Unità 11
Il sangue e il sistema circolatorio
Obiettivi
▪ Conoscere i diversi tipi di sistema circolatorio
che si sono evoluti negli animali
▪ Conoscere la struttura del sistema
cardiovascolare umano
▪ Sapere attraverso quali meccanismi vengono
distribuiti i gas respiratori nell’organismo
▪ Imparare quali sono i componenti del sangue
Lezione 1
I MECCANISMI DEL TRASPORTO
INTERNO
2
11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con
i tessuti
▪ Per vivere ogni cellula ha bisogno di
– Ricevere sostanze nutritive
– Scambiare i gas con l’esterno
– Eliminare i prodotti di scarto del metabolismo
▪ La maggior parte degli animali ha un corpo troppo
grande e complesso perché questi scambi possano
avvenire per diffusione semplice
3
11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con
i tessuti
▪ È necessario un sistema di trasporto interno che
permetta alle sostanze di muoversi fra la superficie
del corpo e i tessuti al suo interno
4
11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con
i tessuti
▪ Negli organismi più semplici una cavità
gastrovascolare centrale è deputata alla
– Digestione
– Distribuzione delle sostanze nutrive nel corpo
▪ Gli animali più complessi hanno bisogno di un vero
sistema circolatorio formato da
– Una pompa, il cuore
– Un liquido circolante, il sangue
– Tubi per il trasporto, i vasi sanguigni
5
11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con
i tessuti
▪ Il sistema circolatorio aperto
– Tipico di artropodi e molluschi
– Il sangue scorre in vasi dalle estremità aperte per
raggiungere direttamente le cellule
– Le cellule dei tessuti sono a diretto contatto con il
sangue: non c’è differenza fra liquido interstiziale e
sangue
6
Cuore tubulare
Pori
7
11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con
i tessuti
▪ Il sistema circolatorio chiuso
– Detto anche sistema cardiovascolare
– Lo possiedono lombrichi, seppie, polpi e tutti i vertebrati
– Il sangue rimane chiuso nei vasi, separato dal liquido
interstiziale
– Tre tipi di vasi
–
–
Arterie
Vene
–
Capillari
8
Arteriola
Letti capillari
Arteria
(sangue ricco di O2)
Venula
Vena
Capillari
branchiali
Atrio
Cuore
Ventricolo
Arteria
(sangue povero di O2)
9
11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione
dei vertebrati
▪ Il sistema circolatorio dei pesci
alla luce dell’evoluzione
– Il sangue scorre in un unico circuito e il cuore
possiede due cavità separate
– Il sangue pompato dal ventricolo raggiunge i capillari nelle branchie
– Dalle branchie prosegue fino a raggiungere i capillari negli altri
tessuti
– Da capillari nei tessuti torna all’atrio del cuore
10
Capillari branchiali
Cuore:
Ventricolo (V)
Atrio (A)
Capillari sistemici
11
11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione
dei vertebrati
alla luce dell’evoluzione
▪ I vertebrati terrestri hanno una circolazione doppia
– Il sangue scorre attraverso due circuiti separati: la
circolazione polmonare e la circolazione sistemica
12
11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione
dei vertebrati
alla luce dell’evoluzione
▪ Circolazione doppia, cuore a tre cavità
– Tipica di rettili e anfibi
– Il cuore ha due atri e un ventricolo
– L’atrio destro riceve il sangue dai capillari sistemici
– Il ventricolo pompa il sangue ai polmoni e, nel
caso di molti anfibi, alla pelle (cicolazione
