Appunti di fisiologia : sistema vascolare

Sistema vascolare

Il sistema vascolare è un sistema di vasi che hanno il compito di distribuire il sangue dal cuore ai tessuti (periferia) e dai tessuti al cuore. Può essere suddiviso in sistema arterioso, che ha il compito di portare il sangue dal cuore ai tessuti, e sistema venoso, che porta il sangue dai tessuti al cuore. Tra la componente arteriosa e quella venosa abbiamo il microcircolo che va a separare queste due parti. Esso rappresenta la sede all’interno della quale avvengono preferenzialmente gli scambi di nutrienti, metaboliti o gas respiratori (ossigeno e anidride carbonica), tra il sangue e i tessuti e viceversa. Questo avviene in modo tale che il sangue che tornerà al cuore avrà una composizione differente da quella che aveva quando è giunto ai tessuti dal cuore.

Per capire come il sangue scorre all’interno dei vasi bisogna ricorrere alle leggi della dinamica dei fluidi, esse forniscono le basi per la comprensione di come il sangue fluisce. In genere però le leggi della dinamica dei fluidi non sono applicabili a condotti che hanno una distensibilità e che conducono una soluzione eterogenea, composta, come il sangue. Quindi anche se solitamente si considerano condotti rigidi, si può far riferimento ugualmente a tali leggi.

Emodinamica

Più precisamente prendiamo in considerazione solo una legge, quella di Poiseuille. Dobbiamo considerare due fattori: la differenza di pressione che vige tra le due estremità del vaso e che rappresenta la driving force (cioè la forza che spinge il sangue a fluire attraverso il vaso), e la resistenza, cioè l’ostacolo che i vasi oppongono al flusso di sangue. Questi due fattori dal quale dipende essenzialmente il flusso del sangue sono raccolti nella suddetta legge: ΔP = Q R dove:

• Q è il flusso di sangue
• ΔP è la differenza di pressione ai due estremi del vaso
• R è la resistenza (la resistenza è direttamente proporzionale alla lunghezza del tubo e alla viscosità del liquido ma inversamente proporzionale al raggio)

Dalla formula si può notare che la differenza di pressione è al numeratore. Questo ci fa capire che il flusso di sangue dipende in maniera direttamente proporzionale dalla differenza di pressione; quindi maggiore è la differenza di pressione maggiore è il flusso di sangue. Mentre visto che la resistenza è al denominatore, si deduce che il flusso di sangue è inversamente proporzionale ad essa, quindi maggiore è la resistenza, minore è il flusso di sangue.

La lunghezza del vaso e la viscosità del sangue sono pressoché costanti in condizioni fisiologiche (la viscosità può però variare se ad esempio il soggetto assume eritropoietina la quale aumenta la viscosità a causa di una crescita corpuscolare del sangue, oppure se il soggetto è eccessivamente disidratato). Ciò che può cambiare, invece, è il diametro del vaso; quindi risulta che la resistenza dipende solo da questo fattore (in maniera inversamente proporzionale).

Il sangue si muove sempre da una zona ad alta pressione verso una a pressione più bassa. La differenza di pressione influenza, permette il flusso del sangue e non il valore assoluto delle pressioni alle due estremità del vaso. Consideriamo due valori di pressione agli estremi di un vaso: p1 è la pressione maggiore e p2 è la pressione minore. La differenza di pressione p1-p2 fa avvenire il flusso sanguigno da p1 verso p2. Se p1 è uguale a p2 il flusso sanguigno non avviene; questo caso non riguarda il nostro sistema vascolare dove c’è sempre una differenza di pressione.

Consideriamo due casi in cui la differenza di pressione è la stessa. ΔP=25 mm Hg. Questo valore di pressione però deriva da diverse differenze.

• Primo caso: p1 = 100mm Hg e p2 = 75mm Hg
• Secondo caso: p1 =40 mm Hg e p2 =15 mm Hg

Il ΔP è lo stesso quindi l’entità del flusso è la stessa. Da quest’esempio si deduce che è importante la differenza di pressione e non i valori assoluti delle pressioni stesse.

Componenti del sistema vascolare

Il sistema vascolare si compone di un grande circolo o circolo sistemico, che provvede all’irrorazione di tutti i tessuti dell’organismo, e di un circolo polmonare o piccolo circolo, che porta il sangue ai polmoni e poi torna al cuore. La quantità di sangue che è contenuta nelle due circolazioni è diversa. L’84% del sangue è contenuta nel grande circolo. Di questo il 64% è contenuto nelle vene sistemiche, il 13% nelle arterie e il 7% nelle arteriole e capillari. Per quanto riguarda il piccolo circolo, invece, che comprende il 16% del sangue totale, il 7% è contenuto nel cuore e il 9% nei vasi polmonari.

