Emodinamica Il sistema cardiovascolare pu essere assimilato ad

Emodinamica

Il sistema cardiovascolare può essere assimilato ad un modello formato da due tubi cilindrici che connettono due pompe meccaniche. In questo modello il volume di sangue immesso in circolo dalla pompa di sinistra deve essere uguale al volume immesso in circolo dalla pompa di destra per evitare accumulo di sangue in uno dei due condotti

Piccolo circolo VD VS Grande circolo

L’eguaglianze dei volumi immessi in circolo comporta alcun considerazioni fondamentali fra cui la diversa velocità di scorrimento del sangue che cambia secondo l’area della sezione trasversa. Nell’aorta discendente il sangue scorre con una velocità di 40 cm/sec mentre nei capillari è di 0. 02 cm/sec; la velocità aumenta di nuovo nelle vene cave dove raggiunge valori di 10 -20 cm/sec.

L’emodinamica riguarda i fattori fisici che regolano il flusso sanguigno nel sistema circolatorio. Per analogia con la teoria dei circuiti elettrici possiamo applicare un’equivalente della legge di Ohm: Q = (PA – PV) / RV dove PA= pressione arteriosa media PV= pressione venosa media RV= resistenza vascolare

Il flusso di sangue attraverso un vaso è determinato da due fattori: § § la differenza di pressione ΔP fra le due parti del vaso (gradiente pressorio) la difficoltà del sangue a passare nel condotto, definita resistenza, Rv

P 1 P 2 Se P 1 -P 2 > 0 (c) allora c’è flusso attraverso il vaso Se P 1=P 2 (a, b) allora non c’è flusso Si definisce resistenza vascolare RV (in analogia con i circuiti elettrici) il rapporto RV = Δ P / Q dove ΔP è il gradiente pressorio e Q il flusso di sangue attraverso il condotto.

Il flusso sanguigno Q indica la quantità di sangue che passa in un certo punto dell’albero circolatorio in un certo istante. In genere si definisce il flusso in termini di ml o l/min. In un adulto a riposo il flusso totale equivale in media a 5 l/min: questa grandezza è definita OUPUT CARDIACO perché corrisponde alla quantità di sangue pompata dal cuore nell’unità di tempo.

Si assume per il sangue il comportamento di un fluido newtoniano (senza particelle), con flusso continuo (non intermittente), in moto stazionario (senza accelerazione), laminare (scorrimento di strati concentrici). In queste condizioni la resistenza del condotto può essere ricavata dalla legge di Poiseuille e risulta essere: RV = 8ηl / π r 4 da cui Q = ΔP · π · r 4 / 8ηl Questo indica che la resistenza di un vaso dipende in grande misura dal raggio del vaso , oltre che dalla lunghezza (l) e dalle caratteristiche del liquido (η). Vedremo che r è variabile (per vasocostrizione e vasodilatazione).

Dipendenza del flusso dal raggio del condotto (assumendo costanti pressione, viscosità e lunghezza del vaso)

Profilo parabolico di un fluido in moto laminare. La velocità massima è al centro del condotto, mentre lo strato a contatto con le pareti ha V=0 Quando in un condotto aumenta troppo la velocità (V) o il diametro del vaso (d) o la densità del liquido (ρ) oppure diminuisce la viscosità (η) (resistenza allo scorrimento), il flusso da laminare diviene turbolento, formando vortici e scorrendo in modo disordinato. La misura di questo è data dal numero di Reynolds.