pneumo-cutanea)
– Il sangue ricco di ossigeno torna all’atrio sinistro
13
Capillari polmonari e cutanei
Circolazione
pneumo-cutanea
A
A
V
Sinistra
Destra
Circolazione
sistemica
Capillari sistemici
14
11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione
dei vertebrati
alla luce dell’evoluzione
▪ Il cuore a quattro cavità
– Tipica di coccodrilli, uccelli, mammiferi
– Il cuore ha due atri e due ventricoli
– Circolazione polmonare e circolazione sistemica non si
mischiano
–
Il lato destro del cuore riceve e pompa solo sangue povero di
ossigeno
–
Il lato sinistro riceve e pompa solo sangue ricco di ossigeno
– Un sistema circolatorio così efficiente è indispensabile
per alimentare l’elevato tasso metabolico di animali
endodermi come mammiferi e uccelli
15
Capillari polmonari
Circolazione
polmonare
A
A
V
V
Sinistra
Destra
Circolazione
sistemica
Capillari sistemici
16
Lezione 2
IL SISTEMA CARDIOVASCOLARE
UMANO
17
11.3 Il sistema cardiovascolare umano comprende
una doppia circolazione
▪ Il sistema cardiovascolare umano comprende una
doppia circolazione:
▪ La circolazione polmonare assicura l’ossigenazione del
sangue e l’espulsione del CO2 attraverso il polmoni
▪ La circolazione sistemica trasporta i gas respiratori da
e verso i vari distretti corporei
18
11.3 Il sistema cardiovascolare umano comprende
una doppia circolazione
▪ Percorso del sangue nel sistema cardiovascolare
umano, circolazione polmonare
▪ Il ventricolo destro pompa il sangue povero di
ossigeno nelle arterie polmonari
▪ Il sangue raggiunge i capillari dei polmoni
▪ Nei polmoni il sangue assorbe O2 e libera CO2
▪ Attraverso le vene polmonari il sangue ricco di
ossigeno arriva nell’atrio sinistro del cuore
▪ Dall’atrio sinistro, il sangue ricco di O2 passa al
ventricolo sinistro
19
11.3 Il sistema cardiovascolare umano comprende
una doppia circolazione
▪ Percorso del sangue nel sistema cardiovascolare
umano, circolazione sistemica
▪ Il ventricolo sinistro pompa il sangue nella circolazione
sistemica attraverso l’arteria aorta
▪ L’aorta si dirama in diverse arterie che raggiungono i
capillari distribuiti in tutti i tessuti
▪ I capillari convergono in vene di diametro crescente,
quelle provenienti dalla parte superiore si immettono
nella vena cava superiore quelle provenienti dalla
parte inferiore nella vena cava inferiore
▪ Le due vene convergono nell’atrio destro; da qui il
sangue passa nel ventricolo sinistro, il punto di partenza
20
8
Vena cava
superiore
Capillari della testa,
del torace e delle braccia
Arteria
polmonare
Capillari
del polmone
destro
Arteria
polmonare
9
Capillari
del polmone
sinistro
Aorta
2
7
2
3
3
4
5
10
4
Vena polmonare
Atrio destro
6
1
Vena polmonare
Atrio sinistro
9
Ventricolo sinistro
Ventricolo destro
Aorta
Vena cava
inferiore
Capillari della regione
addominale e delle gambe
8
21
11.4 Il cuore si contrae e si rilassa ritmicamente
▪ La struttura del cuore
– Tre strati di tessuto
– Epicardio: rivestimento esterno
– Miocardio: tessuto muscolare
– Endocardio: rivestimento interno
– Gli atri hanno pareti sottili, ricevono il sangue dalle
vene e lo pompano nei ventricoli
– I ventricoli hanno pareti più spesse per pompare il
sangue nelle arterie
– Atri e ventricoli sono collegati dalle valvole
atrioventricolari
22
Atrio
destro
Ai polmoni
Dai polmoni
Ai polmoni
