flusso

dott.ssa Claudia Monti
Fisiopatologia
dell’apparato cardiocircolatorio
Guyton, UNITA’ IV, capitolo 14: “Principi dell’emodinamica”
Il sangue
Il plasma
È una soluzione (=miscela omogenea di soluti) vs sospensione
• 90% H2O
• Cationi (soprattutto Na+ e
poco K+, poi Ca++ e Mg++)
• 1% sostanze inorganiche (minerali)
• Anioni (soprattutto Cl-,
HCO3-,HPO4--, H2PO4-)
• 9% sostanze organiche: proteine con funzioni
- di trasporto,
• 60% Albumina
- tampone,
- di difesa ed emostasi,
- di pressione osmotica
80% Albumina
• 39% Globuline
-> 28 mmHg
• 1% Fibrinogeno
9%
1%
60%
fibrinogeno
globuline
albumina
1%
acqua
altri componenti organici
proteine
componenti inorganici
ormoni, enzimi, vitamine
39%
90%
La circolazione
modello fisico del sistema circolatorio
• Circuito idraulico chiuso
costituito da condotti elastici
di calibro e natura diversi
(vasi) e due pompe disposte
in serie e riunite in un'unica
struttura (cuore)
• serie vs parallelo
La circolazione
modello fisico del
sistema circolatorio
• Circolo polmonare o piccolo:
atrio e ventricolo dx
raccolgono il sangue refluo
dalle vene del circolo
sistemico e lo spingono nelle
arterie polmonari
• Circolazione sistemica: l'atrio
e il ventricolo sx ricevono
sangue ossigenato dalle vene
polmonari e lo inviano tramite
le arterie a tutti i tessuti del
corpo con l'eccezione dei
polmoni
La circolazione
modello fisico del sistema circolatorio
• Le 2 pompe che compongono il cuore sono
sincrone ed intermittenti
• Sistole: fase di compressione in cui il sangue
è riversato da una camera all'altra e nel
sistema arterioso
• Diastole: fase di dilatazione con aspirazione
del sangue dal letto venoso e riempimento
delle camere
• Volume di eiezione: quantità di sangue
espulsa da un ventricolo ad ogni pulsazione
• Frequenza cardiaca: n. di pulsazioni al
minuto
Il loro prodotto è la
GITTATA CARDIACA
flusso = volume/tempo
ml/sec
La circolazione
modello fisico del sistema circolatorio
• Il flusso in un circuito chiuso può
mantenersi costante solo a patto
che il volume del fluido contenuto
nel circuito (massa sanguigna) sia
almeno uguale a quello del
contenitore (albero circolatorio)
• Volume ematico = 7,7% del peso
corporeo in kg
• -> per una persona di 70 kg =
circa 5,5 l
La circolazione
Distretti
• Arterie: vasi di trasporto del sangue
dal cuore ai tessuti ad alti regimi
pressori -> pareti robuste
• Arteriole: piccoli rami terminali del
sistema arterioso che funzionano da
valvole di controllo attraverso cui il
sangue viene immesso nei capillari
• Capillari: sede degli scambi tra
sangue e liquido interstiziale di
acqua, nutrienti, ormoni, etc.
• Venule: raccolgono il sangue dai
capillari e lo fanno confluire in vasi
sempre più ampi, le..
• Vene: condotti per il trasporto del
sangue dai tessuti al cuore con
funzione di serbatoio a bassa
pressione -> pareti sottili, ma con
tonaca muscolare
La circolazione
Sezione traversa
Se tutti i vasi dello stesso tipo fossero
affiancati, l'area della loro sezione
traversa sarebbe:
Aorta
Piccole arterie
Arteriole
Capillari
Venule
Piccole vene
Vene cave
Paradosso apparente:
più l'albero circolatorio si suddivide,
più il calibro del singolo vaso si riduce,
più l'area della sezione traversa aumenta
2,5 cm2
20 cm2
40 cm2
2500 cm2
250 cm2
80 cm2
8 cm2
L'area della sezione traversa delle vene
è 4 volte superiore a quella delle arterie
corrispondenti -> maggior accumulo di
sangue nel sistema venoso rispetto a
quello arterioso
La circolazione
modello fisico del sistema circolatorio
Q2
Q1
Q3
Q1=Q2=Q3?
Q1=Q2+Q3?
Q1=Q2xQ3?
In un circuito idraulico chiuso e "pieno" il
flusso attraverso l'area totale della
sezione trasversa è costante
La circolazione
modello fisico del sistema circolatorio
• Il flusso può mantenersi costante solo a patto
che il volume del fluido contenuto nel circuito
(massa sanguigna) sia almeno uguale a quello
del contenitore (albero circolatorio)
NB i liquidi sono
incomprimibili!