Il numero di Reynolds è scritto come: Re= V · d · ρ / η Re < 200 flusso laminare 200 < Re < 400 flusso turbolento in qualche tratto Re > 2000 vasi flusso turbolento anche in piccoli Per il sangue il valore di η è fortemente determinato dal valore dell’ematocrito (% di eritrociti nel sangue) che dovrebbe essere circa uomo: 42 - 50% donna: 36 - 45%

Effetti del moto turbolento sulla relazione pressioneflusso. In moto turbolento il flusso diminuisce per un certo gradiente pressorio

Infine vediamo quanto vale il flusso attraverso un condotto. Questo è stabilito dalla legge di Poiseuille, valida sempre per un fluido newtoniano, in flusso continuo, moto stazionario e laminare Q = π · ΔP · r 4 / 8 · η · l Risulta quindi evidente che la variazione del diametro del vaso condiziona pesantemente il flusso attraverso il vaso stesso. Vedremo che nel sistema cardiovascolare la regolazione sulla resistenza vascolare è sostanzialmente a carico delle arteriole che variano il loro diametro da 4 a 25µm. Dalla legge di Poiseuille risulta che una variazione di 4 volte del raggio risulta in una variazione di 256 volte del flusso!!!

I SOFFI CARDIACI

I rumori provenienti dalle strutture cardiache in movimento, e le vibrazioni del sangue che le attraversa, danno origine a suoni abbastanza forti da venire trasmessi alla parete toracica ed essere udibili attraverso lo stetoscopio, posato sulla parete del torace in punti prestabiliti, detti focolai di auscultazione, in corrispondenza delle quattro valvole cardiache (mitrale, tricuspide, polmonare e aorta).

In alcune condizioni, non necessariamente patologiche, si avverte tra i normali toni un rumore anomalo, un suono aggiunto ai due toni di base sempre presenti, che è il risultato delle vibrazioni prodotte dal flusso sanguigno quando è turbolento.

Un soffio cardiaco può comparire quando è alta la velocità di scorrimento, quando il sangue passa attraverso un restringimento (per esempio di una valvola), o attraverso un punto in cui il calibro della struttura varia bruscamente (dilatazione di un'arteria), o ancora quando il sangue è più fluido.

DEFINIZIONE: Rumori cardiaci generati da moti vorticosi del flusso ematico e dovuti a vibrazioni di valvole e strutture vasali normali o patologiche. Possono essere § SISTOLICI § DIASTOLICI § CONTINUI O SISTO-DIASTOLICI

INTENSITA’ DEI SOFFI GRADO 1: molto debole, si sente con grande concentrazione e non in tutte le posizioni GRADO 2: debole, apprezzabile appena si appoggia il fonendoscopio GRADO 3: moderatamente intenso GRADO 4: intenso GRADO 5: molto intenso, si percepisce anche con il fonendoscopio parzialmente sollevato dalla parete GRADO 6: estremamente intenso, si ascolta anche con il fonendoscopio completamente sollevato dalla parete

Meccanismi di genesi dei soffi FLUSSO ATTRAVERSO OSTRUZIONE PARZIALE DI UN APPARATO VALVOLARE O DI UN VASO ARTERIOSO Es. Stenosi aortica > SOFFIO DA EIEZIONE Stenosi mitralica > RULLIO DIASTOLICO

FLUSSO ATTRAVERSO UNA VALVOLA ANOMALA SENZA STENOSI Es. : Valvola aortica bicuspide Perforazione di lembo della mitrale Rottura corda tendinea valvolare

FLUSSO RETROGRADO ATTRAVERSO VALVOLA INSUFFICIENTE Es. : Insufficienza aortica Insufficienza mitralica Direzione del flusso fisiologico

FLUSSO IN VASO ARTERIOSO DILATATO Aumenta il diametro del vaso e si passa in regime di flusso turbolento Es. Aneurisma aorta

SOFFI SISTOLICI DA EIEZIONE CAUSA: flusso ematico anterogrado attraverso valvole semilunari (aortica o polmonare) durante la sistole ORGANICI: alterazione anatomo-patologica valvolare FUNZIONALI: modificazione funzionale del flusso con o senza cardiopatia INNOCENTI: non associati ad alterazioni anatomiche o funzionali