Atrio sinistro
Dai polmoni
Valvola
semilunare
Valvola
semilunare
Valvola
atrioventricolare
Valvola
atrioventricolare
Ventricolo Ventricolo
destro
sinistro
23
11.4 Il cuore si contrae e si rilassa ritmicamente
▪ Durante la diastole
– Il cuore è completamente rilassato
– il sangue fluisce passivamente in tutte e quattro le sue
cavità
▪ Durante la sistole
– Gli atri si contraggono velocemente spingendo il sangue
nei ventricoli
– Successivamente, i ventricoli si contraggono spingendo il
sangue nella arterie
– Durante la seconda fase gli atri cominciano a rilassarsi e
riempirsi nuovamente di sangue
24
2
1
Il cuore
è rilassato
Le valvole
semilunari
sono chiuse
0,1 s
Le valvole
atrioventricolari
sono aperte
Diastole
0,4 s
0,3 s
Gli atri
si contraggono
Sistole
3
I ventricoli
si contraggono
Le valvole
Semilunari
sono aperte
Le valvole
atrioventricolari sono chiuse
25
11.4 Il cuore si contrae e si rilassa ritmicamente
▪ Gittata cardiaca
– Quantità di sangue pompata al minuto dal ventricolo
sinistro
▪ Frequenza cardiaca
– Numero di battiti (contrazioni) al minuto
▪ I suoni cardiaci che si sentono con uno stetoscopio
sono causati dalla chiusura delle valvole cardiache
▪ Un suono sibilante che viene descritto come soffio
cardiaco può indicare la presenza di un difetto in
una o più valvole cardiache
26
11.5 Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito
cardiaco
▪ Il nodo senoatriale (pacemaker)
– Stabilisce il ritmo di contrazione per tutte le cellule del
cuore
– Genera impulsi elettrici diretti agli atri
▪ Il nodo atrioventricolare
– Trasmette gli impulsi elettrici ai ventricoli
– La trasmissione è ritardata di circa un decimo di
secondo per permettere agli atri di svuotarsi
completamente prima che avvenga la contrazione dei
ventricoli
27
Pacemaker
(nodo senoatriale)
Nodo
atrioventricolare
Fibre muscolari
specializzate
Atrio
destro
Apice
del cuore
1 Il pacemaker
segnala all’atrio
di contrarsi
2 I segnali
si propagano
attraverso gli atri
4 I segnali
3 I segnali sono
trasmessi
si propagano
all’apice del cuore attraverso
i ventricoli
ECG
28
11.5 Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito
cardiaco
▪ L’elettrocardiogramma (ECG)
– Rileva attraverso la pelle gli impulsi elettrici generati dal
cuore e li registra
▪ In un cuore sano il ritmo cardiaco è regolato in base
all’attività del corpo
29
11.5 Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito
cardiaco
▪ Anomalie nel ritmo cardiaco (aritmie) possono
verificarsi durante un attacco cardiaco causato da un
malfunzionamento del nodo senoatriale
– La funzionalità del nodo senoatriale può essere ristabilita
con uno shock elettrico applicato al torace per mezzo di
un defibrillatore
– Quando la funzionalità del nodo senoatriale è
compromessa irreversibilmente è possibile impiantare un
pacemaker artificiale
30
Cuore
31
Quando il cuore si ammala
COLLEGAMENTO salute
▪ L’attacco cardiaco o infarto del miocardio è un
danneggiamento dei tessuti del cuore
– Si verifica quando una o più arterie coronariche (che
riforniscono i tessuti del cuore di sostanze nutritive e O2)
vengono ostruite
▪ L’ictus è un danneggiamento dei tessuti del cervello
– La morte dei tessuti cerebrali è causata dall’ostruzione di
una o più arterie che portano il sangue al cervello
32
Vena cava
superiore
Arteria
polmonare
Arteria
