Diapositiva 1 - Istituto Ven. A. Luzzago
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il sangue e la circolazione L’apparato cardiovascolare L’apparato cardiovascolare permette lo scambio tra sangue e liquido interstiziale. Nei mammiferi è un sistema chiuso con due circuiti distinti: • la circolazione polmonare; • la circolazione sistemica. 2 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Il trasporto interno negli animali Il sistema circolatorio ha relazioni molto strette con tutti i tessuti del corpo In molti animali, microscopici vasi chiamati capillari formano un’intricata rete di vasi sanguigni tra le cellule dei tessuti. Capillare Nuclei delle cellule del tessuto muscolare liscio LM 700 Globulo rosso I capillari sono i siti di scambio tra il sangue il liquido interstiziale in cui sono immerse le cellule di un tessuto. Capillare Liquido interstiziale Cellula tessutale Diffusione di molecole Sistemi circolatori degli invertebrati - 1 Negli artropodi e nei molluschi troviamo esempi di sistemi circolatori aperti in cui i vasi riversano il proprio contenuto nei tessuti. 5 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Sistemi circolatori degli invertebrati - 2 I vantaggi dei sistemi circolatori chiusi: • il sangue scorre più velocemente; • la distribuzione del sangue è selettiva; • i vasi trasportano anche ormoni e nutrienti rilasciandoli dove servono. 6 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 – I vertebrati, compresi i mammiferi, hanno un sistema circolatorio chiuso, nel quale il sangue si trova sempre all’interno dei vasi. – In questo sistema esistono tre tipi di vasi: • le arterie, che trasportano il sangue dal cuore agli organi attraverso tutto il corpo; • le vene, che riportano il sangue al cuore; • i capillari che fanno passare in ciascun tessuto il sangue dalle arterie alle vene. sistema circolatorio chiuso singolo Capillari branchiali Letti capillari Arteriola Arteria (sangue ricco di O2) Cuore: Ventricolo (V) Atrio(A) Venula Vena Capillari branchiali Atrio Arteria Ventricolo (sangue povero di O2) Cuore Capillari sistemici Sistemi circolatori dei vertebrati - 1 9 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 sistema circolatorio chiuso doppio – Per garantire un maggior flusso di sangue agli organi, i vertebrati terrestri hanno una circolazione doppia, in cui il sangue attraversa due volte il cuore. – La circolazione polmonare mette in comunicazione il cuore con il tessuto polmonare in cui avvengono gli scambi gassosi. – La circolazione sistemica trasporta il sangue dal cuore al resto del corpo e poi di nuovo al cuore. Sistemi circolatori dei vertebrati - 2 Il cuore di anfibi e rettili è diviso in tre cavità: due atri e un ventricolo. Nei mammiferi e negli uccelli il cuore è diviso in quattro cavità: due atri e due ventricoli. Capillari polmonari e del sistema cutaneo Capillari polmonari Circolazione pulmo-cutanea A A V Destra Sinistra Circolazione sistemica Capillari sistemici anfibi e rettili Circolazione polmonare A A V V Sinistra Destra Circolazione sistemica Capillari sistemici mammiferi e uccelli Il sistema cardiovascolare umano Il sistema cardiovascolare umano è costituito dal cuore e dai vasi sanguigni. mediastino cuore: superfice sternocostale cuore: superfice diaframmatica Il cuore I due atri, dotati di una parete sottile, ricevono il sangue che entra nel cuore e lo spingono ai ventricoli. I ventricoli hanno una parete più spessa e pompano il sangue verso tutti gli altri organi del corpo. 