SOFFI DA INSUFFICIENZA VALVOLARE CAUSA: reflusso di sangue durante la sistole da una camera cardiaca con più elevata pressione ad una con minore pressione, attraverso una valvola incontinente o una pervietà del setto cardiaco ESEMPI: Ventricolo sx > atrio sx: insufficienza mitralica Ventricolo dx > atrio dx: insufficienza tricuspide Ventricolo sx > ventricolo dx: difetto interventricolare Atrio sx > atrio dx: difetto interatriale

SOFFI DIASTOLICI SEMPRE INDICATIVI DI CARDIOPATIA ! RULLIO DIASTOLICO CAUSA: alterazione delle valvole atrioventricolari SOFFIO PROTODIASTOLICO CAUSA: alterazione delle valvole semilunari

Il sistema circolatorio è un sistema chiuso e continuo con porzioni ad alta pressione e parti a bassa pressione

Circolazione sistemica Il ventricolo sinistro getta sangue nell’aorta che poi lo distribuisce attraverso le distinte regioni corporee utilizzando una rete di vasi. L’aorta (così come le arterie polmonari a dx), oltre ad essere il vaso principale di distribuzione ha anche la funzione di trasformare il flusso intermittente in flusso continuo grazie alla sua elevata componente elastica. Dall’aorta si dipartono le grandi arterie (carotide, mesenterica e renale) che distribuiscono il sangue ad organi specifici. Da queste si dipartono vasi sempre più piccoli che entrano negli organi per irrorarli.

Tipo di vaso Diametro (mm) Funzione Aorta 25 Grandi arterie Piccole arterie 1. 0 -4. 0 0. 5 -1. 0 Arteriole Capillari Venule 0. 01 -0. 50 0. 006 -0. 010 0. 01 -0. 50 Vene cave 0. 5 -5. 0 35 Distribuzione e conversione intermittente-continuo Distribuzione e resistenza Resistenza Scambio, raccolta e capacità Capacità Raccolta

Ricordiamo che alle arteriole, riccamente innervate dal sistema nervoso autonomo, è affidato il compito di regolare il flusso locale. I capillari hanno invece funzione di scambio di ossigeno, anidride carbonica, acqua, elettroliti, proteine, substrati metabolici e ormoni. Le vene hanno una funzione capacitiva di albergare sangue. La costrizione venosa diminuisce il volume venoso alterando la gittata sistolica.

Relazione fra pressione media e volumi di sangue nelle varie parti del sistema circolatorio

Quali sono le funzioni del sistema circolatorio? a. Trasporto di sostanze ai tessuti (nutrienti, zuccheri, ormoni, O 2, CO 2 etc. . ) b. Trasporto di cataboliti c. Veicola cellule e molecole del sistema immunitario per la difesa d. Aiuta il controllo del p. H grazie a tamponi plasmatici e. Aiuta a mantenere la temperatura corporea

VASI SANGUIGNI 7% 9% 13% 2% 5% 64% Vene Capillari Arteriole Arterie Vasi polmonari Cuore

Arterie § Trasportano il sangue via dal cuore. § Hanno una parete spessa e uno strato elastico permettere lo stiramento del vaso e assorbire la pressione § Mantengono la pressione nell’albero circolatorio così come un pallone mantiene pressione all’interno, funzionando come reservoir di pressione § Esiste uno strato muscolare che ne controlla il diametro e uno strato di connettivo esterno che conferisce forza e resistenza

Arteriole Abbondante strato muscolare liscio che ne controlla il diametro per la distribuzione del sangue

Capillari I più piccoli vasi del corpo lunghi meno di 1 mm. I globuli rossi vi scorrono in fila. Sfinteri precapillari controllano l’afflusso di sangue perché non tutti i letti capillari possono essere aperti contemporanemente (se questo avvenisse occorrerebbe un volume di sangue circolante pari a 1. 5 volte quello che abbiamo). La velocità di scorrimento del sangue è la più bassa perché la sezione trasversa è enorme.

