Relazione scientifica L'APPARATO CARDIOCIRCOLATORIO

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1 Relazione scientifica L'APPARATO CARDIOCIRCOLATORIO

2 INTRODUZIONE Ogni cellula vivente deve essere continuamente rifornita di energia e nello stesso tempo deve eliminare molte sostanze chimiche di rifiuto. Un organismo pluricellulare, formato cioè dall'aggregazione di molte cellule, è strutturato in maniera tale da poter trasportare le sostanze nutritive da una parte all'altra del corpo e nello stesso tempo rimuovere le scorie. Gli animali ricavano l'energia dagli alimenti che, opportunamente trasformati, saranno poi trasportati a tutti gli organi e quindi a tutte le cellule del corpo per mezzo del sangue. Per svolgere queste funzioni il sangue deve poter circolare, ed è per questo che gli organismi superiori sono dotati di una pompa molto efficiente, il cuore, e di numerosissimi canali di trasporto, i vasi sanguigni, che nell'insieme costituiscono il sistema cardio-circolatorio. L'uomo, come tutti i mammiferi, è dotato di un apparato circolatorio chiuso, a differenza di altri animali nei quali il sangue viene pompato da cuori rudimentali in ampi spazi aperti situati fra i tessuti corporei. Nel nostro corpo il sangue è contenuto unicamente nei vasi sanguigni, non «bagna» quindi direttamente i tessuti ma provvede a cedere ossigeno e altri materiali mediante complessi meccanismi che avvengono a livello dei capillari, le sottilissime diramazioni terminali dei vasi sanguigni. IL CUORE L'apparato circolatorio, come si è detto,comprende il cuore e i vasi sanguigni.questi ultimi si dividono in arterie, vene e capillari. Nelle arterie scorre il sangue provenientedal cuore, nelle vene il sangue che ritorna al cuore; i capillari costituiscono il tramite fra arterie e vene.il cuore pesa circa 270 grammi, una frazione minima rispetto al peso totale del corpo umano. Eppure esso svolge una mole di lavoro del tutto sproporzionata al suo piccolo volume. Infatti nel corso delle 24 ore di una giornatamedia, in cui l'organismo non compie un lavoro troppo pesante, il cuore pompa quasi 7 mila litri di sangue, che corrispondono, in un individuo di 70 anni, a un totale complessivo di circa 160 milioni di litri. Il lavoro cardiaco è pari al doppio dell'energia sviluppata dai muscoli delle gambe e delle braccia di un atleta che corre alla massima velocità possibile. Tuttavia, se i muscoli non sono in grado di sostenere a lungo questo ritmo, il cuore continua a lavorare, senza riposo, per tutta la durata della vita umana. Il cuore è un muscolo dalla struttura particolare, avvolto da una doppia membrana, il pericardio, e dotato di cavità rivestite da un sottile strato di tessuto: l'endocardio. Il miocardio è paragonabile ad una pompa doppia, composta di due metà in senso verticale, ognuna delle quali ha un atrio e un ventricolo. Ne risultano quattro cavità: l'atrio destro e il ventricolo destro, l'atrio sinistro e il ventricolo sinistro. Il sangue che ha già circolato nel corpo, e che è povero di ossigeno, ricco di anidride carbonica e dal colore rosso cupo, entra nell'atrio destro del cuore per mezzo di due grossi vasi sanguigni, la vena cava inferiore e la vena cava superiore. Dall'atrio destro il sangue passa al ventricolo destro, dove il cuore lo spinge nell'arteria polmonare, in direzione dei polmoni dove il sangue viene depurato dall'anidride carbonica, si arricchisce di ossigeno e diventa quindi color rosso vivo. 2

