Fisiologia

Apparato cardiovascolare

Sangue

È un tessuto costituito da due componenti:

• Parte corpuscolata: eritrociti + leucociti + piastrine
• Parte liquida: plasma (92% H₂O + 1% sali minerali + 7% proteine quali l'albumina, il fibrinogeno, le globuline, ecc.)

Le funzioni di questo tessuto sono:

• Trasporto di O₂ e CO₂, anticorpi, ioni, vitamine e ormoni, proteine, lipidi, H₂O;
• Immunità: leucociti, globuline;
• Emostasi: piastrine, fibrinogeno;
• Omeostasi: pH, equilibrio acido-base, equilibrio idrico salino, temperatura;
• Trofica: nutrimento ai tessuti.

Nota bene: Il volume di sangue di una persona con peso specifico di 70 kg è di 5 L, perché 5 rappresenta il 7% di 70.

Ematocrito

È il rapporto tra componente corpuscolata e componente liquida (nell'uomo: 45% - 55%; nella donna: 42% - 58%). Si può calcolare attraverso la centrifugazione del sangue in una provetta graduata, nella quale la componente corpuscolata si deposita sul fondo. Inoltre, attraverso l'ematocrito, possiamo ottenere anche la VES (velocità di eritrosedimentazione): quando essa è al di sopra dei valori fisiologici (1-13), gli eritrociti diventano più pesanti a causa dell'agglutinazione con gli anticorpi, per cui sedimentano più velocemente; questo indica uno stato di infezione/infiammazione.

Eritrociti

Sono prodotti dalle cellule staminali del midollo osseo delle ossa lunghe e piatte (eritropoiesi), per un meccanismo regolato dalla secrezione di eritropoietina da parte dell'apparato juxtaglomerulare del rene, stimolato dall'abbassamento della PO₂. I globuli rossi hanno una vita media di 120 gg. In un ml di sangue sono contenuti circa 4,5 milioni di eritrociti nella donna, e 5,5 milioni nell'uomo. Contengono emoglobina, una proteina formata da 4 tetrameri, ciascuno provvisto di un gruppo eme (Fe⁺²= ferroso); la concentrazione fisiologica di emoglobina nel sangue è di 12-17 g/dL (150 g/L), e ciascun grammo di Hb trasporta 1,34 ml di O₂ (1,34 x 150 g/dL = 200 ml di O₂). L'emolisi è il processo mediante il quale vengono distrutti gli eritrociti, nella milza, nel fegato e nel midollo osseo.

Valori eritrocitari fisiologici:

1. MCHC: concentrazione corpuscolare media di Hb = Hb (g/dL) / ematocrito;
2. MCH: emoglobina corpuscolare media = Hb ematica / n. globuli rossi (cellule/L);
3. MCV: volume corpuscolare medio = ematocrito / n. globuli rossi.

Pressione parziale dell'ossigeno

Lo stimolo che provoca la produzione di eritropoietina (EPO) è l'abbassamento della PO₂; siccome uno stimolo, per essere efficace, deve avere una determinata intensità e durata, per far sì che la produzione di EPO aumenti bisognerebbe trovarsi al di sopra dei 2500 m di altezza.

Nota bene: La PO₂ nell'aria atmosferica rappresenta il 21% ed è uguale a 159-160 mmHg; nel sangue venoso, la percentuale di PO₂ è di 78% (40 mmHg), mentre nel sangue arterioso, la PO₂ è di 100 mmHg (22% in più del sangue venoso).

Leucociti

Sono circa 4000-10000/ml e possono essere di due tipi: granulociti (neutrofili, eosinofili, basofili) e agranulociti (monociti + linfociti). Sono prodotti dal midollo osseo a partire da una cellula staminale pluripotente che si differenzia nella linea mieloide.

Piastrine

Originano nel midollo osseo, dalla frammentazione di cellule megacariocite. Hanno una vita media di 15-45 gg perché sono anucleate. Presiedono al processo di coagulazione del sangue ed intervengono in quello di emostasi:

• Vasocostrizione/compressione: serotonina, trombossano A₂, adrenalina, fibrinopeptide B;
• Tappo piastrinico: adesione, aggregazione, secrezione;
• Coagulazione del sangue: fibrinogeno convertito in fibrina dalla trombina;
• Retrazione del coagulo e dissoluzione del trombo.

