Biofisica Del Sistema Cardiocircolatorio

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LEZIONE 28 26/10/2005 DELUCIDAZIONE LEZIONE PRECEDENTE La figura della lezione precedente (figura 1) così com’è può dare adito ad una interpretazione sbagliata. Il TA potrebbe essere inserito … … oppure anche … … Sembra da come è disegnata la curva rossa che ci possano essere più punti dove posso inserire la mia tensione attiva. La curva è disegnata troppo arcuata, la curva giusta che dovrebbe essere nel grafico è quella della figura 2. Se si prende questa curva e si passerà la linea della pressione si noterà che non ci sono due punti in cui c’è TA. TA parte ridotta in alto dopo si allarga e, ad un certo punto diventa troppo larga e il vaso si chiude. La cosa importante è che: data una certa TA esiste in quel intervallo solo un punto in cui il raggio può diminuire e piazzarsi.

Figura 2 Nella legge del Bernoulli ci sono due componenti, la componente cinetica e la componente gravitazionale che possono essere sommate alla pressione che è una pressione laterale che è quella che fino ad ora abbiamo chiamata pressione transmurale. Abbiamo visto quali sono le considerazioni che si possono fare sulla componente cinetica, abbiamo visto che ci sono delle conseguenze sia di ordine pratico che di ordine fisiopatologico e quindi clinico e adesso si prenderà in considerazione la componente gravitazionale (ρ × g× h). In questa formula ρ è la densità, g è l’accelerazione di gravità h è l’altezza della colonna di fluido, fluido che può essere liquido o può essere anche un gas. Il fluido di cui bisogna considerare la densità è il sangue. In

Figura 1

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che condizione ci dobbiamo mettere per considerare solo la componente gravitazionale? Possiamo metterci in una condizione in cui la velocità è uguale a zero, cioè una condizione puramente statica. E’ ovvio che il sangue circola quindi la velocità di scorrimento non è zero e quindi alla fine di questo ragionamento ne terremo conto. Per il momento consideriamo solo la componente gravitazionale per capire di cosa si tratta e qual è l’importanza di questo fattore. Si immagini di avere un tubo di vetro o comunque con le pareti rigide perché un tubo con le pareti elastiche ha delle caratteristiche diverse. Per la legge della conservazione dell’energia, l’energia totale in tutti i punti del nostro tubo sarà uguale a zero.

per unità di volume in A, in base a quanto detto dalla legge di Bernoulli per la sola condizione statica sarà uguale alla pressione che c’è in A più un fattore ρ × g× h misurato in A dove hA è tutta l’altezza. In B la pressione sarà PB, cioè la pressione che c’è in fondo sommato a ρ × g× hB. In alto PA è uguale a zero perché il cilindro è aperto all’atmosfera e la superficie d’acqua esposta all’atmosfera ha una pressione di 1ATM o 760mmHg e viene considerata zero, è un valore di riferimento, non viene sommata alla pressione del fluido in questione.

Figura 3 Avremo che l’energia totale nel punto A sarà uguale all’energia totale nel punto B. Il tubo è chiuso in basso e aperto in alto per cui il liquido che contiene è esposto su questa superficie all’aria atmosferica quindi la pressione nel punto A sarà uguale a quella atmosferica. L’energia totale

Quanto abbiamo di componente gravitazionale in A? (  × g× h è energia potenziale) In B la pressione è data dalla pressione esercitata dalla colonna di liquido che c’è nel tubo e la pressione sarà ρ × g× h. PB è uguale a ρ × g× hA. L’energia totale per unità di volume è uguale perché è ρ × g× hA nel

