� Permette, attraverso il sangue, il trasporto di O2, sostanze nutritizie ed ormoni ai tessuti e la rimozione di CO2 e cataboliti, per mantenere costante la composizione del liquido extracellulare (LEC).

� Consente di mantenere costante il LEC con un basso volume circolante (≅5l).

� E’ formato da condotti elastici (vasi) che costituiscono due circuiti idraulici chiusi (circolo sistemico e polmonare) disposti in serie ed alimentati da una pompa intermittente, il cuore, che fornisce energia per il movimento del sangue.

SISTEMA CIRCOLATORIOSISTEMA CIRCOLATORIO

Schema disposizione in serie ed in parallelo vasi nel sistema circolatorio

LE DIVERSE SEZIONI DEL SISTEMA CIRCOLATORIO SVOLGONO LE DIVERSE SEZIONI DEL SISTEMA CIRCOLATORIO SVOLGONO RUOLI DIFFERENTIRUOLI DIFFERENTI

� Arterie:Arterie: pareti robuste ed elastiche � trasportano sangue ad elevata pressione (serbatoi di pressione)

� ArterioleArteriole: pareti con componente muscolare che consente variazioni calibro �

controllano il passaggio del sangue ai capillari

� Capillari:Capillari: pareti sottili e permeabili � permettono scambi plasma - LEC

� Venule:Venule: raccolgono il sangue refluo dai capillari� Vene:Vene: pareti sottili ed elastiche con componente muscolare che consente variazioni calibro �

funzionano da serbatoi di volume

Valvole di controllo

VERSANTE ARTERIOSO

ALTA PRESSIONE

Arteriolevasi di resistenza

Capillarivasi di scambio

Sito di scambio

plasma ↔↔↔↔ LEC

BASSA PRESSIONESerbatoio di sangue

VERSANTEVENOSO

RV

CUORE

GC

Produzioneenergia per il movimento del

sangue

Organizzazione funzionale del Organizzazione funzionale del sistema cardiosistema cardio--circolatoriocircolatorio

Un fluido in movimento possiede energia cinetica (Ec=1/2ρv2). In un fluido, l’Ec è generata dalla Pressione.Grandezze basilari per studiare il comportamento di un fluido in movimento sono:

F = ∆∆∆∆P/R

FLUSSO (F: l/min)

PRESSIONE (P: mmHg)

RESISTENZA (R: mmHg/l/min)

La relazione tra queste grandezze è espressa dall’equazione del flusso:

Le leggi dell’idrostatica e dell’idrodinamica permettono di capire come si genera il movimento del sangue nel sistema circolatorio.

F = ∆∆∆∆P/R

∆P = Pi-PuPressione in ingresso Pressione in uscita

Flusso

Sezione trasversa

rPi Pu

La resistenza (R), che si oppone allo scorrimento di un fluido attraverso un condotto, dipende da:• caratteristiche geometriche del condotto (lunghezza e raggio)• caratteristiche reologiche del fluido (densità e viscosità).

Per vincere questa R, e garantire un determinato flusso (F, volume/minuto), è necessaria una differenza di pressione (∆∆∆∆P) tra inizio e fine del condotto.

R determina il ∆∆∆∆P necessario per garantire un determinato flusso.

Il flusso dipende da ∆∆∆∆P e non dal valore assoluto della P

Flusso

Flusso

Flusso uguale

∆∆∆∆

∆∆∆∆

In condizioni basali il flusso complessivo di sangue nel sistema circolatorio è imposto dalle esigenze metaboliche dell’organismo ed è5l/min:

• 5l/min escono dal cuore come GITTATA CARDIACA• si distribuiscono ai vari organi in percentuale diversa, a seconda delle singole esigenze metaboliche• tornano al cuore come RITORNO VENOSO.

Nel circolo sistemico e polmonare, F dipende dal ∆∆∆∆P tra ingresso ed uscita del circolo, rispettivamente:AORTA-ATRIO DESTROARTERIA POLMONARE-ATRIO SINISTRO.

L’entità del ∆∆∆∆P dipende dalle resistenze offerte dal sistema.• RPT circolo sistemico = ~20 mmHg/l/min (0.02 PRU = unità di resistenza periferica)Per avere Flusso = 5 l/min � ∆∆∆∆P = 100 mmHg• RPT circolo polmonare = ~2 mmHg/l/min (0.002 PRU)Per avere Flusso = 5l/min � ∆∆∆∆P = 10 mmHg

5 lVentricolo Sn Atrio Ds

∆∆∆∆P = F.R

R = 0 ∆∆∆∆P = 0

5 lVentricolo Sn Atrio Ds

5 lVentricolo Sn Atrio Ds

R = 10 ∆∆∆∆P = 50

R = 20 ∆∆∆∆P = 100• Cuore: pompa a volume che assicura un’energia cinetica(½ρv2) in grado di mantenere un flusso costante in relazioneal fabbisogno energetico.