I vasi sanguigni che compongono il sistema vascolare sono fondamentalmente le arterie, che partono dal cuore e si diramano in arteriole che a loro volta si diramano in capillari, i quali confluiscono nelle venule e nelle vene che tornano al cuore. Questo vale sia nel grande che nel piccolo circolo.

Le pareti dei vasi sanguigni contengono diversi tipi di tessuti, ognuno dei quali ha delle proprie caratteristiche. I tessuti principali sono quattro e sono comuni a tutti i vasi ma in percentuali diverse:

• Endotelio: che troviamo nella parete di tutti i vasi sanguigni nella stessa percentuale. È formato da uno strato di cellule che vanno a costituire una parete liscia. Il fatto che sia liscia è molto importante perché evita la formazione di coaguli. La parete è in grado di offrire una permeabilità selettiva a diverse sostanze che dal sangue passano ai tessuti e viceversa (epitelio fenestrato o continuo). È presente al livello dei capillari come unico rivestimento di questi, poiché i capillari sono la sede del microcircolo in cui avvengono gli scambi.
• Fibre di elastina: le fibre di elastina sono molto distensibili e sono quelle che conferiscono elasticità e distensibilità al vaso (chiamata anche compliance o capacitanza). La caratteristica di queste fibre è di poter essere stirate e allungate fino a molte volte la loro lunghezza iniziale prima di raggiungere il limite elastico.
• Fibre di collagene: conferiscono al vaso resistenza.
• Muscolo liscio: è la componente fisiologicamente attiva tra le quattro. Questo perché si contrae e sviluppa una forza che può alterare il diametro dei vasi (da cui dipende la resistenza e a sua volta il flusso sanguigno) e la tensione della parete (quindi la pressione esercitata all’interno del vaso).

Queste componenti si distribuiscono in percentuale diversa nei vari vasi sanguigni e vanno a formare tre strati concentrici: la tonaca intima, media e avventizia.

Tipologia di vasi sanguigni

Arterie

Le arterie sono vasi deputati al trasporto del sangue sotto pressione (vengono infatti definiti come serbatoi di pressione) in maniera rapida ai tessuti. La parete delle arterie è piuttosto spessa ed ha una predominanza della componente elastica. Tale predominanza conferisce al vaso una certa compliance, (caratteristica comune anche agli altri vasi) una grandezza che esprime la capacità dell’arteria di dilatarsi elasticamente sotto l’effetto di una pressione sanguigna crescente (ad esempio quando il sangue viene immesso dai ventricoli nell’aorta o nell’arteria polmonare) e di ristringersi restituendo il volume di sangue accumulato sotto l’effetto di una pressione sanguigna decrescente (ad esempio durante la fase di diastole cardiaca il volume che ha riempito e dilatato l’arteria viene in un certo senso restituito perché la componente elastica dell’arteria è in grado di andare incontro a ritorno elastico che fa fluire il sangue verso i distretti arteriosi).

Compliance = ΔV/ΔP

La compliance è quindi la misura della variazione pressione-volume; è un indice di distensibilità. Quando la compliance è alta, significa che si ha la possibilità di ottenere una grande variazione di volume con una piccola variazione di pressione; ciò significa che la parete del vaso è molto distensibile e può accogliere una buona quantità di volume. Se la compliance è bassa la distensibilità del vaso è bassa e ciò vuol dire che esso può accogliere una piccola quantità di volume perché si sviluppano pressioni elevate. Le arterie poi si diramano nelle arteriole.

Arteriole

Le arteriole sono le ultime diramazioni del sistema arterioso. Hanno un ruolo molto importante soprattutto nella variazione della resistenza; questo perché hanno nella loro parete una forte tonaca muscolare che è capace, con la contrazione, di andare a determinare una variazione importante del lume dell’arteriola, tanto da occluderlo, o di aumentarne il diametro di molte volte. Dal diametro dipende la resistenza, dalla resistenza dipende il flusso sanguigno verso i capillari a seconda delle esigenze dei tessuti che vengono attraversati. Queste arteriole quindi funzionano come un sistema valvolare di controllo attraverso cui il sangue viene immesso nei capillari.