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colonna. Se la parete è rigida non si hanno deformazioni dovute alla pressione ma se la parete è elastica come capita per le vene, quello che succede è che nel punto più basso la pressione transmurale è maggiore di quanto sia più a monte allora, visto che la parete è elastica e sappiamo che esiste una relazione tra la pressione transmurale e il raggio del vaso, quello che succede è che se noi siamo in posizione verticale c’è un accumulo di sangue verso il basso e la nostra vena si deforma (figura 4b) in questo modo perché in basso ci sarà una pressione più elevata di quella che c’è in basso, la pressione transmurale. Perché si parla della vena e non si fa riferimento alle arterie? Perché le vene sono molto più distensibli, quindi questo ragionamento vale anche per l’arteria ovviamente, però le arterie hanno decorsi più brevi e poi hanno una parete molto più spessa, molto più solida, che si lascia deformare meno, quindi i valori di pressione che si generano a cavallo del vaso non sono così elevati da ampliare troppo il diametro dell’arteria. La vena, essendo meno resistente, si lascia distendere più facilmente. Le differenze di pressione che per questo motivo si creano tra le parti più apicali e quelle più basse del letto vasale venoso tendono a distendere i vasi alla base nei vasi più declivi. Questo è il motivo per il quale se rimaniamo in piedi tutto il giorno, abbiamo alla sera i piedi un po’ gonfi perché il sangue va ad accumularsi soprattutto delle parti declivi del letto venoso proprio perché queste parti si distendono di più e quindi accumulano un volume di sangue maggiore. Per evitare questo fastidio la vena è dotata di una parete muscolare; si parlava nei giorni scorsi del fatto che il motivo per cui il sangue torna dalla base verso il cuore non è perché ci sono le valvole ma perché c’è un gradiente di pressione. Allora cosa servono le valvole e a cosa serve la parete muscolare delle vene? Serve ad evitare il problema dello slargamento dovuto alla pressione, perché se la parete si contrae attivamente e se ci sono le valvole unidirezionali (figura 4b in rosso) che spezzettano il cilindro di acqua che c’è nei vasi questo fenomeno è ridotto. Allora la spremitura della parete venosa muscolare previene ed eventualmente limita lo sfiancarsi della vena e un aumento troppo elevato del volume

punto A ed è ancora ρ × g× hA in B. Però il valore è lo stesso ma il significato che le due forme di energia hanno nei due casi non è lo stesso, è molto diverso. Nel punto A l’energia totale è presente sottoforma di energia potenziale (ρ × g× h), nel punto B l’energia totale è sottoforma di pressione laterale. Allora la parte basale del tubo sarà soggetta ad una pressione che è quella esercitata dalla colonna di liquido.

Figura 4 Se si prende un cilindro di vetro (figura 4a) nel punto più in alto la pressione sarà zero sulla parete, man mano che si scende la pressione aumenta progressivamente fino a raggiungere il valore massimo nel punto più basso della

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venoso, quando siamo nella posizione eretta, quindi la vena si contrae spingendo un pochino di più il sangue verso la parte più prossimale e le vene impediscono che un eventuale problema di sfiancamento venoso determini un retroflusso. A questo serve la muscolatura e le valvole, ma nel contempo aiuta l’avanzamento del sangue che dipende dal gradiente di pressione.

acqua. Notiamo che il gradiente tra il punto più in alto e il punto più in basso è sempre di 10cm di acqua. Si chiama “gradiente verticale di pressione” che vale 1cm di acqua per centimetro per spiegare che in un recipiente pieno di acqua la pressione diminuisce andando verso l’alto di 1cm di acqua per ogni centimetro di altezza, aumenta se scendo.

Figura 5

Figura 6

Per capire un altro aspetto della legge del Bernoulli torniamo a riconsiderare il cilindro di vetro uguale a prima, aperto in alto. Immaginiamo che il nostro cilindro sia lungo 10cm, nel punto più in alto (figura 5) ci sarà una pressione uguale a zero, se si scende di 5cm si troverà una pressione di 5cm di acqua, se si scende di 10cm si troverà una pressione di 10cm di acqua. Si immagini ora di avere un tubo a T fatto come in figura 5 a destra: stesso tubo, stesse dimensioni però ora la cima è chiusa, non è più aperta all’atmosfera, ma è aperto a metà. Che pressione c’è nel vaso? Non c’è più la pressione di prima, c’è sempre il gradiente gravitazionale che però si manifesta su pressioni che hanno un punto di riferimento diverso. La pressione è uguale a zero a metà altezza del tubo. andando in su abbiamo una pressione più negativa e andando in basso una pressione più positiva. Quindi se andiamo in su di 5cm avremo una pressione di -5cm di acqua; se scendiamo abbiamo una pressione di +5cm di

