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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).
