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Unità 11 Il sangue e il sistema circolatorio
Obiettivi
▪ Conoscere i diversi tipi di sistema circolatorio che si sono evoluti negli animali
▪ Conoscere la struttura del sistema cardiovascolare umano
▪ Sapere attraverso quali meccanismi vengono distribuiti i gas respiratori nell’organismo
▪ Imparare quali sono i componenti del sangue
Lezione 1
I MECCANISMI DEL TRASPORTO INTERNO
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11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con i tessuti
▪ Per vivere ogni cellula ha bisogno di – Ricevere sostanze nutritive – Scambiare i gas con l’esterno – Eliminare i prodotti di scarto del metabolismo
▪ La maggior parte degli animali ha un corpo troppo grande e complesso perché questi scambi possano avvenire per diffusione semplice
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11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con i tessuti
▪ È necessario un sistema di trasporto interno che permetta alle sostanze di muoversi fra la superficie del corpo e i tessuti al suo interno
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11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con i tessuti
▪ Negli organismi più semplici una cavità gastrovascolare centrale è deputata alla
– Digestione – Distribuzione delle sostanze nutrive nel corpo
▪ Gli animali più complessi hanno bisogno di un vero sistema circolatorio formato da
– Una pompa, il cuore – Un liquido circolante, il sangue – Tubi per il trasporto, i vasi sanguigni
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11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con i tessuti
▪ Il sistema circolatorio aperto – Tipico di artropodi e molluschi – Il sangue scorre in vasi dalle estremità aperte per
raggiungere direttamente le cellule – Le cellule dei tessuti sono a diretto contatto con il
sangue: non c’è differenza fra liquido interstiziale e sangue
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PoriCuore tubulare
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11.1 Il sistema circolatorio facilita gli scambi con i tessuti
▪ Il sistema circolatorio chiuso – Detto anche sistema cardiovascolare – Lo possiedono lombrichi, seppie, polpi e tutti i vertebrati – Il sangue rimane chiuso nei vasi, separato dal liquido
interstiziale – Tre tipi di vasi
– Arterie – Vene – Capillari
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Letti capillari
Arteria (sangue ricco di O2)
Arteriola
Arteria (sangue povero di O2)
CuoreVentricoloAtrio
Vena
Venula
Capillari branchiali
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11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione dei vertebrati
▪ Il sistema circolatorio dei pesci – Il sangue scorre in un unico circuito e il cuore
possiede due cavità separate – Il sangue pompato dal ventricolo raggiunge i capillari nelle branchie – Dalle branchie prosegue fino a raggiungere i capillari negli altri
tessuti – Da capillari nei tessuti torna all’atrio del cuore
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alla luce dell’evoluzione
Capillari branchiali
Cuore:Ventricolo (V)
Atrio (A)
Capillari sistemici
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11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione dei vertebrati
▪ I vertebrati terrestri hanno una circolazione doppia
– Il sangue scorre attraverso due circuiti separati: la circolazione polmonare e la circolazione sistemica
alla luce dell’evoluzione
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11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione dei vertebrati
▪ Circolazione doppia, cuore a tre cavità – Tipica di rettili e anfibi – Il cuore ha due atri e un ventricolo
– L’atrio destro riceve il sangue dai capillari sistemici – Il ventricolo pompa il sangue ai polmoni e, nel
caso di molti anfibi, alla pelle (cicolazione pneumo-cutanea)
– Il sangue ricco di ossigeno torna all’atrio sinistro
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alla luce dell’evoluzione
Capillari polmonari e cutanei
Circolazione pneumo-cutanea
VDestra
Capillari sistemici
A A
SinistraCircolazione
sistemica
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11.2 Il sistema cardiovascolare riflette l’evoluzione dei vertebrati
▪ Il cuore a quattro cavità – Tipica di coccodrilli, uccelli, mammiferi – Il cuore ha due atri e due ventricoli – Circolazione polmonare e circolazione sistemica non si
mischiano – Il lato destro del cuore riceve e pompa solo sangue povero di
ossigeno – Il lato sinistro riceve e pompa solo sangue ricco di ossigeno
