Sistema Cardiovascolare

Introduzione ai vasi
Arti Ahluwalia
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Address: Centro Interdipartimentale di Ricerca “E.
Piaggio”, Facoltà di Ingegneria
Sistema Cardiovascolare
Funzioni
• Transporto
• I vasi sanguini formano un sistema chiuso
che parte dal cuore
• E’ un sistema di strutture dinamiche, che si
dilatano, contraggono , pulsano e
proliferano per adattarsi ai bisogni del
corpo.
• La rete di distribuzione del sangue ha una
lunghezza di circa 96,000 km
–
–
–
–
–
O2 e CO2
Nutrienti
Metaboliti
Ormoni
Calore
• Affidabilita’
– Quanti battiti fa in una vita?
• Flessibilita’
– Pompa puo’ cambiare portata
– Vasi possono cambiare direzione
di flusso
1
Struttura del sistema SCV
•
lungs
•
destra
sinistra
glands
Hypothalamus
Le pompe D e S, devono essere uguali
in uscita
I letti vascolari sono in parallelo
– Tutti tessuti vengono ossigenati
– In zone localizzate, il flusso puo
essere ridirezionato
– Il flusso può essere redirezionato
attraverso vasocostrizione e
vasodilatazione
brain
legs
arms
liver
Stomach
2
Caratteristiche sistema circolatorio:
•Poca simmetria
•Grande ridundanza (anastomosi)
A1
A2
A3
Per l’aorta il
rapporto è
circa 1
A3 + A2
≈1
A1
(nell’aorta va da 0.79 a 1.29). Se è > 1 significa espansione del
letto se è < 1 vuole dire che il letto vascolare diminuisce.
Esercizio
Usando il principio di conservazione di flusso, calcolare
il numero di capillari in un corpo dato che:
•il raggio dell’aorta è 1.5 cm
• raggio capillare è 10 micron
•Portata del cuore 5 l/min
• velocità del sangue nel capillare 1.7 mm/s
•Dato che la lunghezza di un capillare è 1 mm, quanto è il
tempo per cui un GR rimane nel condotto? E perche?
Si puo descrivere la forma dell’aorta con
A = Ao e − Bx / Ro
B=0.02-0.05
x=distanza dal inizio , Ao=area iniziale, Ro =
raggio iniziale
In generale il diametro di un vaso è
proporzionale al flusso che porta. L’unica
eccezione è nel rene dove entra 25% del
flusso in arterie strette.
3
Consumo di O2
Uscita cardiaca
Skeletal
Skin
8%
Other
10%
Liver &
GIT
muscle
20%
25%
Heart
4%
Brain
13%
Kidneys
20%
Heart
10%
Destra
18%
VENE
POLMONARI
sinistra
AORTA
VENA CAVA
Liver &
GIT
Brain
polmoni
ARTERIA
POLMONARE
Skin
Other
Skeletal 2% 14%
muscle
20%
30%
Kidneys
6%
vene
Ghiandole
Hypoth
arterie
Cervello
venule
arteriole
Gambe
Braccia
Fegato
Stomaco
Come viene ridirezionato l’uscita durante uno sforzo fisico?
capillari
Classificazione dei Vasi
• Arterie elastiche eg aorta
aorta
– Lume grande, parete elastica
– Per smorzare variazioni di pressione (perche?)
• Arterie Muscolari eg altre arterie
arterie
– Lume grande, parete forte non- elastica
– Condotto con bassa resistenza
• Vasi con resistenza eg arterioli
arteriole
capillari
– Lume piccolo, parete spessa e contrattile
– Possono controllare resistenza e flusso
– Permettano la ridirezione del sangue
• Vasi di scambio, eg capillaries
venule
– Lume piccolo, parete piccolo
• Vasi con elevata capacita’ eg venule & vene
vene
– Lume grande, parete distensibile
– Condotto di bassa resistenza
Struttura dei vasi: 3 tipi
• Arterie
– Elastiche, muscolari, arteriole
• Capillari
– Sangue fluisce da arterioli a capillari
– Lo scambio di O2 occore tra le pareti
– Poi dai capillari passa al sistema venoso.
