Fisiologia Circolatoria (Fisiologia 27)

Relazione tra Pressione, Flusso e Resistenza nel Sistema Vascolare

• L'obiettivo della lezione è analizzare le leggi del flusso dei fluidi nel sistema vascolare umano.
• Il flusso di un liquido in un condotto è proporzionale alla differenza di pressione e alla conduttanza idraulica.
• Spesso si utilizza la resistenza, il reciproco della conduttanza.
• Flusso = (Differenza di Pressione) x Conduttanza
• Flusso = Differenza di Pressione / Resistenza

Pressione Sanguigna: Componenti e Fattori Influenzanti

• La pressione sanguigna è la somma di tre componenti principali:
  • Pressione Idrostatica: Dipende dalla posizione rispetto al cuore e influenzata dalla gravità (Legge di Pascal).
  • Pressione di Riempimento: Dipende dal volume di sangue nei vasi e dalla loro compliance (elasticità).
  • Pressione di Propulsione: L'energia per unità di volume fornita dal cuore per promuovere la circolazione.

Resistenza Vascolare: Fattori Determinanti

• La resistenza al flusso sanguigno dipende da:
  • Caratteristiche dei vasi: Dimensioni, elasticità, struttura.
  • Proprietà reologiche del sangue: Densità, viscosità

Compliance Vascolare: Un Concetto Chiave

• La compliance è la variazione di volume di un vaso per una data variazione di pressione.
• Tipologie di compliance:
  • Tubo Rigido
  • Tubo Perfettamente Elastico
  • Tubo non Perfettamente Elastico (come i vasi, in cui la compliance decresce oltre un certo punto).

Dissipazione e Caduta di Pressione

• Nel sistema circolatorio si verifica una dissipazione dell'energia a causa delle resistenze viscose.
• Le aree di alta resistenza determinano una maggiore caduta di pressione.

Legge di Poiseuille e Resistenza Vascolare

• La resistenza in un vaso è influenzata da:
  • Viscosità del sangue
  • Lunghezza del vaso
  • Raggio del vaso (influsso elevato alla quarta potenza, r^4, quindi variazioni piccole di raggio influenzano molto la resistenza).
  • Resistenza Viscosità x Lunghezza /(Raggio)^4

Gradiente di Pressione: II Fattore Chiave del Flusso

• Il flusso sanguigno dipende dal gradiente di pressione (differenza di pressione).
• Quando il gradiente di pressione cessa, il flusso si arresta.

Moto Laminare e Turbolento: Due Regimi di Flusso

• Moto Laminare: Il fluido scorre in strati paralleli con la velocità massima al centro.
  • Caratteristiche: lamine cilindriche, profilo parabolico della velocità, flusso ordinato e silenzioso.
• Moto Turbolento: Il flusso è disordinato, con vortici e mescolamento caotico delle particelle.
  • Caratteristiche: rumore all'auscultazione, dissipazione di pressione maggiore rispetto al moto laminare.

Transizione da Moto Laminare a Turbolento: II Numero di Reynolds

• La transizione dipende dal numero di Reynolds (Re), un parametro adimensionale determinato dalle caratteristiche geometriche del condotto, dalla velocità del flusso e dalle proprietà fisiche del fluido.
• Soglia: Il moto passa da laminare a turbolento quando il numero di Reynolds supera una certa soglia.

Moto Laminare e Turbolento nel Sistema Vascolare

• In generale, il flusso nei vasi è laminare, ma la turbolenza può verificarsi in punti specifici come le biforcazioni o le stenosi.

Fattori che Influenzano il Numero di Reynolds

• Velocità del flusso
• Densità del fluido
• Viscosità del fluido

Viscosità e il Flusso del Sangue

• Nel sistema vascolare, le variazioni di diametro e velocità sono i fattori più importanti considerando la viscosità del sangue costante.
• Esempio: aorta (diametro massimo, velocità alta), vene cave e capillari.

Turbolenza e Stenosi

• In caso di stenosi arteriosa, la pressione richiesta per mantenere il flusso aumenta, la velocità del flusso aumenta nel tratto ristretto, e il numero di Reynolds supera la soglia, favorendo la turbolenza.

Turbolenza e Anemia

• Nell'anemia, la ridotta viscosità del sangue aumenta il flusso ematico e la probabilità di turbolenza.

Legge della Continuità e Principio di Conservazione del Flusso

• In un circuito idraulico chiuso, il flusso è costante in tutti i punti.
• Questo significa che il volume di fluido che entra in un punto deve uscire da un altro punto nello stesso tempo.
• Velocità (v) = Flusso (F) / Area (A)

Analogia Idraulica: Dimostrazione della Legge

• Confronto tra tubi con sezione costante e variabile per spiegare la legge della continuità.
• Sezione Costante: il flusso rimane costante e la velocità rimane costante.
• Sezione Variabile: il flusso rimane costante, mentre la velocità varia in modo inversamente proporzionale all'area della sezione.

