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Il sangue e la circolazione
Il trasporto interno negli animali Il sistema circolatorio ha relazioni molto strette con tutti
i tessuti del corpo
In molti animali, microscopici vasi chiamati capillari formano un’intricata rete di vasi sanguigni tra le cellule dei tessuti.
CapillareNuclei delle cellule del tessuto muscolare liscio
Globulo rosso
LM
70
0
Figura 18.1A
Capillare
Liquido interstiziale
Cellula tessutale
Diffusione di molecole
Figura 18.1B
I capillari sono i siti di scambio tra il sangue il liquido
interstiziale in cui sono immerse le cellule di un tessuto.
18.2 Il sistema circolatorio può essere aperto, come quello degli insetti, oppure chiuso, come quello umano
Gli cnindari e i vermi piatti hanno una cavità gastrovascolare che scambia materiale con l’ambiente, garantisce un sufficiente trasporto interno agli animali e funziona da apparato digerente.
Figura 18.2A
Bocca
Canale circolare
Figura 18.2B
PoriCuore tubulare
La maggior parte dei molluschi e tutti gli artropodi hanno un sistema circolatorio aperto: in alcune regioni del corpo, il sangue esce dai vasi e scorre tra le cellule dei tessuti (senza separazione tra liquido interstiziale e sangue).
• I vertebrati, compresi i mammiferi, hanno un sistema circolatorio chiuso, nel quale il sangue si trova sempre all’interno dei vasi.
• In questo sistema esistono tre tipi di vasi:
– le arterie, che trasportano il sangue dal cuore agli organi attraverso tutto il corpo;
– le vene, che riportano il sangue al cuore;
– i capillari che fanno passare in ciascun tessuto il sangue dalle arterie alle vene.
Sistema circolatorio chiuso di un pesce:
Arteria(sangue ricco di O2)
Arteriola
Letti capillari
Venula
Vena
AtrioVentricolo Cuore Arteria
(sangue povero di O2)Capillari branchiali
Il sistema cardiovascolare dei vertebrati ha subìto un processo evolutivo
Nei pesci il cuore è costituito da due sole cavità e il sangue scorre in un’unica direzione: viene pompato nelle branchie, passa attraverso i capillari sistemici, per poi ritornare all’atrio del cuore.
Figura 18.3ACapillari sistemici
Capillari branchiali
Cuore:
Ventricolo (V)
Atrio(A)
• Per garantire un maggior flusso di sangue agli organi, i vertebrati terrestri hanno una circolazione doppia, in cui il sangue attraversa due volte il cuore.
• La circolazione polmonare mette in comunicazione il cuore con il tessuto polmonare in cui avvengono gli scambi gassosi.
• La circolazione sistemica trasporta il sangue dal cuore al resto del corpo e poi di nuovo al cuore.
Figura 18.3B
Circolazione pulmo-cutanea
Circolazione sistemica
Destra Sinistra
AA
V
Capillari polmonari e del sistema cutaneo
Capillari sistemici
Il cuore di anfibi e rettili è diviso in tre cavità: due atri e un ventricolo.
Circolazione polmonare
Circolazione sistemica
Destra Sinistra
AA
V
Capillari polmonarii
Capillari sistemici
V
Figura 18.3C
Nei mammiferi e negli uccelli il cuore è diviso in quattro cavità: due atri e due ventricoli.
Il sistema cardiovascolare umano
Il sistema cardiovascolare umano è costituito dal cuore e dai vasi sanguigni
• Il cuore umano e di tutti i mammiferi ha due atri dotati di una parete sottile che ricevono il sangue che entra nel cuore e lo spingono per la breve distanza che li separa dai ventricoli.
• I ventricoli hanno una parete più spessa e pompano il sangue verso tutti gli altri organi del corpo.
