Il sistema circolatorio
Contenuto della lezione:
Importanti caratteristiche di:
arterie (dimensioni, elasticità)
arteriole (‘rubinetti’)
capillari (numero, dimensioni, permeabilità, filtrazione del
fluido, linfa)
Venule e vene (capacità)
4.0 mm
1.0 mm
Arteriole
30.0 mm
6.0 mm
Capillari
8.0 mm
0.5 mm
Venule
20.0 mm
1.0 mm
Vene
5.0 mm
0.5 mm
tess. fibroso
musc. liscia
tess. elastico
endotelio
Spessore
medio della
parete
Diametro
medio
Arterie
Quali fattori influenzano la pressione sanguigna?
• Il volume di sangue
• La resistenza vascolare
• L’autoregolazione
• Il sistema nervoso autonomo
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm
Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro
durante il battito cardiaco
Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di
Laplace)
Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per
prevenire il collasso
Perchè l’elasticità dell’aorta è così importante?
Cosa succede
Un’aorta con
elastica
un’aorta
spiana
nonlaelastica
variazione
(p.es.
di pressione
nell’arteriosclerosi)
Il cuore si contrae
Pressione
Picchi di pressione più bassi
Tempo
Velocità
di flusso
Piccoli pulsi di flusso
Flusso più regolare
Tempo
L’aorta immagazzina sangue
Cuore
Tessuti
e lo stiramento dell’aorta immagazzina energia
Perchè è importante impedire che la velocità del
sangue diventi troppo elevata?
Flusso
Flusso laminare
Flusso laminare
Pressione
La resistanza è causata dall’interazione tra gli strati
Perchè è importante impedire che la velocità del
sangue diventi troppo elevata?
Flusso
Flusso turbulento
Flusso turbolento
Flusso laminare
Pressione
La resistenza è causata da frequenti collisioni
È richiesta una grande quantità di energia per guidare il flusso
Avviene quando certi parametri si modificano fortemente
bassa viscosità
alta velocità
grande raggio
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm
Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro
durante il battito cardiaco
Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di
Laplace)
Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per
prevenire il collasso
Vasi sanguigni con diametro grande sono suscettibili di stiramento
Legge di Laplace
Aorta
Rene
Rene
Anuerisma
aortico
Indebolimento
T
=
Forza che tende
a far collassare
il vaso
P·r/d
Forza che tende
a dilatare il vaso
d ≡ spessore della parete
r ≡ raggio del vaso
T ≡ tensione sulla parete del vaso
P ≡ pressione transmurale
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm
Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro
durante il battito cardiaco
Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di
Laplace)
Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per
prevenire il collasso
La probabilità che un flusso laminare diventi turbolento
aumenta con il diametro del vaso.
Barriere per favorire il flusso laminare
Cancelletti girevoli
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm
Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro
durante il battito cardiaco
Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di
Laplace)
Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per
prevenire il collasso
Arteriole - <0.1cm Rubinetti della circolazione
Le arteriole sono i ‘rubinetti’ della circolazione
Cambiando il loro diametero le arteriole possono alterare il flusso
p.es.: un aumento del raggio del 19% porterà ad un raddoppio del flusso
Legge di Poiseuille
DP = Q · R
Legge della continuità
Q = cost.
Capillari
Arteriole
Arterie
Aorta
Venule
Vene
Vena cava
Quindi, in un circuito chiuso, dove il
flusso è costante, avremo che:
Pressione (mm Hg)
DP R
La caduta di pressione per ogni
segmento del letto circolatorio è
indice della resistenza al flusso.
La caduta di pressione (DP) è
massima a livello delle arteriole
perché qui la resistenza al flusso (R)
è massima.
La R massima al flussso e quindi la caduta di pressione DP
massima si ha a livello arteriolare ( ~30 mm) e non a livello
capillare ( ~6 mm).
Infatti R dipende oltre che dal calibro (R 1 / r4) anche dal
numero dei condotti posti in parallelo (1/Rt = S(1/Ri))
Ra=10
1/Rta=2·(1/10)=0.2
Rta=1/0.2=5
Rc=100
1/Rtc=2000·(1/100)=20
Rta=1/20=0.5
La pressione nei vasi non è costante. La pressione nei vasi rispecchia le pressioni
generate nel cuore – le pressioni sistolica e diastolica.
