Emodinamica

Emodinamica

Il cuore è un organo che fa parte del sistema cardiocircolatorio. Dopo aver descritto come funziona il cuore e a cosa serve, dobbiamo ora parlare dell'emodinamica, che concerne il movimento del sangue all'interno del sistema circolatorio. Tutte le caratteristiche che riguardano il flusso di sangue all'interno della circolazione sono chiamate emodinamica. Il termine "emo" si riferisce al fluido del sangue, mentre il termine "dinamica" si riferisce alle leggi e ai parametri che condizionano il flusso di sangue nel sistema circolatorio.

Concetti chiave di emodinamica

Il movimento del sangue è possibile se esiste una differenza pressoria (ΔP), una forza motrice che consente al sangue di fluire. Il flusso di un liquido dipende dalla forza motrice, quindi dalla presenza di una differenza pressoria ΔP, ed è inversamente proporzionale alla resistenza R che il sangue incontra mentre procede attraverso le condutture (arterie, vene, arteriole, venule e capillari).

Flusso = ΔP/R

Consideriamo due becher uniti da un tubo (sistema dei vasi comunicanti), ognuno contenente un liquido a due livelli diversi. Nel becher con una maggiore quantità di liquido, la pressione idrostatica è maggiore rispetto a quella nel becher con una quantità minore di liquido. Quindi, è presente una differenza pressoria ΔP, il movimento del liquido parte dal becher con pressione maggiore verso il becher con pressione minore. Questo flusso netto continua fino a quando non si raggiunge l'equilibrio, ovvero fino a quando le pressioni nei due becher non sono uguali. Questo concetto ricorda il flusso di massa secondo gradiente pressorio.

Non è importante il valore specifico delle pressioni

La cosa importante da tenere a mente non sono i valori specifici delle pressioni. Ciò che determina il flusso è il ΔP. Mettendo a confronto i valori di pressione dei liquidi riportati in A e in C, possiamo notare che, nonostante le pressioni dei liquidi nei singoli recipienti siano diverse, 100 mmHg contro 200 mmHg e 60 mmHg contro 169 mmHg, ciò che è importante ai fini del flusso è il ΔP. Infatti, in entrambi i casi la differenza pressoria è di 40 mmHg e determina lo stesso flusso, ovvero la stessa velocità di movimento del fluido.

Pressione nel sistema circolatorio

Il ΔP nel sistema circolatorio è dato dalla differenza tra la pressione aortica e la pressione della vena cava. Il sangue arterioso dal ventricolo sinistro viene pompato nell'aorta. Quindi, l'aorta rappresenta il primo grande vaso in cui arriva il sangue pompato dal cuore. La pressione dell'aorta non possiamo definirla in maniera univoca perché è un valore che oscilla tra sistolica e diastolica. Dato che stiamo argomentando in maniera teorica, ricorriamo alla pressione arteriosa media MAP, che è 85 mmHg. Quindi, il ΔP è dato dalla pressione del sangue nell'aorta e la pressione nella vena cava inferiore, che è la vena che porta il sangue deossigenato ricco di anidride carbonica a livello dell'atrio destro.

La pressione del sangue che dalla periferia ritorna all'atrio destro ha una pressione molto bassa, il cui valore è uguale a circa 5-7 mmHg. Poiché è un valore molto piccolo rispetto alla pressione media aortica, si assume che il valore sia uguale a 0 mmHg. Quindi, il ΔP che ci permette di definire il flusso del sangue si ottiene facendo la pressione arteriosa media meno la pressione del sangue nella vena cava inferiore: 85 mmHg - 0 mmHg = 85 mmHg, che è il valore che permette il flusso del sangue nel nostro organismo.

Perdita di pressione lungo il percorso

Il sangue che parte dall'aorta ed arriva alla vena cava, durante il suo percorso, man mano che procede perde questo valore di pressione arteriosa media di 85 mmHg e assume un valore minimo di pressione. È importante capire quali sono i distretti del nostro sistema circolatorio in cui si ha una caduta maggiore di pressione e per quale motivo.

Il grafico ottenuto riportando la pressione arteriosa media in millimetri di mercurio in funzione sull'asse delle x, come variabile dipendente, dei diversi tubi entro cui il sangue scorre. L'aorta smista il sangue alle arterie principali, che sono dei tubi il cui diametro è abbastanza grande, pressoché uguale a quello dell'aorta. Quando il sangue scorre nelle arterie principali, la sua pressione arteriosa media rimane costante, uguale quindi a 85 mmHg.

In seguito, le arterie principali smistano il sangue nelle arteriole che sono dei tubi di diametro più piccolo rispetto a quello delle arterie principali. Il sistema circolatorio è quindi arborizzato; da tubi di diametro più grande prendono origine tubi di diametro sempre più piccolo. Quando il sangue passa dalle grandi arterie alle arteriole, la pressione arteriosa media diminuisce repentinamente. Quindi, da 85 mmHg la pressione del sangue che scorre nelle arteriole scende fino a 45-50 mmHg. Dalle arteriole il sangue viene distribuito a livello dei capillari in cui la pressione arteriosa media continua a diminuire da 40-45 mmHg fino a circa 20 mmHg, ma non in maniera così repentina come a livello delle arteriole.

