Sistema circolatorio, Fisiologia cellulare

Il sistema circolatorio

Il sistema circolatorio provvede al trasporto e alla distribuzione delle sostanze essenziali ai tessuti e alla rimozione dei prodotti di scarto del metabolismo; inoltre prende parte alla difesa dell'organismo e ad alcuni meccanismi omeostatici, come la regolazione della temperatura corporea e l'equilibrio dei liquidi corporei. È costituito dal cuore, da una serie di condotti di distribuzione che sono i vasi sanguigni e da una vasta rete di piccoli vasi che consentono lo scambio di sostanze tra sangue e tessuti, ovvero i capillari.

Struttura del cuore e dei vasi sanguigni

La circolazione è assicurata dalla disposizione dei lembi valvolari. I vasi sanguigni che escono dal cuore sono chiamati arterie, mentre i vasi sanguigni che tornano al cuore sono chiamati vene. Il cuore è diviso da una parete centrale, o setto, nelle metà sinistra e destra; abbiamo anche il setto interventricolare che separa i ventricoli e il setto interatriale che separa gli atri.

Ogni metà funziona come una pompa indipendente e consiste di un atrio e un ventricolo. L'atrio riceve il sangue che ritorna al cuore attraverso le vene e il ventricolo lo pompa ai vari distretti attraverso le arterie.

Circolazione polmonare e sistemica

Il lato destro del cuore riceve sangue dai tessuti e lo invia ai polmoni attraverso l'arteria polmonare, dove viene ossigenato. Dai polmoni, il sangue ritorna al cuore nell'atrio sinistro, tramite le vene polmonari, passa nel ventricolo e fuoriesce dall'aorta, che si ramifica formando una rete di capillari. Una volta lasciati i capillari, il sangue scorre nel settore venoso della circolazione, spostandosi dalle piccole vene a quelle di diametro progressivamente maggiore, distribuendosi ai tessuti in tutto l'organismo; poi ritorna (sangue refluo) nell'atrio destro tramite le vene cave.

Le vene nella parte superiore dell'organismo confluiscono a formare la vena cava superiore, quelle nella parte inferiore formano la vena cava inferiore. Le due vene cave confluiscono infine nell'atrio destro.

L'insieme dei vasi sanguigni diretti dal ventricolo destro ai polmoni e di quelli che ritornano all'atrio sinistro viene definito circolazione polmonare. L'insieme dei vasi sanguigni che portano sangue dal lato sinistro del cuore ai tessuti e di quelli che ritornano al cuore destro viene globalmente definito circolazione sistemica.

Organizzazione dei vasi sanguigni

Nel sistema circolatorio, i vasi sono organizzati in serie e in parallelo:

• Atri e ventricoli sono in serie tra di loro
• La parte destra è in parallelo rispetto alla parte sinistra

L'aorta si suddivide una volta che questa lascia il ventricolo sinistro. La prima branca rappresenta le arterie coronarie, che irrorano la muscolatura del cuore stesso. Il sangue da queste arterie fluisce nei capillari, poi nelle vene coronarie, che si svuotano nell'atrio destro attraverso il seno coronario.

Le parti ascendenti dell'aorta vanno alle braccia, alla testa e al cervello. L'aorta addominale fornisce sangue al tronco, alle gambe e agli organi interni come il fegato (arteria epatica), il tratto digerente e i reni (arterie renali). Il sangue refluo dal tratto digerente raggiunge direttamente il fegato (sede del metabolismo dei nutrienti e sede di detossificazione di sostanze estranee) attraverso la vena portale epatica.

I due letti capillari del tratto digerente e del fegato, uniti dalla vena portale epatica, sono un esempio di sistema portale. Altri due sistemi portali si trovano: nei reni e quello ipotalamo-ipofisario.

Sistema arterovenoso

Il sistema arterovenoso si divide in:

• Sistema arterioso, che è il sistema di distribuzione ad alta pressione
• Sistema di scambio (capillari)
• Sistema di raccolta (vene)

La struttura di questi vasi è diversa, il circolo parte dai vasi più grandi, che sono le arterie, passa in vasi piccolissimi, i capillari, le venule, e si ritorna in diametri maggiori, rispetto a quest'ultimi, nelle vene, che riportano il sangue al cuore. Tutti i vasi possiedono uno strato di cellule endoteliali e le loro pareti contengono quantità variabili di muscolatura liscia e tessuto connettivo.

Caratteristiche dei vasi sanguigni

Arterie

Le arterie sono dei condotti efferenti che partono dal cuore e portano il sangue alla periferia; hanno pareti spesse ed elastiche e sono capaci di opporre resistenza alle alte pressioni del sangue. Funzionano come serbatoi di pressione.