Nell’uomo, ovviamente non c’è un foro che lo collega all’esterno e alla pressione atmosferica. Siamo più simili alla situazione rappresentata in figura 5 (destra) dove lo zero, che è il punto di riferimento non sarà un punto di riferimento aperto verso l’atmosfera, sarà un punto, però, al quale verranno riferite tutte le pressioni e questo punto è il punto stesso dove queste pressioni generano, cioè il cuore. L’atro destro è considerato il punto indifferente della circolazione perché comunque giriamo un soggetto (supino, prono, a testa in su, a testa in giù ecc…) la pressione dell’atrio destro non cambia, questo il motivo per cui viene chiamato punto indifferente e più precisamente, indifferente alla posizione del corpo nello spazio. In un soggetto supino, l’altezza del cuore è circa il 61% della altezza dorso-ventrale. Vice versa, in tutti gli altri punti, e i due punti limite sono il capo e i piedi vanno soggetti alla posizione. Cominciamo a considerare il

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nostro uomo in fugura 6 come se fosse un tubo pieno di acqua (sangue, la differenza sta nella densità, 1,06 g/cm3 mentre l’acqua ha una densità di 1,00 g/cm3, cambia poco e per il ragionamento che stiamo per fare di può approssimare la densità del sangua a 1 g/cm3). Immaginiamo di considerare l’altezza del cuore come punto indifferente e livello di riferimento. Il nostro soggetto è alto 1,80m (normale), il capo è più alto rispetto al punto indifferente di 50cm e i piedi è più in basso di 130cm. Che pressioni ci sono nel punto indifferente, nel capo e nei piedi assumendo che non ci sia flusso, quindi una situazione statica come un vaso d’acqua? Al livello del cuore c’è una pressione media di 100mmHg (che sappiamo esserci nel primissimo tratto dell’aorta), se vado verso l’alto ci sarà una pressione più bassa, di quanto? Di 50cm di acqua. Nel grafico sono però espressi i mmHg, sapendo che 1mmHg è uguale a 1,3cm di acqua, 50 cm di acqua quindi saranno l’equivalente di 37mmHg. 100-37=63mmHg al capo del soggetto. Adesso consideriamo la pressione ai piedi, 130cm più in basso del punto indifferente: se fosse acqua dovrei aggiungere 130cm di acqua, ma questi corrispondono a circa 100mmHg 100+100=200mmHg ai piedi. Siamo a questo punto ad una condizione simile a quella del vaso di vetro, in alto la pressione è più bassa mentre in basso la pressione è più alta. Abbiamo detto che un flusso è uguale a DP/R, quindi ogni qualvolta abbiamo un DP, più o meno alte o basse che siano le resistenze si ha comunque un flusso, per definizione. Potrà essere lento se le resistenze sono alte ma c’è comunque. L’unica condizione in cui il flusso è uguale a zero è quando DP è uguale a zero. Spesso si può sbagliare pensando che ci sia un gradiente che spinge il sangue dal punto a 63mmHg al punto a 200mmHg, questo non è vero. Questa distribuzione delle pressioni è la stessa che avremmo se prendessimo un vaso di vetro di 180cm di altezza e la riempissimo con dell’acqua, andremmo a misurare in cima una pressione uguale a zero e ai piedi una pressione uguale a 20063=137mmHg. Se noi consideriamo un vaso di fiori e ci mettiamo dell’acqua per annaffiare i fiori, l’acqua che c’è dentro circola? No, è

ferma perché la pressione è un fattore semplicemente legato al peso della colonna di acqua. Un esempio molto banale è quello della diga, più si va in profondità più la pressione aumenta. Se si scende di 100m si avrà una pressione di 10ATM più 1ATM che è quella dell’atmosfera terrestre si hanno 11ATM, questa è una situazione statica. Questo per dire che la sola pressione dovuta al peso non consente la circolazione del sangue, movimento garantito dalle pulsazioni cardiache, dal ventricolo ai piedi e alla testa. Se consideriamo il distretto arterioso, in precedenza, abbiamo visto il profilo di pressione nei vari segmenti del circolo. Per passare dall’inizio alla fine del distretto arterioso serve un piccolo gradiente di pressione, 5mmHg. Perché il sangue fluisca dal cuore fino in cima alla ultima arteria, la più apicale nel capo bisogna che ci sia un gradiente di 5mmHg. Questo gradiente si somma alla condizione statica, quindi la pressione nell’arteria del capo invece di essere 63mmHg è, in verità, più bassa, cioè 58mmHg. Questa differenza di 5mmHg è la stessa che farebbe andare il sangue se fossimo in posizione distesa dal cuore ai piedi o al capo. E’ la stessa che in tutte le condizioni e in tutte le posizioni spinge il sangue dal cuore al capo. E’ questa la differenza di pressione che va sostituita nell’equazione di Poiseuille (Flusso = ∆ P/R). Il ∆ P che ci interessa per il flusso sono quei 5mmHg che si sommano al gradiente gravitazionale che esiste ma descrive solo la condizione statica. Allo stesso modo, affinché il sangue passi dall’arco aortico fin giù fino all’arteria più distale del piede, servono 5/6mmHg di differenza e allora la pressione nel piede non sarà di 200mmHg sarà un po’ meno, 195mmHg.

