CAP. IV SANGUE, SISTEMA CARDIOVASCOLARE, SISTEMA RESPIRATORIO Il sangue è un tessuto liquido che ha diversi compiti; innanzi tutto collega tra loro le diverse cellule del corpo ed è il mezzo attraverso cui le molecole nutritive (metaboliti) e le molecole di ossigeno (O2) introdotte con la respirazione possono raggiungere tutte le singole cellule. Il sangue trasporta anche le molecole, prodotte durante il metabolismo cellulare (cataboliti) che devono essere eliminate, tra cui anidride carbonica (CO2) e urea. Il sangue, inoltre, è il veicolo attraverso cui altre sostanze importanti come ormoni, enzimi e anticorpi possono raggiungere i loro bersagli; tra i suoi costituenti fondamentali vi sono le cellule del sistema immunitario..Funzioni del sangueTra i vari compiti che ha il sangue si possono individuare alcune funzioni principali: 1) Nutritive: distribuisce a tutti gli organi e tessuti le sostanze assorbite nel tubo digerente o rilasciate dai depositi del fegato.2) Trasporto di: a) gas disciolti: O2 ai tessuti dai polmoni e CO2 ai polmoni dai tessuti; b) sostanze nutritive e prodotti catabolici, c) enzimi ed ormoni agli organi bersaglio.3) Difesa: difende il corpo da agenti patogeni e dalle tossine trasportando i globuli bianchi che migrano nei tessuti periferici infetti e gli anticorpi.4) Riduce le perdite di liquidi con il meccanismo dell’emostasi.5) Regola il pH e la temperatura del corpo, contribuisce a mantenere l’omeostasi (costanza ambiente interno).

Il sangue corrisponde al 7-8% del peso corporeo, ed è costituito per. circa il 55% dal plasma, un liquido di colore paglierino, contenete essenzialmente acqua, elettroliti, molecole proteiche, note come proteine plasmatiche,. coinvolte nella coagulazione del sangue, nella difesa del corpo e nel mantenimento del potenziale osmotico del sangue stesso che impedisce un eccessivo passaggio di liquido dalla corrente sanguigna ai tessuti circostanti., mentre il restante 45% è composto da cellule, globuli rossi, globuli bianchi e piastrine. (FIG.1, 2).Globuli RossiI globuli rossi, o eritrociti, sono cellule biconcave, che nel corso della loro maturazione perdono il nucleo e i mitocondri, mentre le altre strutture cellulari si disintegrano. Un globulo rosso maturo contiene quasi esclusivamente emoglobina, una proteina, contenente ferro, che ha il ruolo di trasportare ossigeno a tutte le cellule. Un individuo sano maschio contiene dai 4,5 ai 5,5 milioni di globuli rossi per millimetro cubo (mm3 ) di sangue, mentre nella donna variano 4 a 5 milioni per mm3 . I globuli rossi, privi di nucleo, non possono quindi riparare eventuali danni e hanno una vita relativamente breve (120-130 giorni); il midollo osseo, stimolato da un ormone, l’eritropoietina, secreta dal rene, provvede a formarne di nuovi alla stessa velocità con cui i vecchi muoiono.I globuli rossi, inoltre possono presentare sulla loro membrana cellulare delle componenti specifiche, i cui tipi o la cui presenza o assenza permettono di identificare i gruppi sanguigni. La membrana cellulare di un globulo rosso tipo contiene un certo numero di agglutinogeni (antigeni) esposti all’esterno verso il plasma. Gli agglutinogeni sono delle glicoproteine le cui caratteristiche sono geneticamente determinate, di almeno 50 tipi differenti, ma tre sono di particolare importanza e vengono designate come A, B, e D (Rh), da cui si identificano i gruppi sanguigni: A, B, AB, 0, con presenza o meno di fattore Rh, quindi Rh+ o Rh-. I globuli rossi di ciascun individuo contengono solo o agglutinogeno A o B o entrambi AB o nessuno 0. Il sangue di un determinato gruppo contiene delle immunoglobuline circolanti (anticorpi), agglutinine, che attaccano gli agglutinogeni estranei, per es. il gruppo A ha anticorpi contro B, B anticorpi contro A, AB non ha anticorpi e sono quindi accettori universali, in caso di trasfusioni, mentre il gruppo 0 è il donatore universale non avendo antigeni (FIG. 3).

