08.00

FUNZIONI DELLA CIRCOLAZIONE SANGUIGNA
PORTA AGLI ORGANI E AI TESSUTI:
a. L’OSSIGENO (O2),
b. LE SOSTANZE NUTRITIZIE ASSORBITE,
c. I SECRETI DELLE GHIANDOLE ENDOCRINE.
RIMUOVE:
a. L’ANIDRIDE CARBONICA (CO2),
b. I PRODOTTI DI RIFIUTO DEL METABOLISMO.
CIRCOLAZIONE A SISTEMA
APERTO
branchia
cuore
CHIUSO, DOPPIA IN PARALLELO
polmoni
branchia
cuore
aorta
cuore
vena cardinale
aorta
vena cava
capillari sistemici
capillari sistemici
CHIUSO SEMPLICE, IN SERIE
SISTEMA CHIUSO
Punto centrale è la circolazione del sangue nei capillari
capillare
parete del capillare
cellula
∆c
J = D⋅
∆x
distanza massima = 0,1 mm
superficie di scambio fino a 1000 m2
(in condizioni normali: utilizzazione 25%)
CIRCOLO
POLMONARE
CIRCOLO
SISTEMICO
PERFUSIONE TISSUTALE
Gettata cardiaca 5 L·min-1
100% della gettata cardiaca
Cuore
destro
Polmoni
Cuore
sinistro
0,70 L·min-1
14%
Cervello
55 mL·min-1/100 g
0,20 L·min-1
4%
Cuore
70 mL·min-1/100 g
27%
Fegato e
tratto
digerente
1,35 L·min-1
100 mL·min-1/100 g
20%
Reni
1,00 L·min-1
400 mL·min-1/100 g
21%
Muscolo
scheletrico
1,05 L·min-1
5 mL·min-1/100 g
5%
Cute
0,25 L·min-1
10 mL·min-1/100 g
9%
Osso e altri
tessuti
3 mL·min-1/100 g
0,45 L·min-1
capillari polmonari
sangue deossigenato
kapilaret mushkërore
gjak i varfër me oksigjen
vene polmonari
vena mushkërore
arterie polmonari
arteria mushkërore
aorta
vena cava superiore
vena cava inferiore
arterie sistemiche
arteriet sistemik
CD
CS
sangue ossigenato
capillari sistemici
kapilarët sistemik
gjak i pasur me oksigjen
LEGGE DELLA CONTINUITÀ
Variazione della velocità di scorrimento del fluido in un condotto
di sezioni diverse (S1 e S2) in stato stazionario (Q = costante)
PRESSIONE INTRAVASALE
- diametro trasverso (vasale)
- resistenza relativa (vasale)
aorta
arterie
vene
vene cave
Flusso ematico
[L·min-1]
5
6000
Area trasversa
[cm2]
4,5
ventricolo
sinistro
atrio
destro
500
Velocità
[mm·s-1]
0,5
aorta
arterie
arteriole
vene
capillari
venule
vene cave
vena cava superiore
arteria polmonare destra
arteria mushkërore e djathtë
atrio destro
veshorja e djathtë
vene polmonari di destra
fossa ovale
fossa ovalis
valvola tricuspide
valvula trikuspide
ventricolo destro
aorta
arteria polmonare sinistra
arteria mushkërore e majtë
atrio sinistro
veshorja e majtë
vene polmonari di sinistra
venat mushkërore të anës së majtë
valvola semilunare polmonare
valvula semilunare mushkërore
valvola bicuspide
valvula bikllapeshe
valvola semilunare aortica
valvula semilunare aortike
ventricolo sinistro
barkushja e majtë
barkushja e djathtë
corde tendinee
vena cava inferiore
setto interventricolare
muri interventrikular
miocardio
miokardi
pericardio viscerale
perikardiumi
presioni
pressione
chiusura
mbyllja
valvola semilunare
apertura
hapja
D
valvola semilunare
II
C
III
I
apertura
hapja
chiusura
valvola A-V
mbyllja
A
IV
B
valvola A-V
volume
telesistolico
telediastolico
telesistolik
telediastolik
vëllimi
a
Volume telediastolico (VTD):
volume massimo di sangue contenuto nei ventricoli (volume di sangue nei ventricoli alla fine
della diastole, riempimento ventricolare)
Volume telesistolico (VTS):
volume minimo di sangue contenuto nei ventricoli (volume di sangue nei ventricoli alla fine
della sistole, svuotamento ventricolare)
Gettata sistolica (GS):
volume di sangue che ogni ventricolo espelle in ciascun battito
GS = VTD - VTS (≅ 70 mL·battito-1)
Gettata cardiaca (GC):
volume di sangue pompato in un minuto dal ventricolo sinistro nell’aorta
GC = f·GS (72 [battiti·min-1]·70 [mL·battito-1] ≅ 5 L·min-1)
Circolo sistemico
Circolo polmonare
[mm Hg]
[mm Hg]
Sistole
120
27
Diastole
80
10
ELASTICITÀ DELLE ARTERIE
Contrazione ventricolare
1 - contrazione ventricolare,
2 - apertura valvola semilunare,
3 - espansione di aorta e grandi
arterie (immagazzinamento
energia pressoria nelle pareti
elastiche),
4 – rilasciamento ventricolare
(isovolumetrico),
5 – ritorno elastico della parete
delle arterie,
6 – chiusura valvola semilunare
(riflusso impedito),
7 – sangue spinto verso il circolo.