3 Successivamente il sangue ritorna, lungo le vene polmonari, verso il cuore: entra nell'atrio sinistro, passa nel corrispondente ventricolo e viene inviato, attraverso l'aorta, in tutte le parti del corpo. Esiste quindi una piccola circolazione detta polmonare, e una grande circolazione detta generale o sistemica. Le aperture fra gli atrii e i ventricoli presentano dei lembi di tessuto chiamati valvole, che funzionano come battenti a senso unico, in modo che il sangue dal ventricolo non possa rifluire nell'atrio. La valvola di destra, costituita da tre lembi di tessuto, è chiamata tricuspide; quella di sinistra, a due lembi, è detta bicuspide o mitrale. Il cuore dunque ha una funzione di pompa aspirante e premente che alterna due fasi successive: dapprima si contrae la muscolatura dell'atrio per sospingere il sangue nel ventricolo; in un secondo tempo il ventricolo, dotato di pareti muscolari molto spesse, viene stimolato a sua volta a contrarsi e sospinge con grande forza il sangue nelle arterie. Sebbene la doppia pompa cardiaca mandi il sangue per due vie separate, le metà destra e sinistra del cuore agiscono ritmicamente in sintonia l'una con l'altra: quando una certa quantità di sangue viene pompata fuori dalla metà sinistra del cuore, una uguale quantità entra nella metà destra. Se si ascolta il cuore nel punto in cui avviene il battito, a ogni pulsazione corrispondono due rumori, separati da intervalli di silenzio: il primo rumore, basso e prolungato, è provocato dal passaggio del sangue dagli atrii ai ventricoli. Il secondo, alto e netto, corrisponde alla chiusura delle valvole poste all'imboccatura delle arterie polmonari ed aorta, che impediscono il ritorno del sangue al cuore ed entrano in funzione quando il sangue viene espulso dai ventricoli. Il rilassamento che consente ai ventricoli di riempirsi si chiama diastole; la compressione che espelle il sangue è detta sistole. Il cuore, come qualsiasi altro muscolo e più di ogni altro, consuma grandi quantità di ossigeno, specie quando l'organismo svolge attività che richiedono un particolare sforzo cardiaco. Il rifornimento di sangue al cuore deve essere quindi costante; a ciò provvedono due grosse arterie, le coronarie, così chiamate perché circondano come una corona la superficie del cuore e inviano le loro ramificazioni fino alle singole fibre muscolari. LA CIRCOLAZIONE Seguiamo ora il cammino che le arterie percorrono per portare il sangue ossigenato a tutto il corpo e quello venoso ai polmoni per purificarlo. In seguito alle contrazioni del ventricolo sinistro del cuore, il sangue viene spinto nell'aorta, la principale arteria del corpo umano. Il primo tratto dell'aorta si inarca verso l'alto, formando l'arco aortico, che si divide a sua volta nelle arterie succlavie e nelle arterie carotidi, che vanno rispettivamente verso gli arti superiori e verso la testa. Poi, con il tratto dell'aorta toracica, che scende parallelo alla colonna vertebrale, e dell'aorta addominale, che attraversa l'addome, il sangue raggiunge gli organi centrali del nostro corpo. I più importanti vasi secondari che si dipartono dall'aorta in questo tratto sono: l'arteria celiaca, che va alla milza, al fegato e a parte dello stomaco; le arterie mesenteriche superiori ed inferiori, che arrivano all'intestino e le arterie renali che portano il sangue ai reni. Il tratto inferiore dell'aorta si ramifica nelle due arterie iliache che raggiungono gli arti inferiori. Le arterie, ramificandosi sempre di più, riducono progressivamente il loro calibro, fino a raggiungere dimensioni microscopiche. Prendono allora il nome di arteriole, precapillari e capillari. Questi ultimi formano una vera e propria rete estesa a tutti i tessuti. La sottilissima parete dei capillari permette il passaggio del sangue ai tessuti e nello stesso tempo facilita il recupero, da parte del sangue, dell'anidride carbonica e delle scorie da eliminare. A questo punto il sangue, privato dei 3

4 materiali nutritivi e dell'ossigeno, carico di anidride carbonica, defluisce verso i postcapillari e quindi nelle venule. Durante il viaggio di ritorno il sangue percorre man mano vene di sempre maggior calibro, fino ad arrivare alla vena cava superiore e alla vena cava inferiore. La prima riceve il sangue dalla testa e dagli arti superiori, la seconda dagli organi addominali e dagli arti inferiori. Entrambe confluiscono, riunite in un unico tronco, nell'atrio destro, ossia la cavità destra superiore del cuore. Quella descritta ora è la grande circolazione. Dal ventricolo destro all'atrio sinistro del cuore si svolge invece la piccola circolazione. La funzione della piccola circolazione è quella di portare il sangue