Nota bene: L'attivazione della protrombina in trombina può avvenire attraverso due vie: via intrinseca e via estrinseca; entrambe, convergendo in un punto di questo processo, attivano il fattore IX della coagulazione, che contiene Ca⁺; esso, a sua volta, va ad attivare il fattore X, che attiva la conversione della protrombina in trombina.

Circolazione e sistema vascolare

La distinzione tra circolo polmonare e circolo sistemico non è esatta, in quanto l'intero circolo è diviso in varie circolazioni distrettuali. Il flusso del sangue lungo i vasi che costituiscono il circolo è influenzato da due fattori: le variazioni pressorie e le resistenze (Flusso = Δp / R). Man mano che si procede verso la periferia, il diametro dei vasi diminuisce e, di conseguenza, le resistenze dovrebbero aumentare; tuttavia, questo non avviene, in quanto i capillari si ramificano disponendosi in parallelo e aumentando l'area di sezione. Questo fa sì che le resistenze rimangano pressoché costanti.

Ci sono, comunque, dei meccanismi per mantenere il flusso costante, che sono: riflesso barocettivo, che coglie eventuali variazioni pressorie, e riflesso chemocettivo, che individua alterazioni della componente plasmatica. Il flusso ematico coincide con la gittata cardiaca; F = Δp / R Gc = Δp / R.

La pressione e le resistenze dipendono da:

• Calibro dei vasi (> calibro, > vel. di flusso);
• Flusso (diverso per tipo di vasi);
• Densità del plasma;
• Risultante della pressione transmurale della forza interna (pressione max) e della forza esterna; se Fest > Fint, il flusso diminuisce, se riabbasso la Fest, il flusso riprende;
• Compliance del vaso;
• Tipo di flusso (laminare, turbolento);
• Tipo di vaso.

Le placche aterosclerotiche possono causare restringimenti dei vasi, determinando un passaggio dal normale flusso laminare ad uno turbolento (Legge di Reynolds). Un conseguente aumento delle resistenze provoca aumento della pressione.

Struttura e funzione dei vasi

Arterie

Sono i vasi di calibro maggiore, insieme alle vene cave. Hanno un tessuto elastico, in particolare l'aorta, che grazie a questa caratteristica incamera energia potenziale durante la sistole per poi subire un "ritorno elastico", restituendo quest'energia sotto forma di energia cinetica.

Arteriole

Regolano la pressione ed il flusso ematico grazie alla loro parete formata da muscolatura liscia sia longitudinale che circolare che, attraverso vasocostrizione e vasodilatazione, fa rispettivamente aumentare e diminuire la pressione. Sono sempre parzialmente contratte (tono arteriolare) per mantenere un flusso costante. Subiscono gli effetti del sistema nervoso parasimpatico, grazie ai recettori α (=vasodilatazione) e β (=vasocostrizione). Nelle arteriole, la pressione arteriosa è intorno a 70-75 mmHg.

Capillari arteriosi

Sono deputati alla filtrazione e sono in grado di mantenere la pressione idrostatica del plasma maggiore a quella dell'interstizio. Per adempiere a questi compiti, essi sono dotati di endotelio fenestrato, per gli scambi di H₂O, ioni, ecc. (Il glucosio entra nella cellula per diffusione facilitata).

Capillari venosi

Sono deputati al riassorbimento.

Venule

Hanno una pressione minore dei capillari venosi perché sono di calibro maggiore.

Nota bene: Compliance vasale: spiega com'è distribuito il flusso nel nostro organismo; a parità di pressione, la forza nelle arterie è maggiore a quella nelle vene. La compliance vasale è l'inverso dell'elasticità.

Pressione arteriosa

È la forza esercitata da un volume di sangue sulla parete dei vasi, ed è determinata da: volume ematico e compliance vasale. Può essere influenzata da fattori fisiologici, quali la frequenza cardiaca, il volume pulsatorio (=volume di eiezione ventricolare), le resistenze periferiche (Δp = Fc x Vp x R).