Rilasciamento ventricolare
PRESSIONE ARTERIOSA
MAX
120 mm Hg sistolica
120 / 80 mm Hg
MIN
80 mm Hg diastolica
Pressione differenziale = Psistolica – Pdiastolica = 40 mm Hg
Pressione media = media pressioni intero ciclo cardiaco
Pressione arteriosa [mm Hg]
incisura
120
pressione sistolica
pressione differenziale
93
80
pressione media
pressione diastolica
Tempo
VALVOLE VENOSE “a nido di rondine”
valvola venosa
(sfintere venoso)
flusso normale
l’azione di pompaggio dei muscoli è fondamentale per il flusso
ematico all’interno delle vene (basse pressioni)
3 – vena dilatata con valvola incontinente
POMPA MUSCOLARE SCHELETRICA
pompa muskulare skeletrike
valvula e mbyllur
valvula e hapur
Le valvole venose
impediscono
il riflusso di sangue.
valvula e mbyllur
valvulat venoze
pengojnë
refluksin e gjakut.
Comprimendo le vene,
i muscoli scheletrici
spingono il sangue
verso il cuore.
duke kompresuar venat,
muskujt e skeletit
shtyjnë gjakun drejt zemrës.
TEOREMA DI BERNOUILLI
Pressione [mm Hg]
CALCOLO DEL LAVORO CARDIACO – VENTRICOLO SINISTRO
120
100
80
PA
PB
D
C
A
pv
B
80
160
Volume [mL]
ABCD
= lavoro
L = pv·(VB-VA)
1. Polmoni sangue V.S. ⇒ dilatazione da VA a VB
(senza aumento sensibile di P: PA → PB; ≅ 5 mm Hg)
2. a) V.S. pieno → chiusura bicuspide
b) contrazione muscolare: PB → PC; ≅ 80 mm Hg
(sangue incomprimibile → volume inalterato)
3. apertura comunicazione aorta con cuore in contrazione
P ↑ → 120 mm Hg
4. rilassamento (diastole)
Q = portata cardiaca = 5 L ⋅ min -1
n = frequenza cardiaca = 60 min -1
Q 5000 mL ⋅ min −1
VB − VA = =
= 83 mL
-1
n
60 min
pv ?
