SISTEMA CARDIOVASCOLARE

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Italo Montanari
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1 Il sangue circola attraverso l organismo umano pompato dal cuore all interno di una fitta rete di vasi sanguiferi. Il sangue è composto da: v Plasma: prevalentemente acqua, in cui sono disciolte varie molecole (proteine, sostanze organiche ed inorganiche, ). v Elementi figurati: Eritrociti o globuli rossi ( mm 3) ; Leucociti o globuli bianchi ( mm 3 ); Piastrine ( mm 3 ).

2 I globuli rossi hanno la forma di piccoli dischi con diametro ~8 µm e spessore ~2 µm. Ematocrito: valore percentuale del rapporto fra volume occupato dai globuli rossi e volume totale (36 40%). Volume totale di sangue: ~5.5 litri Densità del sangue a 37 C: 060 kg m 3 Viscosità del sangue a 37 C: 3 5 cpoise 2

3 Il cuore funziona come una pompa sincrona, compiendo ciclicamente una contrazione (sistole) seguita da un periodo di rilassamento (diastole). Sistole Diastole 3

4 Il cuore immette il sangue nei due circuiti: circolo sistemico o grande circolo; circolo polmonare o piccolo circolo. 4

5 5

6 Caratteristiche del ciclo cardiaco: Gittata sistolica: volume di sangue immesso nell aorta ad ogni contrazione sistolica ( 80 cm 3 ); Frequenza cardiaca: numero di contrazioni sistoliche nell unità di tempo ( 60 battiti/min); Portata cardiaca: volume di sangue immesso nell aorta nell unità di tempo ( 80 cm 3 /s). Portata cardiaca = gittata sistolica frequenza cardiaca 6

7 Pressioni nel ciclo cardiaco Valori medi all uscita dei due ventricoli: 20 mmhg per l aorta (ventricolo sx); 25 mmhg per l arteria polmonare (ventricolo dx). Valori medi al ritorno nei due atri: 4 mmhg per la vena cava (atrio dx); 8 mmhg per la vena polmonare (atrio sx). 7

8 Il sistema vascolare è costituito da distretti in serie con ciascun distretto costituito, a sua volta, da vasi collegati in parallelo. S S 2 =2S S 3 =4S L area totale della sezione aumenta con l aumentare delle ramificazioni. 8

9 RESISTENZE IN SERIE Sono attraversate dallo stesso flusso. R R 2 Δp tot Δp = R = Δp R = R + R s Q + Δp 2 2 = (R Δp = R2 + R 2 2 Q ) Q = R s Q R s : resistenza equivalente serie 9

10 0 R Q Δp = 2 2 R Q Δp = p 2 2 tot R p R R p Q Q Q = Δ + = Δ + = 2 p R R R + = RESISTENZE IN PARALLELO Alle loro estremità vi è la stessa caduta di pressione. R R 2 R p : resistenza equivalente parallelo

11 Valori percentuali delle resistenze dei differenti distretti. Aorta 4 % Grandi arterie 5 % Arterie 6 % Piccole arterie o arteriole 4 % Capillari 27 % Venule 4 % Vene % Grandi vene 0.5 % Vena cava.5 %

12 Caduta di pressione lungo il circuito vascolare, secondo la legge di Hagen-Poiseuille. 2

13 Dall aorta il flusso sanguigno si ramifica in vasi sempre più piccoli, ma la sezione totale dei vasi aumenta sempre più, fino a raggiungere nei capillari un valore di ~500 cm 2. Aorta Capillari Raggio cm 4 µm Sezione 3.4 cm cm 2 Numero Portata 80 cm 3 /s cm 3 /s Velocità 25 cm/s 0.64 mm/s 3

14 Variazioni dell area totale dei vasi e della velocità del sangue lungo il circolo sistemico. Area (cm 2 ) Arterie Arteriole Capillari Venule Vene Velocità (cm/s) Velocità Area 4

15 U: velocità del flusso (cm s ) S: area della superficie (cm 2 ) La minima velocità a livello dei capillari favorisce i processi di scambio. Distanza dal cuore 5

16 Secondo la legge di Hagen-Poiseuille, variazioni di flusso nel sistema cardiovascolare possono essere prodotte da variazioni delle resistenze vascolari. Ciò avviene mediante una variazione della sezione delle piccole arterie. 6

17 Variazione della pressione lungo il circolo sistemico. L elasticità delle arterie fa sì che energia venga assorbita nella fase sistolica e restituita durante la fase diastolica. 7

18 8

19 EMBOLIA La formazione di una bolla d aria in un vaso sanguifero può bloccare la circolazione del sangue, come si può dedurre dalla legge di Laplace. Δp = p int p est = 4τ r p p 2 p p 2 t =0 : r = r 2 p = p 2 t > 0 : r > r 2 p < p 2 9

20 PRESSIONE ARTERIOSA Valori medi della pressione arteriosa in individui sani: 20/80 mmhg (in eccesso rispetto alla pressione atmosferica). 20

24 PRESSIONE ARTERIOSA E FORZA DI GRAVITÀ Applicando la legge di Stevino: Pressione arteriosa alla testa: p = p dgh = 60 mmhg h T T c = 0.5 m T Pressione arteriosa ai piedi: p = p + dgh = 85 mmhg h P P c =.2 m P 24

25 CIRCOLAZIONE DEL SANGUE E ACCELERAZIONI Un accelerazione diretta dai piedi verso la testa produce un accelerazione effettiva g+a. Un accelerazione diretta dalla testa verso i piedi produce un accelerazione effettiva g-a. Nella legge di Stevino occorre sostituire a g il valore dell accelerazione effettiva g±a. 25

26 LAVORO DEL CICLO CARDIACO Pressioni nel ventricolo sinistro, negli atri, nell aorta e fonocardiogramma durante un ciclo cardiaco 26

27 LAVORO DEL CICLO CARDIACO Lavoro fatto da una pompa per spingere un volume di liquido: L = F s = pa s = p V 27

28 LAVORO DEL CICLO CARDIACO Diagramma di Straub del lavoro cardiaco Chiusura v. aortica Apertura v. aortica I: Sistole isometrica; II: Periodo di afflusso; III: Diastole isometrica; IV: Riempimento diastolico. Apertura v. mitrale c hi u s ur a Chiusura v. mitrale La linea continua si riferisce a condizioni di lavoro basali, la linea tratteggiata ad una condizione in cui il lavoro è aumentato. 28

29 LAVORO DEL CICLO CARDIACO Lavoro eseguito dal cuore per immettere il volume di sangue V nell aorta con velocità v: L = pv + dvv 2 2 = (+ 0.04) joule joule Potenza cardiaca: P = L t = V p t = pq watt Lavoro eseguito dal cuore in un giorno: ( ) s J L giorno = W = 29

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