• Per la presenza delle resistenze del circolo deve svilupparsianche energia potenziale (P)

Et = Ec + Ep

E’ la R del sistema che determina il ∆∆∆∆P necessario per garantire un determinato flusso.

Il ∆∆∆∆P si crea grazie:

• all’azione del cuore, che immette un certo volume di sangue nel sistema arterioso e lo sottrae dal sistema venoso.

• alla diversa distensibilità della parete delle arterie e delle vene, che si comportano, rispettivamente, come sistemi ad alta e a bassapressione.

La P arteriosa rappresenta una riserva di energia potenziale disponibile immediatamente per spingere il sangue in periferia.

VOLUME DI SANGUE CONTENUTO NELLE VOLUME DI SANGUE CONTENUTO NELLE DIVERSE SEZIONI:DIVERSE SEZIONI:

Vene + Venule 64%

Arterie 13%

Arteriole + Capillari 7%

Cuore 7%

Circolazione polmonare 9%

Volume

Pressione

In condotti a parete rigida, il volume non cambia al variare della pressione.

Pressione

Volume

∆∆∆∆P

∆∆∆∆V

Compliance Compliance elevataelevata

Compliance Compliance bassabassa

In condotti a parete elastica, il volume aumenta linearmente con la pressione. La pendenza della curva misura il grado di distensibilitàindicato come:

COMPLIANCE = ∆∆∆∆V/∆∆∆∆P

La distensibilità della parete di un vaso sanguigno è responsabile:• delle variazioni di volume determinate da variazioni della pressione esercitata sulla parete.• delle variazioni di pressione determinate da modificazioni di volume all’interno del vaso.Il grado di distensibilità di un condotto si valuta analizzando le variazioni di volume provocate da modificazioni della pressioneesercitata sulla parete del condotto stesso.

∆V1

Pressione

Volume

∆P1

∆V2

∆P2

Condotti con parete ad elasticitCondotti con parete ad elasticitàà variabilevariabile

La stessa variazione pressoria (∆P) produce variazioni di volume (∆V) diverse. La diversa pendenza, nei due tratti della curva, indica il diverso grado di COMPLIANCE ���� elevata distensibilità a bassi volumi e ridotta ad alti volumi.

COMPLIANCE ELEVATA

COMPLIANCE RIDOTTA

Lo stato di distensione di un vaso sanguigno dipende dalla pressione transmurale: Ptm,

(differenza tra pressione interna, Pi ed esterna, Peal vaso):

Ptm= Pi-Pe

Variazioni della Pe ad un vaso possono determinare variazioni di calibro.

COMPLIANCE= COMPLIANCE= ∆∆V/V/∆∆PP

All’interno di un vaso sanguigno, la pressione esercitata da un certo volume di sangue, dipende dalla compliance della sua parete.

All’interno di un contenitore elastico, finchè il volume di liquido contenuto non distende le pareti, non si sviluppa pressione.

Il volume massimo a P = 0 si definisce CAPACITA’

Volumi maggiori della capacità, distendono la parete sviluppando pressione.

A parità di incrementi di volume, la P sviluppata all’interno di un contenitore elastico, dipende dalla COMPLIANCE della parete.

• Il contenitore 1 in cui il ∆∆∆∆P è minore rispetto al contenitore 2, ha una compliance maggiore, cioè una parete più distensibile.

Volume

Pressione

CAPACITA’

1

∆∆∆∆V

2

∆∆∆∆ P

∆∆∆∆ P

• Le vene hanno compliance 20 volte maggiore rispetto alle arterie, possono quindi accogliere maggiori volumi di sangue con piccole variazioni di pressione al loro interno.

Arterie: sistema ad

alta pressione

Volume, ml

Pressione,

mmHg

∆ ∆ ∆ ∆ P

∆ ∆ ∆ ∆ P

∆∆∆∆V

∆∆∆∆V

Vene: sistema a bassa

pressione

500 15001000 2000 2500 3000 3500

120

60

80

40

20

100

140

*

*7

• La diversa compliance delle pareti arteriose e venose dipende dalla diversa quantità di fibre elastiche (elevata compliance) e di fibre collagene (bassa compliance).

Tensione (g/cm)

% della circonferenza iniziale

Arteria integra

Elastiche + collagene

+ TripsinaSolo fibre collagene

+ Acido formicoSolo fibre elastiche

L’arteria integra sviluppa, per ogni incremento unitario di volume, tensione crescente.

La curva lunghezza-tensione dell’arteria integra è il risultato della diversa resistenza all’allungamento delle componenti elastiche e collagene. All’inizio dello stiramento, le fibre elastiche cedono in modo proporzionale alla forza deformante (elevata compliance), mentre le fibre collagene sviluppano tensione per allungamenti maggiori (bassa compliance) e contribuiscono all’impennarsi della curva.