pressione arteriosa (Psistolica = 120; Pdiastolica = 80) ⇒ pa = 100 mm Hg = 1,3 ⋅105 dine ⋅ cm −2
CALCOLO DEL LAVORO CARDIACO
1
1
2
p1 + ⋅ ρ ⋅ v1 + ρ ⋅ g ⋅ h1 = p2 + ⋅ ρ ⋅ v22 + ρ ⋅ g ⋅ h2
2
2
ipotesi: V.S. e I tratto dell’aorta alla stessa h ⇒ ρ·g·h = 0
1
1
pv + ⋅ ρ ⋅ vv2 = pa + ⋅ ρ ⋅ va2
2
2
vv = 0
1

 Q
Lventricolo sinistro = pv ⋅ (VB − VA ) =  pa + ⋅ ρ ⋅ va2  ⋅
2

 n
1
pv = pa + ⋅ ρ ⋅ va2
2
pa = 100 mm Hg = 1,3 ⋅ 105 dine ⋅ cm −2
va = 30 cm ⋅ s-1
Q
= 83 cm3
n
1

 Q
Lventricolo sinistro =  pa + ⋅ ρ ⋅ va2  ⋅ = (130000 + 450 ) ⋅ 83 = 1,17 ⋅107 erg = 1,17 J
2

 n
1
Lventricolo sinistro
5
parteria polmonare ≅ 20 mm Hg
Lventricolo destro ≅
Ltotale = Ldestro + Lsinistro ≅ 1,3 J ⇒ 1,3 W
PRESSIONI IN POSIZIONE ORIZZONTALE E ORTOSTATICA
[mm Hg]
arteriosa
95
100
95
-41
46
-49
95
-2
8
3
8
+83
178
venosa
91
piano di
indifferenza
idrostatica
POSIZIONE ORIZZONTALE
95
h =0 → ρ⋅ g ⋅h =0
1
1
1
2
2
pc + ⋅ ρ ⋅ vc = pt + ⋅ ρ ⋅ vt = p p + ⋅ ρ ⋅ v 2p
2
2
2
nelle arterie vc ≅ vt ≅ v p
pc ≅ pt ≅ p p
100
95
POSIZIONE ORTOSTATICA
v = f(Q, Sarteria )
1
2 1
2 1
⋅ ρ ⋅ vc ≅ ⋅ ρ ⋅ vt ≅ ⋅ ρ ⋅ v 2p
2
2
2
60
ht = 0 → ρ ⋅ g ⋅ ht = 0 →
p't
= pt
piano di
indifferenza
idrostatica
100
185
p'c + ρ ⋅ g ⋅ hc = p't + ρ ⋅ g ⋅ ht = p'p + ρ ⋅ g ⋅ h p
p'c + ρ ⋅ g ⋅ hc = pt = p'p − ρ ⋅ g ⋅ h p
p'c + ρ ⋅ g ⋅ hc = pt = p'p − ρ ⋅ g ⋅ h p
statura: 170 cm
ht = 0 → p't = pt ≅ 100 mm Hg
hc = +50 cm
h p = -120 cm
mm Hg
60
cm
+50
100
0
185
-120
ρ ⋅ g ⋅ hc = 1 ⋅ 980 ⋅ 50 = 49000 dine ⋅ cm-2 ≅ 40 mm Hg
ρ ⋅ g ⋅ h p = 1 ⋅ 980 ⋅120 = 117600 dine ⋅ cm-2 ≅ 85 mm Hg
p'c = pt − ρ ⋅ g ⋅ hc ≅ 100 − 40 = 60 mm Hg
p'p = pt + ρ ⋅ g ⋅ h p ≅ 100 + 85 = 185 mm Hg
ρ·g·h non ha influenza diretta su Q e v, ma su p
accelerazione testa → piedi
G > g ⇒ a livello cerebrale ρ·g·h ↑
pc' = 100 - ρ ⋅ g ⋅ h → 0
G = 3 ⋅ g → pc' = 100 - 3 ⋅ ρ ⋅ g ⋅ h = 100 - 3 ⋅ 40 = - 20 mm Hg
ischemia cerebrale
↓
perdita della visione,
incoscienza
accelerazione piedi → testa
pc' = ↑, pc' > pa
appannamento visione,
campo visivo rosso
stenosi
aneurisma
FLUSSO LAMINARE
velocità di scorrimento
π 1 r
Q = ∆p ⋅ ⋅ ⋅
8 η l
4
legge di Poiseuille?