coronaria
destra
Aorta
Arteria
coronaria
sinistra
Occlusione
Tessuto
muscolare
morto
33
Quando il cuore si ammala
COLLEGAMENTO salute
▪ L’aterosclerosi provoca una graduale ostruzione dei
vasi sanguigni
– Sulla parete interna delle arterie si sviluppano depositi di
grasso (in particolare colesterolo)
– Il passaggio attravero cui il sangue fluisce lungo i vasi
risulta sempre più ristretto
– In queste condizioni, un coagulo di sangue (trombo) ha
maggiori probabilità di ostruire del tutto il passaggio
causando un infarto o un ictus
34
Tessuto
muscolare
Tessuto
connective liscio
Epitelio
Placca
35
Quando il cuore si ammala
COLLEGAMENTO salute
▪ Esistono diverse terapie che permettono di affrontare
le malattie cardiovascolari
▪ La tendenza a sviluppare malattie cardiovascolari è in
parte ereditaria, ma anche lo stile di vita ha un ruolo
importante nel loro sviluppo
▪ I maggiori fattori di rischio sono
− Fumo
− Vita sedentaria
− Dieta non equilibrata (ricca di grassi saturi)
36
11.6 La struttura dei vasi sanguigni è adatta alla loro
funzione
▪ Funzioni
– Trasporto e scambio di gas
–
–
–
–
–
Trasporto e scambio di sostanze nutritive/rifiuti
Mantenimento dell’omeostasi
Supporto della difesa immunitaria
Regolazione della temperatura corporea
Trasporto di ormoni
37
11.6 La struttura dei vasi sanguigni è adatta alla loro
funzione
▪ Struttura
– Capillari
– Estesi e ramificati per raggiungere tutti i tessuti
– Diametro ridotto per massimizzare la superficie di contatto
– Parete sottile e superficie interna liscia
– Arterie, vene e venule
– Parete più spessa con uno strato esterno di tessuto
connettivo e uno intermedio di tessuto muscolare liscio
– Nelle arterie le pareti sono più spesse e il tessuto muscolare
può contrarsi per regolare il flusso di sangue
– Le vene di calibro maggiore sono dotate di valvole che
obbligano il sangue a scorrere in una sola direzione
38
Arteria
Vena
39
Endotelio
Endotelio
Tessuto
muscolare
liscio
Tessuto
connettivo
Arteria
Arteriola
Capillare
Membrana
basale
Valvola
Endotelio
Tessuto
muscolare
liscio
Tessuto
connettivo
Vena
Venula
40
Globulo
rosso
Capillare
Nuclei
di cellule
muscolari
lisce
41
11.7 La pressione e la velocità del sangue dipendono
dalla struttura e dall’organizzazione dei vasi
▪ La pressione sanguigna
– È la forza esercitata dal sangue contro la parete dei vasi
sanguigni
▪ Quando si controlla la pressione si ottengono due
misure
– Pressione sistolica, o massima, indotta dalla contrazione
ventricolare
– Pressione diastolica, o minima, si registra durante la
diastole
42
11.7 La pressione e la velocità del sangue dipendono
dalla struttura e dall’organizzazione dei vasi
▪ La pressione sanguigna dipende da
− Gittata cardiaca
− Diametro dei vasi (regolato dalla muscolatura liscia)
▪ La velocità di scorrimento del sangue decresce
passando da arterie ad arteriole e da arteriole a
capillari
▪ Lo stesso avviene per la pressione
43
Pressione (mmHg)
120
100
80
60
40
20
0
Pressione
sistolica
Pressione
diastolica
Vene cave
Vene
Venule
Capillari
Arteriole
Arterie
50
40
30
20
10
0
Aorta
Velocità (cm/s)
Dimensioni
e numero
dei vasi sanguigni
44
11.7 La pressione e la velocità del sangue dipendono
dalla struttura e dall’organizzazione dei vasi
▪ Quando arriva alle vene la pressione del sangue è
quasi nulla
▪ Come riesce a tornare al cuore