Globuli BianchiNel sangue sono presenti anche i globuli bianchi, o leucociti, il cui numero è molto inferiore a quello dei globuli rossi, circa 6-9 mila per mm3 di sangue. I globuli bianchi sono cellule di tipologia e funzioni differenti, tutti praticamente incolori, non contengono emoglobina e sono nucleate.La funzione principale comune a tutti i globuli bianchi è quella di difendere il corpo da agenti esterni come virus, batteri e altre particelle estranee. A differenza dei globuli rossi, i globuli bianchi non sono confinati all’interno dei vasi sanguigni, ma possono migrare nei liquidi interstiziali. Nella corrente sanguigna appaiono sferici, ma nei tessuti diventano appiattiti e simili ad amebe. Come queste ultime, infatti, i leucociti si muovono mediante pseudopodi e molti sono fagociti.I globuli bianchi vengono suddivisi in granulociti (65%), suddivisi a loro volta in neutrofili (95%), basofili (12%) ed eosinofili (4%), linfociti (30%), monociti (5%). I granulociti e monociti sono prodotti dal midollo osseo, i linfociti dai linfonodi, dalla milza e dal timo. I linfociti, a loro volta, si distinguono in linfociti T, responsabili dell’:immunita’ cellulo-mediata, in T helper, T suppressor etc.e in linfociti B: responsabili dell’immunità umorale, cioè dell’azione degli anticorpi.PiastrineLe piastrine sono dischi a forma irregolare, incolori e di dimensioni inferiori alla metà di un globulo rosso; sono frammenti citoplasmatici, da 150000 a 500000 per mm3 di sangue, circondati da membrane, di cellule insolitamente grandi, megacariociti, presenti nel midollo osseo e possono, in effetti, essere considerate dei sacchetti di sostanze chimiche che svolgono un ruolo essenziale nel promuovere la coagulazione del sangue e nel tamponare la rottura dei vasi sanguigni. Emostasi e Coagulazione del sangueLa coagulazione del sangue è un fenomeno complesso che richiede la presenza di piastrine e di almeno 15 fattori che normalmente si trovano nel sangue o sulle membrane cellulari. Sono implicati 3 processi fondamentali: 1) vasocostrizione, restringimento della parete vasale; 2) formazione del tappo piastrinico; 3) coagulazione del sangue.In caso di lesione di un vaso si ha uno spasmo della muscolatura liscia del vaso stesso, le piastrine aderiscono al collageno della tunica danneggiata; i vasi si vasocostringono ulteriormente stimolati dalla serotonina; e l’ADP e le prostaglandine attraggono ulteriori piastrine. a questo punto inizia l’attivazione di vari fattori che formano il coagulo. La sequenza delle reazioni di questo processo comincia quando il plasma viene a contatto con una superficie ruvida o con una molecola proteica nota come fattore tissutale. Questo fattore, cui si attribuiscono nel corpo molti ruoli regolatori, si trova sulla superficie esterna di molti tipi diversi di cellule, ma non sulle cellule del rivestimento interno dei vasi sanguigni. Quando il fattore tissutale reagisce con una specifica proteina plasmatica circolante, come può avvenire nel caso in cui un vaso è leso, si avvia una serie di reazioni chimiche a cascata. La sintesi di alcuni fattori, quali II, VII, IX e X richiede la vitamina K. In questa sequenza il prodotto di ogni passaggio della serie di reazioni agisce da catalizzatore per il passaggio successivo e le molecole coinvolte sono, come gli enzimi, utilizzate più volte. L’assenza di uno dei fattori, come il fattore VIII, assente nella emofilia, porta a disturbi della coagulazione.Alla fine una proteina plasmatica solubile (fibrinogeno) viene convertita in una proteina insolubile detta fibrina. Le molecole di fibrina si agglutinano, formando una rete insolubile che intrappola globuli rossi e piastrine dando origine a un coagulo. Il coagulo si contrae tirando l'uno verso l'altro i margini della ferita. Il sangue, fisiologicamente non coagula entro i vasi sanguigni indenni, per la presenza di un fattore l’antitrombina III che inibisce la trombina e il fattore Xa; questa azione è potenziata dalla EPARINA, un potente anticoagulante. Il sistema della fibrinolisina limita la coagulazione all’area lesa. I vasi che sono stati chiusi dal coagulo vengono poi ricanalizzati., per retrazione del coagulo stesso, quando i tessuti sono stati riparati (FIG:4).

Sistema cardiovascolare: cuore e vasiVasiIl sangue viene trasportato a tutti gli organi, spinto dal cuore nel sistema dei vasi sanguigni, che formano un sistema di tubi chiuso. Il cuore dei vertebrati è un organo muscolare formato da quattro camere, due superiori dette atri, e due inferiori denominate ventricoli. Il cuore e i vasi, complessivamente, formano il sistema cardiovascolare (FIG.5).Nel sistema cardiovascolare il cuore pompa il sangue nelle grosse arterie, dalle quali passa verso arterie più piccole e ramificate, quindi in altre ancora più piccole, che costituiscono le arteriole e infine si forma un sistema di vasi piccolissimi che costituiscono una rete, detti capillari. Dai capillari il sangue passa in piccole vene, le venule, poi in vene più grosse e, fino a formare le due vene cave, una superiore ed una inferiore che riportano il sangue al cuore.Arterie, vene e capillari differiscono non solo per la grandezza, ma anche per la struttura delle loro pareti caratteristiche che ne determinano la funzione. Le pareti dei capillari sono costituite da un sottile ed unico strato di endotelio. Le pareti delle arterie e delle vene sono rivestite all’interno da tessuto endoteliale a cui si sovrappone uno strato di tessuto muscolare ed elastico (FIG. 6).II cuore, le arterie e le vene sono, in sostanza, le vie utilizzate per portare il sangue ai capillari e per raccoglierlo da essi, ma è a livello dei capillari che si assolve l'effettiva funzione del sistema circolatorio: è solo attraverso le sottili pareti dei capillari, infatti, che tra il sangue e i liquidi che circondano le cellule avviene lo scambio di sostanze nutritive, ossigeno e anidride carbonica e anche altre molecole; questo è possibile grazie alla struttura stessa del capillare e perché nessuna cellula dista da un capillare più di 130 m, distanza abbastanza breve perché la diffusione possa avvenire rapidamente. La maggior parte delle molecole che attraversano le pareti dei capillari si muovono per diffusione. Altre molecole passano per flusso di massa, poiché la pressione del sangue all'interno dei capillari tende a spingere fuori il liquido attraverso le loro pareti. Contemporaneamente, dato che la concentrazione di soluto nel sangue diventa maggiore di quella presente nei liquidi esterni interstiziali (soprattutto grazie alla presenza delle proteine plasmatiche), il liquido tende a rientrare nei capillari per osmosi; perciò, attraverso le pareti dei capillari, vi è di solito un equilibrio tra il flusso diretto verso l'interno e quello diretto verso l'esterno. Quando tale equilibrio viene alterato e la quantità di liquido che esce è maggiore di quella che entra, il liquido in eccesso si accumula nei tessuti dando luogo al cosiddetto edema.