Venule Derivano dai capillari. Possono vasocostringere per aumentare la diffusione a livello capillare limitando l’efflusso attraverso gli sfinteri postcapillari

Vene Diametro maggiore che nelle arterie La pressione del sangue è bassa e quindi esistono valvole venose per impedire il back flow di sangue. La contrazione del muscolo scheletrico durante il camminamento ne favorisce il funzionamento. Funzionano come reservoir di sangue (67%). Sfociano nelle cave che tornano all’atrio dx dove la pressione venosa centrale è intorno ai 24 mm. Hg

Arterie distensibili (elastiche)

Arterie rigide

Compliance vascolare Le grandi arterie e le vene sono caratterizzate dalla capacità di espandersi e contrarsi passivamente al variare della pressione transmurale (Pinterna – Pesterna). Si definisce compliance la grandezza C = d. V / d. P d. V = C · d. P che calcola la variazione di volume in funzione della variazione di pressione transmurale Va detto che le vene possono alloggiare grandi variazioni di volume di sangue con minime variazioni di pressione. Vale infatti Cvenosa = 20 · Carteriosa

La pendenza non è lineare perchè le pareti vascolari sono eterogenee. Quindi C diminuisce a pressioni elevate, cioé i vasi tendono a divenire più rigidi. Inoltre a bassi valori di pressione la compliance di una vena è molto superiore a quella quindi alloggiare maggiori variazioni di volume ematico con minime variazioni di pressione Volume di un’arteria. Le vene possono 75 140

At lower pressures, the compliance of a vein is about 10 to 20 -times greater than an artery. Therefore, veins can accommodate a large changes in blood volume with only a small change in pressure. However, at higher pressures and volumes, venous compliance (slope of compliance curve) becomes similar to arterial compliance. This makes veins suitable for use as arterial by-pass grafts.

Quando il sistema arterioso è riempito con circa 700 ml di sangue la pressione arteriosa media è circa 100 mm. Hg, ma per un volume di riempimento di 500 ml la pressione precipita a zero.

Al contrario nel sistema venoso si trovano dai 2500 ml ai 3500 ml di sangue e si devono avere enormi variazioni di questi volumi per cambiare la pressione venosa anche di pochi mm. Hg.

Pressione arteriosa La forza che il sangue esercita sulla parete delle arterie viene definita pressione arteriosa o pressione transmurale. Si riconosce una pressione sistolica durante la sistole ventricolare (pressione max) e una pressione diastolica durante la diastole ventricolare (pressione min). La differenza fra le due è detta pressione differenziale. Pressione differenziale = P sistolica- P diastolica

La pressione sistolica dipende dalla forza di contrazione del ventricolo e dal volume sistolico: un aumento della gittata sistolica può causare un aumento della pressione sistolica specie se vi è una riduzione della compliance (ΔV / C = ΔP). La pressione diastolica dipende dal ritorno elastico dell’aorta ed è anche indice delle resistenze periferiche: un loro aumento determina una aumento della pressione diastolica.

L’aorta, fra tutti i vasi sanguigni, è quella che ha la maggior compliance e questa caratteristica permette la minor variazione possibile della pressione differenziale (se fosse un tubo rigido la pressione differenziale sarebbe max cioè 120 -0=120 mm. Hg). ΔV=C· ΔP

Relazione volume-pressione nella circolazione Qualunque cambiamento in volume entro l’albero arterioso risulta in una maggior variazione in pressione rispetto alle vene. Quando le vene sono contratte grandi quantità di sangue sono trasferite al cuore, aumentando quindi l’output cardiaco

Variazione della pressione differenziale

Pressione arteriosa media (PAM) Quando il sangue è pompato dal cuore nei vasi del sistema circolatorio, si genera pressione. La pressione arteriosa media è la media integrale di tutti i valori assunti dalla pressione arteriosa fra il valore min (Pd) e il valore max (Ps). A normali valori di riposo la PAM può essere valutata come:

Possiamo scrivere la PAM sempre in analogia con le regole dell’elettricità ΔV= i x R come: PAM = GC × RVS

Quindi sia variazioni della gittata sia variazioni della resistenza periferica modificano la pressione arteriosa media (PAM). Se questi due parametri cambiano in maniera reciproca e proporzionale la PAM non cambia. Le due variabili sono interdipendenti nel senso che variazioni di un valore influiscono anche sull’altro parametro. Vediamo quali sono i fattori che alterano la gittata e la resistenza vascolare sistemica e quindi la PAM.