• Come può contenere la variazione di volume
dovuta alle pulsazioni cardiache?
• è necessario che i vasi presentino una cedevolezza, perché -pur
essendo pieni- devono poter accogliere temporaneamente il
volume di eiezione
• -> contributo positivo alla circolazione perché si sviluppa energia
elastica che garantisce forza propulsiva durante la fase
diastolica, trasformando il flusso intermittente generato dalla
pompa cardiaca in flusso continuo
La circolazione
Il flusso sanguigno
• Il flusso in un vaso sanguigno è la quantità di sangue
che passa in un determinato punto in un determinato
tempo e dipende da due fattori:
‣ La differenza di pressione tra le due estremità del
vaso, o gradiente pressorio, che è la forza che spinge
il sangue attraverso il vaso stesso
‣ L'impedimento che incontra il sangue nello scorrere
attraverso il vaso, o resistenza vascolare
• Il flusso sanguigno è direttamente proporzionale alla
differenza di pressione ed inversamente proporzionale
alla resistenza
• È la differenza di pressione e non il suo valore assoluto a
determinare l'entità del flusso. -> Es. con P=100 mmHg
• La resistenza aumenta al diminuire della sezione
trasversa del vaso: è massima nel letto capillare
Q= vol/t
Litri al minuto
Legge di Ohm
Q= ΔP/R
ΔP= Q x R
R= ΔP/Q
La circolazione
Pressione
• Unità standard di pressione: millimetri di mercurio o
mmHg perché il manometro a mercurio è sempre
stato lo strumento di riferimento di misurazione
• La pressione del sangue esprime la forza esercitata
dal sangue sull'unità di superficie della parete vasale
• Variante: in centimetri d'acqua o cmH2O
• 1 mmHg = 1,36 cmH2O
• il peso specifico del mercurio è 13,6 volte quello
dell'acqua e un centimetro è 10 volte più grande di
un millimetro
La circolazione
✓ 1 URP
Resistenza
• Unità standard di resistenza: poiché l'impedimento che il flusso di
sangue incontra nello scorrere in un vaso non è misurabile direttamente,
si usa l'unità di resistenza periferica (URP)
• 1URP = la resistenza ad un flusso di 1 ml/sec generato da una differenza
di pressione di 1 mmHg: mmHg/(ml/sec)
• Nel sistema CGS (centimetro, grammo, secondo) la resistenza viene
espressa in dine/secondo/cm5
• A riposo il flusso nel sistema circolatorio sistemico è di 100 ml/sec e la
differenza di pressione tra arterie e vene di circa 100 mmHg -> la
resistenza nell'intera circolazione sistemica - o resistenza periferica
totale- è di?
• Intensa vasocostrizione: 4 URP
• Estrema vasodilatazione: 0,2 URP
• Nel sistema polmonare la differenza di pressione è di 14 mmHg ->
resistenza polmonare totale = 0,14 URP
La circolazione
Effetti della pressione su resistenza e flusso
• L'effetto pressorio sul flusso
ematico è più che
proporzionale, perché
l'aumento della forza che
spinge il sangue nei vasi
determina anche la loro
dilatazione e una diminuzione
delle resistenze periferiche
• -> il flusso ematico con una PA
di 100 mmHg è 4-6 volte
maggiore che con una PA di 50
mmHg!
La circolazione
A2
Velocità del flusso
A1
• Q=vxA
• equazione di continuità:
‣ Q = v1 x A1 = v2 x A2
• Se A2 > A1 allora, perché il prodotto resti
costante, v2 < v1
Es. capillari e delta
del Po: rapide??
• Poiché lo stesso volume di sangue fluisce
ogni minuto attraverso l'area totale della
sezione trasversa dell'albero circolatorio,
la velocità del flusso di sangue in un
vaso è inversamente proporzionale
all'area totale della sua sezione trasversa
La circolazione
Velocità del flusso
• Più il vaso sanguigno è di piccolo
calibro, più l'area totale della sua
sezione trasversa è grande, e quindi
più la velocità del sangue che scorre
in esso è bassa
• A riposo, la velocità media nell'aorta
è di 33 cm/sec, ma nei capillari è
1000 volte più bassa, circa 0,3 mm/
sec
• Siccome i capillari sono lunghi 1-3
mm, il sangue resta nei capillari solo
1-3 secondi. Tutto il processo di
scambio avviene in questo breve
lasso di tempo!