venoso ai polmoni, per il necessario ricambio tra anidride carbonica ed ossigeno e la conseguente trasformazione del sangue venoso in arterioso. Il vaso che va dal cuore ai polmoni è l'arteria polmonare, mentre dai polmoni al cuore ritornano le quattro vene polmonari. Nella «piccola circolazione» si hanno dunque arterie che portano sangue venoso e vene che portano sangue arterioso. LA PRESSIONE SANGUIGNA Per scorrere attraverso i vasi, dalle arterie ai capillari e da questi alle vene, il sangue deve essere mantenuto ad una data pressione. Questa è determinata non solo dall'azione pompante del cuore, ma anche dalle arterie, che sono rivestite di tessuto elastico. Ciò consente loro di rilassarsi ad ogni pulsazione e di contrarsi fra una pulsazione e l'altra, contribuendo a spingere in avanti il sangue e a mantenere costante la pressione sanguigna. Tale meccanismo è regolato dal sistema nervoso e più precisamente dal centro vasomotore, posto alla base del cervello. Questo ed altri fattori influenzano l'andamento della pressione sanguigna: quando la pressione è in eccesso, i recettori nervosi trasmettono un «messaggio» al centro vasomotore ed esso provvede, sempre tramite impulsi nervosi, alla regolazione del ritmo cardiaco ed al rilassamento delle arterie (vasodilatazione). Analogamente avviene quando vi è un calo di pressione; in questo caso il meccanismo si inverte: le arterie si restringono (vasocostrizione), il cuore accelera e la pressione aumenta. La pressione sanguigna è regolata anche dall'adrenalina, prodotta da particolari ghiandole dette surrenali; un aumento di questa sostanza nel sangue provoca la vasocostrizione arteriosa, e quindi un aumento di pressione. Alla vasodilatazione e alla vasocostrizione dei capillari arteriosi sono legati anche i meccanismi di termoregolazione dell'organismo, che permettono l'adattamento del nostro corpo alla temperatura esterna. Infatti i vasi sanguigni superficiali contribuiscono ad abbassare la temperatura sulla superficie esterna del corpo: il sangue caldo che esce dagli organi interni si raffredda mentre scorre attraverso i capillari della pelle. Ma quando fa freddo, il centro termoregolatore (cioè il sistema automatico cerebrale che mantiene l'organismo umano alla temperatura costante di circa 37ºC) produce una vasocostrizione nei capillari della pelle, riducendo il flusso sanguigno e impedendo quindi la dissipazione del calore interno. La pressione sanguigna raggiunge il massimo nelle grandi arterie, diminuisce gradualmente nelle arterie minori, cade di colpo nelle arterie più piccole (arteriole), è relativamente bassa nei capillari, diminuisce ulteriormente nelle vene e diventa inferiore a quella atmosferica nelle grosse vene che giungono al cuore. Per questa ragione le vene dispongono di valvole che impediscono il riflusso del sangue, come nel caso degli arti inferiori, dove la forza di gravità tende a trattenere il sangue nelle parti basse. In conclusione si può affermare che la differenza di pressione esistente tra il flusso sanguigno arterioso e quello venoso è in fondo la causa principale dello scorrimento del sangue, il quale si sposta dal punto di maggiore pressione a quello di pressione minore. 4

5 IL SANGUE Abbiamo accennato nelle pagine precedenti alle funzioni di trasporto del sangue, a quell'insieme cioè di meccanismi che provvedono al rifornimento di sostanze nutritive e alla rimozione di prodotti non più utilizzabili. Se un organismo, anche il più semplice, non potesse attingere a una fonte di nutrimento, non potrebbe sopravvivere. Le spugne, così come le meduse, le attinie e molti altri animali marini relativamente primitivi, vivono immerse nel mare e le loro cellule vi si bagnano direttamente per impadronirsi dell'ossigeno che il mare contiene disciolto e per disperdere nell'acqua l'anidride carbonica e le scorie. Questi organismi rappresentano la prima tappa dell'evoluzione biologica. Ma negli organismi più complessi e voluminosi, il contatto diretto fra le cellule e l'acqua marina è andato perduto e l'ambiente liquido interno si è