PAM GC = VS x FC Frank-Starling Gittata sistolica Pre-carico (ritorno venoso) Gittata cardiaca Resistenza vascolare sistemica Frequenza cardiaca (H+, K+, istamina) Fattori vascolari Contrattilità (NO, endotelina, prostaciclina) Anatomia vascolare (in genere costante) Volume del sangue Compliance venosa Controllo renale di acqua e Na+ Fattori tissutali (se allora pre-carico) Fattori neuroumorali Sistema autonomo, catecolamine circolanti, vasopressina, ANP, endotelina

I parametri più importanti che alterano la resistenza vascolare sistemica sono i fattori che agiscono sul lume vascolare(Q α r 4) e quindi tutti i fattori vascolari e tissutali che agiscono inducendo direttamente vasodilatazione o vasocostrizione e tutti i fattori che agiscono attraverso meccanismo miogenico e metabolico. I fattori neuroumorali sono regolati principalmente dai barocettori arteriosi e dai chemocettori ed entrano in gioco specialmente in alcune forme di ipertensione secondaria, derivata cioé da patologie renali, disordini endocrini (5 -10% dei pazienti definiti ipertesi)

È importante notare che il valore di PAM dipende dall’output cardiaco e dalla resistenza periferica. Non è importante invece se la variazione dell’ouput è da attribuirsi a variazioni della frequenza o del volume sistolico o di entrambi.

Cosa possiamo dire invece sulla resistenza vascolare sistemica? Si intende con questo termine la resistenza che il flusso sanguigno incontra ed è determinata da TUTTA la rete vascolare sistemica, fatta eccezione per la circolazione polmonare. Si parla anche di resistenza periferica totale. I fattori che influenzano la resistenza vascolare sistemica sono tutti quei fattori che determinano vasocostrizione o –dilatazione. Anche cambiamenti della viscosità del sangue possono influenzare questo parametro.

In maniera semplice si può definire la resistenza vascolare sistemica (RVS) come: RVS = PAM / GC dove: PAM= pressione arteriosa media GC= gittata o output cardiaco Va però notato che, sebbene questa sia la definizione più semplice e RVS possa essere misurata facilmente conoscendo PAM e GC, né PAM, né GC influenzano direttamente RVS.

Vediamo di riassumere brevemente quali sono i fattori che influenzano la resistenza periferica totale distinguendo fra regolazione estrinseca ed intrinseca

Sistema venoso

Per molto tempo le vene sono state semplicemente considerate come vasi di raccolta del sangue refluo al cuore. In realtà i vasi venosi risultano avere importanti funzioni Ø Avendo una grande compliance possono alloggiare grandi quantità di sangue mettendolo a disposizione qualora ce ne sia bisogno Ø Grazie all’azione delle pompe venose spingono il sangue verso il cuore regolando la gittata cardiaca

Tutto il distretto venoso del grande circolo fa capo alle due vene cave, superiore e inferiore, che riportano all’atrio destro il sangue refluo da tutti gli organi, con eccezione delle vene cardiache, che sboccano direttamente nell'atrio destro (seno coronarico). La vena cava superiore si forma per la confluenza delle due brachiocefaliche destra e sinistra, che drenano il sangue dalla testa, dagli arti superiori e da parte del torace. E’ una vena di tipo contenitivo, con scarsissima muscolatura.

La vena cava inferiore si forma per la confluenza delle due iliache comuni che iniziano a livello dell’articolazione sacro-iliaca per la concorrenza delle iliache esterne, che riportano il sangue dagli arti inferiori, e delle iliache interne (o ipogastriche), che lo riportano dai visceri del piccolo bacino, dagli organi genitali esterni, dalla muscolatura glutea e dell’anca. Si buttano nella ipogastrica, direttamente o indirettamente, le emorroidarie, che fanno parte dei circoli collaterali della vena porta.