• Vene (hanno valvole)
– Venule, vene piccole, medie o grandi
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Grandezza e Composizione
•
•
La rete parte con arterie
arterioli
capillari
venule
vene
Solo i capillari vengono in contatto intimo con cellule e tessuti
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•
•
La rete parte con arterie
arterioli
capillari
venule
vene
Solo i capillari vengono in contatto intimo con cellule e tessuti
Struttura Generale
• In vasi con diametro
piu’ grande di 1mm,
una strato di tessuto
connetivo lasso, detto
la lamina basale,
forma un supporto per
l’endotelio.
• Possiamo distinguere 3 strati o tuniche:
• Tunica avventizia, media e intima
• Le tuniche circondano il lume, la parte centrale dove fluisce il
sangue
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• La tunica interna e’ la
tunica intima
• Contiene l’endotelio, uno
strato di cellule epiteliali
del tipo “squamoso
semplice”. Questo strato
riveste il lume di tutti vasi
• Le cellule epiteliali dei
vasi sono dette cellule
“endoteliali”
• Le cellule sono piatte
senza spazi inter-cellulari.
Formano una superficie
che minimizza l’attrito tra
sangue e la superficie del
lume
• In vasi con diametro
piu’ grande di 1mm,
una strato di tessuto
connetivo lasso, detto
la lamina basale,
forma un supporto per
l’endotelio.
Tunica Intima
• Endothelio con lamina basale
• Tessuto connectivo tissue subendotheliale con
collagene, fibre elastiche e alcune cellule del
muscolo liscio e’ la lamina elastica interna (ma
solo nei vasi di grosso calibro)
• Endothelio = tessuto epiteliale squamoso semplice
• Poco spazio inter cellulare
• Transporto Transendoteliale
Tunica
avventizia
• La tunica media e’
formato principalmente da
cellule del muscolo liscio e
foglie di elastina.
• Le cellule sono orientate in
maniera spirale.
• L’attivita’ del musclo liscio
e’ regolato da fibre nervose
vasomotorie che fanno parte
sistema nervoso autonomico
(sympathetic).
Tunica media
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Tunica media
•Contiene: Cellule del muscolo liscio,
collagene, e alcune fibre elastiche
•Le SMC sono orientate come un spirale
•Sono le SMC che producono il collagene e le
fibre elastiche
•Ci sono pochi fibroblasti
•C’e’ la lamina elastica esterna che contiene una
alta concentrazione di fibre elastiche
•E’ lo strato piu’ spesso nelle arterie
• Lo strato esterno e’ la
tunica avventizia
• E’ composta
principalmente da fibre di
collagene non compatte.
Questo strato protegge i
vasi e permettono
l’ancoraggio del vaso a
altre strutture. Questo
strato forma una sorta di
continuità tra vaso e gli
altri tessuti del corpo.
• Le fibre vaso motorie possono causare vaso
costrizione o vaso dilatazione a secondo
delle condizione del corpo.
• Le attivita’ della tunica media sono
importanti nella regolazione della dinamica
del sistema circolatorio.
• In genere, la tunica media e’ lo strato piu’
spesso nelle arterie, ed è responsabile del
mantenimento della pressione sangiunina e
di un flusso continuo di sangue.
• La tunica avventizia e’
infiltrata con fibre
nervose, vasi linfatici e in
vasi di calibro grosso, con
a sistema di vasi piccoli.