Atrio destro Atrio
sinistro
Valvola semilunare
Valvola semilunare
Valvola atrioventricolare(tricuspide)
Valvola atrioventricolare (bicuspide)
Ventricolo destro
Ventricolo sinistroFigura 18.4A
Figura 18.4B
1
722
5
6
4
410
33
9
9
8
8
Vena cava superiore Capillari della testa, del torace e delle braccia
Arteria polmonare
Capillari del polmone sinistro
Vena polmonare
Aorta
Atrio sinistro
Ventricolo sinistroAorta
Capillari della regione addominale e delle gambe
Vena cava inferiore
Ventricolo destro
Atrio destro
Vena polmonare
Capillari del polmone destro
Arteria polmonare
Percorso del sangue attraverso il sistema cardiovascolare:
La struttura dei vasi sanguigni è perfettamente adattata alle loro funzioni
• I capillari hanno pareti molto sottili costituite da un singolo strato di cellule epiteliali.
• Arterie, arteriole, vene e venule hanno pareti più spesse, rivestite da un epitelio e rinforzate da uno strato di tessuto muscolare liscio e da uno di tessuto connettivo.
Figura 18.5
CapillareEpitelio
Membrana basale
Valvola
Epitelio
Tessuto muscolare liscio
Tessuto connettivo
Vena
VenulaArteriola
Arteria
Tessuto connettivo
Tessuto muscolare liscio
Epitelio
Il cuore si contrae e si distende ritmicamente
• Quando il cuore è rilassato, durante una fase chiamata diastole, il sangue fluisce dentro a tutte e quattro le sue cavità.
• L’altra fase del ciclo cardiaco è detta sistole e comincia con una brevissima contrazione degli atri, che riempie i ventricoli di sangue; poi si contraggono i ventricoli, si chiudono le valvole atrioventricolari, si aprono le valvole semilunari e il sangue viene pompato nelle grandi arterie.
Circolo cardiaco:
Figura 18.6
Il cuore è rilassato e le valvole atrioventricolari sono aperte
1 2 Gli atri si contraggono.
Sistole
Diastole
0.4 s
0.1s
0.3 s 3 I ventricoli si contraggono; le valvole semilunari sono aperte
• La quantità di sangue al minuto che il ventricolo sinistro pompa dentro l’aorta è detta gittata cardiaca.
• Le valvole atrioventricolari impediscono al sangue di refluire verso gli atri quando i ventricoli si contraggono, mentre le valvole semilunari si chiudono quando i ventricoli si rilassano durante la diastole, impedendo al sangue di ritornare nei ventricoli.
Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito cardiaco
Una regione specializzata del tessuto muscolare cardiaco detta nodo senoatriale (SA), o pacemaker, mantiene il ritmo regolare di pompaggio del cuore determinando la frequenza con cui esso si contrae.
Figura 18.7
1 2 3 4
Nodo senoatriale (pacemaker) Nodo atrioventricolare
Fibre muscolari specializzate per la trasmissione degli impulsi
ApiceVentricolo destro
Atrio destro
ECG
• Il nodo senoatriale genera impulsi elettrici trasmessi anche a una regione particolare, il nodo atrioventrcicolare (AV).
• I segnali elettrici che insorgono e si propagano nel cuore generano dei cambiamenti elettrici sulla pelle che possono essere rilevati tramite degli elettrodi e registrati come elettrocardiogramma.
• Il ritmo cardiaco è influenzato anche da ormoni e potenziato dall’esercizio fisico.
COLLEGAMENTI Che cos’è un attacco cardiaco?
Se uno o più vasi sanguigni si ostruiscono, le cellule muscolari cardiache muoiono rapidamente, il cuore non è più in grado di pompare sufficiente sangue nel corpo e si verifica un attacco cardiaco, o infarto del miocardio.
AortaVena cava superiore
Arteria polmonare
Arteria coronarica sinistra
Arteria coronarica destra
Occlusione
Tessuto muscolare morto
Figura 18.8A
Tessuto connettivo
Tessuto liscio
Epitelio
LM
16
0
LM
60
Placche
Figura 18.8B
L’aterosclerosi è una patologia cardiovascolare cronica dovuta a formazione di placche (ateromi) che si sviluppano e si accrescono all’interno delle pareti dei vasi, determinando il restringimento del lume delle arterie e facendo scorrere il sangue con maggiore difficoltà.