Sangue ossigenato e deossigenato

Il sangue fino a questo momento arterioso, una volta che arriva nei capillari, cede l'ossigeno alle cellule dei vari organi dell'organismo e si carica di anidride carbonica. A questo punto, il sangue deossigenato passa dai capillari alle venule e la pressione di questo sangue venoso continua a scendere, in questo caso lentamente, fino a 15-16 mmHg. Il sangue venoso dalle venule viene riversato nelle vene e la pressione diminuisce ulteriormente fino a 6-7 mmHg. Questo sangue deossigenato arriva alla vena cava inferiore e da qui all'atrio destro. La maggiore caduta pressoria si realizza a livello delle arteriole.

Pressione nella piccola circolazione

L'altra curva rappresentata in verde rappresenta l'andamento della pressione del sangue nella parte destra del cuore, cioè del sangue che circola nella piccola circolazione, ovvero nel sistema circolatorio polmonare. Questo perché il sangue deossigenato che arriva nell'atrio destro per essere ossigenato nuovamente deve finire nella circolazione polmonare, in modo tale da poter cedere l'anidride carbonica e arricchirsi nuovamente di ossigeno.

Il sangue che circola nella grande circolazione aorta-vena cava si chiama grande circolazione o sangue del circolo sistemico e il sangue del circolo sistemico vede un ΔP e quindi una MAP di 85 mmHg con l'andamento descritto nella curva blu. Il sangue deossigenato invece che dal ventricolo destro viene pompato nell'arteria polmonare ha dei valori pressori che sono diversi da quelli dell'aorta e sono quelli descritti dalla curva verde. Quanto è la pressione media del sangue del ventricolo destro che viene pompato nell'arteria polmonare? Non possiamo dire che è uguale a 85 mmHg, ma è un valore in assoluto più basso che ammonta intorno a 20 mmHg. Quindi, questa linea verde rappresenta la pressione media presente nella piccola circolazione o circolo polmonare.

Perché la pressione nel circolo polmonare è più bassa?

• Perché il sangue che scorre nel circolo polmonare è deossigenato
• Perché la lunghezza del circolo polmonare è molto più piccola rispetto alla grande circolazione. Infatti, il circolo polmonare è costituito da arterie, arteriole, capillari, venule e vene la cui lunghezza è limitata all'apparato respiratorio. Invece le arterie, arteriole, capillari, venule e vene devono interessare tutto il corpo. Quindi, se devo far circolare un liquido in un condotto di 10 chilometri devo dare una certa pressione, se invece il fluido deve circolare in un condotto di 1 metro la pressione deve essere inferiore.

Questo spiega i valori più bassi della pressione del sangue venoso che scorre nel circolo polmonare, fermo restando che per far circolare il sangue nel circolo polmonare di più piccole dimensioni è sempre necessario un gradiente pressorio che sicuramente non sarà di 85 mmHg come nel circolo sistemico, ma sarà di 20 mmHg.

Resistenza

Nel circolo polmonare e nel circolo sistemico ciò che determina il flusso del sangue è il ΔP. Nell'equazione del flusso al denominatore è presente R, che è la resistenza. La resistenza del fluido è definita dalla legge di Poiseuille e dice che la resistenza che un fluido incontra dipende dalla lunghezza del tubo entro cui scorre, dalla viscosità del fluido che sta scorrendo, dal raggio del tubo entro cui sta scorrendo il fluido. Lunghezza, viscosità e raggio sono correlate nella legge di Poiseuille:

R = 8Lη/πr⁴

Quindi, la resistenza che un fluido incontra è uguale a 8, che è una costante, per L, che è la lunghezza del tubo entro cui il fluido scorre, per η, che è la viscosità del fluido, fratto π (3,14) per il raggio alla quarta. La legge di Poiseuille è una legge generale. Applicando i parametri della legge di Poiseuille al sistema circolatorio, abbiamo che:

• L è una costante e indica la lunghezza del circolo, che è diversa tra circolo sistemico e circolo polmonare
• η è la viscosità del sangue. La viscosità di un fluido dipende dalla presenza di particelle. La viscosità del sangue, in condizioni fisiologiche, si mantiene costante perché dipende dalla presenza di globuli bianchi e globuli rossi, quindi da elementi cellulari.

La lunghezza e la viscosità sono due parametri che si mantengono sempre costanti, ciò che cambia è il raggio del condotto entro cui il sangue scorre. Il sistema di tubi entro cui scorre il sangue è diviso in arterie, arteriole, capillari, venule e vene. Ad ognuno di questi corrispondono dei raggi e quindi dei diametri particolari. Ecco che la resistenza è fortemente legata al diametro dei tubi che il sangue sta percorrendo. Le arterie sono grossi tubi, le arteriole invece possiedono un diametro inferiore rispetto alle arterie e quindi la resistenza è maggiore.