Sistole = contrazione dei ventricoli
Diastole = riempimento dei ventricoli
Quando il sangue scorre attraverso il sistema la pressione diminuisce a causa dell’attrito
Pressione sistolica
Pressione mm Hg
Pulsi di
pressione
Pressione
diastolica
Pressione
media
Ventricolo
sinistro
Arterie
Arteriole
Capillari
Venule
vene
Atrio
destro
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm
Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro
durante il battito cardiaco
Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di
Laplace)
Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per
prevenire il collasso
Arteriole - <0.1cm Rubinetti della circolazione
Capillari 4-7µm
Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza
(flusso in singola fila)
I capillari consistono di un monostrato di cellule endoteliali
(Raggio piccolo importante nel minimizzare la tensione delle pareti)
I capillari sono permeabili ad acqua, ioni e a piccole molecole
Capillari
continui
Aumento della permeabilità
Capillari
fenestrati
Tale permeabilità porta ad una perdita di fluido
dal sangue per ‘ultrafiltrazione’
Esso è chiamato fluido interstiziale e bagna
la maggior parte delle cellule dell’organismo
Il letto capillare ha una resistenza relativamente piccola
nonostante il loro piccolo diametro
Brevi (~1mm)
Resistanza al flusso lunghezza del vaso
Inoltre ve ne sono molti connessi in parallelo, per cui la loro
sezione trasversa globale è grande
Arteriole
10
Grandi
arterie
Q = DP/R = v · A
Venule
Area totale di
sezione (cm2)
1000
100
1
1
Rt
Rn
DP/R = v · A
Vene
1
v=
DP
R·A
Capillari
Ciò comporta una bassa velocità a livello dei capillari
che dà il tempo per la diffusione
Il letto capillare ha una resistenza relativamente piccola
nonostante il loro piccolo diametro
Brevi (~1mm)
Resistanza al flusso lunghezza del vaso
Ve ne sono molti connessi in parallelo
Flusso in singola fila ( 3-10µm)
Flusso in singola fila
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm
Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro
durante il battito cardiaco
Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di
Laplace)
Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per
prevenire il collasso
Arteriole - <0.1cm Rubinetti della circolazione
Capillari 4-7µm
Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza
(flusso in singola fila)
Venule 50-200µm Vene ~1cm
Acquiescienti per immagazzinare sangue ma contrattili
Dotate di valvole per prevenire un riflusso
A riposo ~2/3 del sangue è nelle vene
Polmoni
Cuore
Capillari
Arterie
Arteriole
Venoso
100
Grandi
arterie
Venule
Area totale di
sezione (cm2)
1000
10
1
lunghezza
Vene
Caratteristiche dei diversi vasi sanguigni
Grandi arterie - ~2cm
Devono essere elastiche per dare spazio al sangue di fluirvi dentro
durante il battito cardiaco
Devono essere resistenti per sopportare la pressione (Legge di
Laplace)
Diametro non troppo grande per evitare turbolenze
Arterie muscolari - 0.5 cm Dotate di rivestimento muscolare per
prevenire il collasso
Arteriole - <0.1cm Rubinetti della circolazione
Capillari 4-7µm
Piccoli per permettere un letto esteso e una bassa resistenza
(flusso in singola fila)
Venule 50-200µm Vene ~1cm
Acquiescienti per immagazzinare sangue ma contrattili
Dotate di valvole per prevenire un riflusso
Vena cava
Filtrazione dei fluidi
La velocità di filtrazione del fluido dipende da 4 insiemi di variabili
Gradiente di pressione idrostatica
(Pc - Pi)
Gradiente di pr. colloido-osmotica
(c - i)
Area superficiale
Permeabilità idraulica
Questi fattori producono
la forza e determinano
la direzione
Questi fattori influenzano
l’ampiezza del flusso
L’equazione di Starling
Flusso d’acqua = area · permeabilità · ( (Pc-Pi) - (c-i) )
= pressione osmotica, P = pressione idrostatica
i = interstiziale, c = capillare
Poche parole circa la composizione del sangue
Un essere umano ne possiede circa 5.5 litri (8% per 70 Kg di peso).
Gli eritrociti rappresentano circa il 47% del volume
Un certo numero di globuli bianchi (<0.1%), piastrine
Il resto è plasma
(acqua, sali, proteine, agenti coagulanti, glucoso, aminoacidi ecc)
Importanza del globulo rosso per la circolazione
Se l’emoglobina umana fosse libera nel plasma la viscosità sarebbe troppo alta.