Inoltre, può essere influenzata da altri fattori quali: viscosità, velocità, modificazione del calibro dei vasi. In particolare, la viscosità dipende dall'ematocrito e si riduce con il calibro dei vasi (Effetto Fahraeus-Lindqvist); la velocità di flusso è a sua volta legata con la viscosità: se la viscosità diminuisce, la velocità aumenta, mentre se la viscosità aumenta, la velocità diminuisce.

Attraverso la misurazione della pressione arteriosa, possiamo individuare anche problemi cardiaci (> frequenza cardiaca) e problemi circolatori; tuttavia, vi è un altro parametro che possiamo valutare: la pressione arteriosa media (PAM), ossia il valore medio di pressione arteriosa che si registra durante un ciclo cardiaco (PAM = PD + 1/3(PS - PD)).

Miocardio

È un tessuto muscolare striato con caratteristiche funzionali simili a quelle del muscolo liscio (NO α-motoneurone!). Le sue cellule, i cardiomiociti, stabiliscono connessioni con le altre cellule adiacenti attraverso dischi intercalari, formati dall'accostamento delle membrane di due cellule adiacenti che delimitano le giunzioni gap attraverso i connessoni. Dall'unione di due connessoni si formano canali acquosi la cui resistenza elettrica, 400 volte inferiore, permette il passaggio delle correnti ioniche depolarizzanti da una cellula all'altra; il miocardio, quindi, assume la caratteristica attività di un sincizio funzionale (Legge del Tutto o del Nulla) e quello che indichiamo come battito cardiaco è effettivamente un'onda di contrazione che si muove lungo i cardiomiociti in maniera ordinata e coordinata.

Le proprietà del miocardio sono:

• Eccitabilità: capacità di generare un potenziale d'azione;
• Automatismo: capacità di autoeccitarsi (autoritmicità);
• Conducibilità: capacità di trasmettere un potenziale d'azione in tutto il miocardio;
• Contrattilità: capacità di contrarsi e compiere lavoro.

Sistema di conduzione del cuore

Le contrazioni del muscolo cardiaco sono indotte da segnali che originano nel muscolo stesso; si parla, quindi, di conduzione miogena. L'autoritmicità del cuore, ossia la sua abilità di generare contrazioni periodiche dando luogo ad un ritmo, è dovuta alla presenza di alcune cellule modificate capaci di generare autonomamente un potenziale d'azione; esse si trovano in corrispondenza del nodo senoatriale e del nodo atrioventricolare, sono chiamate cellule pacemaker (le prime hanno attività più elevata delle seconde, per cui sono loro che determinano il ritmo!), e sono innervate dal sistema nervoso simpatico (= eccitazione) e dal sistema nervoso parasimpatico (= inibizione). Le cellule pacemaker generano i potenziali d'azione, mentre le fibre di conduzione (fascio di His, branche del fascio di His, fibre di Purkinje, ecc.) conducono velocemente in tutto il miocardio questi potenziali d'azione, coordinando le contrazioni cardiache.

Ciclo cardiaco

1. Fase di riempimento ventricolare: il sangue entra negli atri attraverso le vene sistemiche e polmonari; la maggiore pressione idrostatica all'interno di essi rispetto ai ventricoli permette l'apertura delle valvole AV. Il sangue passa nei ventricoli seguendo il gradiente pressorio; le valvole semilunari sono chiuse. Alla fine della diastole, gli atri si contraggono per spingere il sangue rimanente nei ventricoli (volume telediastolico = volume di sangue ventricolare alla fine della diastole, prima della fase di eiezione). Poi, gli atri si rilasciano.
2. Fase di contrazione isovolumetrica: all'inizio della sistole, le valvole AV si chiudono a causa dell'aumento della pressione nei ventricoli rispetto a quella negli atri; il volume di sangue resta costante nei ventricoli fin tanto che la pressione al loro interno diventa talmente grande da permettere l'apertura delle valvole semilunari.
3. Fase di eiezione ventricolare: nella restante parte della sistole, il sangue viene pompato nell'aorta e nelle arterie polmonari e, quindi, il volume ventricolare e la pressione ventricolare diminuiscono.