– Un sistema circolatorio così efficiente è indispensabile per alimentare l’elevato tasso metabolico di animali endodermi come mammiferi e uccelli
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alla luce dell’evoluzione
Capillari polmonari
Circolazione polmonare
VDestra
Capillari sistemici
A A
SinistraCircolazione
sistemica
V
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Lezione 2
IL SISTEMA CARDIOVASCOLARE UMANO
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11.3 Il sistema cardiovascolare umano comprende una doppia circolazione
▪ Il sistema cardiovascolare umano comprende una doppia circolazione: ▪ La circolazione polmonare assicura l’ossigenazione del
sangue e l’espulsione del CO2 attraverso il polmoni
▪ La circolazione sistemica trasporta i gas respiratori da e verso i vari distretti corporei
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11.3 Il sistema cardiovascolare umano comprende una doppia circolazione
▪ Percorso del sangue nel sistema cardiovascolare umano, circolazione polmonare ▪ Il ventricolo destro pompa il sangue povero di
ossigeno nelle arterie polmonari ▪ Il sangue raggiunge i capillari dei polmoni
▪ Nei polmoni il sangue assorbe O2 e libera CO2
▪ Attraverso le vene polmonari il sangue ricco di ossigeno arriva nell’atrio sinistro del cuore
▪ Dall’atrio sinistro, il sangue ricco di O2 passa al ventricolo sinistro
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11.3 Il sistema cardiovascolare umano comprende una doppia circolazione
▪ Percorso del sangue nel sistema cardiovascolare umano, circolazione sistemica ▪ Il ventricolo sinistro pompa il sangue nella circolazione
sistemica attraverso l’arteria aorta ▪ L’aorta si dirama in diverse arterie che raggiungono i
capillari distribuiti in tutti i tessuti ▪ I capillari convergono in vene di diametro crescente,
quelle provenienti dalla parte superiore si immettono nella vena cava superiore quelle provenienti dalla parte inferiore nella vena cava inferiore
▪ Le due vene convergono nell’atrio destro; da qui il sangue passa nel ventricolo sinistro, il punto di partenza
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Vena cava superiore
Arteria polmonare
Capillari del polmone destro
8
9
2
3
Aorta
4 510
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Vena polmonare
9Atrio destro
Vena cava inferiore
Ventricolo destro
4
8
3
Arteria polmonare
Capillari del polmone sinistro
Aorta
Vena polmonare
Atrio sinistro
Ventricolo sinistro
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Capillari della testa, del torace e delle braccia
Capillari della regione addominale e delle gambe
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11.4 Il cuore si contrae e si rilassa ritmicamente
▪ La struttura del cuore – Tre strati di tessuto
– Epicardio: rivestimento esterno – Miocardio: tessuto muscolare – Endocardio: rivestimento interno
– Gli atri hanno pareti sottili, ricevono il sangue dalle vene e lo pompano nei ventricoli
– I ventricoli hanno pareti più spesse per pompare il sangue nelle arterie
– Atri e ventricoli sono collegati dalle valvole atrioventricolari
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Atrio destro
Ai polmoni
Dai polmoni
Valvola semilunare
Valvola atrioventricolare
Atrio sinistroAi polmoni
Dai polmoni
Valvola semilunare
Valvola atrioventricolare
Ventricolo destro
Ventricolo sinistro
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11.4 Il cuore si contrae e si rilassa ritmicamente
▪ Durante la diastole – Il cuore è completamente rilassato – il sangue fluisce passivamente in tutte e quattro le sue
cavità
▪ Durante la sistole – Gli atri si contraggono velocemente spingendo il sangue
nei ventricoli – Successivamente, i ventricoli si contraggono spingendo il
sangue nella arterie – Durante la seconda fase gli atri cominciano a rilassarsi e
riempirsi nuovamente di sangue
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Le valvole semilunari sono chiuse1 Il cuore
è rilassato
Le valvole atrioventricolari sono aperte
Diastole
0,4 s
2 Gli atri si contraggono
Sistole0,1 s
Le valvole Semilunari sono aperte
3 I ventricoli si contraggono
Le valvole atrioventricolari sono chiuse
0,3 s
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11.4 Il cuore si contrae e si rilassa ritmicamente
▪ Gittata cardiaca – Quantità di sangue pompata al minuto dal ventricolo
sinistro
▪ Frequenza cardiaca – Numero di battiti (contrazioni) al minuto
▪ I suoni cardiaci che si sentono con uno stetoscopio sono causati dalla chiusura delle valvole cardiache
▪ Un suono sibilante che viene descritto come soffio cardiaco può indicare la presenza di un difetto in una o più valvole cardiache