Distribuzione dei fluidi in un essere umano ‘medio’
Plasma 3L (= sangue - eritrociti)
Interstiziali 11L
Intracellulari 28L
Fluido extracellulare
Plasma
Interstiziali
Fluidi intracellulari
Tipi di capillari
• Struttura dei capillari
– Una volta che il sangue raggiunge i capillari, il plasma e le
cellule scambiano materia
– La maggior parte delle cellule distano circa 100 mm dai
capillari
• Due tipi di capillari
– Capillari continui
• Le cellule endoteliali sono strettamente unite
• Alcune piccole molecole passano attraverso le giunzioni cellulari
• Molecole più grandi (es. proteine) sono trasportate tramite vescicole
– Capillari fenestrati
• Hanno grandi pori che permettono a grandi volumi di fluido di
passare rapidamente
Tipi di capillari
Vena cava
Vene
Venule
Capillari
Arteriole
Arterie
Aorta
Scambi a livello dei capillari
Area della sezione
totale
Velocità del flusso
Flusso nei capillari
– Nei capillari la velocità del
sangue è la più bassa
– Il flusso è proporzionale
all’area della sezione totale
Scambi a livello dei capillari
• Diffusione:
– È la sorgente della maggior parte degli scambi tra plasma e
liquidi interstiziali
– Eritrociti e proteine sono troppo grandi per attraversarli
• Flusso di massa:
– Movimento di massa di acqua e soluti come risultato della
pressione idrostatica o colloido-osmotica
• Fuori dai capillari: filtrazione
• Dentro I capillari: assorbimento
– La maggior parte dei capillari mostrano una transizione:
• Da una filtrazione netta ad un assorbimento netto
• Muovendosi dal lato arterioso a quello venoso
– È regolato da due forze:
• Pressione idrostatica: componente della pressione laterale che
spinge il fluido attraverso I pori dei capillari
• Pressione colloido-osmotica: determinata dalle differenze di
concentrazioni di soluti tra I due compartimenti (PROTEINE)
Filtrazione nei capillari
pressione netta = pressione idrostatica + pressione colloido-osmotica
PN = DP - DP
DP=
DP=
DP > DP
DP = DP
DP
DP
DP < DP
Scambi a livello dei capillari
• Pressione netta:
PN = DP idrostatica – DP colloido-osmotica
PN = (Pc – Pi) - (Pc-Pi)
• Pc diminuisce lungo il capillare
• PiI molto bassa
Pc ~ 25 mm Hg
Pi ~ 0
Lato arterioso:
• PN = 32 – 25 = 7 mm Hg Filtrazione
Lato venoso:
• PN = 15 – 25 = -10 mm Hg Assorbimento
• Filtrazione > Assorbimento
Flusso di massa ~ 3 L/die
Questo fluido come torna indietro?
Sistema linfatico
• Tre funzioni principali:
– Recupero di fluido e proteine filtrate fuori dai capillari
– Prelievo dei grassi assorbiti dall’intestino
– Serve da filtro per catturare e distruggere elementi
patogeni esterni
• Organizzato per un movimento a senso unico dei
fluidi interstiziali dai tessuti al circolo
• Struttura:
– Capillari linfatici a fondo cieco sono nelle strette vicinanze
dei capillari sanguigni
– Costituiti da un monostrato di cellule endoteliali piatte
– Grosse fessure tra le cellule permettono a fluidi, proteine,
batteri, di essere trascinati dentro dal flusso di massa
Relazione tra i capillari e i vasi linfatici
venule
arteriole
filtrazione
netta
assorbimento
netto
vasi
linfatici
Ritorno della linfa al circolo generale
I capillari linfatici hanno un singolo strato di cellule endoteliali
con ‘grandi’ aperture tra di esse
A fondo cieco
I vasi linfatici hanno valvole
I grandi vasi linfatici si contraggono ritmicamente
Contrazione muscolare, respirazione e movimenti intestinali guidano il
flusso linfatico
Nei mammiferi la linfa ritorna in circolo a livello della vena succlavia
entro la quale il sangue ‘succhia’ la linfa
Edema linfatico
Causato da un accumulo di linfa
•Rimozione dei dotti linfatici
•Bloccco dei dotti linfatici
Edema polmonare
Un aumento nella filtrazione di fluido nei polmoni è
particolarmente pericoloso.
Un aumento di fluido disaccoppia gli scambi gassosi
Verifiche
Vena
cava
Vene
Venule
Capillari
Arteriole
Arterie
Aorta
Area della sezione
totale
La velocità del flusso è
direttamente o inversamente
proporzionale all’area della
sezione trasversa?
Se si modifica l’area della
sezione trasversa, quale effetto
si avrà sulla portata (flusso)?
Velocità del flusso
v
v
1
2
(a) La velocità del flusso è inversamente proporzionale all’area. Aumentando l’area,
la velocità decresce.
(b) Modificando l’area della sezione trasversa non si ha alcun effetto sulla portata
(flusso). Infatti, Per la legge dell’azione di massa l’intensità del flusso nel condotto non
cambia:
Q1=Q2
↔
v1A1=v2A2
↔
v1/v2=A2/A1
La pressione idraulica in un capillare aumenta a 35 mmHg
mentre rimane a 15 mmHg al capo venoso. In questo
capillare la filtrazione netta aumenterà, diminuirà o rimarrà
costante?
Una persona con patologia epatica può perdere la capacità
di sintetizzare le proteine plasmatiche. Cosa succederà alla
pressione colloido-osmotica del suo sangue? E all’equilibrio
tra filtrazione e assorbimento a livello dei suoi capillari?
Quale fattore determina principalmente la resistenza al
flusso ematico?
In quali vasi sanguigni si accumulerà il sangue se il
ventricolo sinistro non pompa regolarmente? Dove si
verificherà un edema?