• Questi vasi, i “ vasa
vasorum” portano O2 e
sostanze nutrienti ai
tessuti esterni della parete
del vaso
Tunica
avventizia
Tunica
avventizia
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Tunica adventitia
• Tessuto connetivo e fibroblasti: tanto
collagene
• Piu’ sottile della tunica media
• Poche fibre elastiche
• E’ piu’ rigidio della tunica media, e protegge
il vaso da sovra-deformazione
• Contiene i vasa vasorum e i nervi vasculari
Piccole Arterie e Arteriole
• Le piccole arterie hanno fino a 8 strati di
SMC nella TM
• Le piccole arterie hanno una lamina elastica
interna
• La tunica avventizia e’ poco sviluppata e
contiene poco materiale
Arterie Muscolari (distribuzione)
• Le arterie muscolari distribuiscono sangue agli
organi, e sono quelle che hanno dei nomi
• In proporzione al loro diamtero, hanno la TM piu’
spessa
• La TM contiene piu muscolo liscio e meno tessuto
elastico delle arterie elastiche
• Sono piu’ attive nella vasocostrizione e meno
distensibili della arterie elastiche
• Hanno entrambe le lamine elastiche (interna e
esterna)
• Hanno un diametro inferiore delle grosse arterie
elastiche
Arteriole
• Le arteriole hanno un lume da 0.3 mm a 10 µm,
sono le piu’ piccole delle arterie
• Le arteriole hanno 1-2 strati di SMC nella TM
• Le arteriole piu’ grosse hanno le tre tuniche. La
TM e’ sopratutto muscolo liscio con poche fibre
elastiche
• Le arteriole piccole che portano ai letti capillari
sono sostanzialmente una strato di SMC che
formano una spirale intorno allo strato interno di
cellule endoteliali.
• Le arteriole sono i punti di controllo per il flusso
sanguinio
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Capillari
• I capillari hanno un lume
piccolo che permette i
globuli rossi di passare
uno alla volta
• La maggior parte dei
tessuti ha una rete fitta ma
ci sono alcuni tessuti con
pochi capillari:
™ Tendini e ligamenti
™ Cartilagine
™ Epiteli
™ Cornea
• I capillari formano reti intrecciate chiamate “letti
capillari”
• Il flusso in queste reti si chiama “microcircolo”
Capillari
• La parete sottile e l’ubiquitita’ permette uno
scabio efficace di nutrienti, gas, molecole es
ormoni e scariche
• Si possono distinguere 3 tipi di capillari
– Continui
– Fenestrati
– Sinusoidali
• Capillari continui (nonfenestrati) capillaries hanno
giunzioni molto stretti. Si trovano nel sistema
nervoso (CNS, PNS) e muscolo
• Capillarie discontinui (fenestrati) hanno buchi
nella parete di 80-100 nm e si trovano nella
maggior parte dei tessuti: i glomeruli del rene,
ghiande endocrinali.
• Generalmente, un letto capillare presenta due tipi
di vasi: un shunt vascolare (meta arteriola) e veri
capillari
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Letti Capillari
• La quantita’ di sangue che entra in un letto
capillare e’ regolato dalle fibre nervose dal
tessuto muscolare e da condizioni locali
(segnali biochimici)
• A seconda delle condizioni, il letto viene
bypassato o completamente perfuso. Un
esempio e’ il shunting degli organi digestivi e
muscoli scheletrici.
Vene
• Vene: grandi, medie e piccole
• Le vene grandi e medie accompagnano le arterie
grandi e piccole. Le vene grandi e medie
generalmente accompagnano le arterie grandi e
medie
• Le vene grandi e medie hanno TI, TM e TA
• La tunica media e’ piu’ sottile nelle arterie dello
stesso diametro interno.
• In generale, la parete e’ piu sottile nelle arterie
dello stesso diametro interno.
• Alcune vene hanno valvole per evitare un contro
flusso
Sistema venoso
• Il sangue scorre nel letto capillare, per
raggiungere il cuore attraverso le vene.
• Aumenta il diametro delle vene, e la loro
parete, progressivmente, si ispessisce
passando dalle venule a vene di calibro
sempre maggiore.
Vene di calibro maggiore
• La vena cava
• Tunica intima con endotelio, lamina basale e
tessuto connettivo subendoteliale sottile con
lamina elastica interna
• La tunica media ha 4-5 strati di tessuto
muscolare liscio, collagne e fibroblasti
• La tunica avventizia e’ spessa con poco tessuto
muscolare liscio, molto collagene, fibroblasti e
alcune fibre elastiche
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Vene Medie
• Tunica intima: endotelio, lamina basale,
tessuto connettivo subendoteliale e lamina
elastica interna
• Tunica media: molto sottile, tessuto
muscolare liscio e pochi fibroblasti
• Tunica avventizia: più spessa del TM,
tessuto connettivo e un pò di SM
Venules
• Venule, hanno un diametro che varia da 8 a 100 µm, e
si formano dall’unione dei capillari. Le venule più
piccole, le post-capillari, sono costituite interamente da
entotelio ricoperto da fibroblasti.