CuoreNell’uomo il cuore, come è già stato detto, è formato da quattro camere, due atri e due ventricoli, Il cuore, inoltre è suddiviso, praticamente in due parti che hanno funzioni diverse: il cuore destro e il cuore sinistro, separati da un setto, ciascuno con un atrio e un ventricolo. L’atrio destro riceve sangue dai tessuti, attraverso le vene cave, dall’atrio il sangue arriva al ventricolo destro che lo invia attraverso l’arteria polmonare ai polmoni. dove viene ossigenato; dai polmoni il sangue ossigenato arriva con le quattro vene polmonari all’atrio sinistro, da cui passa al ventricolo sinistro e da qui viene pompato ad. alta pressione nell’arteria aorta e quindi attraverso l’albero arterioso giunge a tutti tessuti. Il flusso di sangue non ossigenato che va dal cuore destro verso i polmoni e di sangue ossigenato che passa dai polmoni al cuore è detto circolazione polmonare o piccola circolazione, il flusso di sangue ossigenato che va dal cuore a tutti i tessuti e da qui ritorna al cuore è detta circolazione sistemica o grande circolazione.(FIG.5).Le pareti del cuore sono costituite da un particolare tipo di muscolo, il muscolo cardiaco. Gli atri hanno pareti più sottili dei ventricoli, si dilatano via via che si riempiono di sangue; poi entrambi gli atri si contraggono simultaneamente, guidando il flusso sanguigno attraverso le valvole, denominate atrioventricolari, che si aprono nei ventricoli. (tricuspide a destra, bicuspide o mitrale a sinistra) I ventricoli quindi si contraggono simultaneamente, le valvole tra gli atri e i ventricoli si chiudono per la pressione del sangue nei ventricoli, e si evita così un ritorno di sangue negli atri; ciò consente il flusso di sangue in un'unica direzione (FIG.7).

Il ventricolo destro spinge il sangue non ossigenato nell’arteria polmonare e il ventricolo sinistro spinge il sangue ossigenato nell'aorta, attraverso le valvole semilunari. Le valvole poste tra il ventricolo destro e l'arteria polmonare, e tra il ventricolo sinistro e l'aorta si chiudono alla contrazione dei ventricoli, impedendo così il riflusso del sangue nel ventricolo. Ascoltando da vicino il battito cardiaco potrete udire due suoni: il primo, più profondo, corrisponde alla chiusura delle valvole tra gli atri e i ventricoli; il secondo, più schioccante, è dovuto alla chiusura delle valvole semilunari. Se una qualunque delle quattro valvole è danneggiata, il sangue può refluire o passare con difficoltà attraverso la valvola producendo il caratteristico rumore noto come “soffio” al cuore» (un sibilo).L’apertura e chiusura delle quattro valvole cardiache è determinata dai differenti regimi pressori vigenti nelle camere cardiache nei diversi momenti del ciclo cardiaco; ogni ciclo cardiaco corrisponde ad un battito e rappresenta il tempo durante il quale il cuore compie la sistole (periodo di contrazione) e la diastole periodo di rilasciamento.(FIG. 8).In un uomo adulto in condizioni di riposo il battito ritmico del cuore si ripete circa 70 volte al minuto; questa frequenza può variare; per es. sotto sforzo può più che raddoppiare e comunque è sotto il controllo del sistema nervoso autonomo. Il volume totale di sangue pompato dal cuore ogni volta che si contrae, quindi per ogni sistole, è denominato gittata sistolica, il volume di sangue eiettato nell’unità di tempo, cioè ogni minuto viene indicato come gittata cardiaca, che è il prodotto della gittata sistolica per la frequenza.A differenza della maggior parte dei muscoli, che si contrae soltanto quando è stimolata da un nervo motorio, la stimolazione delle cellule del muscolo cardiaco origina nel muscolo stesso.Il cuore, infatti, ha delle proprietà caratteristiche che lo contraddistinguono dagli altri tessuti muscolari, queste caratteristiche gli permettono di generare autonomamente impulsi, automaticità, di farlo in maniera ritmica, ritmicità, di trasferire l’impulso, conducibilità; queste caratteristiche sono tipiche del tessuto specifico cardiaco, che è costituito dal nodo senoatriale o generatore primario (pacemaker), dal nodo atrioventricolare e dal fascio di His (FIG. 9). Il cuore è costituito poi da tessuto muscolare cosiddetto comune che ha la proprietà di contrarsi come tutti i muscoli, contrattilità.L’impulso elettrico, che nasce nel nodo senoatriale, si propaga verso il nodo atrioventricolare e anche verso il miocardio comune atriale diffondendosi alle cellule dell’atrio destro e dell’atrio sinistro che si contraggono. Le cellule del miocardio comune sono connesse tra loro da strutture dette dischi intercalari o “gap junction”, che rendono possibile la rapida conduzione degli impulsi elettrici fra cellule vicine e quindi la rapida diffusione degli impulsi e la conseguente contrazione delle cellule del miocardio atriale simultaneamente.Circa 100 millisecondi dopo l'avvio del pacemaker alcuni impulsi, viaggiano lungo fibre speciali di conduzione e attivano la seconda area di tessuto specifico il nodo atrioventricolare. Dal nodo atrioventricolare gli impulsi sono trasportati con fibre di conduzione specifiche al fascio di His, che è la terza zona di miocardio specifico; questo fascio si dirama in una branca destra ed in una sinistra per raggiungere le pareti dei ventricoli destro e sinistro, che quindi potranno poi contrarsi nello stesso momento.Il fascio di His è l'unico ponte elettrico esistente tra atri e ventricoli; le sue fibre conducono gli impulsi molto rapidamente, mentre il nodo atrioventricolare è costituito da fibre a conduzione lenta che determinano, in tal modo, un ritardo tra le contrazioni atriali e ventricolari, questo ritardo ha una grossa importanza funzionale perché dà il tempo al sangue di andare completamente dall’atrio al ventricolo, di assicurare cioè un buon riempimento ventricolare, che è fondamentale per avere una corretta gittata sistolica, e quindi assicurare a tutti i tessuti periferici il giusto apporto di sangue per il loro funzionamento. Gli impulsi elettrici generati dal cuore possono essere registrati sulla superficie corporea applicando degli elettrodi collegati a uno strumento di registrazione, l’elettrocardiografo. Mediante l’elettrocardiogramma si può analizzare l’attività elettrica del cuore (FIG. 9)..