LEGGE DI POISEUILLE
Non applicabile rigorosamente perchè:
a. caratteri fisici del sangue ≠ H2O (presenza elementi corpuscolati);
b. vasi non rigidi, ma elastici;
c. la pressione è pulsatoria.
considerazioni qualitative
π 1 r
Q = ∆p ⋅ ⋅ ⋅
8 η l
4
r
∆p = costante r →
2
Q = f (r )
4
Q
Q→
16
Jean Leonard Marie Poiseuille
1799 – 1869
RESISTENZA DEL CONDOTTO
∆p 8 ⋅ l ⋅ η
1
R=
=
= f ( 4)
4
Q π ⋅r
r
η = costante
l = costante
A
B
Q
Q
ventricolo
sinistro
aorta
pA
vene
arterie
arteriole
capillari
venule
∆p = p A − pB
vene cave
pB
atrio
destro
CASO 1 – INDIVIDUO NORMALE
p A = Pa = 100 mm Hg
pB = Pvena cava ≅ 5 mm Hg
Q = 5 L ⋅ min -1 = 83 mL ⋅ s -1
p A = 100 mm Hg
pB = 5 mm Hg
Q = 5 L ⋅ min -1
Q = 5 L ⋅ min -1
aorta
∆p = p A − p B = 100 - 5 = 95 mm Hg
∆p 95
R=
=
≅ 1,14 U . R .
Q 83
vene cave
CASO 2 – INDIVIDUO NORMALE
esercizio muscolare intenso o attività sportiva
Psistolica ≅ 180 mm Hg
p A = Pa = 150 mm Hg
Pdiastolica ≅ 120 mm Hg
p B = Pvena cava ≅ 5 mm Hg
pB = Pvena cava ≅ 5 mm Hg
Q → 15 L ⋅ min -1 ≅ 250 mL ⋅ s -1
p A = 150 mm Hg
p B = 5 mm Hg
Q → 15 L ⋅ min -1
Q → 15 L ⋅ min -1
aorta
vene cave
∆p = p A − p B = 150 - 5 = 145 mm Hg
∆p 145
R=
=
≅ 0 ,58 U . R .
Q 250
r↑
CASO 3 – IPERTENSIONE ESSENZIALE
p A = Pa → 200 mm Hg
pB = Pvena cava ≅ 5 mm Hg
Q = 5 L ⋅ min -1 = 83 mL ⋅ s -1
p A = 200 mm Hg
pB = 5 mm Hg
Q = 5 L ⋅ min -1
Q = 5 L ⋅ min -1
aorta
∆p = p A − p B = 200 - 5 = 195 mm Hg
∆p 195
R=
=
≅ 2 ,3 U . R .
Q
83
vene cave
TONI CARDIACI E FONOCARDIOGRAMMA
TONO
DURATA
[s]
I
0,14
chiusura valvole atrioventricolari
inizio sistole ventricolare
II
0,11
chiusura valvole semilunari
inizio diastole
flusso turbolento nei ventricoli
riempimento ventricolare
III
IV
contrazione atriale
1
normale
2
insufficienza aortica
3
insufficienza mitralica
PUNTI (o focolai) DI AUSCULTAZIONE
A valvola aortica
P valvola polmonare
M valvola mitrale
T valvola tricuspide
FATTORI INFLUENZANTI IL VOLUME MINUTO CARDIACO
VMC
frequenza cardiaca
gittata sistolica
riempimento diastolico
svuotamento sistolico
Gittata cardiaca (GC):
volume di sangue pompato in un minuto dal ventricolo sinistro nell’aorta
VMC = GC = f·GS (72 [battiti·min-1]·70 [mL·battito-1] ≅ 5 L·min-1)
ONDA SFIGMICA E POLSO
distensione aortica ⇒ onda di pressione (sfigmica) → arterie periferiche
ampiezza (o polso) = f(Psistolica – Pdiastolica) = f(Pdifferenziale)
polso forte (ben percepibile) durante esercizio fisico:
Psistolica ↑ ; Pdiastolica ≅
⇓
Pdifferenziale ↑
MISURA DELLA PRESSIONE ARTERIOSA
metodo ascoltatorio
LIVELLI DI PRESSIONE ARTERIOSA
(normali e patologici)
sistolica
diastolica
ottimale
< 120
< 80
normale
120 - 129
80 - 84
normale - alta
130 - 139
85 - 89
ipertensione lieve
140 - 159
90 - 99
ipertensione media
160 - 179
100 - 109
ipertensione grave
> 180
> 110
Pressione arteriosa
Linee guida Società Europea dell’Ipertensione, Società Europea di Cardiologia (2003)
LIVELLI DI PRESSIONE ARTERIOSA
(normali e patologici)
Linee guida Società Europea dell’Ipertensione, Società Europea di Cardiologia (2013)
.