reso più indipendente da quello esterno. Le specie più evolute hanno perfezionato sistemi circolatori autonomi, assicurandosi tuttavia la possibilità di attingere l'ossigeno dall'ambiente esterno e di riversare l'anidride carbonica al di fuori dell'organismo. Questa premessa suggerisce che il nostro «liquido interno» non è altro che il risultato di una lunga evoluzione ed è paragonabile a una porzione di oceano racchiuso dentro di noi. Infatti, come gli organismi meno evoluti si bagnano e traggono nutrimento dall'acqua marina, anche l'uomo utilizza il sangue per la sua respirazione, la quale può avvenire appunto solo se la parete degli alveoli polmonari è bagnata. In altri termini questo significa che certe funzioni organiche devono svolgersi in un ambiente acquoso, e che la composizione della parte liquida del sangue è molto simile a quella dell'acqua di mare. LA COMPOSIZIONE DEL SANGUE Nell'adulto normale, il sangue rappresenta il 9 per cento del peso corporeo e occupa una capacità che si aggira sui 5 litri, dei quali meno di un terzo rimane di riserva nel fegato, nella milza e negli altri organi. Il resto, ossia più di due terzi, circola attraverso la rete delle arterie, dei capillari e delle vene. Il sangue, come abbiamo già visto, è un tessuto. Esso è costituito da una sospensione di corpuscoli (le cellule sanguigne) in un liquido chiamato plasma. Nel sangue si distinguono tre tipi fondamentali di cellule: i globuli rossi (detti anche eritrociti o emazie), i globuli bianchi (o leucociti) e le piastrine (o trombociti). In un millimetro cubo di sangue di un uomo adulto sano si contano, in media, 5 milioni di globuli rossi, 8 mila globuli bianchi e 300 mila piastrine. I globuli rossi sono addetti al trasporto dell'ossigeno, che catturano dall'aria attraverso la parete sottilissima degli alveoli polmonari (questi ultimi sono piccolissime cavità che sono direttamente a contatto con i capillari sanguigni). I globuli rossi sono cellule che hanno espulso il loro nucleo; tendono a disporsi in file e trasportano una cromo-proteina (vale a dire una proteina colorata) chiamata emoglobina. All'interno di questa proteina è contenuto un atomo di ferro che lega con molta facilità l'ossigeno e conferisce ai globuli rossi la loro particolare colorazione. In altre parole, l'emoglobina ha la proprietà fondamentale di assorbire l'ossigeno contenuto nei polmoni, di trasportarlo nei vari settori dell'organismo e di rimuovere circa il 90 per cento dell'anidride carbonica espulsa dalle cellule per trasportarla ai polmoni e qui cederla perché venga eliminata attraverso l'espirazione. 5

6 I globuli rossi non hanno la capacità di riprodursi, essendo privi di nucleo; vengono quindi fabbricati dal midollo osseo, vivono dai tre ai quattro mesi e vanno a morire nella milza e nel fegato. Anche se essi vengono distrutti, l'organismo recupera l'85 per cento del loro ferro, che il sangue stesso trasporta quindi al midollo osseo per formare nuova emoglobina. Altre cellule presenti nel sangue sono, come si è detto, i globuli bianchi o leucociti. Hanno l'aspetto di piccole masse gelatinose e quasi incolori e vengono fabbricati soprattutto dalla milza e dalle ghiandole linfatiche. La loro vita è breve: vivono infatti solo due giorni. Il loro numero aumenta in maniera considerevole in caso di infezione; alcuni di essi infatti, i granulociti, sono in grado di migrare dal vaso sanguigno ai tessuti per combattere i batteri fagocitandoli, e cioè inglobandoli nel loro corpo cellulare per poi digerirli. Altri globuli bianchi, più piccoli, sono i linfociti, che vengono prodotti nel timo, un organo, situato dietro lo sterno, che regredisce verso i 13 anni di età. Al contrario dei granulociti, i linfociti non si allontanano dal flusso sanguigno per raggiungere i tessuti infiammati: anch'essi combattono le infezioni, ma in un modo diverso: elaborando cioè gli anticorpi, sostanze che combattono i batteri o neutralizzano le loro tossine (sostanze tossiche) e che possiedono competenze diverse secondo il tipo di batterio che devono aggredire. In altri