Il sistema nervoso autonomo non è in grado di innescare il battito cardiaco ma ha il compito di regolarne la frequenza; in particolare fibre del parasimpatico giungono al pacemaker attraverso il nervo vago (X paio di nervi cranici) e rallentano la frequenza; invece i nervi dell’ortosimpatico stimolano il pacemaker, aumentando la frequenza cardiaca, e agiscono direttamente anche su tutte le cellule del miocardio comune, aumentando la forza delle loro contrazioni, rendendo quindi più efficiente la gittata sistolica. L'adrenalina, prodotta dalla midollare surrenale (la parte interna della ghiandola surrenale), esercita sul cuore lo stesso effetto che hanno i nervi del sistema ortosimpatico.La pressione arteriosaLa contrazione del ventricolo sinistro spinge il sangue nell'aorta e in tutta la circolazione sistemica con una forza tale da vincere le resistenze periferiche esercitate dalle arteriose. La pressione arteriosa del sangue è una misura della forza, per unità di superficie, esercitata dal sangue contro le pareti dei vasi sanguigni ed è generata dall'azione di pompa del cuore.Ciascun ventricolo ad ogni sistole espelle, immettendoli nei vasi sanguigni, circa 70 ml di sangue. Non tutto questo sangue puo’ passare, tramite le arteriole, nei capillari e nelle vene durante una contrazione ventricolare. Cio’ comporta che 5/8 circa della gittata sistolica, a ciascun battito, devono accumularsi nel settore arterioso durante la sistole per progredire poi durante la diastole.La pressione arteriosa dipende da vari fattori: frequenza cardiaca, forza di contrazione, elasticità delle pareti delle arterie, volume del sangue stesso, resistenze totali periferiche. Il passaggio del sangue dal settore arterioso a quello venoso incontra una resistenza periferica dovuta principalmente ad un certo grado di contrazione, “tono vasale” della muscolatura liscia della parete delle arteriole. Il calibro di questi vasi e’ regolato dall’azione del sistema nervoso simpatico.Tutti questi fattori sono responsabili della considerevole pressione del sangue nel sistema arterioso. La pressione giunge al massimo acme della contrazione del cuore: pressione sistolica del sangue. E’ al minimo quando il cuore si rilascia: pressione diastolica del sangue.Allorche’ il sangue viene espulso dal cuore durante la sistole, l’aumento di pressione e la distensione che si originano nell’aorta si propagano lungo tutto il sistema arterioso come un’onda, detta onda del polso o onda sfigmica (FIG.10).L’espansione e successiva retroazione della parete dell’arteria radiale costituiscono “il polso” palpabile nella regione radio-carpica.La pressione arteriosa è di solito misurata, a livello dell'arteria brachiale (parte alta del braccio) per mezzo di uno strumento che utilizza la pressione dell'arteria per pompare verso l'alto una colonna di mercurio. La pressione normale in un adulto è di 120 millimetri di mercurio (120 mmHg) quando il ventricolo si contrae (pressione sistolica) e di 80 mmHg quando il ventricolo si rilascia (pressione diastolica). Per il cuore destro i regimi pressori sono molto più bassi, dato che le resistenze periferiche nel circolo polmonare sono molto più basse. (FIG.11).I valori pressori possono variare: per es. lo stress fa innalzare la pressione, o se si sta in piedi, l’effetto della gravita’ sul sangue fa aumentare la pressione nei distretti posti al di sotto del cuore. Ogni alterazione del volume totale e della viscosita’ del sangue incide anche sulla pressione del sangue.Un forte aumento della pressione sanguigna puo’ aversi se queste pareti perdono, con l’eta’ o per malattia, parte della loro elasticita’ e non possono piu’ distendersi prontamente per accogliere il sangue durante la sistole, ne’ retrarsi sufficientemente durante la diastole.