Capillari

I capillari hanno una parete sottile fatta essenzialmente da endotelio e lamina basale sottostante. La parete sottile può differenziare i capillari in:

• Capillari di primo tipo: ad endotelio continuo, meno permeabili
• Capillari di secondo tipo: ad endotelio fenestrato
• Capillari di terzo tipo: sinusoidi, molto permeabili anche alle macromolecole come le proteine

I capillari attuano per lo più scambi di acqua, nutrienti, elettroliti, ormoni, gas respiratori, tra il sangue e gli spazi interstiziali extracellulari. Il sangue poi dai capillari viene raccolto nelle venule.

Venule

Le venule raccolgono il sangue dai capillari e gradualmente confluiscono in vene di calibro progressivamente maggiore.

Vene

Le vene hanno pareti più sottili rispetto alle arterie, ma presentano rispetto ad esse una tonaca muscolare più abbondante che gli consente di contrarsi e dilatarsi riportando il sangue dai tessuti al cuore (ritorno venoso). Hanno una compliance più elevata rispetto alle arterie. Presentano valvole che favoriscono il ritorno sanguigno; fungono da riserva di sangue e per questo motivo vengono definite serbatoio di sangue. Quando le valvole venose non funzionano correttamente il sangue si accumula nelle vene deformandone le pareti, portando alla formazione delle vene varicose.

Pressione sanguigna

Il sangue che confluisce all’interno dei vasi esercita una forza sulle pareti del vaso stesso. Tale forza è definita pressione sanguigna. Quando il vaso è un’arteria parliamo di pressione arteriosa (o pressione transmurale se consideriamo la pressione esercitata dal sangue all’interno dei vasi rispetto a quella extravasale), quando il vaso è una vena parliamo di pressione venosa.

La pressione arteriosa la possiamo distinguere in:

• Pressione sistolica (di massima): si registra durante la fase sistolica ventricolare del ciclo cardiaco. Dipende dalla forza con cui il ventricolo si contrae per spingere il sangue nelle arterie esercitando una pressione su di esse. Quindi la pressione sistolica dipende dalla forza di contrazione del ventricolo e dal volume sistolico, cioè dalla quantità di sangue che ad ogni sistole viene immessa nelle arterie. Qualora si avesse un incremento della gittata sistolica (cioè del volume sistolico pompato) si andrebbe in contro ad un aumento della pressione sistolica; questo avviene in particolare se la distensibilità del vaso arterioso è ridotta. Con l’invecchiamento le arterie potrebbero possedere meno elasticità e quindi meno compliance e più resistenza al flusso sanguigno; l’arteria risulta meno accomodante e la pressione sistolica aumenta quando cresce la gittata. Il valore della pressione di massima in un individuo sano è di circa 120mm Hg.
• Pressione diastolica (di minima): si registra durante la fase diastolica ventricolare del circolo cardiaco, cioè quando il ventricolo non immette sangue (valvole chiuse) ma si sta per riempire. Dipende dal ritorno elastico delle arterie, in particolare dell’aorta. Il ritorno elastico fa seguito alla distensibilità del vaso che dipende dalla sua compliance. La pressione diastolica è un indice delle resistenze periferiche che si sviluppano a livello delle arteriole. Un incremento delle resistenze periferiche può determinare un aumento della pressione diastolica. Le resistenze periferiche aumentano per esempio quando le arteriole si contraggono e il lume di queste si riduce, quindi il sangue immesso in fase sistolica ha creato un aumento del volume della parete dell’arteria che è stato poi restituito con il ritorno elastico. Il valore della pressione di minima in un individuo sano è circa 80 mm Hg.
• Pressione differenziale: differenza tra pressione sistolica e pressione diastolica. Dipende dalla gittata sistolica e dalla compliance dell’aorta: se la compliance dell’aorta è costante, a un aumento della gittata sistolica corrisponde sempre un incremento della pressione differenziale perché cresce anche la pressione sistolica; in questo caso la pressione differenziale può essere indice della gittata sistolica. Se la compliance arteriosa diminuisce a causa dell’invecchiamento, si può assistere a una variazione della pressione differenziale anche se la gittata sistolica è costante. In pratica, gittata sistolica e pressione differenziale a compliance arteriosa stabile sono direttamente proporzionali; a compliance compromessa la pressione differenziale non varia insieme con la gittata sistolica. Il valore della pressione differenziale in un individuo sano è di circa 40 mm Hg.
• Pressione arteriosa media: in clinica il cardiologo tiene soprattutto conto di questo valore di pressione.