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fino all’atrio destro e questo è possibile perché si sommano i 5mmHg ai 103mmHg ed ottengo una pressione di 108mmHg. La distribuzione di pressione indicata come dinamica in figura 7 è quella reale. Quali sono le conseguenze funzionali? Sono che tutti i vasi sia venosi che arteriosi sono più distesi nelle parte basale come abbiamo detto prima. C’è quindi un accumulo di sangue nelle parti più basse.

Figura 7 Nel distretto venoso si verifica il contrario, cioè il sangue va dai piedi al cuore e dal capo al cuore. Ancora una volta consideriamo come punto indifferente l’atrio destro del cuore, mentre il capo e i piedi sono come prima più in alto di 50cm e più in basso di 130cm. Se nell’atrio destro la pressione è di 3mmHg e se la condizione fosse quella puramente statica come quella della diga, che pressione avremmo? Avremmo una pressione di -34mmHg (50cm di acqua sono 37mmHg, quindi +3-37=-34mmHg) in basso avremo invece +3mmHg+100mmHg=103mmHg. Se passiamo dalla condizione statica a quella dinamica dobbiamo considerare i 5mmHg. Siccome il sangue passa dal capo al cuore, quale sarà tra i due quello che ha la pressione più alta? Il capo. Se la condizione fosse quella statica la pressione sarebbe -34mmHg, avere -29mmHg vuol dire che si è sempre soggetti al gradiente gravitazionale però la pressione in realtà è più alta di quella che avrei sulla base del gradiente statico e quindi ecco che quella differenza tra -34 e -29 è quella che tiene conto di quei 5mmHg che servono per spingere il sangue dal capo al cuore. Stessa cosa ai piedi; qui dovrei avere una pressione di 103mmHg se fossi in condizioni statiche invece devo spingere il sangue da li

Figura 8 Nella posizione eretta però c’è un’altra conseguenza importante e cioè che la pressione nei vasi del capo (non tanto nelle arterie perché c’è una pressione positiva di +60mmHg c.a.) è un po’ preoccupante, di -29mmHg perché se guardiamo la figura 8 le vene, a differenza delle arterie, sono soggette a collasso. Quando ho il collasso? Quando la pressione transmurale è negativa, cioè quando la pressione esterna è superiore a quella interna allora il vaso non è più pervio ma collassa. In un vaso dove c’è una pressione di -29mmHg è probabile che ci sia un collasso se il tessuto non è soggetto allo stesso gradiente, cosa che effettivamente si verifica. Quindi i vasi venosi del cervello, sulla base di questo

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ragionamento, sono soggetti al collasso. In realtà non collassano, perchè? Perchè il cervello è l’unico organo del nostro corpo (questo in tutti i mammiferi e degli uccelli) che è rivestito da una teca rigida (il torace ha delle parti mobili che lo rendono parzialmente rigido, ma in verità è mobile). La rigidità della teca cranica impedisce ai tessuti cerebrali di pesare sui vasi venosi e questo fa si che i vasi venosi in condizioni normali siano espansi nonostante al loro interno ci sia una pressione negativa.

Questo permette di far circolare il sangue dal cuore alla periferia, questo nel distretto arterioso. Nel distretto venoso abbiamo detto che ci sono 3mmHg al punto indifferente e se il soggetto è sdraiato il fattore gravitazionale non influisce e quindi dovremmo avere una pressione di 3mmHg anche ai piedi e al capo. Dobbiamo però tener conto del flusso di sangue che va dalla periferia al centro; avremo dunque ai piedi e al capo una pressione di 3+5=8mmHg. Qui si instaurano una serie di problemi non indifferenti perchè nel momento in cui il soggetto è supino e mi alzo in piedi la pressione all’istante passa nei piedi da 95mmHg a 195mmHg (sbalzo di 100mmmHg) e dal capo va da 95mmHg a 58mmHg. Questo comporta che durante il giorno la pressione nei vari punti del corpo continua a cambiare a seconda della nostra posizione.

