Fisiologia e biofisica - circolazione sanguigna

Compliance e variazione di volume

Compliance significa "adattabilità". La variazione di volume di una struttura cava è sempre costante per un aumento unitario di pressione? È vero che per raddoppiare il volume di due palloncini, entrambi ad uno stesso volume iniziale, devo badare esclusivamente a raddoppiare la pressione dell'aria o del fluido di cui sono riempiti?

Palloncino A: è ad un volume iniziale di 1 litro che porto a 2 litri applicando 10 mmHg di pressione.

Palloncino B: è anche ad un volume iniziale di 1 litro, ma perché riesca a portarlo ad un volume di 2 litri è necessario che applichi una pressione di 20 mmHg.

È stato necessario gonfiare i palloncini a pressioni diverse perché fosse uguale. ∆V

Assumendo che i due palloncini siano identici nella forma, conseguenza ne è che il palloncino B deve essere strutturalmente diverso (nella sostanza di cui è costituito) dal palloncino A.

Le pareti dei palloncini A e B hanno...

gradi di elasticità diversi e ciò influenza la loro distensibilità. Analoghe considerazioni possono essere fatte su strutture cave dell'organismo, quali la vescica, il polmone o il sistema circolatorio per ciò che riguarda la loro distensibilità. I vasi sanguiferi, le strutture cave del sistema circolatorio, grazie alla composizione in fibre elastiche della loro parete, sono dotati di un grado di distensibilità (meccanismo che rende perifericamente costante la pressione sanguigna). Eiettare uno stesso volume di sangue in un sistema circolatorio di vasi con pareti più rigide del normale (arteriosclerosi) significa per il cuore dover applicare una pressione maggiore attraverso una maggiore forza di contrazione, cosa che si traduce in un carico di lavoro più alto. La compliance di una struttura cava è in relazione alla sostanza (materiale) di cui sono composte le pareti di questa: maggiore sarà la loro elasticità.

maggiore sarà la compliance. È vero che per raddoppiare il volume di un palloncino devo raddoppiare la pressione che l'aria o il fluido di cui è riempito esercita sulle pareti di questo, indipendentemente dal volume iniziale?

Certo che No. La deformabilità di una struttura, biologica o meno, è influenzata dall'elasticità delle sue pareti dipendente non solo dal materiale di cui è costituita, ma anche dallo stato di tensione iniziale cui queste si trovano sottoposte.

Non è sempre sufficiente applicare uno stesso aumento di pressione (∆P) perché si abbia uno stesso aumento di volume (∆V) in una stessa struttura a valori di volume iniziale (V) diversi; man mano che il volume iniziale aumenta è necessario applicare una differenza di pressione (∆P) maggiore per ottenere un pari aumento di volume (∆V), poiché la struttura si trova a valori sempre più prossimi al suo limite.

didistensibilità (elasticità). Ciò ovviamente influenza la compliance delle strutture dell'organismo: polmoni, vasi, vescica... Un soggetto non corre lo stesso rischio se la sua pressione sistolica aumenta da 130 a 150 mmHg che se resta di 20 mmHg, la seconda condizione aumenta da 180 a 200 mmHg; pur se la variazione (∆P) è molto più rischiosa. Per valutare i rischi di un aumento di pressione non è sufficiente conoscere di quanto questa aumenti (∆P), ma è necessario conoscerne i valori iniziali (P0). La compliance di una struttura è influenzata dallo stato di distensione iniziale delle pareti di questa: maggiore sarà la pressione interna iniziale, minore sarà la compliance. Il motore di una automobile ha compliance 0 se è al massimo dei giri; un sorpasso in autostrada non può essere effettuato in queste condizioni. La compliance è massima quando un vaso è al minimo della distensione (elasticità).distensione. Il concetto di compliance è applicabile a qualunque struttura cava. Resta comunque sempre fermo che il volume di una struttura non può aumentare oltre un dato punto per ovvi limiti fisici di elasticità del materiale di cui questa è costituita; il limite di distensione di una qualsiasi struttura è determinato dal limite di elasticità delle fibre di cui essa è composta e la distensione delle singole fibre rispetta sempre la legge di Hooke; oltre il limite di elasticità la struttura assume un comportamento plastico, e perde la capacità di riassumere la sua forma iniziale; esiste quindi un range di funzionamento, così come per tutti i meccanismi di regolazione. Sistema circolatorio • Fluidostatica Leggi di Pascal 1) La pressione esercitata da un fluido è uguale in tutte le direzioni. 2) In un fluido omogeneo la pressione è la stessa in tutti i punti allo stesso livello. 3) La pressione aumenta

All'aumentare della profondità a partire dalla superficie libera.

• Fluidodinamica

Il flusso ematico esprime quantitativamente il volume di sangue che attraversa una sezione di un vaso in una unità di tempo. ∆ ∆V P ∆

Anche se è definita come , il flusso può essere calcolato come , dove è la differenza di P∆t R pressione ai due estremi del vaso e sta per resistenza.