Flusso ematicoPer flusso ematico si intende la quantita’ di sangue che passa in un dato punto in un certo periodo di tempo (ml/min); la gittata cardiaca e’ di 5000 ml/m, cioè la quantità di sangue pompato proprio dal cuore in un minuto.Il flusso attraverso un vaso e’ determinato da due fattori: differenza di pressione alle due estremità del vaso e impedimento al flusso definito resistenza, secondo la legge di Ohm: Q= DP/R.Maggiore è la differenza di pressione e maggiore è la velocità del flusso; analogamente, maggiore è il diametro del vaso e maggiore è il volume di sangue che può passare. Il diametro delle arteriole

che riforniscono direttamente i capillari può variare in relazione alla contrazione della muscolatura liscia delle loro pareti, quando i muscoli lisci si contraggono, il lume delle arteriole diventa più piccolo (vasocostrizione) facendo diminuire il flusso ematico nei capillari che alimentano, viceversa, quando i muscoli lisci si rilasciano, il lume delle arteriole si allarga (vasodilatazione) facendo aumentare il flusso sanguigno nei capillari. La muscolatura liscia delle arteriole è controllata dai nervi del sistema nervoso autonomo dall’adrenalina e dalla noradrenalina e da diverse altre sostanze chimiche prodotte localmente nei tessuti stessi.In realtà il flusso di sangue si calcola applicando una legge fisica più complessa la legge di Poiseulle::Q= P r4/8l, dove Q = portata (velocità del flusso), DP = differenza di pressione alle estremita’ del vaso, R = raggio del vaso l= lunghezza del vaso, = viscosità del sangueLa contrazione e la dilatazione delle arteriole nelle differenti parti del corpo regolano il flusso ematico, e quindi assicurano il rifornimento di ossigeno e di sostanze nutritive, secondo le varie richieste dei tessuti. Durante l'esercizio fisico il flusso ematico aumenta nella muscolatura scheletrica, a spese di altri distretti corporei, così come durante la digestione aumenta nello stomaco e nell'intestino, mentre il flusso attraverso la pelle aumenta in risposta a temperature ambientali elevate e diminuisce alle basse temperature, per controllare la dispersione di calore. Nel cervello il flusso di sangue rimane costante qualsiasi cosa succeda a livello degli altri organi, il cervello è un organo privilegiato. Via via che il sangue scorre lungo il sistema vascolare diminuisce gradatamente la sua pressione a causa della resistenza delle arteriole e dei capillari. Così, la pressione del sangue non è la stessa nelle diverse parti del sistema cardiovascolare (FIG.10) come è prevedibile, è maggiore nell'aorta e nelle altre grandi arterie sistemiche, si abbassa nel passare nelle arterie più piccole fino a raggiungere livelli molto bassi nelle vene e minimi nell'atrio destro.Le vene, con le loro pareti sottili e i diametri relativamente grandi, oppongono una scarsa resistenza al flusso, permettendo al sangue di ritornare indietro al cuore nonostante la bassa pressione che lo spinge. Il ritorno del sangue al cuore è favorito dalle contrazioni dei muscoli scheletrici che svolgono un’azione di spremitura sulle pareti delle vene e costringono il sangue a muoversi contro la forza di gravità, verso l’alto anche per la presenza nelle vene di valvole a nido di rondine che impediscono al sangue di seguire la forza gravità. (FIG. 12).

Centro di regolazione cardiovascolare

L'attività dei nervi che regolano la muscolatura liscia dei vasi sanguigni è coordinata con l'attività dei nervi che regolano la frequenza e la forza del battito cardiaco mediante il centro di regolazione cardiovascolare.Questo centro è situato nel midollo allungato, una piccola parte dell'encefalo collegata al midollo spinale, e controlla i nervi dell’ortosimpatico e del parasimpatico del cuore, così come i nervi della muscolatura liscia delle arteriole. Perciò, se il flusso sanguigno in una particolare area del corpo aumenta per la dilatazione dei vasi sanguigni, la frequenza cardiaca aumenta in modo tale da sviluppare una pressione maggiore che sopporti il maggior flusso.Il centro di regolazione cardiovascolare coordina i riflessi che controllano la pressione del sangue poiché riceve continuamente informazioni sulla pressione del sangue tramite recettori specializzati situati nelle grosse arterie, aorta e carotidi e nel cuore. (FIG.13)Il riflesso pressorio del sangue è un esempio di controllo a feedback negativo: quando la pressione diminuisce, si mettono in moto i sistemi che tendono a rialzarla, l'attività del cuore aumenta, si ha vasocostrizione, si aumenta il volume ematico e cosi via, il contrario si verifica in risposta ad un aumento della pressione arteriosa.

Sistema linfatico

Non tutto il liquido che esce dai capillari a causa della pressione del sangue rientra in essi per osmosi; ma il liquido che rimane nei tessuti viene raccolto dal sistema linfatico che lo riporta nella corrente sanguigna. Il liquido trasportato in questo sistema è detto linfa.Il sistema linfatico è simile al sistema venoso in quanto consiste anch'esso di una rete di interconnessione di varie dimensioni. Un'importante differenza, tuttavia, consiste nel fatto che i capillari linfatici finiscono a fondo cieco nei tessuti e non fanno parte di un circuito continuo. Il liquido interstiziale diffonde nei capillari linfatici, per convergere in un sistema di dotti che si versano in due vene che si trovano sotto le clavicole. le vene succlavie, che confluiscono nella vena cava superiore.Distribuiti per tutto il sistema linfatico si trovano i linfonodi, masse di tessuto spugnoso con due funzioni: quella di produrre linfociti, globuli bianchi specializzati responsabili della risposta immunitaria, ed eliminare i frammenti cellulari e le particelle estranee dalla linfa prima che questa entri nel sangue (FIG. 14).