18.9 Il sangue esercita una pressione sulle pareti dei vasi
• La pressione sanguigna corrisponde alla forza che il sangue esercita sulle pareti dei vasi sanguigni.
• Dipende, in parte, dalla gittata cardiaca e, in parte, dalla resistenza al flusso sanguigno operata dallo stretto lume delle arteriole.
Figura 18.9A
Pre
ssio
ne (
mm
Hg)
120100
80604020
0
Pressione sistolica
Pressione diastolica
Dimensione relative e numero di vasi sanguigni
Vel
ocità
(cm
/sec
)
50
40
30
20
10
0
Aor
ta
Art
erie
Atr
erio
le
Cap
illar
i
Ven
ule
Ven
a ca
va
Ven
e
La pressione e la velocità del sangue sono maggiori nell’aorta e nelle arterie.
Muscolo scheletrico
Direzione del flusso sanguigno nella vena Valvola (aperta)
Valvola (chiusa)
Figura 18.9B
Le grosse vene dei mammiferi sono compresse tra muscoli scheletrici e hanno valvole che consentono al sangue di scorrere solo in direzione del cuore.
Pressione sanguigna 120 sistolica70 diastolica(ancora da misurare)
Manicotto di gomma gonfiata con aria
Arteria
Pressione del manicotto sopra 120
120
Pressione del manicotto sotto i 120
120
Pressione del manicotto sotto i 70
70
I suoni si arrestanoSuoni udibili nello stetoscopio
Arteria chiusa
COLLEGAMENTI18.10 Misurando la pressione sanguigna è possibile
evidenziare i problemi cardiovascolari
Il valore normale della pressione sanguigna di un adulto è 120/70: il primo numero rappresenta la pressione durante la sistole, mentre il secondo quella durante la diastole.
1 2 3 4Figura 18.10
• L’alta pressione sanguigna, o ipertensione, viene definita come pressione sanguigna che raggiunge di norma valori superiori a 140mmHg per la pressione sistolica, e superiori a 90 mmHg per la pressione diastolica.
• L’ipertensione interessa circa un quarto della popolazione adulta e aumenta il rischio di ictus, infarto del miocardio e altre patologie cardiache o renali.
Venula Arteriola
Venula Arteriola
Sfinteri precapillari Metarteriola
Capillari
Metarteriola
Il tessuto muscolare liscio controlla la distribuzione del sangue
La muscolatura liscia delle pareti delle arteriole può contrarsi o rilassarsi, ostacolando oppure favorendo l’ingresso del sangue nel letto capillare.
Figura 18.11
1
2
Sfinteri rilassati
Sfinteri contratti
18.12 Molte sostanze riescono a passare attraverso le pareti dei capillari
TE
M 5
000
Cellula muscolare
Spazio tra due cellule epiteliali della parete capillare
Nucleo di una cellula
epiteliale
Parete capillare
Lume capillare
Liquido interstiziale
Figura 18.12A
• Lo scambio di sostanze tra il sangue e il liquido interstiziale avviene in diversi modi:
– per diffusione ed endocitosi;
– per pressione sanguigna e pressione osmotica.
Cellule tessutali
Pressione osmotica
Estremità capillare
vicina all’arteriola
Liquido interstiziale
Pressione netta verso l’esterno
Pressione netta verso l’interno
Pressione sanguigna
Pressione sanguigna
Pressione osmotica
Estremità capillare
vicina alla venula
Figura 18.12B
• Due forze attive spingono il liquido all’interno e all’esterno del capillare:
– una è la pressione sanguigna che tende a far uscire il liquido fuori dal lume del capillare;
– l’altra è la pressione osmotica che tende ad attirarlo dentro al lume.
Composizione e proprietà del sangue
Il sangue è costituito dal plasma e da elementi cellulari in sospensione che si originano nel midollo osseo
Il sangue è formato da diversi tipi di elementi cellulari, chiamati nel loro insieme elementi figurati, che sono in sospensione in un liquido, detto plasma.
