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Il sistema circolatorio
Contenuto della lezione:
Importanti caratteristiche di:
arterie (dimensioni, elasticità)
arteriole (‘rubinetti’)
capillari (numero, dimensioni, permeabilità, filtrazione del fluido, linfa)
Venule e vene (capacità)
4.0 mm 1.0 mm
30.0 m 6.0 m
8.0 m 0.5 m
20.0 m 1.0 m
5.0 mm 0.5 mm
Arterie
Arteriole
Capillari
Venule
Vene
Dia
met
ro
med
io
Sp
esso
re
med
io d
ella
p
aret
e
end
ote
lio
tess
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asti
co
mu
sc.
lisc
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tess
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bro
so
Quali fattori influenzano la pressione sanguigna?
• Il volume di sangue
• La resistenza vascolare
• L’autoregolazione
• Il sistema nervoso autonomo
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiacoDevono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace)Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso
Pre
ssio
ne
Tempo
Piccoli pulsi di flusso
Il cuore si contrae
Tempo
Vel
ocità
di
flu
sso
Perchè l’elasticità dell’aorta è così importante?Cosa succede con un’aorta non elastica (p.es. nell’arteriosclerosi)
Cuore Tessuti
Un’aorta elastica spiana la variazione di pressione
Flusso più regolare
Picchi di pressione più bassi
L’aorta immagazzina sanguee lo stiramento dell’aorta immagazzina energia
Perchè è importante impedire che la velocità del sangue diventi troppo elevata?
Flusso laminare
Pressione
Flu
sso
La resistanza è causata dall’interazione tra gli strati
Flusso laminare
Flusso turbulento
Pressione
Flu
sso
Flusso laminare
La resistenza è causata da frequenti collisioniÈ richiesta una grande quantità di energia per guidare il flusso
Avviene quando certi parametri si modificano fortementebassa viscosità
alta velocitàgrande raggio
Flusso turbolento
Perchè è importante impedire che la velocità del sangue diventi troppo elevata?
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiacoDevono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace)Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso
Vasi sanguigni con diametro grande sono suscettibili di stiramento
ReneRene
Aorta
Indebolimento
Anuerisma aortico
Legge di Laplace
T = P · r / d
Forza che tende a far collassare
il vaso
Forza che tende a dilatare il vaso
d ≡ spessore della pareter ≡ raggio del vasoT ≡ tensione sulla parete del vaso P ≡ pressione transmurale
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiacoDevono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace)Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso
La probabilità che un flusso laminare diventi turbolentoaumenta con il diametro del vaso.
Cancelletti girevoliBarriere per favorire il flusso laminare
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiacoDevono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace)Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso
Arteriole - <0.1cm Rubinetti della circolazione
Le arteriole sono i ‘rubinetti’ della circolazioneCambiando il loro diametero le arteriole possono alterare il flusso
Capillari
Arteriole
Arterie
Venule
Pre
ssio
ne
(m
m H
g)
Vene
Aorta Vena cava
p.es.: un aumento del raggio del 19% porterà ad un raddoppio del flusso
Legge di PoiseuilleP = Q · R
Legge della continuitàQ = cost.
Quindi, in un circuito chiuso, dove il flusso è costante, avremo che:
P R
La caduta di pressione per ogni segmento del letto circolatorio è indice della resistenza al flusso.
La caduta di pressione (P) è massima a livello delle arteriole
perché qui la resistenza al flusso (R) è massima.
La R massima al flussso e quindi la caduta di pressione P massima si ha a livello arteriolare ( ~30 m) e non a livello capillare ( ~6 m).