Il sangue refluo dal corpo ritorna all’atrio destro attraverso le vene cave, superiore e inferiore. La pressione all’interno dell’atrio dx è generalmente indicata come pressione venosa centrale. La pressione venosa centrale è regolata da un preciso bilanciamento fra la capacità del cuore di pompare sangue fuori dall’atrio dx e la tendenza del sangue a fluire dai vasi periferici nell’atrio dx.

Se il cuore pompa fortemente, la pressione centrale diminuisce mentre ogni fattore che accelera il ritorno venoso all’atrio dx fa aumentare la pressione. Quali sono questi fattori? Sono sostanzialmente tre: ü aumentato volume ematico ü aumento del tono vascolare conseguente incremento della pressione venosa periferica ü dilatazione delle arteriole che diminuiscono la resistenza periferica facendo affluire più sangue dal sistema arterioso al sistema venoso Quanto vale la pressione venosa centrale?

La pressione venosa centrale normale è circa 23 mm. Hg. Essa può aumentare fino a 20 -30 mm. Hg in condizioni molto anomale quali massicce trasfusioni o infarto. I valori minimi sono invece fra -3 e -5 mm. Hg, cioè la pressione della cavità toracica che circonda il cuore. Questo avviene per esempio in caso di gravi emorragie (il ritorno venoso è fortemente diminuito) o quando il cuore pompa con grande vigore.

-10 mm. Hg +6 mm. Hg +8 mm. Hg +22 mm. Hg +35 mm. Hg +40 mm. Hg +90 mm. Hg

Le grandi vene quando sono distese offrono una resistenza praticamente nulla al flusso di sangue. Tuttavia le vene che passano nel torace sono compresse in molti punti dagli organi circostanti e questo determina un aumento drastico della resistenza. Ad esempio le vene che provengono dal braccio sono compresse dalla stretta angolazione sopra alla prima costola e così le vene del collo spesso collassano sotto l’azione della pressione atmosferica. Infine le grosse vene addominali sono compresse dagli organi addominali. Per questi motivi nelle vene periferiche la pressione risulta 4 -7 mm. Hg più alta che la pressione dell’atrio dx.

Valvole venose e la pompa venosa Se le valvole venose non esistessero, solo a causa della pressione idrostatica appena vista, a livello dei piedi dovremmo sostenere sempre una pressione di 90 mm. Hg. Quando invece le gambe sono in movimento, la contrazione dei muscoli fa sì che le vengano compresse e il sangue passi facilmente. Le valvole venose servono ad assicurare che la direzione del sangue sia sempre solo verso il cuore. Questo meccanismo prende il nome di pompa venosa e consente alla pressione a livello dei piedi di stare al di sotto di 25 mm. Hg.

Pompa venosa

Se la persona rimane ferma in piedi la pompa venosa non funziona e la pressione aumenta a 90 mm. Hg nell’arco di 30 s. Questo determina a livello capillare una grande fuoriuscita di acqua con formazione di edemi (gambe e piedi gonfi).

Ricordiamo infine la grossa funzione di deposito di sangue del sistema venoso. In particolare esistono specifiche Si definisce plessoche, venoso una parti del sistema circolatorio data la loro grandissima retefunzionano vascolarecome formata da vene fra compliance, depositi per grandi quantitativi di sangue. Fra questi Esempi ricordiamo: loro anastomizzate. di Ø la milza cheplesso può rilasciare a 100 ml di sangue nel venosofino sono: torrente circolatorio Plesso pterigoideo venoso vescicale Ø il fegato. Plesso i cui sinusoidi rilasciano diverse centinaia di Plesso venoso uterino ml di sangue venoso vaginale Ø le grosse. Plesso vene addominali che albergano fino a 300 ml Ø plessi venosi al di sotto della cute*