Biologia per il liceo/Il sistema circolatorio

L’apparato cardiocircolatorio

L’apparato cardiocircolatorio provvede alla circolazione del sangue in tutto l’organismo, per garantire alle cellule il rifornimento di nutrienti e ossigeno e consentire la rimozione dell’anidride carbonica e degli altri prodotti di scarto.

L’apparato cardiocircolatorio consiste in un sistema chiuso di vasi sanguigni che rendono possibile la circolazione del sangue sotto la spinta del cuore. È costituito da due parti principali: il circolo sistemico e il piccolo circolo o circolo polmonare. Entrambe le componenti comprendono arterie, capillari e vene.

Le arterie sono spessi vasi sanguigni fatti di tessuto elastico e fibre muscolari; esse ricevono il sangue dal cuore, organo muscolare cavo che rappresenta il centro dell’apparato, agendo come una pompa per il sangue. Le arterie vanno restringendosi in condotti sempre più piccoli, diventando arteriole attraverso cui il sangue viene canalizzato all’interno di capillari, piccoli dotti dalla parete sottile e fortemente assorbente nei confronti di nutrienti, gas e prodotti di scarto. Questi trascinano il sangue fino alle venule, degli stretti vasi sanguigni che si incontrano a formare le vene che riconducono il sangue verso il cuore.

Nella circolazione sistemica, il sangue che proviene dai polmoni, ricco di ossigeno e di nutrienti, viene pompato dal ventricolo sinistro (una delle quattro camere del cuore umano) all’interno dell’aorta, che lo ripartisce al resto del corpo. Il sangue, dotato di una grande quantità di anidride carbonica e prodotti di scarto viene quindi riversato dalla vena cava all’atrio destro (un’altra delle cavità del cuore).

La circolazione polmonare consiste invece un circuito più piccolo, dal momento che collega il cuore ai polmoni; comincia nel ventricolo destro, dal quale il sangue ricco di anidride carbonica raccolto dall’atrio destro – ad esso collegato tramite la valvola tricuspide – viene spinto nell’arteria polmonare. L’arteria polmonare si biforca quindi in due rami, ognuno dei quali va verso un polmone, terminando nella formazione dei capillari che raccolgono l’ossigeno all’altezza degli alveoli. Il sangue ossigenato viene poi trasportato in vasi di dimensioni sempre più grandi, convergendo nelle vene polmonari, che lo riversano nell’atrio sinistro del cuore, da dove fluirà nel ventricolo sinistro attraverso la valvola mitrale.

Funzioni dell'apparato cardiocircolatorio

L’apparato cardiocircolatorio distribuisce l’ossigeno e i nutrienti a tutti gli organi, ai tessuti e le cellule dell’organismo e allo stesso tempo elimina l’anidride carbonica e le sostanze di scarto.

L’apparato cardiocircolatorio serve anche a veicolare componenti fondamentali del sistema immunitario (i globuli bianchi) e altre molecole aventi altre funzioni nell’organismo (come ad esempio gli ormoni) che, proprio grazia alla fitta rete di cui è composto l’apparato cardiocircolatorio, possono muoversi tra i vari organi e tessuti a seconda delle necessità dell’organismo.

Il cuore

Il cuore è l’organo muscolare cavo, situato in prossimità della parete anteriore del torace, appena dietro lo sterno, da cui dipendono tutte le funzioni dell’apparato cardiovascolare.

Insieme al cervello, è l’organo più importante dell’organismo: il cuore funziona, infatti, con una pompa che provvede ininterrottamente a far circolare il sangue carico di ossigeno in tutti i distretti e tessuti.

È un organo di natura muscolare, impari e cavo.

La sua forma è conica ed il suo asse è diretto in avanti e verso il basso, in questo modo il ventricolo destro viene a trovarsi un po’ più in avanti rispetto a quello sinistro.

In un individuo adulto, le sue dimensioni sono simili a quelle del pugno di un uomo.

Posizione

Il cuore è situato al centro della gabbia toracica, nello spazio tra i due polmoni chiamato mediastino. Nel dettaglio, il cuore situato dietro lo sterno, davanti alla colonna e sopra al diaframma, spostato un po' a sinistra, infatti il polmone sinistro è un po' più piccolo.

Muscolo Involontario.

Il cuore genera la forza necessaria a spingere il sangue nei vasi sanguigni e, per questa sua funzione, utilizza primariamente la muscolatura cardiaca.

La componente muscolare del cuore è striata, con cellule strettamente interconnesse in modo da favorire la contrazione uniforme. Tuttavia, a differenza di tutti gli altri muscoli striati che consentono i movimenti del corpo, è involontario, cioè funziona in modo autonomo, grazie a impulsi elettrici generate da particolari cellule del cuore stesso dette pacemaker.