Infatti R dipende oltre che dal calibro (R 1 / r4) anche dal numero dei condotti posti in parallelo (1/Rt = (1/Ri))
Ra=10
1/Rta=2·(1/10)=0.2
Rta=1/0.2=5
Rc=100
1/Rtc=2000·(1/100)=20
Rta=1/20=0.5
Pre
ssio
ne
mm
Hg
Pressione sistolica
Pressionediastolica
Pressionemedia
Pulsi di pressione
CapillariArterioleArterie Venulevene
Ventricolosinistro
Atriodestro
La pressione nei vasi non è costante. La pressione nei vasi rispecchia le pressioni generate nel cuore – le pressioni sistolica e diastolica.Sistole = contrazione dei ventricoli Diastole = riempimento dei ventricoliQuando il sangue scorre attraverso il sistema la pressione diminuisce a causa dell’attrito
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiacoDevono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace)Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso
Arteriole - <0.1cm Rubinetti della circolazione
Capillari 4-7µm Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza (flusso in singola fila)
I capillari consistono di un monostrato di cellule endotelialiendoteliali (Raggio piccolo importante nel minimizzare la tensione delle pareti)
Tale permeabilità porta ad una perdita di fluidodal sangue per ‘ultrafiltrazione’
I capillari sono permeabili ad acqua, ioni e a piccole molecole
Capillaricontinui
CapillarifenestratiAumento della permeabilità
Esso è chiamato fluido interstiziale e bagnala maggior parte delle cellule dell’organismo
Il letto capillare ha una resistenza relativamente piccola nonostante il loro piccolo diametro
Brevi (~1mm)Resistanza al flusso lunghezza del vaso
Inoltre ve ne sono molti connessi in parallelo, per cui la loro sezione trasversa globale è grande
Ciò comporta una bassa velocità a livello dei capillari che dà il tempo per la diffusione
Capillari
1000
100
10
11Are
a to
tale
di
sezi
one
(cm
2 )
Grandi arterie
Art
erio
le
Ven
ule
Vene
nt RR
11
Q = P/R = v · A
P/R = v · A
Pv = R·A
Flusso in singola fila ( 3-10µm)
Il letto capillare ha una resistenza relativamente piccola nonostante il loro piccolo diametro
Brevi (~1mm)Resistanza al flusso lunghezza del vaso
Ve ne sono molti connessi in parallelo
Flusso in singola fila
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiacoDevono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace)Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso
Arteriole - <0.1cm Rubinetti della circolazione
Capillari 4-7µm Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza (flusso in singola fila)
Venule 50-200µm Vene ~1cm Acquiescienti per immagazzinare sangue ma contrattiliDotate di valvole per prevenire un riflusso
A riposo ~2/3 del sangue è nelle vene
VenosoArterie
Capillari
CuorePolmoni
1000
100
10
11Are
a to
tale
di
sezi
one
(cm
2 )
Grandi arterie
Art
erio
le
Ven
ule
Vene
lunghezza
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro durante il battito cardiacoDevono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di Laplace)Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per prevenire il collasso
Arteriole - <0.1cm Rubinetti della circolazione
Capillari 4-7µm Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza (flusso in singola fila)
Venule 50-200µm Vene ~1cm Acquiescienti per immagazzinare sangue ma contrattiliDotate di valvole per prevenire un riflusso
Vena cava
Filtrazione dei fluidi
La velocità di filtrazione del fluido dipende da 4 insiemi di variabili
Gradiente di pressione idrostatica(Pc - Pi)
Gradiente di pr. colloido-osmotica(c - i)
Questi fattori produconola forza e determinano
la direzione
Questi fattori influenzanol’ampiezza del flusso
Area superficiale
Permeabilità idraulica
= pressione osmotica, P = pressione idrostatica i = interstiziale, c = capillare
Flusso d’acqua = area · permeabilità · ( (Pc-Pi) - (c-i) )
L’equazione di Starling
Poche parole circa la composizione del sangue
Un essere umano ne possiede circa 5.5 litri (8% per 70 Kg di peso).Gli eritrociti rappresentano circa il 47% del volume
Un certo numero di globuli bianchi (<0.1%), piastrineIl resto è plasma
(acqua, sali, proteine, agenti coagulanti, glucoso, aminoacidi ecc)
Importanza del globulo rosso per la circolazione
Se l’emoglobina umana fosse libera nel plasma la viscosità sarebbe troppo alta.