La circolazione
Flusso laminare
• Quando il sangue scorre con flusso costante in un vaso lungo e
liscio, il suo moto si sviluppa lungo linee di flusso disposte in strati
(lamine) concentrici, che restano alla stessa distanza dalla parete del
vaso: flusso laminare
• Nel flusso laminare la forza di attrito che si oppone allo scorrimento
tra gli strati è massima a contatto con la parete del vaso, mentre
diminuisce allontanandosi da essa: la velocità del sangue al centro
del vaso è molto maggiore di quella del sangue ai bordi,
determinando il profilo parabolico della velocità del flusso ematico
La circolazione
Flusso laminare
• In un vaso di piccolo calibro praticamente tutto il sangue
scorre a contatto con la parete endoteliale, aderisce ad essa e
genera grande attrito, muovendosi a bassa velocità
• Nei vasi di grosso calibro, invece, gli anelli concentrici che
compongono il flusso sono in numero maggiore e scorrono con
velocità via via maggiore più ci si avvicina al centro del vaso
La circolazione
Legge di Poiseuille
Legge di Poiseuille
• La legge di Poiseuille esprime la relazione tra il flusso ematico e il raggio del
vaso e dimostra che quando il sangue scorre con moto laminare, bastano
minime variazioni di diametro dei vasi a parità di gradiente pressorio per
aumentare nettamente il flusso di sangue che li attraversa: il flusso sanguigno è
direttamente proporzionale alla quarta potenza del raggio!
• Nella circolazione sistemica la maggior parte della resistenza al flusso ematico si
realizza a livello delle arteriole, le cui robuste pareti muscolari permettono di
modificare il proprio diametro interno fino a 4 volte.
• La legge di Poiseuille dimostra che un aumento di 4 volte del calibro di un vaso
può far teoricamente aumentare il flusso ematico di 256 volte!
La circolazione
Legge di Poiseuille
• La legge di Poiseuille correla anche il flusso
ematico con la viscosità del sangue: a parità
degli altri fattori, quanto più il sangue è
viscoso, tanto minore è il flusso
Legge di Poiseuille
• Normalmente il sangue è 3 volte più viscoso
dell'acqua
• La viscosità del sangue è principalmente
dovuta all'elevato numero di globuli rossi, che
creano attrito con le altre cellule e con
l'endotelio
• L'ematocrito (Ht) è il volume percentuale di
sangue occupato da cellule; uomo = 42,
mentre nella donna = 38
Centrifugato in tubo calibrato
La circolazione
Viscosità ed ematocrito
• Nella policitemia l'Ht può aumentare fino
a 60-70 -> viscosità del sangue 10 volte
quella dell'acqua -> il flusso si rallenta
fortemente
• La compensazione avviene per aumento
del gradiente pressorio, e quindi del
lavoro del cuore
• Meno importante l'influenza sulla viscosità
da parte delle proteine: il plasma è solo
1,5 volte più viscoso dell'acqua
Legge di Poiseuille
La circolazione
La viscosità del sangue nella microcircolazione
• Effetto Fahraeus-Lindqvist: il flusso ematico nei
capillari mostra una viscosità minore che nei
grossi vasi (metà!) perché i globuli rossi tendono
ad accumularsi assialmente e muoversi come un
unico complesso nei vasi con calibro minore di
1,5 mm
• La viscosità aumenta fino a 10 volte col diminuire
della velocità del flusso
• Le cellule ematiche vengono bloccate nei
capillari, dove il nucleo delle cellule endoteliali
protrude nel lume
➡ Per questi particolari effetti, globalmente la
viscosità nella microcircolazione è globalmente
simile nei piccoli come nei grossi vasi
Legge di Poiseuille
La circolazione
Flusso turbolento
• Quando il sangue scorre con velocità
particolarmente elevata, o in vaso ostruito
oppure con superfici ruvide, o subisce
brusche deviazioni, allora il flusso diventa
turbolento, cioè con componenti di moto
trasversale e formazione di vortici; il profilo
della velocità del flusso non è più parabolico,
ma appiattito
• Nel flusso turbolento la resistenza incontrata
dal sangue è nettamente maggiore che in
quello laminare poiché i vortici fanno
aumentare enormemente l'attrito complessivo
• La tendenza allo sviluppo di turbolenza -espressa
dal numero di Reynolds- è direttamente
proporzionale alla velocità del flusso, al diametro
del vaso e alla densità del sangue, mentre è
inversamente proporzionale alla sua viscosità
n. di Reynolds
Re= (2r x v x d)/η
La circolazione
Numero di Reynolds
Re= (2r x v x d)/η
v= (Re x η)/(2r x d)
• 200 < Re < 400: in presenza di diramazioni dei vasi compare
una turbolenza che scompare nei tratti successivi
• Re > 2000: la turbolenza si manifesta anche in vasi rettilinei privi
di diramazioni
• La velocità critica di transizione dipende dal raggio del vaso e
dalla viscosità
• Il flusso è laminare ovunque fuorché nelle grosse arterie e alla
biforcazione dei vasi, dove ci sarà sempre un certo grado di
turbolenza