Struttura della Parete Cardiaca.

Il cuore ha una componente muscolare detta miocardio, rivestita esteriormente da una membrana sierosa, chiamata pericardio, che lo fissa inferiormente al centro frenico del diaframma e lo avvolge in modo simile ad un sacco, isolandolo e proteggendolo dagli organi vicini.

L’endocardio riveste, invece, internamente il miocardio; si tratta di un tessuto sottile e robusto.

Quattro Cavità: due atri e due ventricoli.

Internamente, il cuore è divisibile in due sezioni separate da un setto: la sezione destra e la sezione sinistra.

Ciascuna sezione del cuore comprende due cavità (o camere), una superiore, l’altra inferiore, chiamate, rispettivamente, atri e ventricoli:

• Sezione destra:
  • Atrio destro in alto a destra;
  • Ventricolo destro in basso a destra;
• Sezione sinistra:
  • Atrio sinistro in alto a sinistra;
  • Ventricolo sinistro in basso a sinistra.

Gli atri ricevono il sangue che dai vari distretti del corpo, in un modo continuo, arriva al cuore con le vene, mentre i ventricoli pompano il sangue al di fuori di esso, per inviarlo alle altre zone del corpo con le arterie.

Atrio e ventricolo destro sono separati verticalmente dall’atrio e dal ventricolo sinistro da una lamina di tessuto (setto cardiaco), che dunque divide il cuore a metà.

Atri e corrispondenti ventricoli comunicano attraverso una valvola atrioventricolare: a sinistra c’è la valvola mitrale, a destra la valvola tricuspide. Queste permettono il passaggio del sangue in un’unica direzione e cioè dagli atri ai ventricoli.

Setti cardiaci.

Internamente esistono due setti, chiamati setto interatriale e setto interventricolare, che dividono il cuore in due metà distinte. La loro funzione è quella di impedire qualsiasi tipo di comunicazione tra i due atri e tra i due ventricoli.

Valvole Cardiache.

Come anticipato, il cuore è dotato di valvole, la cui funzione consiste nel mantenere la direzionalità del flusso stabilita dal gradiente pressorio, durante la contrazione ed il rilasciamento delle camere cardiache (ciclo cardiaco).

Le valvole cardiache sono quattro:

• Due valvole atrioventricolari (AV) che, dal punto di vista strutturale, separano atri e ventricoli: valvola mitrale (a sinistra) e valvola tricuspide (a destra);
• Due valvole semilunari (SL) situate tra i ventricoli e le rispettive arterie, cioè aorta ed arteria polmonare: valvola aortica e valvola polmonare.

Le valvole sono costituite da membrane sottili, ma molto resistenti, che si aprono e chiudono ad ogni battito cardiaco in maniera coordinata, consentendo normalmente che il flusso di sangue si muova in una sola direzione attraverso il cuore, prevenendone il reflusso.

Valvole atrioventricolari e valvole semilunari.

• La valvola mitrale (o bicuspidale), localizzata tra atrio e ventricolo sinistro, è costituita da due lembi (o cuspidi) e da un anello valvolare che congiunge le cuspidi al cuore. Filamenti di tessuto connettivo (corde tendinee) connettono i margini liberi dei lembi valvolari al muscolo cardiaco.
• La valvola tricuspide (valvola AV di sinistra) è dotata di tre lembi elastici e mobili. Come per la valvola bicuspide, il corretto funzionamento della valvola tricuspide prevede l’interazione fra anello valvolare, corde tendinee, muscoli papillari e ventricolo sinistro.

La funzione del valvole semilunari è simile a quella delle valvole AV: permettono al sangue di fluire nel senso corretto, prevenendone il movimento inverso (dalle arterie ai ventricoli).

Le valvole possiedono una caratteristica struttura a nido di rondine (i lembi si inseriscono in un anello di tessuto). La valvola aortica e la valvola polmonare hanno tre cuspidi e la loro posizione sfalsata assicura la chiusura del vaso impedendo il reflusso del sangue nel ventricolo.

Queste valvole non sono provviste di corde tendinee.

• La valvola semilunare aortica collega il ventricolo sinistro all’aorta, che porta il sangue ossigenato a tutto l’organismo.
• Le valvole semilunari polmonari si trovano tra ventricolo destro e arterie polmonari, che portano il sangue carico di anidride carbonica polmoni affinché venga ossigenato.