Piccole vene
• Endotelio, lamina basale, periciti (tessuto
contrattile)
• Sensibile all’istamina e alla serotonina,
Maggiore permeabilità ai fluidi e WBC
durante reazioni allergiche e infiammatorie
• Non è presente la tunica media ma solo1-2
strati di tessuto muscolare.
Veins
• Le vene hanno tre distinte tuniche, ma le loro pareti sono
sempre più sottili e il loro lume sempre maggiore, così che
tramutano in arterie
• C’è poco tessuto muscolare o elastina nella tunica media,
così che la parete delle vene tende ad essere più sottile
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Vene
Vene
•
•
•
•
•
•
Hanno un diametro maggiore e una parete più sottile, così che possono
accogliere una quantità maggiore di sangue.
In un dato momento, più del 65% del sangue totale che scorre nel nostro
corpo, è presente nelle vene anche se non sempre le vene sono
completamente piene di sangue.
Le vene possono essere delle riserve di sangue, così da essere chiamate
vasi capacitori
Poichè la pressione sanguigna all’inerno delle vene è bassa, le vene
possono presentare pareti più sottili senza arrecare pericolosi danni
Comunque, per favorire il ritorno del sangue al cuore, in condizioni di
bassa pressione, il sistema venoso deve presentare caratteristiche
favorevoli
Una caratteristica è il diametro maggiore delle vene rispetto alle arterie
Anastomosi Vasculare (ridundanza)
• Gli organi ricevono sangue da piu’ rami arteriali, e le
arterie che trasportano il sangue in una zona si possono
unire, formando un’anastomosi arteriale.
• Le anastomosi arteriali forniscono strade alternative (canali
collaterali) al sangue per arrivare in una zona specifica.
• Le anastomosi arteriali sono abbondanti negli organi
addominali e intorno alle articolazioni, la dove un
movimento puo’ inibire il flusso in alcuni canali. Sono
abbondanti anche nella zona coronaria.
• Le arterie che non formano anastomosi o che hanno una
circolazione collaterale poco sviluppata (le arteria della
retina, dei reni e della milza), sono molto vulnerabili se il
flusso sanguinio viene interrotto.
• Le valvole venose sono
formate da
estroflessioni di tunica
intima e presentano le
stesse caratteristiche e
funzioni delle valvole
semilunari nel cuore
• Le valvole venose
sono presenti in
quantità maggiore là
dove il flusso del
sangue è opposto alla
forza di gravità
Rapporto tra flusso e pressione
Flusso ( Q ) e’ il volume che
pass per secondo
= ∆Q
Q
∆t
Il flusso nel sistema CVS e’
dovuto alla differenza di
pressione tra arterie e vene, ed
e’ proporzionale alla
differenza di pressione.
= Pa − Pv
Q
R
R è la resistenza vascolare
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Qunidi resistenza vascolare è
R=
dp 8µ L
=
Q π a4
Un piccolo cambiamento in a cambia molto la resistenza al flusso. Questo
è la base di vasodilatazione e vasocostrizione. Quindi l’ipertensione puo
essere ridotto usando farmaci che rilassano i muscoli, diminuendo la
viscosità del sangue o riducendo la quantità di sale (perche?)
E’ utile misurare la resistenza vascolare, ma non
•Indica il luogo della costrizione or dilatzione
•Indica la causa
•Informazione è netta non locale
• Non è capace di distinguere tra formazone di nuovi vasi, dilatazione o
emorragia
Equivalenza a resistenza in parallele
Resistenza lungo il sistema vascolare
La resistenza e’ massima
nelle arteriole.
La resistenza totale e’
controllata dalle
arteriole.
Le arteriole controllono
la perfusione attraverso
gli organi e la
distribuzione del uscita’
cardiaca. Come?
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