Pendenza iniziale (maggiore compliance) indice quantità fibre elastiche

Pendenza finale (minore compliance) indice quantità fibre collagene

0-10 anni

10-20

20-40 40-6060-8080-100

< 10 anni � prevalenza componente elastica � curva simile a quella ottenuta sperimentalmente dopo denaturazione con acido formico.10-40 anni � progressivo aumento componente collagene � progressivo impennarsi della curva nella seconda parte.> 40 anni , una dilatazione di entità costante � tensione maggiore.Nell’anziano, riduzione fibre elastiche, le fibre collagene entrano in tensione per distensioni minori � progressivo impennarsi della curva nella prima parte.

Modificazionitensione

sviluppata con l’età

Ten

sio

ne

(g/c

m)

% della circonferenza iniziale

Relazione Pressione-Volume per aorte ottenute da autopsie di individui di età diversa

Negli individui normali la compliance aortica èminima a pressioni molto basse o alte ed èmassima nell’intervallo fisiologico delle variazioni pressorie (75-140 mmHg).

La compliance diminuisce con l’età, in seguito alla maggiore rigidità del sistema, provocata dalla progressiva modificazione (contenuto di collagene ed elastina) delle pareti arteriose.

• Il volume di sangue che viene spinto dalla pompa in circolo deve essere uguale al volume di sangue che torna dal circolo alla pompa.

La pompa (cuore) e i vasi sono collegati a formare un circuito chiuso, in cui ogni distretto è rappresentato da un singolo condotto:

• Il sistema è pieno di sangue

• I vasi sono elastici

• Esiste una resistenza periferica

Modello semplificato per spiegare come si crea il Modello semplificato per spiegare come si crea il ∆∆P P fra sistema arterioso e venoso?fra sistema arterioso e venoso?

La pompa La pompa èè inattivainattiva

Il maggior volume di sangueè contenuto nelle vene

P = 7 mmHg, esprime il grado di riempimento del sistema, ed èdefinita pressione circolatoria di riempimento. Nonostante il sistema arterioso contenga un volume di sangue minore rispetto al sistema venoso, la P è uguale a causa della diversa compliance di arterie e vene.

Sistema arteriosoPa = 7 mmHg

Sistema venosoPv = 7 mmHg

PompaCuore

Resistenzeperiferiche

Non esiste flusso perché ∆P = 0

Pv ↓Pa ↑

Quando la differenza tra Pa e Pv è tale da vincere le resistenze periferiche, il sangue passa dal versante arterioso a quello venoso.Flusso attraverso resistenze periferiche (Flusso in uscita) = flusso generato dal cuore (Flusso in ingresso).

La pompa La pompa èè attivaattiva

Flusso in ingresso

Flusso in uscita

Resistenzeperiferiche

Patrio↓

A parità di volume spostato, la Pa sale più di quanto scenda la Pv, perché le arterie hanno una compliance minore delle vene.

• Durante la sistole, il volume di sangue spinto dal cuore nelle arterie non va tutto immediatamente in periferia, a causa delle resistenze periferiche.↑volume nelle arterie � distensione parete.Si accumula energia potenziale come energia elastica.Questa energia viene restituita e trasformata in energia cinetica durante la diastole cardiaca, assicurando il movimento continuo del sangue.

• Il flusso di sangue nel sistema circolatorio ècontinuo, nonostante l’attività intermittente della pompa cardiaca.

• La continuità di flusso è garantita dal fatto che le arterie funzionano come serbatoio di pressione.

Contrazione (sistole) ventricolareContrazione (sistole) ventricolare

Rilasciamento (diastole) ventricolareRilasciamento (diastole) ventricolare

Arteriole

1. Il ventricolo si contrae2. Il sangue è spinto nelle arterie

3. A causa delle resistenze periferiche, solo una parte del volume sistolico ètrasferita in periferia, il rimanente distende le pareti dell’arteria.

1. Il ventricolo si rilascia2. Le valvole semilunari si chiudono

3. Il ritorno elastico della parete arteriosa rappresenta la forza di spinta sul sangue, che continua a fluire in periferia, nonostante il cuore sia in diastole.

2

5Flusso totale

5

ll flusso di sangue in uscita dal cuore GITTATA CARDIACA(5l/min) si distribuisce ai vari organi in percentuale diversa, a seconda delle singole esigenze metaboliche.In ogni sezione del sistema circolatorio il flusso totale è 5l/min

Polmoni

Coronarie

Cervello

Muscoli

Fegato

Stomaco, Intestino

Reni

Cute, Scheletro, Altri

Cuore sinistroCuore destro

100%

4%

14%

21%

7%

20%

20%

14%

100%100%

La resistenza dei vasi che

distribuiscono il sangue ad un

organo (arteriole) determina la

quantità di flusso che irrora l’organo

stesso.

A parità di ∆∆∆∆P:↑R ����↓F

R

R