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11.5 Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito cardiaco
▪ Il nodo senoatriale (pacemaker) – Stabilisce il ritmo di contrazione per tutte le cellule del
cuore – Genera impulsi elettrici diretti agli atri
▪ Il nodo atrioventricolare – Trasmette gli impulsi elettrici ai ventricoli – La trasmissione è ritardata di circa un decimo di
secondo per permettere agli atri di svuotarsi completamente prima che avvenga la contrazione dei ventricoli
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Pacemaker (nodo senoatriale) Nodo
atrioventricolare
Atrio destro
1 Il pacemaker segnala all’atrio di contrarsi
2 I segnali si propagano attraverso gli atri
ECG
3 I segnali sono trasmessi all’apice del cuore
4 I segnali si propagano attraverso i ventricoli
Apice del cuore
Fibre muscolari specializzate
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11.5 Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito cardiaco
▪ L’elettrocardiogramma (ECG) – Rileva attraverso la pelle gli impulsi elettrici generati dal
cuore e li registra
▪ In un cuore sano il ritmo cardiaco è regolato in base all’attività del corpo
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11.5 Il nodo senoatriale regola il ritmo del battito cardiaco
▪ Anomalie nel ritmo cardiaco (aritmie) possono verificarsi durante un attacco cardiaco causato da un malfunzionamento del nodo senoatriale
– La funzionalità del nodo senoatriale può essere ristabilita con uno shock elettrico applicato al torace per mezzo di un defibrillatore
– Quando la funzionalità del nodo senoatriale è compromessa irreversibilmente è possibile impiantare un pacemaker artificiale
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Cuore
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Quando il cuore si ammala
▪ L’attacco cardiaco o infarto del miocardio è un danneggiamento dei tessuti del cuore
– Si verifica quando una o più arterie coronariche (che riforniscono i tessuti del cuore di sostanze nutritive e O2) vengono ostruite
▪ L’ictus è un danneggiamento dei tessuti del cervello – La morte dei tessuti cerebrali è causata dall’ostruzione di
una o più arterie che portano il sangue al cervello
COLLEGAMENTO salute
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Occlusione
Tessuto muscolare morto
Arteria coronaria destra
Vena cava superiore
Arteria polmonare
Aorta
Arteria coronaria sinistra
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▪ L’aterosclerosi provoca una graduale ostruzione dei vasi sanguigni
– Sulla parete interna delle arterie si sviluppano depositi di grasso (in particolare colesterolo)
– Il passaggio attravero cui il sangue fluisce lungo i vasi risulta sempre più ristretto
– In queste condizioni, un coagulo di sangue (trombo) ha maggiori probabilità di ostruire del tutto il passaggio causando un infarto o un ictus
COLLEGAMENTO salute
Quando il cuore si ammala
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PlaccaEpitelioTessuto connective
Tessuto muscolare liscio
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▪ Esistono diverse terapie che permettono di affrontare le malattie cardiovascolari
▪ La tendenza a sviluppare malattie cardiovascolari è in parte ereditaria, ma anche lo stile di vita ha un ruolo importante nel loro sviluppo
▪ I maggiori fattori di rischio sono − Fumo − Vita sedentaria − Dieta non equilibrata (ricca di grassi saturi)
COLLEGAMENTO salute
Quando il cuore si ammala
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11.6 La struttura dei vasi sanguigni è adatta alla loro funzione
▪ Funzioni – Trasporto e scambio di gas – Trasporto e scambio di sostanze nutritive/rifiuti – Mantenimento dell’omeostasi – Supporto della difesa immunitaria – Regolazione della temperatura corporea – Trasporto di ormoni
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11.6 La struttura dei vasi sanguigni è adatta alla loro funzione
▪ Struttura – Capillari
– Estesi e ramificati per raggiungere tutti i tessuti – Diametro ridotto per massimizzare la superficie di contatto – Parete sottile e superficie interna liscia
– Arterie, vene e venule – Parete più spessa con uno strato esterno di tessuto
connettivo e uno intermedio di tessuto muscolare liscio – Nelle arterie le pareti sono più spesse e il tessuto muscolare
può contrarsi per regolare il flusso di sangue – Le vene di calibro maggiore sono dotate di valvole che
obbligano il sangue a scorrere in una sola direzione
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Arteria Vena
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Tessuto connettivo