Fluido extracellulare
Plasma 3L (= sangue - eritrociti)
Interstiziali 11L
Intracellulari 28L
Distribuzione dei fluidi in un essere umano ‘medio’
Interstiziali
Plasma
Fluidi intracellulari
Tipi di capillariTipi di capillari• Struttura dei capillari
– Una volta che il sangue raggiunge i capillari, il plasma e le cellule scambiano materia
– La maggior parte delle cellule distano circa 100 m dai capillari
• Due tipi di capillari– Capillari continui
• Le cellule endoteliali sono strettamente unite• Alcune piccole molecole passano attraverso le giunzioni cellulari• Molecole più grandi (es. proteine) sono trasportate tramite
vescicole
– Capillari fenestrati• Hanno grandi pori che permettono a grandi volumi di fluido di
passare rapidamente
Tipi di capillari
Flusso nei capillari
–Nei capillari la velocità del sangue è la più bassa
– Il flusso è proporzionale all’area della sezione totale
Scambi a livello dei capillariScambi a livello dei capillari
Area della sezione totale
Velocità del flusso
Art
eri
e
Art
eri
ole
Ca
pil
lari
Ve
nu
le
Ve
ne
Ve
na
ca
va
Ao
rta
• Diffusione:– È la sorgente della maggior parte degli scambi tra plasma e
liquidi interstiziali– Eritrociti e proteine sono troppo grandi per attraversarli
• Flusso di massa:– Movimento di massa di acqua e soluti come risultato della
pressione idrostatica o colloido-osmotica• Fuori dai capillari: filtrazione• Dentro I capillari: assorbimento
– La maggior parte dei capillari mostrano una transizione:• Da una filtrazione netta ad un assorbimento netto • Muovendosi dal lato arterioso a quello venoso
– È regolato da due forze:• Pressione idrostatica: componente della pressione laterale che
spinge il fluido attraverso I pori dei capillari• Pressione colloido-osmotica: determinata dalle differenze di
concentrazioni di soluti tra I due compartimenti (PROTEINE)
Scambi a livello dei capillariScambi a livello dei capillari
Filtrazione nei capillari
pressione netta = pressione idrostatica + pressione colloido-osmotica
PN = P -
P=
=
P
P > P = P <
• Pressione netta:PN = P idrostatica – P colloido-osmoticaPN = (Pc – Pi) - (c-i)
• Pc diminuisce lungo il capillare• PiI molto bassa c ~ 25 mm Hg i ~ 0
Lato arterioso:• PN = 32 – 25 = 7 mm Hg Filtrazione
Lato venoso:• PN = 15 – 25 = -10 mm Hg Assorbimento
• Filtrazione > AssorbimentoFlusso di massa ~ 3 L/dieQuesto fluido come torna indietro?
Scambi a livello dei capillariScambi a livello dei capillari
Sistema linfatico• Tre funzioni principali:
– Recupero di fluido e proteine filtrate fuori dai capillari– Prelievo dei grassi assorbiti dall’intestino– Serve da filtro per catturare e distruggere elementi
patogeni esterni
• Organizzato per un movimento a senso unico dei fluidi interstiziali dai tessuti al circolo
• Struttura:– Capillari linfatici a fondo cieco sono nelle strette vicinanze
dei capillari sanguigni– Costituiti da un monostrato di cellule endoteliali piatte– Grosse fessure tra le cellule permettono a fluidi, proteine,
batteri, di essere trascinati dentro dal flusso di massa
Relazione tra i capillari e i vasi linfatici
venulearteriole
vasilinfatici
filtrazionenetta assorbimento
netto
Ritorno della linfa al circolo generale
I capillari linfatici hanno un singolo strato di cellule endotelialicon ‘grandi’ aperture tra di esse
I vasi linfatici hanno valvole
I grandi vasi linfatici si contraggono ritmicamente
Contrazione muscolare, respirazione e movimenti intestinali guidano il flusso linfatico
Nei mammiferi la linfa ritorna in circolo a livello della vena succlaviaentro la quale il sangue ‘succhia’ la linfa
A fondo cieco
Edema linfatico
Causato da un accumulo di linfa•Rimozione dei dotti linfatici•Bloccco dei dotti linfatici
Edema polmonare
Un aumento nella filtrazione di fluido nei polmoni è particolarmente pericoloso.
Un aumento di fluido disaccoppia gli scambi gassosi
Verifiche
La velocità del flusso è direttamente o inversamente proporzionale all’area della sezione trasversa?
Se si modifica l’area della sezione trasversa, quale effetto si avrà sulla portata (flusso)?
(a) La velocità del flusso è inversamente proporzionale all’area. Aumentando l’area, la velocità decresce.
(b) Modificando l’area della sezione trasversa non si ha alcun effetto sulla portata (flusso). Infatti, Per la legge dell’azione di massa l’intensità del flusso nel condotto non
cambia: Q1=Q2 ↔ v1A1=v2A2 ↔ v1/v2=A2/A1
Area della sezione totale
Velocità del flusso
Art
erie
Art
erio
le
Cap
illar
i
Ven
ule
Ven
e
Ven
a ca
va
Ao
rta
v
1
v
2
La pressione idraulica in un capillare aumenta a 35 mmHg mentre rimane a 15 mmHg al capo venoso. In questo capillare la filtrazione netta aumenterà, diminuirà o rimarrà costante?
Una persona con patologia epatica può perdere la capacità di sintetizzare le proteine plasmatiche. Cosa succederà alla pressione colloido-osmotica del suo sangue? E all’equilibrio tra filtrazione e assorbimento a livello dei suoi capillari?
Quale fattore determina principalmente la resistenza al flusso ematico?
In quali vasi sanguigni si accumulerà il sangue se il ventricolo sinistro non pompa regolarmente? Dove si verificherà un edema?