare ancora un flusso di sangue, non si verifica così la fase isovolumica di contrazione (linea verticale tra la chiusura della valvola mitrale e apertura della valvola aortica). Durante la contrazione del ventricolo il sangue inizia a fluire, attraverso la valvola mitralica, indietro nell'atrio prima dell'apertura della valvola aortica non appena la pressione ventricolare supera la pressione dell atrio sinistro. Per questo il volume ventricolare inizia a diminuire. L aumento del volume di sangue presente nel ventricolo comporta un aumento del precarico (volume di sangue al termine della diastole). Per la legge di Frank-Starling aumenta quindi la forza di contrazione. Il maggior lavoro prodotto dal ventricolo è penalizzato dal lavoro impiegato per muovere il sangue nell atrio durante il rigurgito. In totale l efficienza della contrazione diminuisce. Le modifiche sopra descritte non includono meccanismi compensatori cardiaci e sistemici (ad esempio, vasocostrizione sistemica, variazione del volume del sangue, aumento della frequenza cardiaca ed effetti inotropi) che tentano di mantenere a livelli fisiologici la gittata cardiaca e la pressione arteriosa. 9