vena cava superiore
nodo senoatriale
nyja senoatriale
nodo atrioventricolare
vene polmonari
nyja atrioventrikulare
atrio
destro
veshorja e djathtë
venat mushkërore
atrio
sinistro
veshorja e majtë
vena cava inferiore
fascio di His
tufa atrioventrikulare
branca destra
dega e djathtë
branca sinistra
dega e majtë
(rami anteriore e posteriore)
AVVIATORI CARDIACI E CONDUZIONE
nodo senoatriale
(avviatore primario)
uomo: 70 min-1; sotto sforzo → 200 min-1
topolino: 400 min-1
elefante: 35 min-1
miocardio atriale
nodo atrioventricolare
fascio di His
(avviatore secondario)
branche fascio di His
sistema di Purkinje
muscolatura ventricolare
COMUNICAZIONE ELETTRICA TRA LE FIBRE MIOCARDICHE
RITMI CARDIACI
SA
OR.
ritmo sinusale
AV
VENT.
V
SA
OR.
ritmo nodale
AV
VENT.
V
OR.
(blocco AV)
VENT.
ritmo idioventricolare
IL POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO (miocardio di lavoro)
0, apertura dei canali del sodio;
1, chiusura dei canali del sodio e apertura dei canali del potassio rapidi;
2, apertura dei canali del calcio (fase di plateau) e chiusura dei canali del potassio;
3, chiusura dei canali del calcio e apertura dei canali lenti del potassio;
4, ritorno al potenziale di riposo
IL TESSUTO DI CONDUZIONE CARDIACO
0
potenziale intracellulare [mV]
cellula A
-40
-60
0
cellula B
-40
-60
0
cellula B
sincizialmente
connessa con A
-40
-60
tempo
potenziale intracellulare [mV]
T2
f =
T
1
T
T1
+10
0
-40
-60
soglia
prepotenziali
tempo
ELETTROCARDIOGRAMMA (ECG)
elettrodo esplorante
D1
Willem Einthoven
(1860 – 1927)
D1
VR
V1 V2
V3
D2
D2
VL
V5
V4 V6
D3
D3
elettrodo neutro
VF
1903, Wilhelm Einthoven rileva l’attività elettrica del cuore: nasce l’elettrocardiografia
linea isoelettrica
tracciato
bipolare
DERIVAZIONI UNIPOLARI (V1 - V6) e
AUMENTATE AGLI ARTI (aVR, aVL, aVF)
TRACCE ECG
(nelle 3 derivazioni standard)
mV
tempo
sistole
atriogramma
diastole
ventricologramma
tratto
ms
P
80 - 100
PQ
120 - 140
QRS
70 - 80
QT
300 - 350
depolarizzazione ventricolare
ripolarizzazione ventricolare
depolarizzazione atriale
mV
tempo
EVENTI ELETTRICI DEL CUORE
P
T
P
T
P
T
P
T
P
T
P
T
normale
(frequenza e ritmo)
tachicardia
(anormalità della frequenza)
extrasistole
extrasistole
contrazione ventricolare prematura
(anormalità del ritmo)
fibrillazione ventricolare
fibrillazione ventricolare
(anormalità del ritmo)
blocco cardiaco completo
(anormalità del ritmo)
infarto miocardico
(miocardiopatie)
INNERVAZIONE CARDIACA
SNC
n. somatico
simpatico
gangli
muscolo scheletrico
viscere
muscolo
ghiandola
Regolazione
attività cardiaca
parasimpatico
simpatico
• dal tratto toracico del midollo spinale
• azione accelerante
• liberazione di noradrenalina (su stimolazione)
parasimpatico
• da un ramo del X paio di nervi cranici (vago e pneumogastrico)
• azione moderatrice e inibitoria
• liberazione di acetilcolina (su stimolazione)
La stimolazione del parasimpatico produce:
1. intensità delle contrazioni ↓ (azione inotropa negativa)
2. frequenza del battito ↓ (azione cronotropa negativa)
3. eccitabilità ↓ (azione batnotropa negativa)
4. velocità di conduzione A → V ↓ (azione dromotropa negativa)
5. metabolismo muscolare cardiaco ↓ → consumo O2 ↓ → produzione calore ↓
esperimenti sul cane
a riposo
90 battiti·min-1
taglio di
battiti·min-1
simpatico
65
vago
250
entrambi
110
