flusso
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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