15 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 setto ventricolare Percorso del sangue attraverso il sistema cardiovascolare: Capillari della testa, del torace e delle braccia Vena cava superiore 8 Arteria polmonare Arteria polmonare Aorta 9 Capillari del polmone destro 2 7 Capillari del polmone sinistro 2 3 3 4 5 10 4 Vena polmonare Atrio destro Vena polmonare 6 1 9 Atrio sinistro Ventricolo sinistro Ventricolo destro Aorta Vena cava inferiore 8 Capillari della regione addominale e delle gambe parete del cuore La parete del cuore ha tre strati: • endocardio: sottile strato epiteliale, forma le valvole • miocardio: strato di tessuto muscolare cardiaco, presenta anche del connnettivo • epicardio: sottile membrana esterna, riveste il cuore tessuto muscolare cardiaco tessuto muscolare cardiaco Il tessuto muscolare cardiaco è composto da particolari elementi cellulari detti cardiomiociti, con striatura analoga alle fibrocellule scheletriche. Alle estremità delle cellule sono presenti dei complessi giunzionali che hanno la funzione di collegare i cardiomiociti e di trasmettere l’impulso e la forza della contrazione da una cellula all'altra. Queste connessioni rendono i cardiomiociti un sincizio funzionale. tessuto muscolare cardiaco pericardio L’epicardio insieme ad un’altra membrana esterna forma il pericardio. Tra le due membrane è presente del liquido lubrificante. valvole cardiache Le valvole cardiache impediscono il reflusso sanguigno. Le atrio-ventricolari sono poste tra atri e ventricoli (atrio destro tricuspide, sinistro mitrale o bicuspide), le due semilunari tra i ventricoli e le arterie. Atrio sinistro Atrio destro Valvola semilunare Valvola semilunare Valvola atrioventricolare (bicuspide) Valvola atrioventricolare (tricuspide) Ventricolo destro Ventricolo sinistro Il ciclo cardiaco Il cuore si contrae ritmicamente e spontaneamente; la contrazione è detta sistole e il rilassamento diastole. 25 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Sistole Sistole: comincia con una brevissima contrazione degli atri, che riempie i ventricoli di sangue; poi si contraggono i ventricoli, si chiudono le valvole atrioventricolari, si aprono le valvole semilunari e il sangue viene pompato nelle grandi arterie. Diastole Diastole: il cuore è rilassato,il sangue fluisce dentro a tutte e quattro le sue cavità. Ciclo cardiaco: 2 Gli atri si contraggono. 1 Il cuore è rilassato e le valvole atrioventricolari sono aperte 0.1s 0.4 s Diastole 0.3 s Sistole 3 I ventricoli si contraggono; le valvole semilunari sono aperte Il battito cardiaco Regioni specializzate del tessuto muscolare cardiaco, pacemaker, regolano il ritmo del battito cardiaco. Il ritmo cardiaco è influenzato anche da ormoni (adrenalina o acetilcolina) e potenziato dall’esercizio fisico. 29 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Un ciclo cardiaco inizia con la contrazione degli atri all’unisono in seguito all’impulso elettrico generato nel nodo seno-atriale. Il nodo senoatriale (SA) mantiene il ritmo regolare di pompaggio del cuore determinando la frequenza con cui esso si contrae. Nodo senoatriale (pacemaker) Nodo atrioventricolare Fibre muscolari specializzate per la trasmissione degli impulsi Atrio destro Ventricolo destro ECG 1 2 3 Apice 4 – Il nodo senoatriale genera impulsi elettrici trasmessi anche al nodo atrioventricolare (AV), situato tra gli atri e i ventricoli. Dal nodo atrioventricolare il segnale si trasmette tramite il fascio di His e le fibre del Purkinje nella regione ventricolare – La quantità di sangue al minuto che il ventricolo sinistro pompa dentro l’aorta è detta gittata cardiaca. – Le valvole atrioventricolari impediscono al sangue di refluire verso gli atri quando i ventricoli si contraggono, mentre le valvole semilunari si chiudono quando i ventricoli si rilassano durante la diastole, impedendo al sangue di ritornare nei ventricoli. Toni cardiaci • Di solito i toni vengono riferiti con una circonlocuzione onomatopeica, ta-tum in italiano, lub-dubb in inglese, doop-teup in tedesco, rrupp-ta per i turchi, htat-ta per i russi, frou-ti in francese e do-ky per i giapponesi. I toni udibili sono due: • Il primo tono è una vibrazione compresa tra i 5 e i 100Hz, causato dalla chiusura quasi contemporanea delle valvole tricuspide e mitralica, all'inizio della sistole ventricolare. Nell'elettrocardiogramma corrisponde al complesso di onda P-R. • Il secondo tono è di 50-150Hz, generato dalla chiusura delle valvole semilunari.all’inizio della diastole. Nell'esame ECG corrisponde alla fine dell'onda T. L’attività elettrica del cuore L’elettrocardiogramma (ECG) è un importante strumento diagnostico. 