Le valvole semilunari si aprono quando la pressione ventricolare supera quella arteriosa a valle: il sangue può così lasciare i ventricoli ed entrare nelle arterie. Si chiudono, invece, quando i ventricoli si rilasciano e la pressione ventricolare diviene più bassa della pressione arteriosa.

Aorta

Il cuore è collegato ai principali vasi sanguigni del corpo umano:

L’aorta è l’arteria più grande del corpo umano.

Origina dal ventricolo sinistro, prima diretta in alto e in avanti, quindi posteriormente a formare il cosiddetto arco aortico, da cui si diramano le arterie che portano il sangue al cervello e agli arti superiori: le carotidi (testa, collo e viso) e le succlavie (torace, spalle, braccia, cervello).

Funzione del cuore

Il cuore è l’organo centrale dell’apparato cardiocircolatorio. Le sue funzioni sono:

• Portare ai polmoni il sangue povero di ossigeno (di ritorno dagli organi e dai tessuti periferici), affinché questo possa ossigenarsi a livello degli alveoli;
• Distribuire il sangue ossigenato (di ritorno dai polmoni) negli organi e nei tessuti periferici, in modo da garantire a questi il nutrimento.

Il muscolo cardiaco funziona proprio come una pompa aspirante e premente, che riceve il sangue dalla periferia e lo spinge nelle arterie rimettendolo in circolo. Il sangue scorre, infatti, all’interno dell’organismo in due circuiti, detti piccola circolazione e grande circolazione.

Piccola Circolazione.

La piccola circolazione trasporta sangue venoso provenienti da tutto il corpo, pieno di anidride carbonica e di prodotti di rifiuto, dal cuore ai polmoni.

Qui il sangue viene ossigenato e decarbonizzato, per poi essere nuovamente riportato al muscolo cardiaco con la seguente modalità:

1. Il flusso sanguigno che arriva dalla parte superiore del corpo (arti superiori, collo e testa) viene raccolto dalla vena cava superiore, mentre quella proveniente da torace, addome, pelvi e arti inferiori viene convogliato nella vena cava inferiore.
2. Le vene cave indirizzano il sangue nell’atrio destro, da cui viene spinto nel ventricolo destro e, tramite le arterie polmonari, entra nei polmoni per ossigenarsi.
3. Infine, le vene polmonari riportano il sangue ricco di ossigeno al cuore, nell’atrio sinistro.

Grande Circolazione.

La grande circolazione parte dal cuore e trasporta alla periferia il sangue ossigenato, per poi riportare al cuore il sangue venoso carico di anidride carbonica.

Più precisamente:

1. L’atrio sinistro pompa il sangue ossigenato, ricevuto dalle vene polmonari, nel ventricolo sinistro;
2. Il ventricolo sinistro attua dei movimenti ritmici di pompaggio, con cui spinge con gran forza il sangue nell’aorta, la grande arteria da cui originano tutte le arterie della grande circolazione;
3. Dall’aorta, il sangue ossigenato viene immesso nella circolazione generale di tutto l’organismo fino ai capillari arteriosi;
4. Dai capillari arteriosi il sangue passa in quelli venosi e inizia il suo viaggio di ritorno fino alle due vene cave che lo immettono nell’atrio destro del cuore.

Il ciclo cardiaco: sistole e diastole.

Il muscolo cardiaco assicura il flusso del sangue nei due circuiti, grande e piccola circolazione, grazie a fasi rigide e spontanee di contrazione e di distensione. Il ciclo cardiaco dura mediamente 0,8 s ed è composto da una contrazione detta sistole (0,4 s) e da una distensione detta diastole che dura circa altri 0,4 s

• Durante la fase di contrazione, o sistole, in muscolo cardiaco si contrae e attraverso i ventricoli destro e sinistro, pompa il sangue rispettivamente verso i polmoni e verso tutto il resto dell’organismo. La sistole atriale dura 0,1 s (si contraggono prima gli atri per spingere il sangue sotto nei ventricoli). Quella successiva ventricolare dura circa 0,3 s.
• Durante la fase di distensione, o diastole, il muscolo si distende rilassandosi e i ventricoli si riempiono di nuovo del sangue proveniente dagli atri.

In pratica, questo meccanismo coordina migliaia di cellule muscolari situate negli altri e nei ventricoli in modo da contrarsi in modo sincrono. L’attività di pompaggio è avviata e controllata da un sistema di conduzione elettrica dello stimolo.

Stimolo Elettrico del Battito.

In condizioni normali, lo stimolo per la contrazione cardiaca origina in un punto dell’atrio destro, denominato nodo seno-atriale.