Figura 9 Il soggetto, però, può essere anche in posizione orizzontale. Cosa succede? Il punto indifferente è sempre il cuore e abbiamo detto che la pressione in questo punto non cambia mai: 100mmHg. Ai piedi, dal punto di vista del × g× h se si fosse in condizione statica cambierebbe qualcosa? No perchè si avrebbe 100mmHg nel punto indifferente e 100mmHg anche ai piedi e al capo. Dobbiamo considerare anche il flusso perchè non siamo in condizioni statiche. Il flusso ha sempre bisogno di 5mmHg, quindi ai piedi e alla testa ci saranno 95mmHg.

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pulsatoria. Siccome il ritorno venoso diminuisce diminuirà la gittata pulsatoria. In un soggetto normale quello che succede è che si passa dal cosiddetto clinostatismo all’ortostatismo diminuisce il ritorno venoso, diminuisce la gittata pulsatoria, diminuisce la pressione arteriosa (la gittata pulsatoria è quella che più condiziona la pressione arteriosa) e la pressione arteriosa viene valutata da dei tensocettori che ci sono nelle carotidi e nell’atrio destro. Questi recettori della pressione arteriosa (tensocettori o barocettori) attivano una scarica afferente verso il cosiddetto centro vasomotore e verso il centro cardioeccitatorio di modo che si abbia contemporaneamente: un aumento della spremitura vascolare per favorire il ritorno venoso, una vasocostrizione arteriolare per innalzare la pressione che è diminuita ed un aumento dell’attività cardiaca per recuperare la gittata sistolica. Tutte le volte che ci alziamo da una posizione orizzontale succede questa serie di eventi. Nell’arco di due o tre battiti cardiaci c’è una ridefinizione di un nuovo standard di attività cardiovascolare ed è quello che si adegua meglio alla posizione eretta, il contrario succederà quando ci portiamo dalla posizione eretta a quella orizzontale. C’è però una condizione che esaspera questo tipo di controllo e lo manda in TILT, ed è quella che da luogo alla sindrome ortostatica. E’ una condizione che si verifica quando rimaniamo troppo a lungo soggetti ad un gradiente ortostatico (in piedi). Possono esserci dei difetti legati a vari fattori. Si prende sempre come esempio le Guardie della Regina d’Inghilterra. Succede che rimangono li per ore a piantonare il palazzo reale coperti con il cappello in testa in tutte le condizioni. Soprattutto nei giorni caldi questi ragazzi spesso svengono perchè vanno in contro alla sindrome ortostatica che viene peggiorata se la permanenza in posizione ortostatica è accompagnata dalla temperatura elevata che determina vasodilatazione del distretto periferico superficiale e la vasodilatazione fa si che un volume ancora maggiore di sangue venga portato verso la periferia sottraendo ulteriormente sangue al circolo profondo e quindi diminuendo ulteriormente il ritorno venoso, questa situazione quindi si esaspera. In questi casi succede che, per

Figura 10 La situazione più estrema dovuta a questa situazione è la sindrome ortostatica. In figura 10 è descritta la sequela di eventi che portano ad una condizione o di aggiustamento fisiologico, oppure di non aggiustamento fisiologico. Se ci mettiamo dalla posizione supina a quella eretta aumenta il gradiente gravitazionale istantaneamente. Aumenta quindi la pressione transmurale a livello caudale distale, aumenta la quantità di sangue che c’è nel letto vascolare periferico, il letto vascolare periferico (specie quello venoso) si riempie di sangue e quello che succede è che il sangue non torna più al cuore. La prima cosa che succede in questo caso è che diminuisce il cosiddetto ritorno venoso, cioè il flusso di sangue refluo al cuore. Il ritorno venoso è quello che motiva e condiziona la gittata pulsatoria. Per la legge di Starling, più sangue arriva al cuore (ritorno venoso) più il ventricolo contraendosi ne espelle e più copiosa sarà la gittata