34 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 ecg I segnali elettrici che insorgono e si propagano nel cuore generano dei cambiamenti elettrici sulla pelle che possono essere rilevati tramite degli elettrodi e registrati. Capillare I vasi sanguigni Membrana basale Valvola Epitelio Epitelio Epitelio Tessuto muscolare liscio Tessuto muscolare liscio Tessuto connettivo Arteria Tessuto connettivo Vena Arteriola Venula L’apparato cardiovascolare presenta tre categorie di vasi sanguigni: arterie, vene e capillari che differiscono tra loro per funzione e pressione sanguigna che devono sopportare. 36 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Struttura dei vasi sanguigni: Arterie e Vene: • Tonaca intima : endotelio (epitelio semplice) sopra un connettivo (ricco di fibre elastiche). • Tonaca media: connettivo e tessuto muscolari liscio (nei vasi di maggior calibro è presente una innervazione simpatica). Nelle arterie prevale un connettivo che presenta collagene e elastina, nelle grandi vene è prevalentemente la componente muscolare. • Tonaca avventizia : strato di connettivo Capillari: rimane solo il singolo strato di cellule epiteliali che forma l’endotelio. Le arterie e le vene Portano il sangue dal cuore ai tessuti Riportano il sangue al cuore 38 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 arterie Le arterie sono resistenti ed elastiche, e sopportano una pressione intermittente. arteria aorta Lunga approssimativamente 30-40 cm e il diametro è di 2,5-3,5 cm. vene Le vene, dalle pareti sottili e poco elastiche, adottano accorgimenti particolari per riportare il sangue al cuore. Il flusso a senso unico del sangue Direzione del flusso sanguigno nella vena Le vene hanno delle valvole a nido di rondine che impediscono al sangue di scorrere a ritroso. Valvola (aperta) Muscolo scheletrico Valvola (chiusa) Il sangue è spinto nelle vene dalla contrazione dei muscoli scheletrici. Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 42 I capillari I capillari hanno pareti sottili e al loro interno il sangue passa lentamente permettendo lo scambio di sostanze con il liquido interstiziale. Gli scambi sono condizionati da: • pressione sanguigna; • pressione osmotica. 43 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Pressione sanguigna La pressione sanguigna corrisponde alla forza che il sangue esercita sulle pareti dei vasi sanguigni. Dipende, in parte, dalla gittata cardiaca e, in parte, dalla resistenza al flusso sanguigno operata dallo stretto lume delle arteriole. 120 Pressione sistolica 100 80 60 40 20 0 Pressione diastolica Dimensione relative e numero di vasi sanguigni 50 40 30 20 10 Vena cava Vene Venule Capillari Atreriole Arterie 0 Aorta Velocità (cm/sec) . Pressione (mm Hg) La pressione e la velocità del sangue sono maggiori nell’aorta e nelle arterie, diminuiscono man mano che ci si allontana dal cuore. Misurare la pressione sanguigna La pressione del sangue, misurata con lo sfigmomanometro, si indica come valore sistolico sul valore diastolico: i valori normali per un giovane adulto sono 120/70 mmHg. 46 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 120/70 mmHg •Misurando la pressione sanguigna è possibile evidenziare i problemi cardiovascolari •Il valore normale della pressione sanguigna di un adulto è 120/70: il primo numero rappresenta la pressione durante la sistole, mentre il secondo quella durante la diastole. Pressione sanguigna 120 sistolica 70 diastolica (ancora da misurare) Manicotto di gomma gonfiata con aria Pressione del manicotto sopra 120 120 Pressione del manicotto sotto i 120 120 70 Suoni udibili nello stetoscopio Arteria Pressione del manicotto sotto i 70 Arteria chiusa I suoni si arrestano – L’alta pressione sanguigna, o ipertensione, viene definita come pressione sanguigna che raggiunge di norma valori superiori a 140mmHg per la pressione sistolica, e superiori a 90 mmHg per la pressione diastolica. – L’ipertensione interessa circa un quarto della popolazione adulta e aumenta il rischio di ictus, infarto del miocardio e altre patologie cardiache o renali. Hanno importanza nell’ipertensione fattori come: aumentato tono del sistema nervoso simpatico diminuita capacità del rene ad eliminare sodio fattori genetici fattori alimentari condizioni di stress sociale sedentarietà invecchiamento Gli scambi nei capillari La distribuzione del sangue nei capillari è regolata dalle arteriole che limitano o aumentano il flusso di sangue attraverso gli sfinteri precapillari. La muscolatura liscia delle pareti delle arteriole può contrarsi o rilassarsi, ostacolando oppure favorendo l’ingresso del sangue nel letto capillare. 