Da quest’insieme di cellule specializzate in questo compito, gli stimoli elettrici si diffondono a tutte le regioni cardiache mediante un capillare sistema di conduzione.

La propagazione dell’impulso procede attraverso tappe distinte: il nodo seno-atriale crea lo stimolo che eccita i muscoli atriali provocandone la contrazione.

Tramite cellule conduttrici, l’impulso elettrico va poi verso il basso fino a raggiungere il nodo atrio-ventricolare, posto fra atri e ventricoli. Da qui, si propaga fino a raggiungere il fascio di His, e poi le fibre di Purkinje, dalle quali parte l’impulso di contrazione dei ventricoli. Una volta giunto ai ventricoli e attivata la contrazione del muscolo cardiaco lo stimolo elettrico cessa.

Ad ogni contrazione del cuore corrisponde un battito cardiaco. Per indicare il ritmo di contrazione del cuore si usa l’espressione ritmo sinusale.

Il cuore, quindi, è in grado di generare autonomamente gli stimoli per la sua contrazione. Tuttavia, necessita di particolari controlli esterni (sistema nervoso simpatico e parasimpatico) per variare gli stimoli contrattili, in base alle richieste metaboliche. In caso di attività sportiva o agitazione, per esempio, ai muscoli e agli organi occorre più energia.

Il ruolo del Sistema Nervoso.

Tramite il sistema nervoso autonomo, controllato dal cervello, il lavoro del cuore si adatta così alle esigenze dell’organismo. Il sistema nervoso parasimpatico presiede a stazioni di quiete, digestione, accumulo di energie; l’azione del sistema nervoso simpatico si manifesta, invece, in situazioni di emergenza (paura, attacco, fuga), eccitazione o attività fisica.

Il sangue

Il sangue è un tessuto connettivo liquido e denso e scorre nei vasi sanguigni.

Le funzioni

Il sangue svolge diverse funzioni:

• trasporta l’ossigeno e le sostanze nutritive a tutte le cellule del corpo umano;
• raccoglie dalle cellule le sostanze di scarto e l’anidride carbonica e le trasporta agli organi che le eliminano;
• regola la temperatura corporea;
• aiuta a combattere le infezioni e a rimarginare le ferite.

Composizione

È formato da una parte liquida, il plasma, e da una parte più densa composta da cellule sanguigne: i globuli rossi, i globuli bianchi e le piastrine.

In un individuo adulto scorrono circa 5 litri di sangue.

Plasma

È la parte liquida; è composto soprattutto di acqua e sali minerali.

Globuli rossi

I globuli rossi sono cellule con la forma di un bottone schiacciato al centro, che danno il colore al sangue. Contengono l’emoglobina, una sostanza in grado di trattenere l’ossigeno e di trasportarlo alle cellule.

I globuli rossi vivono tre o quattro mesi. In una goccia di sangue ce ne sono circa 5 milioni. Il loro numero non diminuisce mai perché il corpo ne produce continuamente attraverso il midollo osseo.

Globulo bianco

Globuli bianchi

I globuli bianchi sono cellule con una forma sferica irregolare e sono più grandi dei globuli rossi. Ce ne sono dai 5 000 ai 10 000 in ogni goccia di sangue e hanno il compito di difendere l’organismo dalle infezioni.

Infatti, il loro numero aumenta quando ci ammaliamo. I globuli bianchi vivono poco e sono sostituiti continuamente da altri, prodotti dal midollo osseo e dalla milza, un organo posto vicino allo stomaco.

Piastrine

Piastrine

Le piastrine hanno il compito di coagulare il sangue, cioè di farlo indurire formando una crosta in caso di ferite. In una goccia di sangue ci sono circa 300 000 piastrine. Vivono dai 2 ai 5 giorni e sono prodotte dal midollo osseo.

Patologie

Aterosclerosi

L'aterosclerosi è una condizione patologica caratterizzata da alterazioni della parete delle arterie, che perdono la propria elasticità e tendono a formare placche parietali contenenti materiale amorfo, colesterolo, cellule muscolari lisce, cellule infiammatorie e cellule provenienti dal sangue. Se la placca protrude nel lume vasale può arrivare a ostacolare il flusso ematico al suo interno.

Per prevenire l'aterosclerosi è importante condurre uno stile di vita salutare caratterizzato da un'alimentazione sana, equilibrata e povera di grassi di origine animale e un'attività fisica adeguata. È anche fondamentale non fumare e limitare il consumo di alcolici.

Ischemia coronaria

L’ischemia coronarica, conosciuta anche come cardiopatia ischemica, è una malattia del cuore che colpisce le coronarie, incapaci di apportare sangue ed ossigeno al cuore a causa di un restringimento progressivo. Nei casi più gravi può portare all'infarto, quando il flusso di sangue viene bloccato.