Sistema RespiratorioLa respirazione comprende gli atti attraverso i quali viene fornito ossigeno (O2) alle cellule ed eliminata anidride carbonica. (CO2). Gli organi deputati ad assicurare la respirazione sono i polmoni, struttura spugnosa composta da fibre elastiche, muscolatura, vasi sanguigni e linfatici che circondano gli alveoli, suddivisi in lobi e lobuli. I polmoni sono molto elastici, tollerano grandi variazioni di volume e sono circondati da due foglietti, le pleure, una parietale ed una viscerale. (FIG.15).Il processo respiratorio viene distinto in: ventilazione polmonare o respiro: meccanismo attraverso il quale viene introdotta aria dall’esterno nei polmoni e viceversa; respirazione esterna, vale a dire la diffusione di gas, ossigeno e anidride carbonica, tra sangue e alveoli: respirazione interna, vale a dire scambio dei suddetti gas tra sangue e tessuti; respirazione cellulare; a livello cellulare la respirazione si riferisce alle reazioni chimiche che avvengono all’interno della cellula e che richiedono ossigeno, hanno luogo nei mitocondri e forniscono energia (ATP, con relativa produzione di anidride carbonica ed acqua,Il consumo di ossigeno è direttamente proporzionale al dispendio energetico che, in condizioni di riposo, viene definito metabolismo basale; il metabolismo aumenta nettamente con l'esercizio fisico, fino a raggiungere livelli di consumo di ossigeno anche 15-20 volte superiore a quelli consumati a riposo; il consumo di ossigeno aumenta in proporzione al dispendio energetico.La respirazione comprende varie fasi: ventilazione polmonare, scambio dei gas diffusibili (O2 e CO2) tra alveoli e sangue, trasporto nel sangue dei suddetti gas fino ai tessuti, regolazione dell’attività respiratoria. Un'importante caratteristica dei polmoni di tutti i vertebrati è che lo scambio di aria con l'atmosfera ha luogo grazie ai cambiamenti di volume dei polmoni; durante la ventilazione polmonare. e nei mammiferi, l'aria entra ed esce dai polmoni come conseguenza dei cambiamenti di volume della cavità toracica generati per mezzo della contrazione e del rilassamento dei muscoli respiratoriLa respirazione comprende due fasi: inspirazione ed espirazione che costituiscono un ciclo respiratorio, durante la prima fase si introduce aria, durante la seconda si elimina (FIG.16).L’aria entra attraverso le cavità nasali, questo passaggio ha la funzione di ripulire l’aria delle particelle più grandi sospese, attraverso i peli delle narici; l’aria introdotta arriva ad altre strutture nasali, i turbinati, che creano turborlenza e filtrano, umidifcano e riscaldano l’aria introdotta. L’aria, quindi, attraverso la laringe, dove si trovano le corde vocali, raggiunge la trachea, che si divide in due rami, i bronchi, i quali si ramificano ulteriormente formando i bronchioli (FIG.15).Bronchi e bronchioli sono circondati da un sottile strato di tessuto muscolare liscio; la contrazione e il rilassamento di questo tessuto modifica la resistenza al flusso d'aria.I veri scambi gassosi avvengono in piccoli sacchi d'aria, gli alveoli, raggruppati intorno alle estremità dei bronchioli più piccoli (FIG.17). Gli alveoli sono strutture molto piccole a fondo cieco; ognuno è circondato da una folta rete di capillari che formano una grande superficie di scambio, nei

punti in cui si accostano l’epitelio alveolare e l’endotelio del capillare. Gli alveoli, infatti, sono rivestiti internamente da cellule epiteliali; questo tessuto comprende sia cellule secernenti muco sia cellule ciliate. Il muco ricopre l'epitelio dell'apparato respiratorio e trattiene le particelle estranee che entrano con l'aria, mentre le ciglia delle cellule ciliate battono in continuazione, spingendo il muco e le particelle estranee contenute in esso verso la faringe, da dove vengono solitamente inghiottite.

