Sistema circolatorio e flusso sanguigno

Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Biofisica e Fisiologia I Sistema circolatorio e flusso sanguigno 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 t di materiale tra i vari distretti tti 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. Scaricato da www.sunhope.it 1

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 SISTEMA CIRCOLATORIO POLMONI VENA CAVA AORTA CUORE valvole VENE ARTERIE VENULE ARTERIOLE CAPILLARI Scaricato da www.sunhope.it 2

SISTEMA CIRCOLATORIO Scaricato da www.sunhope.it 3

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

Q = [1/R]ΔP R = resistenza idraulica = ΔP/Q Scaricato da www.sunhope.it 5

ΔP = 40 mmhg Q = 20 ml/min Q = 10 ml/min Q = [1/R]ΔP R = resistenza idraulica = ΔP/Q R = 8ηL/πr 4 Scaricato da www.sunhope.it 6

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 Scaricato da www.sunhope.it 7

EQUAZIONE di CONTINUITA' v Q = V/Δt = SΔx/Δt = SvΔt/Δt = Sv EQUAZIONE di CONTINUITA' MOTO STAZIONARIO : Q = costante nel tempo in ogni sezione (ASSENZA di SORGENTI o di BUCHI) Q = V Δt S v v'δt v' S' Nello stesso intervallo di tempo Δt: SvΔt = S v Δt = S v Δt = S v = costante Δt Scaricato da www.sunhope.it 8

EQUAZIONE di CONTINUITA' 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 = 5 cm 2 S = 1.25 cm 2 v = 80 cm s 1 S = 2.5 cm 2 v = 40 cm s 1 Scaricato da www.sunhope.it 9

Conseguenze della legge di continuità v 1 v 2 v 3 v 3 v 3 v 2 v 3 v 1 > v 2 > v 3 Q = Sv = cost = 5 litri. min -1 sezione velocità nei capillari la sezione individuale diminuisce, la sezione totale aumenta, la velocità diminuisce. arterie arteriole capillari venule vene Principio di Bernouilli Scaricato da www.sunhope.it 10

Principio di Bernouilli In un liquido ideale (privo di attrito interno), che scorra in un condotto disposto orizzontalmente, la somma dell energiaenergia potenziale e dell energiaenergia 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. Nei liquidi non ideali (a viscosità non nulla), la pressione laterale l (o pressione idraulica) diminuisce con la distanza a causa della perdita di energia per attrito. Scaricato da www.sunhope.it 11

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Ematocrito Scaricato da www.sunhope.it 13

Composizione del sangue sangue: elementi cellulari + plasma eritrociti 5 10 6 /mm 3 d = 8.5 μ d V = 87 μ 3 A = 163 μ 2 leucociti 5000-8000 /mm 3 piastrine 250000-400000 /mm 3 d = 2.5 μ plasma acqua 90% proteine plasmatiche 7% sostanze inorganiche 1% sostanze organiche 1% albumina emoglobina γ- globulina lipoproteine fibrinogeno 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 Scaricato da www.sunhope.it 14

SISTEMA CIRCOLATORIO schema del circuito chiuso : 4 mmhg CUORE AD VD AS VS 100 mmhg 25 mmhg 8 mmhg 5 litri/min POLMONI 5 litri/min GRANDE CIRCOLO 10 40 mmhg mmhg CAPILLARI 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 10-20 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 Scaricato da www.sunhope.it 15

Pressione arteriosa media (MAP) Pressione arteriosa media (MAP) Pressione diastolica + (ΔP)/3 Scaricato da www.sunhope.it 18

LEGGE DI LAPLACE 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). Scaricato da www.sunhope.it 22

PAM = GC x RPT PAM = [GS x F] x RPT Scaricato da www.sunhope.it 23

ΔP = Q x R MAP = Forza propulsiva che mette in circolazione il sangue Scaricato da www.sunhope.it 24

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 93-90 a 35-37 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, endotelina) 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 Scaricato da www.sunhope.it 25

RESISTENZE IDRAULICHE IN PARALLELO Scaricato da www.sunhope.it 26

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) 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 Scaricato da www.sunhope.it 28

RISPOSTA MIOGENA ALLO STIRAMENTO Scaricato da www.sunhope.it 29

VASOATTIVI LOCALI: -Monossido di azoto (NO): inibisce l ingresso del Ca 2+ inducendo 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, azione vasodilatatrice. Scaricato da www.sunhope.it 31

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. Scaricato da www.sunhope.it 32

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 Gittata cardiaca = Frequenza cardiaca x Gittata sistolica Controllo estrinseco Controllo intrinseco Gittata cardiaca Scaricato da www.sunhope.it 33

β 2 Scaricato da www.sunhope.it 34

Effetto inotropo positivo delle catecolamine Scaricato da www.sunhope.it 38

Fosfolambano (PL) È una proteina di membrana di basso P.M. (52 AA, MW = 6080) presente in elevata concentrazione nel cuore e nel muscolo liscio con una stechiometria approssimata di 1:1 con la Ca-ATPasi. Ha una coda altamente idrofobica e forma aggregati di 5 monomeri. Quando il PL non è fosforilato si unisce alla Ca-ATPasi inibendola. Il PL presenta 2 residui fosforilabili al suo N-terminale. Scaricato da www.sunhope.it 39

ipotalamo corteccia Scaricato da www.sunhope.it 42

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 Scaricato da www.sunhope.it 45

FORZE DI STARLING Scaricato da www.sunhope.it 47