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esempio, il soggetto rimane in piedi per tre ore al caldo, il gradiente gravitazionale pesa sulle zone più declivi e su tutte le zone del circolo, capillari compresi. I capillari distali, quelli del piede hanno al loro interno una pressione molto elevata, se un capillare a livello del cuore ha una pressione di 20mmHg al piede avrà una pressione di 80/90mmHg. Anche la pressione nell’interstizio di fianco aumenta un pò ma non tanto quanto la pressione nel vaso. Qiesto fenomeno di aumento della pressione nel vaso determina una fuoriuscita dal capillare verso l’interstizio. Il liquido (plasma) esce si accumula nel tessuto e da luogo a quello che si chiama edema interstiziale. L’edema è un accumulo di liquido che si verifica nei tessuti, in alcuni tessuti è tollerato in maniera abbastanza indolore e in altri tessuti come nei polmoni o nell’encefalo un edema può essere letale. Questo spiega perchè se un soggetto rimane in piedi tante ore alla sera ha le caviglie gonfie. Aumenta la filtrazione nel microcircolo e si genera edema. L’edema si riflette anche sul circolo perchè abbiamo 5L di sangue, di questi 5, 3L sono di plasma. Se il plasma esce negli interstizi a causa di questo gradiente non solo si forma l’edema ma diminuisce anche il volume di sangue circolante. Ma se diminuisce il volume di acqua circolante diminuisce la gittata pulsatoria, diminuisce la gittata cardiaca, diminuisce la pressione arteriosa. Il tessuto cerebrale in queste condizioni è meno perfuso, ricevendo meno sangue riceve anche meno ossigeno, condizione di ipossia. Se l’ipossia è marcata si assiste ad un fenomeno di anossia cerebrale con conseguente perdita di coscienza e svenimento. E’ un bene o un male svenire? Svenire è un bene! E talmente un bene che se si sviene e non si ha la possibilità di cadere orizzontali si rischia (eg. cabina telefonica). Il vantaggio di mettersi in posizione orizzontale è che la pressione torna ad un valore ragionevole. Così riparte la perfusione cerebrale e si riprende coscienza. Qualche dettaglio in più. Un altro fattore associato è l’immobilità. Le guardie della regina non solo devono stare in piedi ma non possono neppure muovere un dito. Viene a mancare così la pompa muscolare, infatti quelli con più esperienza hanno imparato a muovere ad esempio le dita dei

piedi per riattivare un pochino la circolazione, questo aiuta a prevenire l’azione del gradiente idrostatico. La sommatoria di questi tre eventi causano la diminuzione dello riempimento cardiaco, la diminuzione della forza di contrazione del cuore, la diminuzione della pressione arteriosa e della perfusione ematica cerebrale. La risposta fisiologica è quella che effettua l’ortosimpatico e coinvolge sia un’attività periferica sui vasi, sia un’attività centrale sulla contrazione del miocardio sia destro che sinistro. Quando la risposta fisiologica non è sufficiente o viene a mancare questo può essere o per troppa intensa comparsa di queste condizioni o per un’insufficienza dell’ortosimpatico ci può essere l’ipossia cerebrale e quindi lo svenimento. Esistono delle condizioni molto particolari in cui il sistema ortosimpatico non risponde perchè è inattivato, non da qualche patologia, è inattivato perchè è da un po’ che non lo si usa. Il sistema ortosimpatico non è soggetto alla legge dell’usura per cui a furia di usare un sistema lo si logora e questo non funziona più, al contrario, più lo si usa più diventa efficiente se non lo si usa non funziona nel momento del bisogno. E’ il caso degli astronauti. Quelli che rimangono parecchio tempo a bordo della stazione orbitante vanno incontro ad una insufficienza della risposta del sistema ortosimpatico. Succede che in qualsiasi posizione essi si mettano a gravità zero non cambia niente perchè non c’è accelerazione gravitazionale e quindi il gradiente idrostatico è zero. Niente rimane al suo posto, come l’acqua in un bicchiere, se è a gravità zero l’acqua non rimane dentro ma fluttua in gocce. Gli astronauti vivono a volte per diversi mesi in assenza di gravità quindi per quei mesi non hanno usato il sistema di compensazione ortosimpatico perchè per mesi la sollecitazione legata al “g” non c’è stata quindi per loro stare seduti in piedi o a testa in giù è la stessa cosa, quindi non serve il sistema ortosimpatico vascolare. Quando tornano è un problema perchè tornano ad una condizione ad 1 “g” e quindi ci sono delle crisi terribili. Infatti non riescono ad uscire da soli dal modulo perchè non possono stare in piedi perché se no svengono. Quando arriva il medico e apre la navicella li mette orizzontali e pratica una legatura molto