Meccanica respiratoriaL'aria entra ed esce dai polmoni quando la pressione dell'aria negli alveoli differisce dalla pressione atmosferica; quando la pressione alveolare è maggiore della pressione atmosferica, l'aria esce dai polmoni e si ha l'espirazione. Quando la pressione alveolare è inferiore a quella atmosferica, l'aria entra nei polmoni e si ha l'inspirazione.La pressione nei polmoni varia in relazione ai cambiamenti di volume della cavità toracica, dovuti alla contrazione e al rilassamento dei muscoli respiratori; il principale muscolo respiratorio è il diaframma; contribuiscono poi agli atti respiratori anche i muscoli intercostali esterni, e inoltre possono partecipare all’inspirazione i muscoli ausiliari del collo. Durante l’inspirazione il diaframma si contrae abbassandosi e quindi trascinando verso il basso la gabbia toracica, costituita dallo sterno e dalle costole; contemporaneamente si contraggono anche i muscoli intercostali che spingono la gabbia toracica verso l'alto e verso l'esterno. Questi movimenti fanno allargare la cavità toracica; come conseguenza di ciò, la pressione all'interno di essa diminuisce e l'aria passa nei polmoni. Durante l’espirazione invece i muscoli si rilassano, riducendo il volume della cavità toracica, l'aria viene spinta fuori dai polmoni; possono partecipare all’espirazione la contrazione dei muscoli intercostali interni e dei muscoli addominali. A ogni respiro, generalmente solo il 10% dell'aria contenuta nella cavità polmonare viene scambiata, ma si può giungere fino all'80% in seguito a una respirazione forzata.I polmoni sono tenuti espansi non solo per le pressioni vigenti ma anche per un fattore che ricopre gli alveoli, il fattore surfattante, che impedisce a questi di collassare.Durante un ciclo respiratorio si introduce ed elimina un volume di aria che durante una respirazione tranquilla costituisce il volume corrente. che corrisponde a 500 ml di aria, con una inspirazione forzata si possono introdurre ulteriori 3100 ml di aria, questo costituisce il volume di riserva inspiratorio, così come con una espirazione forzata si può espirare un volume di aria di 1700 ml, volume di riserva espiratorio. Alla fine di una espirazione forzata rimane, comunque, nel polmone un volume di aria di 1300 ml., volume residuo. La somma di due o più volumi polmonari viene definita capacità. La capacità vitale è la somma del volume corrente più i volumi di riserva espiratorio ed inspiratorio, in un soggetto sano di 20 anni, alto 1.80 m è di 5100 ml, la capacità polmonare totale è la somma della capacità vitale più il volume residuo, 6700 ml.Capacita’ vitale: 1+2+3 = e’ indice dell’efficienza dell’apparato respiratorio.

Diffusione, trasporto e scambio di gasIn ogni organismo lo scambio gassoso di ossigeno e/o anidride carbonica tra le cellule e l'ambiente circostante avviene per diffusione. La diffusione (v. cap1) è il movimento netto di particelle da una regione a concentrazione maggiore verso una regione a concentrazione minore, come risultato del loro movimento casuale, per quanto riguardai gas, tuttavia, si fa riferimento alla pressione gassosa piuttosto che alla concentrazione.A livello del mare l'aria circostante esercita sulla nostra pelle una pressione di 1 atmosfera (circa 1 kg per centimetro quadrato). Questa pressione è sufficiente a controbilanciare una colonna d'acqua alta circa 10 metri o una colonna di mercurio alta 760 millimetri, a livello del mare. L’aria è una miscela gassosa, ogni gas si comporta indipendentemente esercitando la sua “quantità” di pressione, la quale a sua volta e’ importante in quanto determina il grado di diffusione di quel gas, questa pressione viene chiamata pressione parziale. La pressione totale dell'aria, è la somma delle pressioni parziali esercitate dai singoli gas della miscela. L’aria è composta dai seguenti gas: azoto

(N2 = 78.6% , ossigeno O2 = (20%, esercita una pressione, P, di 159 mmHg), anidride carbonica = CO2 (..%) vapor acqueo (..%) ed in piccola quantità gas inerti tipo elio.. Nella diffusione i gas si spostano da una regione con pressione parziale maggiore a una regione con pressione parziale minore.In una località ad elevata altitudine sul livello del mare, come per esempio Città del Messico (2300 m di altitudine), la pressione atmosferica è più bassa e quindi anche la pressione parziale di ossigeno è minore, con conseguenze sull’organismo come capogiri o stanchezza, la situazione opposta si verifica a pressioni gassose maggiori in coloro che si immergono sott'acqua a grandi profondità. Fin dall'inizio delle esplorazioni marine era stato osservato che quando i sommozzatori tornavano troppo rapidamente in superficie soffrivano di emboli che causavano disturbi gravi, a volte anche mortali. Gli emboli si formano in seguito alla respirazione di aria compressa: se la pressione è particolarmente elevata, una maggiore quantità di azoto si diffonde dall'aria verso i polmoni ed entra in soluzione nel sangue e nei tessuti. Se il corpo viene decompresso rapidamente, il gas non si trova più in soluzione e nel sangue si formano bolle di azoto che ostruiscono i capillari, bloccando il flusso sanguigno.L’aria umidificata, filtrata e riscaldata arriva agli alveoli, dove le diverse pressioni parziali consentono all’ossigeno di passare dagli alveoli al sangue, e all’anidride carbonica di andare dal sangue agli alveoli per essere eliminata durante l’espirazione.La diffusione dei gas è regolata da leggi fisiche. La quantità di gas che diffonde nell’unita’ di tempo e’ data dalla Legge di Fick:: Q/T = D:S (P1-P2)/Dx, dove:S = area da attraversare; P1-P2 = differenza di pressione; D = coefficiente di diffusione; Dx = distanza lungo la quale avviene la diffusione.Rispetto all’ossigeno, l’anidride carbonica è 20 volte più diffusibile, quindi è sufficiente una piccola differenza di pressione perché questa diffonda.I gas per diffondere devono attraversare una superficie composta da sette strati differenti che è la membrana respiratoria, questo scambio tra aria alveolare e sangue è regolata da regolato legge di Henry che mette in relazione pressione, solubilità e numero delle molecole:(C) = KP, quando un gas e’ portato a contatto con un liquido alcune molecole vanno in soluzione fino all’equilibrio a quel punto tutte le molecole che entreranno, usciranno per cui il numero di molecole all’equilibrio sarà costante.L'ossigeno è relativamente insolubile nel plasma sanguigno (la parte liquida del sangue): a condizioni normali di pressione atmosferica, in 100 ml di plasma si sciolgono appena 0,3 millilitri di ossigeno. La capacità del sangue di trasportare ossigeno dai polmoni ai tessuti è dovuta alla presenza di una particolare proteina, presenta all’interno dei globuli rossi, capace di legare l’ossigeno, l’emoglobina.La molecola dell'emoglobina è costituita da quattro subunità, ognuna delle quali comprende un gruppo eme e una catena polipeptidica. Il gruppo eme è formata da una complessa struttura ad anello contenente azoto con, al centro, un atomo di ferro. Ciascuna gruppo eme può combinarsi con una molecola di ossigeno; perciò, ogni molecola di emoglobina può trasportare, quattro molecole di ossigeno. Il 97% dell’ossigeno viene trasportato ai tessuti con l’emoglobina, mentre il restante 3% arriva ai tessuti come gas. La quantità di ossigeno che si lega all'emoglobina o si separi da essa dipende dalla pressione parziale dell'ossigeno nel sangue (FIG.18). Nei capillari alveolari, dove la pressione parziale dell'ossigeno è alta, la maggior parte dell'emoglobina si combina con l'ossigeno; nei tessuti, invece, dove la pressione parziale è bassa, l'ossigeno viene rilasciato dalle molecole di emoglobina, passa nel plasma e da qui si diffonde nei tessuti. Questo sistema è in grado di soddisfare le richieste di ossigeno dei tessuti. Perciò, se in seguito a una attività intensa il tessuto utilizza più ossigeno, la pressione parziale dell'ossigeno nei tessuti diminuisce e una maggiore quantità di ossigeno viene liberata dall'emoglobina.L’anidride carbonica generata dal metabolismo aerobico dei tessuti. periferici: diffonde nel torrente circolatorio e può essere trasportata o disciolta nel plasma, o legata all’emoglobina oppure si combina con l'acqua per formare acido carbonico, un acido debole che si dissocia in ione

