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.
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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.
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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.
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– 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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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La composizione del sangue
Il sangue è costituito dal plasma e da elementi figurati
(cellule o porzioni di cellule) in sospensione.
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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.
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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
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L’emopoiesi
80
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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