La resistenza è un impedimento che un sistema idraulico naturalmente offre allo scorrimento di un fluido in esso; c'è sempre una data resistenza, ma questa è variabile in relazione ad alcune caratteristiche del sistema. = ⋅

Inoltre il flusso è definito anche dall'equazione , dove è la velocità a cui scorre il sangue eq V d V d è l'area della sezione trasversale del vaso.

Il gradiente di velocità di scorrimento dipende dalla viscosità del sangue, infatti la viscosità è definita come la

resistenza interna di un fluido allo scorrimento.π ⋅ ∆ ⋅ 4P r=q

La legge di Poiseuille mette sostanzialmente in evidenza come il flusso sia inη⋅ ⋅8 lproporzionalità diretta con la quarta potenza del raggio del vaso, e ciò ha grande importanza dal punto divista medico-clinico; in rapporto diretto alla differenza di pressione, inversamente proporzionale allaη e alla lunghezza del vaso.viscosità η⋅ ⋅8 l=Attraverso la legge di Poiseuille è possibile definire la resistenza come .R π ⋅ 4r

Se aumenta la viscosità del sangue aumenta in modo proporzionale anche la resistenza allo scorrimento,e quindi rallenta; esiste comunque uno specifico meccanismo di regolazione della viscosità del sangueche tende a tenerlo costante.

La lunghezza di un vaso è costante, salvo minime trascurabili variazioni. In linea generale si nota che lediramazioni di una arteria tendono ad essere più corte

dell'arteria da cui provengono: in questo modo l'aumento di resistenza, che è dato dalla riduzione del raggio, è compensato dalla riduzione della lunghezza. La misura del raggio è proprio ciò che influenza particolarmente la resistenza allo scorrimento, dato il rapporto inversamente proporzionale alla quarta potenza; il dimezzamento del raggio, ad esempio, porterà la resistenza a diventare 16 volte quella iniziale. Anche una minima riduzione del diametro di un vaso porta un enorme aumento della resistenza. Di conseguenza un tumore, anche minimo, o comunque una massa che comprime un vaso può essere causa di una insufficienza cardiocircolatoria. La muscolatura liscia delle arterie muscolari/arteriole è in grado di regolare attivamente la resistenza allo scorrimento; la contrazione di tali vasi aumenta la resistenza e può giungere in alcuni casi a bloccare la circolazione del sangue: la capacità di riduzione del diametro.è quindi molto alta. Il freddo intenso produce vasocostrizione che riduce l’afflusso di sangue verso gli organi per limitare la dispersione di calore; una prolungata permanenza in ambienti molto freddi è sicuramente causa di ischemia. Il nostro sistema di controllo della temperatura corporea ha, come tutti i meccanismi di controllo, un range nel quale è operativo. Non è vero che siamo animali omeotermi perchè non siamo a temperatura costante, ma siamo a temperatura variabile solo che ci sono degli efficienti sistemi che correggono la temperatura appena cambia; se fossimo omeotermi ci potremmo mettere in un forno o in un congelatore e conservare la temperatura di 37°. Significa che il nostro meccanismo di regolazione della temperatura funziona comunque in un certo range: oltre una data temperatura (troppo alta o troppo bassa), non è più possibile regolare la temperatura corporea. Controllo della Resistenza La resistenza allo scorrimento delsangue è variabile perché c'è la possibilità a livello delle arteriole di aumentarla o ridurla in relazione a fattori chimici/fisici e noi la controlliamo inconsciamente in base ad alcune condizioni. Esiste inoltre un controllo della resistenza di tipo metabolico sempre a livello arteriolare (arterie muscolari). È possibile regolare il flusso ematico verso un preciso organo in base all'attività metabolica dell'organo stesso (secondo quanto lavora, praticamente); segnali chimico-fisici locali sono in grado di regolare il flusso ematico verso un organo agendo sulla muscolatura delle arteriole, determinando contrazione o rilasciamento di questa. Durante l'attività muscolare aerobia aumenta il flusso ematico verso i muscoli scheletrici grazie ad un controllo locale dello stato di contrazione della muscolatura arteriolare per via metabolica. Quando si corre aumenta la quantità di sangue che giunge ai muscoli, così come.quandoaumenta l'attività cardiaca aumenta il flusso ematico verso il miocardio per rilasciamento dellamuscolatura dei vasi arteriosi coronari.Difetto anatomico delle coronarie: si tratta di un circolo che ha poche anastomosi, quasi una circolazioneterminale. Sono molto frequenti gli infarti cardiaci letali; esistono ed avvengono comunemente infartiepatici o infarti intestinali, ma i casi letali sono molto più rari ed in genere clinicamente irrilevantiperché le anastomosi sono tali da rendere trascurabile un blocco della circolazione in una arteria, cosìche la vascolarizzazione di una porzione di parenchima è sempre possibile per vie collaterali.All'aumentare del metabolismo di un organo aumenta il flusso di sangue verso quella regione. Contecniche come la PET è possibile rilevare attività locale della corteccia cerebrale in relazione ad alcunistimoli, così come è possibile rilevare se è quale area della

corteccia determina