Capillare
Venula
Tessuto muscolare liscio
Arteriola
Arteria Vena
Valvola
Endotelio
Membrana basale
Endotelio
Tessuto muscolare liscio
Endotelio
Tessuto connettivo
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Nuclei di cellule muscolari lisce
Globulo rosso
Capillare
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11.7 La pressione e la velocità del sangue dipendono dalla struttura e dall’organizzazione dei vasi
▪ La pressione sanguigna – È la forza esercitata dal sangue contro la parete dei vasi
sanguigni
▪ Quando si controlla la pressione si ottengono due misure
– Pressione sistolica, o massima, indotta dalla contrazione ventricolare
– Pressione diastolica, o minima, si registra durante la diastole
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11.7 La pressione e la velocità del sangue dipendono dalla struttura e dall’organizzazione dei vasi
▪ La pressione sanguigna dipende da − Gittata cardiaca − Diametro dei vasi (regolato dalla muscolatura liscia)
▪ La velocità di scorrimento del sangue decresce passando da arterie ad arteriole e da arteriole a capillari
▪ Lo stesso avviene per la pressione
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Pressione sistolica
Pressione diastolica
120100
806040200
Dimensioni e numero dei vasi sanguigni
Pres
sion
e (m
mH
g)Ve
loci
tà (c
m/s
)
5040302010
0
Aor
ta
Vene
cav
e
Art
erie
Cap
illar
i
Venu
le
Vene
Art
erio
le
44
11.7 La pressione e la velocità del sangue dipendono dalla struttura e dall’organizzazione dei vasi
▪ Quando arriva alle vene la pressione del sangue è quasi nulla
▪ Come riesce a tornare al cuore – Le vene si trovano in mezzo ai muscoli o tra i muscoli e
la pelle – Quando i muscoli si contraggono nei movimenti, le vene vengono
compresse – Valvole speciali presenti nelle vene impediscono al
sangue di tornare indietro
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Direzione del flusso di sangue nella vena
Valvola (aperta)
Muscolo scheletrico
Valvola (chiusa)
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Sangue sotto pressione
▪ I valori di pressione sanguigna di un adulto sano sono ▪ 120 mmHg (circa) sistolica ▪ 80 mmHg (circa) diastolica
▪ Valori inferiori (salvo casi estremi) sono considerati migliori, valori superiori possono indicare la presenza di un disturbo cardiovascolare
COLLEGAMENTO salute
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Pressione Sanguigna normale: 120 sistolica, 80 diastolica
Pressione all’interno del manicotto sopra i 120
Manicotto di gomma gonfiato con aria
Arteria chiusa
Arteria
1 2
Pressione nel manicotto a 120
Suoni udibili nello stetoscopio
3
80
I suoni si arrestano
4
Pressione nel manicotto a 80
120120
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▪ I rischi associati all’ipertensione – Il cuore deve lavorare con più forza e può indebolirsi – Piccole lacerazioni nelle pareti delle arterie che
favoriscono la formazione di placche aterosclerotiche – Maggiore probabilità che si formino coaguli nel sangue – Infarto – Ictus – Danni ai reni – Danni agli occhi
Sangue sotto pressioneCOLLEGAMENTO salute
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11.8 Il tessuto muscolare liscio controlla la distribuzione del sangue
▪ Il flusso sanguigno in arterie e arteriole – È controllato dalla mucolatura liscia presente nella
parete dei vasi ▪ Il flusso sanguigno nei capillari
– È controllato dagli sfinteri precapillari – In ogni istante attraversa solo il 5-10% circa dei capillari
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Capillari
MetarteriolaSfinteri precapillari
VenulaSfinteri rilassati
Metarteriola
VenulaArteriola2
1
Sfinteri contratti
Arteriola
51
Capillari
Metarteriola
Sfinteri precapillari
Venula
Sfinteri rilassati
Arteriola
1
52
Metarteriola
VenulaArteriola
Sfinteri contratti253
11.9 Il trasferimento di sostanze avviene attraverso la sottile parete dei capillari
▪ I capillari sono dotati di una parete molto sottile
▪ Gas e sostanze nutritive possono essere scambiati attraverso questa parete
– Lo scambio avviene tra il sangue e il fluido interstiziale
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Il trasferimento delle sostanze dai capillari alle cellule e viceversa avviene per diffusione attraverso il liquido interstiziale
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11.9 Il trasferimento di sostanze avviene attraverso la sottile parete dei capillari
▪ Lo scambio di sostanze tra il sangue e il liquido interstiziale avviene in diversi modi
– Per diffusione (per esempio O2 e CO2)
– Tramite vescicole (molecole ingombranti) – Attraverso gli stretti spazi tra le cellule epiteliali (acqua e