termini c'è un anticorpo specifico per ogni tipo di batterio. Granulociti e linfociti sono la base delle nostre difese contro gli agenti patogeni (dal greco: portatori di malattie); entrambi fanno parte del nostro sistema immunitario. Oltre agli eritrociti e ai leucociti il sangue contiene frammenti di cellule, le piastrine, che svolgono un ruolo essenziale nella coagulazione. Quando si riporta una ferita che interrompe la parete di una vena o di un'arteria, le piastrine vengono a contatto con l'aria e si rompono. Dopo una serie di reazioni chimiche, le piastrine producono una proteina, la fibrina, che si aggrega formando un coagulo: in questo modo l'emorragia, se non è grave, si arresta da sé. Dove si è formata la coagulazione locale del sangue, si verifica la produzione di siero: un liquido giallo chiaro, trasparente, il quale non è altro che plasma sanguigno dal quale si è separata la fibrina. Gli eritrociti e i leucociti, con le piastrine, sono immersi nel plasma sanguigno, che è una soluzione acquosa di glucosio, proteine, anticorpi, sali minerali e in genere tutte le sostanze che il sangue deve trasportare ai vari organi e tessuti. LE MALATTIE DEL SANGUE Le malattie del sangue rappresentano un capitolo vastissimo della patologia e quindi qui saranno accennate solo quelle più frequenti o interessanti per l'approfondimento delle nostre conoscenze. Come già sappiamo, nel sangue circolano /mmc di globuli rossi, che sono cellule prive di nucleo, specializzate nel trasporto dell'emoglobina, l'importantissimo scambiatore di ossigeno e anidride carbonica. Esiste un gruppo di malattie del sangue in cui il danno è localizzato nella molecola dell'emoglobina. Tra queste, l'anemia falciforme, caratterizzata dalla presenza di un'emoglobina anomala e dall'incapacità di sostenere sforzi prolungati. Piuttosto frequente fra la gente di colore (Africa centro-occidentale e Madagascar). La talassemia è una malattia ereditaria che può comparire in due forme: talassemia minor, caratteristica dei portatori sani, e talassemia maior o morbo di Cooley, affezione gravissima sempre letale. In Italia ci sono circa un milione di portatori e ogni anno nascono circa mille neonati affetti da morbo di Cooley. Come è noto, nell'emoglobina ci sono degli importantissimi atomi di ferro, che cooperano durante gli scambi respiratori. Esiste un gruppo di malattie, caratterizzate da carenza di ferro e dette perciò anemie ferro-prive. Esse si possono verificare per un insufficiente apporto alimentare, per un difettoso 6

7 assorbimento, per un aumentato fabbisogno, o in caso di particolari disordini. L'anemia perniciosa è una malattia gravissima, fino a non molti anni fa mortale, tipica dell'età avanzata, che si manifesta con una carenza di globuli rossi, gastrite e lesioni neurologiche gravi. Questa malattia è dovuta alla incapacità di assorbire la vitamina B12, che deve quindi essere somministrata come farmaco. L'emofilia è un'altra grave malattia del sangue, caratterizzata dalla carenza di un fattore indispensabile alla coagulazione: la più piccola emorragia risulta così assai pericolosa. Si tratta di una malattia a trasmissione ereditaria, che colpisce solo gli uomini, ma di cui le donne sono portatrici sane. MALATTIE CARDIOVASCOLARI Nei paesi industrializzati ad alto tenore di vita, le malattie cardiovascolari rappresentano la principale causa di morte, e sono quindi un importantissimo problema, non solo medico e sanitario, ma anche sociale. I processi patologici (= malattie) che possono colpire il cuore e i vasi sanguigni sono estremamente vari, e non è certo possibile qui elencarli tutti; ci limiteremo quindi a spiegare il significato di quelli più diffusi e quindi più rilevanti. INSUFFICIENZA CARDIACA: Si parla di insufficienza di un organo quando il suo funzionamento non è adeguato alle necessità dell'organismo; nel caso dell'insufficienza cardiaca, il cuore non pompa abbastanza sangue nelle arterie. Questa condizione si può instaurare per diverse cause, e spesso il cuore reagisce con dei meccanismi compensatori (per esempio