bicarbonato e ione idrogeno. Tali processi sono reversibili e possono avvenire in entrambe le direzioni, quale direzione venga presa dipende dalla pressione parziale dell'anidride carbonica del sangue, nei tessuti e negli alveoli. Quando la pressione parziale di anidride carbonica è alta, si formano ioni bicarbonato e ioni idrogeno. Nei polmoni, dove la pressione parziale di anidride carbonica è bassa, l’acido carbonico si dissocia per formare anidride carbonica e acqua. Una volta liberata, l’anidride carbonica diffonde dal plasma negli alveoli ed esce dai polmoni con l'aria espirata. La reazione dell'anidride carbonica con l'acqua è catalizzata dall'enzima anidrasi carbonica, presente nei globuli rossi come l'emoglobina, e interviene nei meccanismi di regolazione del pH ematico.Regolazione respiratoriaGli atti respiratori nell’adulto hanno una frequenza di 12 al minuto, mentre nel bambino di 18-20, per una respirazione tranquilla a riposo. La frequenza e la profondità degli atti respiratori sono regolati da centri nervosi presenti nel tronco encefalo a livello bulbo-pontino in base alle esigenze a i consumi dell’organismo.Regolazione respiratoriaLa velocità e la profondità del respiro sono controllate da neuroni situati nel tronco cerebrale, che costituiscono i centri respiratori Questi neuroni sono responsabili della respirazione normale, che è ritmica e autonoma come il battito del cuore.I neuroni respiratori cerebrali attivano i neuroni motori del midollo spinale, facendo contrarre il diaframma e i muscoli intercostali e permettendo così l'inspirazione. Si pensa che l’attività dei neuroni respiratori avvenga spontaneamente, ciclicamente tuttavia, questi neuroni vengono inibiti, consentendo l'espirazione.Oltre all’attività spontanea, i neuroni respiratori ricevono segnali dai recettori sensibili all'anidride carbonica, all'ossigeno e agli ioni idrogeno, e anche dai recettori sensibili al grado di tensione dei polmoni e della gabbia toracica. Le cellule chemocettrici, situate nelle arterie carotidi (FIG.19) arterie che raggiungono e irrorano il cervello, segnalano ai neuroni respiratori l’eventuale diminuzione della concentrazione di ossigeno nel sangue. Contemporaneamente viene rilevata dai centri del cervello, e anche dai chemocettori presenti nelle carotidi, la concentrazione dell'anidride carbonica disciolta e degli ioni idrogeno. Questo sistema è estremamente sensibile perfino ai più piccoli cambiamenti della composizione chimica del sangue, in particolare alla concentrazione di ioni idrogeno che riflette la concentrazione di anidride carbonica. Se la concentrazione di anidride carbonica, e quindi quella di ioni idrogeno, aumenta solo leggermente, la respirazione si fa subito più profonda e più veloce, permettendo a più anidride carbonica di abbandonare il sangue fino a che la concentrazione idrogenionica non sia tornata normale. Un'iperventilazione induce un aumento del pH ematico, condizione di alcalinità nel sangue, viceversa un’ipoventilazione induce un abbassamento del pH ematico condizione di acidità, queste situazioni possono essere riparate anche con l’intervento del sistema renale per mantenere l’omeostasi del pH, se questo non avviene si possono instaurare situazioni patologiche, anche a carico del cervello, a volte irreversibili.