piccoli soluti)
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11.9 Il trasferimento di sostanze avviene attraverso la sottile parete dei capillari
Pressione sanguigna e pressione osmotica ▪ La pressione sanguigna tende a spingere il liquido
verso l’esterno dei capillari ▪ La pressione osmotica spinge verso il liquido verso
l’interno ▪ Il liquido tende a fluire verso l’interno o verso
l’esterno in base alla differenza tra la pressione sanguigna e osmotica esistente in quel punto
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Cellule tessutali
Pressione osmotica
Liquido interstiziale
Flusso netto di liquido verso l’interno
Pressione sanguigna
Pressione osmotica Estremità
venosa del capillare
Estremità arteriosa del capillare
Pressione sanguigna
Flusso netto di liquido verso l’esterno
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Lezione 3
STRUTTURA E FUNZIONI DEL SANGUE
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11.10 Il sangue è costituito da cellule immerse nel plasma
Il plasma ▪ È composto per il 90% da acqua ▪ Contiene
– Sali inorganici sotto forma di ioni (elettroliti) – Proteine con diverse funzioni – Sostanze nutritive – Prodotti di rifiuto
– O2 e CO2
– Ormoni
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11.10 Il sangue è costituito da cellule immerse nel plasma
La frazione cellulare ▪ Globuli rossi o eritrociti
– Trasportano O2 legato all’emoglobina
▪ Globuli bianchi o leucociti – Sono un elemento chiave del sistema immunitario – Si trovano sia nel sangue sia nel liquido interstiziale
▪ Piastrine
– Cellule prive di nucleo coinvolte nella coagulazione
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Plasma (55%)
Componenti
Equilibrio osmotico, equilibrio ionico, azione tampone
Solvente per diluire le altre sostanze
Acqua
Ioni (elettroliti del sangue)
Funzioni principali
Sodio Potassio Calcio Magnesio Cloruro Bicarbonato
Proteine plasmatiche
CoagulazioneFibrinogeno
Equilibrio osmotico E azione tampone
Immunità Immunoglobuline (anticorpi)
Sostanze trasportate dal sangueSostanze nutritive (come glucosio, acidi grassi, vitamine)
Elementi cellulari (45%)
Sangue centrifugato
Numero per mm3 di sangue
Tipi di cellule Funzioni
Eritrociti (globuli rossi) 5–6 millioni Trasporto di O2
e di CO2)
Leucociti (globuli bianchi)
Basofili 0-2%Linfociti 20-35%
Immunità
Eosinofili 0-3%
5 000–10 000
150 000– 400 000
Neutrofili 55-65% Monociti 3-7%
Coagulazione del sangue
Piastrine
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Una bilancia in rosso
▪ Anemia
– Carenza di globuli rossi o di emoglobina – Causa un aumento della vulnerabilità alle infezioni e una
continua sensazione di affaticamento, perché le cellule del corpo non ricevono abbastanza ossigeno
– Può essere dOvuta a – Gravi perdite di sangue – Carenza di vitamine o minerali (soprattutto ferro) – Alcune forme di cancro
COLLEGAMENTO salute
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▪ L’ormone eritropoietina (EPO) regola la produzione di globuli rossi
– Meccanismo a feedback negativo
▪ Alcuni atleti si iniettano EPO sintetica per aumentare i globuli rossi e quindi le proprie prestazioni
– I rischi di questa pratica sono molto seri e possono essere letali
– Formazione di coaguli – Ictus – Infarto
Una bilancia in rossoCOLLEGAMENTO salute
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11.11 La coagulazione blocca le emorragie in caso di danno ai vasi sanguigni
▪ Quando un vaso sanguigno viene danneggiato – La prima risposta è il restringimento del vaso per ridurre
la perdita di sangue – Le piastrine rilasciando sostanze chimiche che rendono
adesive altre piastrine nella zona della lesione – Si forma un aggregato di piastrine che blocca la
fuoriuscita di sangue – Le piastrine rilasciano diversi fattori di coagulazione, tra
cui un enzima che converte il fibrinogeno in fibrina – La fibrina forma filamenti che intrappolano le cellule del
sangue e altre piastrine
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Le piastrine aderiscono al tessuto connettivo esposto
1
Epitelio
Tessuto connettivo
Piastrina
Si forma un aggregato di piastrine
2
Aggregato di piastrine
Un coagulo di fibrina intrappola le cellule del sangue
3
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Coagulo di fibrina
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A cosa servono le analisi del sangue
▪ Le analisi del sangue permettono di individuare le sostanze che circolano nel corpo
▪ Rilevando eventuali alterazioni dei parametri normali, il medico può diagnosticare di condizioni patologiche
COLLEGAMENTO salute
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