– Le vene si trovano in mezzo ai muscoli o tra i muscoli e
la pelle
–
Quando i muscoli si contraggono nei movimenti, le vene vengono
compresse
– Valvole speciali presenti nelle vene impediscono al
sangue di tornare indietro
45
Direzione
del flusso
di sangue
nella vena
Valvola
(aperta)
Muscolo
scheletrico
Valvola
(chiusa)
46
Sangue sotto pressione
COLLEGAMENTO salute
▪ I valori di pressione sanguigna di un adulto sano
sono
▪ 120 mmHg (circa) sistolica
▪ 80 mmHg (circa) diastolica
▪ Valori inferiori (salvo casi estremi) sono considerati
migliori, valori superiori possono indicare la presenza
di un disturbo cardiovascolare
47
Pressione
Sanguigna
normale:
120 sistolica,
80 diastolica
Pressione
all’interno
del manicotto
sopra i 120
Manicotto
di gomma
gonfiato
con aria
Arteria
1
Pressione
nel manicotto
a 120
120
Pressione
nel manicotto
a 80
120
80
Suoni
udibili nello
stetoscopio
Arteria
chiusa
2
3
I suoni
si arrestano
4
48
Sangue sotto pressione
COLLEGAMENTO salute
▪ I rischi associati all’ipertensione
– Il cuore deve lavorare con più forza e può indebolirsi
– Piccole lacerazioni nelle pareti delle arterie che
favoriscono la formazione di placche aterosclerotiche
– Maggiore probabilità che si formino coaguli nel sangue
– Infarto
– Ictus
– Danni ai reni
– Danni agli occhi
49
11.8
Il tessuto muscolare liscio controlla la
distribuzione del sangue
▪ Il flusso sanguigno in arterie e arteriole
– È controllato dalla mucolatura liscia presente nella
parete dei vasi
▪ Il flusso sanguigno nei capillari
– È controllato dagli sfinteri precapillari
– In ogni istante attraversa solo il 5-10% circa dei capillari
50
Sfinteri
precapillari
Metarteriola
Capillari
Arteriola
1
Venula
Sfinteri rilassati
Metarteriola
Arteriola
2
Venula
Sfinteri contratti
51
Sfinteri
precapillari
Metarteriola
Capillari
Arteriola
Venula
1 Sfinteri rilassati
52
Metarteriola
Arteriola
Venula
2 Sfinteri contratti
53
11.9
Il trasferimento di sostanze avviene attraverso
la sottile parete dei capillari
▪ I capillari sono dotati di una parete molto sottile
▪ Gas e sostanze nutritive possono essere scambiati
attraverso questa parete
– Lo scambio avviene tra il sangue e il fluido interstiziale
54
Il trasferimento delle
sostanze dai capillari
alle cellule e viceversa
avviene per diffusione
attraverso il liquido
interstiziale
55
11.9
Il trasferimento di sostanze avviene attraverso
la sottile parete dei capillari
▪ Lo scambio di sostanze tra il sangue e il liquido
interstiziale avviene in diversi modi
– Per diffusione (per esempio O2 e CO2)
– Tramite vescicole (molecole ingombranti)
– Attraverso gli stretti spazi tra le cellule epiteliali (acqua e
piccoli soluti)
56
11.9
Il trasferimento di sostanze avviene attraverso
la sottile parete dei capillari
Pressione sanguigna e pressione osmotica
▪ La pressione sanguigna tende a spingere il liquido
verso l’esterno dei capillari
▪ La pressione osmotica spinge verso il liquido verso
l’interno
▪ Il liquido tende a fluire verso l’interno o verso
l’esterno in base alla differenza tra la pressione
sanguigna e osmotica esistente in quel punto
57
Cellule tessutali
Pressione
osmotica
Estremità
arteriosa
del capillare
Pressione
sanguigna
Liquido
interstiziale
Pressione
Estremità
osmotica
venosa
del capillare
Pressione
sanguigna
Flusso netto
Flusso netto