Quindi, la resistenza che il sangue incontra nel fluire nel sistema circolatorio dipende prioritariamente dal raggio dei vasi entro cui scorre, poiché la lunghezza dell'intero sistema vasale rimane costante così come anche la viscosità. Il sistema circolatorio è costituito da vasi di diametro diverso e quindi per quanto riguarda la resistenza si fa riferimento alla resistenza periferica totale. Nella grande circolazione, si fa riferimento alla resistenza periferica totale, ossia alla combinazione della resistenza di vasi di diametro diverso. Non potendo considerare le singole resistenze, si fa un integrale in cui si considera la combinazione delle diverse resistenze che dipendono dai diversi raggi. In realtà, si considera un unico valore come combinazione delle diverse resistenze, e questa combinazione prende il nome di resistenza periferica totale.

Ritornando all'equazione del flusso, possiamo dire con più precisione che il flusso del sangue è uguale a ΔP/resistenza periferica totale TPR.

Flusso = ΔP/TPR

Il flusso, ossia la quantità di sangue che scorre nel nostro sistema circolatorio nell'unità di tempo, in quanto il flusso è una velocità, è uguale alla gittata cardiaca Q. F = Q Questa uguaglianza è fondamentale perché dimostra il collegamento tra il cuore come pompa e il sangue che fluisce nell'intero circuito. Questa uguaglianza, oltre a questo link concettuale, è anche importante perché ci dà la possibilità di arrivare ad un'altra uguaglianza: la gittata cardiaca è uguale alla pressione arteriosa media fratto le resistenze periferiche totali.

Q = MAP/TPR

Questa equazione la ricaviamo perché ΔP è uguale alla pressione arteriosa media meno la pressione ventricolare. Ma la pressione ventricolare è trascurabile perché in fase diastolica è un valore molto basso (8-10 mmHg) contro la pressione arteriosa media, che è 85 mmHg.

ΔP = MAP - Pv ~ MAP

ΔP è circa uguale alla pressione arteriosa media, quindi andando a sostituire questo valore nell'equazione precedente otteniamo che Q = MAP/TPR.

In questa immagine viene ripercorso il circuito che il sangue percorre una volta che viene eiettato dal cuore nel circolo sistemico. Quindi, a livello del ventricolo sinistro, il sangue ossigenato dal cuore passa nell'aorta, che è l'arteria principale, e dall'aorta è distribuito alle arterie principali. Dalle arterie principali il sangue, sempre ossigenato, passa nelle arteriole, e da qui prende origine la rete dei capillari. Man mano che il sangue percorre i capillari questo da ossigenato diventa deossigenato, quindi cede l'ossigeno e si carica di anidride carbonica. Questo sangue venoso viene versato nelle venule, da qui nelle vene maggiori, ed alle vene maggiori alla vena cava inferiore, la quale porta il sangue a livello dell'atrio destro.

Microcircolazione

L'insieme di arteriole, capillari e venule va sotto il nome di microcircolazione, e in particolare la rete capillare della microcircolazione conosce due estremità:

• L'estremità dei capillari più vicina alle arteriole prende il nome di capillari polo-arterioso perché in questi capillari, che prendono origine dalle arteriole, sta circolando sangue ossigenato, quindi arterioso.
• A livello della rete dei capillari è presente una porzione centrale in cui il sangue è misto, nel senso che parte dell'ossigeno è stata ceduta alle cellule target e parte dell'anidride carbonica è passata nel sangue. Man mano che il sangue procede nella rete di capillari, e quindi si sposta nei capillari più vicini alle venule, questa rete di capillari è detta capillari polo-venoso per indicare che a questo livello sta circolando sangue che ormai ha ceduto l'ossigeno e si è caricato di anidride carbonica, quindi è un sangue venoso (blu). Questi capillari polo-venoso convogliano il sangue nelle venule fino alla parte destra del cuore.

Struttura dei vasi sanguigni

Vediamo ora come sono costituiti da un punto di vista istologico questi vasi entro cui scorre il sangue, perché ai fini del diametro e della resistenza è molto importante.

Arterie

Le arterie sono vasi di grosso calibro, quindi che hanno un certo diametro, costituiti nello strato più interno dall'endotelio, cioè da cellule endoteliali che costituiscono la parete dell'arteria entro cui scorre il sangue. All'esterno dell'endotelio è presente uno strato di muscolatura liscia e all'esterno di quest'ultimo è presente uno strato di tessuto connettivo.

Arteriole

Le arteriole hanno, da un punto di vista istologico, la stessa composizione delle arterie. Dall'interno verso l'esterno sono costituite dall'endotelio, dalla muscolatura liscia e tessuto connettivo, con la differenza che il diametro interno delle arteriole è più piccolo e lo strato di muscolatura liscia è leggermente più ridotto rispetto a quello di una arteria.