aumentando la frequenza del battito, o aumentando di dimensioni). A volte però l'insufficienza è così grave che non può essere compensata. INSUFFICIENZA VALVOLARE: Si tratta di una imperfezione delle valvole cardiache, che non chiudono più in modo efficiente gli orifizi sui quali sono situate; l'insufficienza valvolare può essere congenita o acquisita (per esempio in seguito a processi infiammatori dell'endocardio o a malattia reumatica); essa può interessare le valvole atrioventricolari (insufficienza mitralica) o quelle semilunari (insufficienza polmonare). Nel caso di insufficienza mitralica, durante la sistole del ventricolo sinistro il sangue invece di essere pompato tutto nell'aorta, in parte rifluisce nell'atrio, perché la chiusura fra atrio e ventricolo operata dalla valvola mitrale non è perfetta; questo fa sì che per pompare la stessa quantità di sangue nell'aorta il cuore debba fare un lavoro maggiore. Nel caso dell'insufficienza polmonare, sono le valvole dell'arteria polmonare che si chiudono in modo difettoso; anche in questo caso c'è uno spreco di lavoro cardiaco. Quando sono molto gravi, i vizi valvolari possono essere corretti chirurgicamente con l'inserzione di valvole artificiali. INFARTO MIOCARDICO: Si parla in generale di infarto quando, in una regione di un organo, i vasi sanguigni vengono occlusi (trombosi, embolia, arteriosclerosi) e quindi l'organo colpito non riceve più sangue ossigenato. In queste condizioni, l'organo - o meglio la regione colpita dell'organo - va incontro a necrosi, cioè alla morte dei tessuti che non ricevono più ossigeno e sostanze nutrienti. Quando questo quadro colpisce il cuore, la situazione è molto grave, perché il muscolo cardiaco per funzionare ha bisogno di un costante apporto di ossigeno: molto spesso l'infarto cardiaco è infatti mortale. In casi più lievi, quando la porzione di tessuto danneggiata non è troppo estesa, la persona colpita può sopravvivere ma comunque la funzionalità cardiaca resterà almeno in parte compromessa. L'occlusione del vaso (arteria coronarica) che provoca l'infarto miocardico può essere causata da vari fattori: la formazione di un trombo (vedi trombosi), di un 7

8 embolo (vedi embolia), o l'esistenza di processi arteriosclerotici a carico delle coronarie (vedi arteriosclerosi). IPERTENSIONE ARTERIOSA: L'ipertensione arteriosa è un anormale innalzamento della pressione arteriosa; i valori normali di tale pressione sono di mm/hg per la pressione minima (diastolica) e circa 130 mm/hg per la massima (sistolica). Nei casi di ipertensione, la minima sale sopra i 100 mm/hg e la massima oltre i 150. Queste sono indicazioni molto generali; infatti i valori normali della pressione arteriosa variano con l'età ed in particolari condizioni fisiologiche e/o patologiche. L'ipertensione può essere curata farmacologicamente, ad esempio con l'uso di farmaci diuretici. ARTERIOSCLEROSI: Malattia estremamente diffusa che colpisce le arterie, dando come risultato la perdita di elasticità, la riduzione del calibro del vaso colpito (cioè la riduzione del suo diametro) e - nei casi più gravi - anche la sua occlusione. Le alterazioni si verificano nella parete dell'arteria, nella quale si hanno infiltrazioni di grasso e calcificazione, con la formazione di placche ateromatose. In alcuni casi l'arteriosclerosi è diffusa, in altri colpisce in particolare le arterie di un determinato distretto corporeo, ad esempio le coronarie (danni nella funzione cardiaca) o le arterie cerebrali (danni di diversa entità nelle funzioni cerebrali, comprese quelle psichiche). FLEBITE: Processo infiammatorio a carico della parete di una vena. Si verifica in seguito ad infezioni o a traumi. Caratterizzata da dolore, arrossamento e gonfiore. TROMBOSI: Formazione di un trombo (cioè di un coagulo di sangue) all'interno di un vaso, che può dar luogo sia ad una riduzione del calibro del vaso stesso che ad una occlusione totale. Se il vaso occluso è l'unica arteria che serve una determinata regione, si ha infarto. TROMBOFLEBITE: Flebite complicata dalla formazione di trombi. 8