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stretta agli arti inferiori che è molto molto stretta sulle caviglie per poi diventarlo sempre meno man mano che si sale. Giorno per giorno allentano un pochino fino a che dopo una decina di giorni lo tolgono perchè anno riacquisito la capacità di rispondere alla gravità. Quando gli astronauti fanno i primi collegamenti dallo spazio sono quasi irriconoscibili per un effetto che si chiama “puffy face and sider legs” (faccia gonfia e gambe di ragno). Questo accade perchè non essendoci più la gravità tutto il sangue che normalmente è contenuto nei tessuti periferici delle gambe viene portato verso l’alto anche nel torace e possono dunque andare in contro a forme di edema interstiziale polmonare iniziale che il polmone comunque riesce a tenere sotto controllo. Vice versa le gambe diventano sottili perchè tutto il liquido contenuto nelle fasce muscolari viene portato verso l’alto. Dopo un po’ che sono su si riequilibrano.

Figura 11

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PRESSIONE ARTERIOSA La pressione arteriosa è un parametro importante, è il parametro che il sistema cardiovascolare utilizza per il controllo di tutta la circolazione. Il sistema cardiovascolare è regolato sulla base della pressione arteriosa e anche di altri parametri che sono la pressione parziale dell’ossigeno e dell’anidride carbonica. Mentre la pressione parziale dell’ossigeno e dell’anidride carbonica sono parametri che servono specificamente per il controllo della ventilazione e di conseguenza anche del sistema cardiocircolatorio (non si può prescindere dal controllare la ventilazione senza adeguare la circolazione, sono strettamente correlate), la pressione arteriosa è il parametro specifico del controllo della circolazione. Perchè è importante per il sistema cardiocircolatorio controllare la pressione arteriosa e mantenerla sui valori giusti ed eventualmente modificarla a seconda delle esigenze funzionali? Perchè se è vero che il fulcro della circolazione è nei capillari è però vero che se a livello arterioso non c’è la pressione sufficiente per spingere il sangue fin giù nei capillari la funzione capillare non è garantita. Perchè il sangue arrivi nei capillari e soddisfi tutte le cose che deve fare bisogna che ci sia a livello arterioso una pressione adeguata. Ed ecco perchè la pressione arteriosa è un parametro importante che è anche un parametro comodo per il medico. Il profilo in figura 11 è il profilo della pressione dell’aorta, abbiamo definito questa onda come onda sfigmica. E’ il profilo della pressione arteriosa. Prima di esaminare nel dettaglio le caratteristiche di questa onda bisogna capire perchè c’è l’onda sfigmica. Esempio: se al posto del cuore come lo conosciamo ci fosse una siringa e qualcuno spingesse sullo stantuffo a velocità costante avremmo l’onda sfigmica? No, avremmo un onda come in figura 12a.

Figura 12 Magari con la stessa pressione media, però avremmo un tracciato continuo segno di un flusso continuo. Invece noi abbiamo una linea che si ripresenta ciclicamente con determinate caratteristiche. Questo perchè il flusso di sangue che esce dal ventricolo sinistro e destro è un flusso pulsatile. Quindi quello che noi vediamo è un andamento di pressione ciclica dovuto all’immissione pulsatile del sangue nel vaso. Immaginiamo ancora di avere una siringa che inietta il sangue in maniera pulsatile, come se si dessero dei colpetti allo stantuffo; se le pareti del vaso fossero di vetro vedremo che la pressione e il flusso hanno un andamento come quello in figura 12b. Nel circolo non c’è un flusso intermittente c’è un flusso pulsatile nel senso che ci sono fasi in cui il flusso aumenta insieme all’aumento di pressione e delle fasi in cui diminuisce ma il flusso è continuo e pulsatile. Da cosa dipende il fatto che nonostante la valvola semilunare si apra e si chiuda il flusso a valle nel sistema arterioso, quindi in tutto il sistema circolatorio, non è intermittente ma è pulsatile e continuo? Non dipende dal ventricolo perchè quello immette a intermittenza il sangue nel vaso. Dipende solo ed esclusivamente dalle caratteristiche della parete aortica che è elastica. In che modo la parete può contribuire a creare un flusso

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pulsatile?