esperimenti di Loewi (1921) su cuore di rana
stimolazione del vago → riduzione di vari parametri
acetilcolina
stimolazione
del vago
B
A
leva isotonica
INNERVAZIONE CARDIACA E NODO SENOATRIALE
EFFETTI DELLA STIMOLAZIONE
SIMPATICA E PARASIMPATICA
GETTATA CARDIACA
+
+
gettata sistolica
+
–
frequenza cardiaca
+
volume ventricolare
telediastolico
+
–
attivazione parasimpatico
+
aumentato
ritorno venoso
meccanismo intrinseco (Starling)
attivazione ortosimpatico
liberazione catecolamine
meccanismi estrinseci
REGOLAZIONE DELLA PRESSIONE ARTERIOSA
Sistema di controllo
I parte
II parte
III parte
dispositivi sensoriali per raccolta informazioni (recettori)
centro di controllo
• riceve ed elabora le informazioni
• dà le istruzioni relative
dispositivi che trasmettono le istruzioni dal centro di
controllo agli effettori
centro di controllo
(midollo allungato)
recettori di pressione
(arco aortico – seno carotideo)
gittata cardiaca
pressione arteriosa
resistenza periferica
LOCALIZZAZIONE DI BAROCETTORI E CHEMOCETTORI
(barocettori: sulle pareti delle arterie più grosse)
BAROCETTORI
nel cane:
inattivi per P.A. < 60 mm Hg
fmax fra 160 e 220 mm Hg
segnali nervosi → centro cardiovascolare
(midollo allungato)
barocettori carotidei
barocettori aortici
Parteriosa [mm Hg]
arterie carotidi comuni
sangue → encefalo
aorta
sangue → resto del corpo
120
80
normale
elevata
bassa
scarica dei neuroni afferenti
(riceventi segnali dai
barocettori del seno carotideo
Tempo
CENTRO DI CONTROLLO
1 centro cardiaco
2
centro vasomotore
(resistenza periferica)
influenza il cuore con il sistema simpatico e vagale
azione su muscolatura liscia delle arterie
• fibre costrittrici simpatiche
• fibre dilatatrici parasimpatiche
REGOLAZIONE UMORALE
(sostanze in circolo)
cellula cromaffine
ghiandola surrenale
SNC
noradrenalina (15 – 20%)
adrenalina (80 – 85%)
simpatico
• adrenalina, liberata dalla midollare surrenale
• ormoni (vasocostrizione → PA ↑)
• angiotensina (agisce direttamente su muscolatura liscia)
• bradichinina (demolizione enzimatica di α-globuline)
flusso sanguigno
caduta pressione
α2 - globuline
liberazione renina
(enzima proteolitico)
bradichininogeno
(callicreina)
lisil-bradichinina
(decapeptide)
α2 - globuline
bradichinina
(nonapeptide)
secrezione aldosterone
angiotensina
aumento sodio ematico
aumento pressione
IL MICROCIRCOLO
cellula endoteliale
pori capillari
CIRCOLAZIONE CAPILLARE
liquido interstiziale
cellula endoteliale
poro acquoso
plasma
sostanze liposolubili
proteine
plasmatiche
O2, CO2
citoplasma
proteine
scambiabili
Na+, K+, glucosio,
aminoacidi
sostanze idrosolubili
membrana plasmatica
trasporto vescicolare
SCAMBI CAPILLARI
SCAMBI CAPILLARI CON L’INTERSTIZIO
IL SISTEMA LINFATICO
componenti:
• rete di capillari a fondo cieco,
• vasi,
• organi linfatici (midollo osseo,
tonsille, timo, milza),
• linfonodi
funzioni:
• drena l’eccesso di fluido
interstiziale → sangue,
• trasporta i grassi (dai processi
digestivi) + vitamine
liposolubili → sangue venoso,
• componente sistema immunitario.
RAPPORTO FRA TESSUTI, CAPILLARI SANGUIGNI E CAPILLARI LINFATICI
STRUTTURA DI UN LINFONODO
(filtrazione del liquido interstiziale prima del convogliamento nel sangue)
linfa liberata da:
• sostanze tossiche,
• detriti cellulari,
• agenti patogeni (azione dei linfociti).