49 struttura vaso capillare Parete capillare Lume capillare Liquido interstiziale TEM 5000 Nucleo di una cellula epiteliale Cellula muscolare Spazio tra due cellule epiteliali della parete capillare I capillari sono i siti di scambio tra il sangue il liquido interstiziale in cui sono immerse le cellule di un tessuto. Capillare Liquido interstiziale Diffusione di molecole Cellula tessutale Molte sostanze riescono a passare attraverso le pareti dei capillari per diffusione. – Due forze attive spingono il liquido all’interno e all’esterno del capillare: • una è la pressione sanguigna che tende a far uscire il liquido fuori dal lume del capillare; • l’altra è la pressione osmotica che tende ad attirarlo dentro al lume. Cellule tessutali Pressione osmotica Estremità capillare vicina all’arteriola Pressione sanguigna Liquido interstiziale Pressione netta verso l’esterno Pressione osmotica Pressione sanguigna Pressione netta verso l’interno Estremità capillare vicina alla venula Regolare la pressione sanguigna Il sistema nervoso autonomo controlla la frequenza cardiaca in risposta alle informazioni sulla pressione e sulla composizione del sangue provenienti dal midollo allungato. Le informazioni sono recepite da: • barorecettori (recettori della pressione); • chemiorecettori. 53 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 La composizione del sangue Il sangue è costituito dal plasma e da elementi figurati (cellule o porzioni di cellule) in sospensione. 54 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 plasma Plasma (55%) Componenti Il plasma è composto per circa il 90% da acqua; tra i numerosi soluti si trovano sali inorganici sotto forma di ioni, proteine, sostanze nutritive, prodotti di scarto, ormoni. Acqua Ioni inorganici: Sodio Potassio Calcio Magnesio Cloruro Bicarbonato Proteine plasmatiche: Albumina Principali funzioni Solvente per diluire le altre sostanze Equilibrio osmotico, azione tampone, trasmissione di impulsi nervosi Equilibrio osmotico e azione tampone Fibrinogeno Coagulazione Immunoglobuline Immunità Sostanze trasportate dal sangue: Sostanze nutritive Prodotti di rifiuto del metabolismo Gas respiratori (O2 eCO2) Ormoni Equilibrio osmotico e azione tampone Coagulazione Immunità albumine Diverse funzioni, tra cui garantire l’equilibrio osmotico e l’azione tampone. fibrinogeno Coagulazione immunità immunoglobuline elementi figurati Elementi cellulari (45%) Tipi di cellule Funzioni Numero (per mm3 di sangue) Eritrociti (globuli rossi) 5–6 milioni Leucociti (globuli bianchi) 5000–10 000 Trasporto di ossigeno e, in parte, di anidride carbonica Difesa e immunità Linfociti Basofili Esosinofili Neutrofili Piastrine Monociti 250 000– 400 000 Coagulazione del sangue Sono generati da cellule staminali multipotenti del midollo osseo. Eritrociti, leucociti, piastrine • Gli eritrociti (globuli rossi) contengono emoglobina e trasportano ossigeno, inoltre sono privi di nucleo. • I leucociti (globuli bianchi) hanno funzione difensive (sistema immunitario). • Le piastrine servono per la coagulazione del sangue. 