Per una corretta prevenzione della cardiopatia ischemica è necessario intervenire sull’identificazione e la correzione dei fattori di rischio principali come il fumo, la sedentarietà e l’obesità. Inoltre, sono da tenere sotto controllo anche soggetti che soffrono di ipertensione e diabete, ma non solo. Per questo è di fondamentale importanza condurre uno stile di vita sano, svolgere regolarmente attività fisica e sottoporsi a controlli periodici dal cardiologo, soprattutto se si è in presenza di uno o più fattori di rischio.

Ictus

Ictus

L’ictus è un evento neurologico legato a una causa vascolare, che il più delle volte è causata da una placca aterosclerotica localizzata a livello dei vasi che portano il sangue al cervello (in particolare le carotidi).

Si verifica, quando un’arteria cerebrale si chiude improvvisamente, determinando un’ischemia, cioè la brusca interruzione dell’apporto di sangue a una regione dell’encefalo.

Le ischemie cerebrali sono causate sia da depositi di colesterolo che si depositano nei vasi sanguigni, restringendone il lume, sia da coaguli di sangue, che li occludono completamente. L’interruzione di flusso sanguigno che ne consegue provoca la morte delle cellule cerebrali.

La prevenzione si basa sull’adozione di corretti stili di vita per eliminare questi fattori di rischio.

Una dieta ipocalorica e iposodica previene contemporaneamente il sovrappeso, l’ipertensione, il diabete e l’ipercolesterolemia, così come smettere di fumare e di assumere alcol in quantità eccessive o sostanze stupefacenti. In caso di ipertensione conclamata, la terapia suggerita dal medico avrà una grande importanza preventiva, così come nel caso di pazienti con diabete o altre malattie croniche.

Aneurisma aortico

Si definisce aneurisma dell’aorta una dilatazione permanente di natura anomala di un breve tratto dell’aorta. Più precisamente, si definisce aneurisma aortico una qualsiasi dilatazione non fisiologica dell’aorta, che aumenta il diametro vasale  oltre i 3 cm La presenza di un aneurisma dell’aorta rappresenta una minaccia molto seria per la vita del paziente in quanto una sua rottura può causare un’emorragia interna molto spesso fatale.

La prevenzione dell’aneurisma aortico costituisce la strategia migliore per i soggetti a rischio, attraverso l’adozione di uno stile di vita sano che prevede:

• Smettere di fumare e seguire una dieta sana, per ridurre pressione e colesterolo;

• Restare in forma e fare attività fisica, per mantenere i vasi sanguigni sani e puliti;

• Sottoporsi a controlli cardiovascolari e conoscere la propria storia familiare.

Insufficienza cardiaca

L’insufficienza cardiaca o scompenso cardiaco è una condizione per cui il cuore non riesce a pompare sangue in quantità sufficiente da soddisfare le esigenze dell’organismo.

Sintomi dell'insufficienza cardiaca

L’insufficienza cardiaca non si manifesta all’improvviso ma si sviluppa lentamente, spesso nell’arco di anni: scompenso cronico. Il cuore perde gradualmente la sua capacità di pompa e ciò determina il grado di scompenso cardiaco.

Il modo migliore per prevenire lo scompenso cardiaco è prevenire, controllare e trattare tutti quei fattori di rischio e quelle condizioni che possono provocarlo. Questa strategia si rivela inoltre utile per sostenere la terapia dello scompenso cardiaco.

Pertanto, è opportuno:

• non fumare o smettere di fumare ed evitare l’esposizione al fumo passivo

• adottare una sana alimentazione, varia ed equilibrata, ricca di fibre, frutta, verdura, cereali integrali, legumi e pesce, nonché povera di grassi di origine animale, sale e dolciumi

• evitare o limitare il consumo di alcol, ricordandosi che per la salute è meglio astenersi dal bere alcolici, per i quali non esiste un consumo sicuro; se si beve, il limite da non superare è di 2 Unità Alcoliche  al giorno per gli uomini di età compresa tra i 18 e i 65 anni e di 1 per le donne e gli ultrasessantacinquenni, mentre minorenni e donne in gravidanza e allattamento non devono consumare bevande alcoliche

• limitare l’assunzione di caffeina (non più di 1-2 caffè al giorno)

• praticare regolare e adeguata attività fisica, concordandola con il medico

• tenere sotto controllo la pressione arteriosa

• tenere costantemente sotto controllo il peso e ridurlo se si è in sovrappeso o obeso.