Legge di Leonardo da Vinci

• Equivalente alla legge della Continuità, enfatizzando la conservazione del flusso e l'adattamento della velocità in base alla variazione della sezione.

Applicazione al Sistema Vascolare

• I concetti sono fondamentali per comprendere la dinamica del flusso sanguigno.
• Condotti in Serie
• Condotti in Parallelo

Variazioni di Velocità nel Sistema Circolatorio

• Aorta: alta velocità, piccola area di sezione trasversale.
• Capillari: velocità ridotta, grande area di sezione trasversale.
• Vene: velocità aumenta gradualmente.

Teorema di Bernoulli e Dinamica del Flusso Sanguigno

• Il teorema di Bernoulli afferma che, in un fluido ideale, l'energia totale del fluido rimane costante lungo un condotto. L'energia totale è la somma di pressione laterale, energia cinetica ed energia gravitazionale.

Viscosità: La "Appiccicosità" dei Fluidi

• La viscosità è una proprietà fondamentale dei fluidi reali, contribuisce alla resistenza al flusso ed alla dissipazione della pressione in un sistema vascolare.

Definizione di Viscosità

• Appiccicosità: la tendenza di un fluido a generare attrito interno tra le diverse parti.
• Attrito Interno: manifesta come attrito tra le lamine di fluido che scorrono a diverse velocità.
• Fluido Reale: la viscosità è una proprietà esclusiva dei fluidi reali, differenti dai fluidi ideali.

Viscosità come Coefficiente

• La viscosità è il coefficiente di proporzionalità tra la forza di taglio e il gradiente di velocità.
  • Viscosità = (Forza di Taglio / Area di Contatto) / (Gradiente di Velocità)

Fluidi Newtoniani e Non Newtoniani

• Newtoniani: relazione lineare tra shear rate e shear stress (es. plasma)
• Non-Newtoniani: relazione non lineare tra shear rate e shear stress (es. sangue intero)

Viscosità del Sangue

• Viscosità Relativa: il sangue intero è 3-5 volte più viscoso dell'acqua.
• Plasma: anche il plasma è più viscoso dell'acqua a causa delle macromolecole proteiche.
• Corpuscoli del Sangue: I globuli rossi aumentano l'attrito tra le lamine e aumentano la viscosità.

Fattori che Influenzano la Viscosità del Sangue

• Temperatura
• Ematocrito
• Diametro dei vasi
• Velocità del flusso

Effetti dell'Aumento della Viscosità

• Aumento della resistenza
• Aumento del lavoro cardiaco
• Rischi per la salute

Effetto Fahreus-Lindqvist

• La viscosità del sangue si riduce nei vasi di piccolo calibro.
• Accumulo assiale dei globuli rossi nei vasi di più grande calibro.

Viscosità e Temperatura

• Ipotermia e Viscosità
• Vasocostrizione Periferica.
• Problemi Circolatori

Fattori che Influenzano l'Aggregazione dei Globuli Rossi

• Fibrinogeno
• Albumine
• Lipidi
• Fosfolipidi

Deformabilità dei Globuli Rossi

• La deformabilità dei globuli rossi è fondamentale per il passaggio nei capillari.

Analisi del Sangue: Cosa si Quantifica?

• Conteggio Cellulare (Globuli Rossi, Globuli Bianchi)
• Contenuto di Emoglobina (Concentrazione Totale, Contegno Medio)
• Parametri Morfologici (Volume Medio dei Globuli Rossi, Contenuto Medio di Emoglobina)
• Altri Parametri (Reticolociti, Ampiezza della Distribuzione dei Globuli Rossi)

Viscosità e Calibro dei Vasi

• Vasi di Grande Calibro: Globuli rossi si dispongono con maggiore viscosità, il flusso è più veloce.
• Capillari: Globuli rossi sono più deformabili, viscosità minore, e il flusso scorre lentamente.

Viscosità e Velocità del Flusso Sanguigno

• Bassa Velocità: viscosità aumenta
• Alta Velocità: viscosità diminuisce perché i globuli rossi si separano e diminuisce la formazione dei rouleaux.

Anema e Viscosità

• Anemia riduce la viscosità del sangue, migliorando il lavoro del cuore.

Policitemia Vera

• Patologia caratterizzata da un aumento del numero di globuli rossi, con conseguente aumento della viscosità del sangue.

Conclusioni

• Questa lezione ha descritto le importanti interazioni tra la viscosità del sangue, il calibro dei vasi, la velocità del flusso e la concentrazione di globuli rossi.