di liquido verso l’esterno di liquido verso l’interno
58
Lezione 3
STRUTTURA E FUNZIONI DEL
SANGUE
59
11.10 Il sangue è costituito da cellule immerse nel
plasma
Il plasma
▪ È composto per il 90% da acqua
▪ Contiene
– Sali inorganici sotto forma di ioni (elettroliti)
– Proteine con diverse funzioni
– Sostanze nutritive
– Prodotti di rifiuto
– O2 e CO2
– Ormoni
60
11.10 Il sangue è costituito da cellule immerse nel
plasma
La frazione cellulare
▪ Globuli rossi o eritrociti
– Trasportano O2 legato all’emoglobina
▪ Globuli bianchi o leucociti
– Sono un elemento chiave del sistema immunitario
– Si trovano sia nel sangue sia nel liquido interstiziale
▪ Piastrine
– Cellule prive di nucleo coinvolte nella coagulazione
61
Plasma (55%)
Componenti
Funzioni principali
Acqua
Solvente
per diluire le
altre sostanze
Ioni (elettroliti del sangue)
Sodio
Potassio
Calcio
Magnesio
Cloruro
Bicarbonato
Proteine plasmatiche
Equilibrio osmotico,
equilibrio ionico,
azione tampone
Elementi cellulari (45%)
Tipi di cellule
Numero
per mm3 di sangue
Eritrociti
(globuli rossi)
5–6 millioni
Sangue
centrifugato
Leucociti
(globuli bianchi)
5 000–10 000
Funzioni
Trasporto di O2
e di CO2)
Immunità
Equilibrio osmotico
E azione tampone
Fibrinogeno
Coagulazione
Immunoglobuline
(anticorpi)
Immunità
Sostanze trasportate dal sangue
Sostanze nutritive
(come glucosio, acidi grassi, vitamine)
Linfociti 20-35%
Basofili 0-2%
Eosinofili 0-3%
Neutrofili 55-65%
Piastrine
150 000–
400 000
Monociti 3-7%
Coagulazione
del sangue
62
Una bilancia in rosso
COLLEGAMENTO salute
▪ Anemia
– Carenza di globuli rossi o di emoglobina
– Causa un aumento della vulnerabilità alle infezioni e una
continua sensazione di affaticamento, perché le cellule
del corpo non ricevono abbastanza ossigeno
– Può essere dOvuta a
– Gravi perdite di sangue
– Carenza di vitamine o minerali (soprattutto ferro)
– Alcune forme di cancro
63
Una bilancia in rosso
COLLEGAMENTO salute
▪ L’ormone eritropoietina (EPO) regola la produzione
di globuli rossi
– Meccanismo a feedback negativo
▪ Alcuni atleti si iniettano EPO sintetica per aumentare i
globuli rossi e quindi le proprie prestazioni
– I rischi di questa pratica sono molto seri e possono
essere letali
–
–
Formazione di coaguli
Ictus
–
Infarto
64
11.11 La coagulazione blocca le emorragie in caso di
danno ai vasi sanguigni
▪ Quando un vaso sanguigno viene danneggiato
– La prima risposta è il restringimento del vaso per ridurre
la perdita di sangue
– Le piastrine rilasciando sostanze chimiche che rendono
adesive altre piastrine nella zona della lesione
– Si forma un aggregato di piastrine che blocca la
fuoriuscita di sangue
– Le piastrine rilasciano diversi fattori di coagulazione, tra
cui un enzima che converte il fibrinogeno in fibrina
– La fibrina forma filamenti che intrappolano le cellule del
sangue e altre piastrine
65
1
Le piastrine
aderiscono al
tessuto connettivo
esposto
2
Si forma
un aggregato
di piastrine
3
Un coagulo di
fibrina intrappola
le cellule del
sangue
Epitelio
Tessuto
connettivo
Piastrina
Aggregato
di piastrine
66
Coagulo di fibrina
67
A cosa servono le analisi del sangue
COLLEGAMENTO salute
▪ Le analisi del sangue permettono di individuare le
sostanze che circolano nel corpo
▪ Rilevando eventuali alterazioni dei parametri normali,
il medico può diagnosticare di condizioni patologiche
68