60 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 eritrociti eritrociti Hanno la funzione di trasportare i gas respiratori, principalmente ossigeno. La vita media è di 120 giorni, quando non sono più funzionali vengono demoliti nella milza. Ogni globulo rosso comprende circa 250 milioni di molecole di emoglobina. emoglobina • L’emoglobina contribuisce al trasporto di O2 e CO2 e a regolare il pH del sangue • L’emoglobina trasporta l’ossigeno (legandolo o rilasciandolo, a seconda della situazione), contribuisce al trasporto del diossido di carbonio nel sangue e regola il pH ematico, impedendone bruschi cambiamenti. Atomo di ferro Ossigeno prelevato nei polmoni Ossigeno liberato nei tessuti Gruppo eme Catena polipeptidica – La maggior parte del CO2 nel sangue è trasportato nel plasma come ione bicarbonato. – Il CO2 reagisce con l’acqua formando acido carbonico (H2CO3). – Le molecole di H2CO3 si dissociano in ioni idrogeno e ioni bicarbonato. CO2 diossido di carbonio + H2O acqua H2CO3 acido carbonico H+ ione idrogeno + HCO3– ione bicarbonato – Se i tessuti non ricevono abbastanza ossigeno, i reni secernono un ormone chiamato eritropoietina (EPO), che stimola il midollo osseo a produrre più globuli rossi. – Alcuni atleti scelgono metodi drastici o illegali per incrementare la capacità di trasporto di O2 nel sangue, al fine di migliorare le proprie prestazioni, iniettandosi EPO sintetica. leucociti Conosciuti anche come “globuli bianchi”, comprendono diversi tipi di cellule: Linfociti (30%) Monociti (6%) Granulociti Neutrofili (60%) Granulociti Eosinofili (4%) Granulociti Basofili (0,1%) linfocita leucocita neutrofilo leucocita basofilo leucocita eosinofilo monicita piastrine Piccoli frammenti cellulari privi di organuli ma ricchi di enzimi, fondamentali per il processo della coagulazione. piastrine coagulazione •La coagulazione blocca la fuoriuscita di sangue dai vasi sanguigni danneggiati Colonizzata SEM 3400 •Le piastrine e la proteina plasmatica fibrinogeno sono sempre presenti nel sangue e si attivano per produrre un coagulo nel momento un cui un vaso sanguigno viene leso. •Il processo di coagulazione del sangue: 1 Le piastrine aderiscono al tessuto connettivo, lesionato a causa di una ferita Epitelio 2 Si forma un aggregato di piastrine intrappola le cellule Tessuto connettivo Piastrine 3 Un coagulo di fibrina Tappo di piastrine La coagulazione del sangue 79 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 L’emopoiesi 80 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Analisi del Sangue Attraverso l’analisi del sangue si possono diagnosticare molte malattie – L’analisi del sangue è probabilmente l’esame clinico più diffuso e più richiesto dai medici. – L’esame del sangue permette di: • evidenziare carenze ormonali o vitaminiche e squilibri nell’alimentazione; • valutare il rischio di sviluppare malattie cardiovascolari o renali; • avere indicazioni sulla presenza di un’infezione o anche di un tumore non ancora diagnosticati. Infarto del miocardio •Che cos’è un attacco cardiaco? •Se uno o più vasi sanguigni si ostruiscono, le cellule muscolari cardiache muoiono rapidamente, il cuore non è più in grado di pompare sufficiente sangue nel corpo e si verifica un attacco cardiaco, o infarto del miocardio. Vena cava superiore Arteria polmonare Arteria coronarica destra Aorta Arteria coronarica sinistra Occlusione Tessuto muscolare morto coronarie L’aterosclerosi è una patologia cardiovascolare cronica dovuta a formazione di placche (ateromi) che si sviluppano e si accrescono all’interno delle pareti dei vasi, determinando il restringimento del lume delle arterie e facendo scorrere il sangue con maggiore difficoltà. Tessuto liscio Placche LM 60 Epitelio LM 160 Tessuto connettivo aterosclerosi aritmie • extrasistole: alterazione del ritmo cardiaco dovute a contrazioni cardiache premature, sopraventricolari o ventricolari. • soffio al cuore: suoni estranei rispetto ai toni cardiaci, dovuti ad anomalie nei flussi del sangue nel cuore. anemia • Quantità troppo basse di emoglobina, o un numero ridotto di globuli rossi comportano una patologia di nome anemia. COLLEGAMENTI •Le cellule staminali potrebbero essere utilizzate per curare la leucemia e altre malattie delle cellule del sangue •Le cellule staminali si differenziano negli elementi figurati del sangue e possono essere usate per la cura di malattie come, per esempio, la leucemia. Cellule staminali linfoidi Cellule staminali mieloidi Basofili Eritrociti Piastrine Monociti Linfociti Eosinofili Neutrofili