Il plasma è composto per circa il 90% da acqua; tra i numerosi soluti si trovano sali inorganici sotto forma di ioni, proteine, sostanze nutritive, prodotti di scarto, ormoni.
Gli elementi figurati in sospensione nel plasma sono i globuli rossi, i globuli bianchi e le piastrine.
I globuli rossi sono chiamati anche eritrociti e la loro funzione principale è quella di trasportare ossigeno.
I globuli bianchi, o leucociti, hanno la funzione di combattere le infezioni e di impedire la crescita delle cellule cancerose.
La composizione del sangue:
Elementi cellulari (45%)
Tipi di cellule Numero(per mm3 di sangue)
Funzioni
Eritrociti (globuli rossi)
5–6 milioni Trasporto di ossigeno e, in parte, di anidride carbonica
Leucociti (globuli bianchi)
5000–10 000 Difesa e immunità
Basofili
Esosinofili
Linfociti
Monociti
Coagulazione del sangue
250 000–400 000
Piastrine
Neutrofili
Plasma (55%)
Componenti Principali funzioni
Acqua Solvente per diluire le altre sostanze
Ioni inorganici:SodioPotassioCalcioMagnesioCloruroBicarbonato
Equilibrio osmotico, azione tampone, trasmissione di impulsi nervosi
Proteine plasmatiche:Albumina
FibrinogenoImmunoglobuline
Equilibrio osmotico e azione tampone
CoagulazioneImmunità
Sostanze trasportate dal sangue:Sostanze nutritive Prodotti di rifiuto del metabolismoGas respiratori (O2 eCO2)
Ormoni
Sangue centrifugato
Figura 18.13
COLLEGAMENTI La mancanza o l’eccesso di globuli rossi possono essere
dannosi per la salute
Quantità troppo basse di emoglobina o un ridotto numero di
globuli rossi comportano una patologia detta anemia.
Col
oniz
zata
SE
M 3
400
Figura 18.14
• Se i tessuti non ricevono abbastanza ossigeno, i reni secernono un ormone chiamato eritropoietina (EPO), che stimola il midollo osseo a produrre più globuli rossi.
• Alcuni atleti scelgono metodi drastici o illegali per incrementare la capacità di trasporto di O2 nel sangue, al fine di migliorare le proprie prestazioni, iniettandosi EPO sintetica.
La coagulazione blocca la fuoriuscita di sangue dai vasi sanguigni danneggiati
Le piastrine e la proteina plasmatica fibrinogeno sono sempre presenti nel sangue e si attivano per produrre un coagulo nel momento un cui un vaso sanguigno viene leso.
Col
oniz
zata
SE
M 3
400
Figura 18.15B
Epitelio
1 Le piastrine aderiscono al tessuto connettivo, lesionato a causa di una ferita
Tessuto connettivo
PiastrineTappo di piastrine
2 Si forma un aggregato di piastrine 3 Un coagulo di fibrina
intrappola le cellule
Figura 18.15A
Il processo di coagulazione del sangue:
Attraverso l’analisi del sangue si possono diagnosticare molte malattie
L’analisi del sangue è probabilmente l’esame clinico più diffuso e più richiesto dai medici.
L’esame del sangue permette di:
evidenziare carenze ormonali o vitaminiche e squilibri nell’alimentazione;
valutare il rischio di sviluppare malattie cardiovascolari o renali;
avere indicazioni sulla presenza di un’infezione o anche di un tumore non ancora diagnosticati.
COLLEGAMENTI
Le cellule staminali potrebbero essere utilizzate per curare la leucemia e altre malattie delle cellule del sangue
Le cellule staminali si differenziano negli elementi figurati del sangue e possono essere usate per la cura di malattie come, per esempio, la leucemia.
Figura 18.17B
COLLEGAMENTI
Cellule staminali linfoidi
Cellule staminali mieloidi
Eritrociti Basofili
Eosinofili
NeutrofiliMonocitiLinfociti
Piastrine