che chiamiamo onda sfigmica, è un’onda di deformazione meccanica della parete e viaggia in tutto il distretto circolatorio dalle arterie alle arteriole, ai capillari, ad una velocità di circa 3÷ 5m/s. Quindi una deformazione che si verifica all’istante zero la porta ad essere 1m più avanti dopo circa 0,3s. Non si deve confondere la velocità dell’onda sfigmica con la velocità del sangue, variabile a seconda dei distretti, massima la troviamo nel primo tratto dell’aorta nella fase di eiezione rapida dove il sangue viene spinto fuori velocemente dal ventricolo sinistro e destro ed è di circa 30cm/s. Poi però il sangue diminuisce la sua velocità quando passa in tutti gli altri distretti, infatti è circa 1mm/s quando passa nei capillari. Non c’è relazione tra la velocità di scorrimento del sangue e quello dell’onda sfigmica che è molto più rapida. In figura 11 in alto si vede come in concomitanza alle variazioni della pressione varia anche il diametro dell’aorta ed è ragionevole perchè se la sezione varia subito dopo la fase di eiezione rapida è ovvio che la deformazione indotta sulle pareti dell’arteria causa anche una variazione del diametro. In effetti le variazioni del diametro rispecchiano bene le variazioni della pressione. L’onda sfigmica è un’onda pressoria che è caratterizzata da due fasi suddivise da un’incisura o onda dicrota che è dovuta alla chiusura delle valvole semilunari quando inizia la fase di diastole ventricolare. La figura indica bene come c’è una fase di salita rapida della pressione in concomitanza alla fase di eiezione rapida del sangue durante la prima fase della sistole seguita poi da una discesa che può essere più o meno lineare dipende dal tratto aortico in considerazione. Il valore più basso che l’onda assume è intorno ai 70/80mmHg (nella figura è più alta) che è la “minima”. E’ quello che otteniamo prima dell’inizio della sistole ventricolare cioè ancora nella fase di diastole, infatti la pressione minima viene anche chiamata pressione diastolica. Il valore massimo normalmente è variabile tra 110mmHg e 130mmHg e la “massima” si ha in corrispondenza al termine della fase di eiezione rapida ventricolare durante la fase di apertura delle valvole semilunari. L’incisura corrisponde anche con la

Figura 13 Le valvole semilunari si aprono a 80mmHg il sangue viene spinto fuori e siccome le pareti sono elastiche si lasciano distendere dalla pressione transmurale e distendendosi, come succede in tutte le strutture elastiche (muscolo). Se io distendo la struttura si incamera energia elastica (la struttura viene messa in tensione). In figura 11 si vede che nel primo tratto quando il fiotto di sangue viene espulso dal ventricolo la deformazione è ingente poi il sangue scorre in avanti la deformazione nel primo tratto diminuisce e si spinge in avanti. Via via che il sangue fluisce il volume dell’aorta torna al valore iniziale e il sangue spingendosi in avanti deforma le parti più distali dell’aorta. Si vede che quello che succede è che a partire dal punto di inizio, subito dopo le valvole semilunari, si induce una deformazione locale e della parete che viene trasmessa come un’onda di deformazione meccanica lungo la parete del vaso. La pressione varia in relazione a questa onda di deformazione meccanica. Quindi la variazione ciclica di pressione, quella

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LEZIONE 28

26/10/2005

CARDIOCIRCOLATORIO

comparsa del secondo tono cardiaco. In figura 13 c’è la rappresentazione schematica di un ciclo cardiaco con l’onda sfigmica. Il polso pressorio sarebbe la differenza tra la massima e la minima, cosiddetto polso arterioso. Un altro parametro importante da considerare è la pressione media la quale non è (massima+minima)/2, no! E’ importante ricordare che la pressione media ha un significato non tanto matematico ma ha un grande significato funzionale perchè è definita come la pressione che dovrebbe esserci nel distretto arterioso se la pressione invece che pulsatile fosse continua. È quella pressione che sostiene il flusso di sangue nel circolo. Il parametro che interessa al sistema circolatorio per il controllo non è la massima o la minima ma è la media. Quando facciamo uso della equazione di Poiseuille per studiare la gittata cardiaca usiamo, nei calcoli, la media (circa 100mmHg mediamente). Come viene calcolata la pressione media? Come dice la figura: si considera l’area sottesa dalla curva (rosa) che può essere calcolata come l’integrale da T1 a T2 della pressione arteriosa in dt. Quando abbiamo l’area della curva basterà dividere l’area per la base (T1-T2 o conosciuto anche come t, che è poi il periodo o la durata del ciclo cardiaco) otteniamo l’altezza del rettangolo che corrisponde alla pressione media. Questa operazione la fa di solito la strumentazione.

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