Hanno forma cilindrica e sono formate da 3 strati:

• La tonaca intima, lo strato più interno, formata dall'endotelio (monostrato di cellule sottili e appiattite altamente attive) e da uno spesso strato di lamina elastica interna
• La tonaca media, spesso strato di muscolatura liscia disposto in senso circolare attorno al lume del vaso (quindi è di spessore variabile) e lamina elastica esterna
• La tonaca avventizia, lo strato più esterno, composta da collagene ed elastina. Se c'è più elastina il vaso sarà più elastico, mentre il collagene aumenta la rigidità; quindi c'è un equilibrio tra le due proteine perché i vasi devono distendersi al passaggio del sangue. In un vaso rigido, il sangue non riesce a distenderlo e se la forza è elevata, la parete del vaso si rompe.

Vene

Le vene sono condotti che raccolgono il sangue refluo da tessuti e organi e lo riportano al cuore; sono dei vasi ampi con la parete sottile delle arterie, poiché la pressione del sangue che devono sopportare è più bassa. Per la relativa cedevolezza delle loro pareti e per l'ampiezza del loro lume, possono accogliere un volume grande e variabile di sangue, per questo funzionano da serbatoi di volume.

Sono formate da 3 strati:

• La tonaca intima, formata solo dall'endotelio
• La tonaca media, formata da un sottile strato di muscolatura liscia
• La tonaca avventizia, composta da collagene e fibroblasti

Differenza tra arterie e vene

Le pareti delle arterie sono più spesse e la tonaca media contiene un quantitativo maggiore di fibre muscolari lisce ed elastiche, permettendo una resistenza maggiore alla pressione generata dalla contrazione del cuore. Nelle vene mancano le due lamine elastiche (interna ed esterna). Le arterie hanno il lume pervio (rimane aperto), mentre le vene hanno un lume più grande ma collabisce (chiuso, le pareti collassano su se stesse).

Arteriole

Le arteriole sono vasi con diametro piccolo e offrono un'elevata resistenza idraulica al flusso sanguigno; inoltre hanno un'alta quantità di muscolatura liscia per regolare il flusso sanguigno. Sono importanti nel controllo della pressione arteriosa media.

Venule

Le venule hanno pareti sottili e partecipano allo scambio di sostanze dall'interstizio extracellulare al sangue.

Capillari

I capillari sono esili canali interposti tra le arteriole terminali e le radici delle venule; sono vasi di scambio di sostanze tra sangue e tessuti (ossigeno e anidride carbonica). Rappresentano i vasi sanguigni più piccoli e delicati, dalle pareti più sottili. I capillari sono del tutto privi di tessuto connettivo e muscolo liscio, e sono formati da un singolo strato di cellule endoteliali appiattite, adagiate su una sottilissima lamina basale.

Si distinguono 3 tipi di endotelio:

• Endotelio continuo: c'è una continuità tra le cellule endoteliali, legate tra loro da una sostanza cementante ricca di calcio; un capillare di questo tipo ha la massima filtrazione, importante negli organi "barrierati" (barriera emato-encefalica), ghiandole esocrine, muscoli, polmoni.
• Endotelio fenestrato: endotelio saltuariamente interrotto da spazi, detti "pori" o "fenestrature"; resta la membrana basale continua che ha la funzione di filtraggio. Permette scambi di fluidi e soluti. Sono importanti nei reni, nell'intestino.
• Endotelio sinusoide: presenta pori più grandi e lamina basale più sottile (è caratterizzato da discontinuità sia nello strato epiteliale che nella membrana basale). Si ritrovano nel fegato, nella milza e nel midollo osseo, dove consente, oltre ad un amplissimo passaggio di H₂O e di soluti, anche il transito di proteine e sangue.

In alcuni casi, i capillari sono così piccoli che un'unica cellula endoteliale disposta ad anello forma l'intera parete. Il sangue non può arrivare con un'alta pressione nei capillari, per due motivi:

• Primo, perché il sangue ad alta pressione potrebbe ledere questi vasi delicati, che non hanno una struttura che li ricopre, sono formati solo dall'endotelio e dalla membrana basale, in alcuni casi questo endotelio è anche fenestrato.
• Secondo, perché il sangue deve viaggiare a livello del capillare ad una velocità bassa, perché deve permettere gli scambi; se passa molto velocemente non ha il tempo a sufficienza per effettuare gli scambi con il liquido interstiziale.

Il cuore

Il cuore è situato nella cavità toracica.