Biologia per istituti tecnici/L'apparato circolatorio

Schema generale dell'apparato circolatorio

Struttura generale

L’ apparato circolatorio è costituito dal cuore, dai vasi sanguigni e dal sangue. Il termine apparato cardiovascolare si riferisce solo al cuore e vasi sanguigni. La funzione fondamentale dell’ apparato circolatorio è quella di trasportare sostanze da una parte all’ altra dell’ organismo. Il sangue è il mezzo liquido nel quale viaggiano questi componenti; i vasi sanguigni assicurano la distribuzione appropriata del sangue verso le differenti parti; il cuore è la pompa che consente al sangue di fluire. Vediamo di approfondire qui di seguito le diverse strutture.

Nei mammiferi la circolazione è doppia, ovverosia esiste un circuito polmonare, che porta il sangue da ossigenare ai polmoni, e un circuito a tutto il resto del corpo (circolazione sistemica).

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  La doppia circolazione: sistemica e polmonare
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  Schema dell'apparato circolatorio
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  La doppia circolazione nei mammiferi e uccelli
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  La circolazione semplice nei pesci
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  La circolazione doppia ma incompleta negli anfibi

Sangue

Il sangue è il tessuto liquido che fluisce nei vasi sanguigni e trasporta gas e sostanze nutritive in tutto il corpo. Esso è composto da una componente liquida detta plasma (un insieme complesso di acqua, proteine, sostanze nutritive, ormoni e gas) e una parte corpuscolare (globuli rossi, bianchi e piastrine).

Plasma

Rappresenta il 55% circa del volume del sangue. È un liquido giallastro, composto da acqua, proteine, sostanze nutritive, ormoni e gas. Le proteine svolgono diversi ruoli che includono la coagulazione, la difesa, il trasporto di altri soluti come il ferro, il rame e i lipidi.

Parte corpuscolare

Globuli rossi (eritrociti)

Gli eritrociti, o globuli rossi, hanno due funzioni principali: raccogliere l’ ossigeno a livello polmonare e distribuirlo ai tessuti, e prelevare l’anidride carbonica dai tessuti e liberarsene a livello polmonare. I globuli rossi sono gli elementi corpuscolari più abbondanti del sangue. Sono cellule particolari, di piccole dimensioni (devono passare nei capillari), prive di nucleo e sono riempite di emoglobina, una particolare proteina contenente ferro che trasporta l'ossigeno. Hanno una forma discoidale a "ciambella" (senza il buco). La funzione principale dei globuli rossi è il trasporto dell’ossigeno dai polmoni verso i tessuti e di una parte dell’anidride carbonica dai tessuti ai polmoni. La quantità dei globuli rossi circolanti è molto importante per la salute, perché determina la quantità di ossigeno che il sangue può trasportare, infatti negli sportivi e nelle popolazioni di alta quota sono presenti in quantità maggiori. Sono circa 5 milioni/mm³ e vivono circa 4 mesi.

Il colore rosso del sangue è causato dal ferro contenuto nell'emoglobina, una proteina che serve per il trasporto di gas. È proprio l'atomo di ferro che si lega all'ossigeno (in prossimità degli alveoli polmonari) e lo rilascia in corrispondenza degli altri tessuti.

Globuli bianchi (leucociti)

I leucociti, o globuli bianchi del sangue, sono gli elementi corpuscolari meno numerosi (1/1.000) del sangue, tuttavia noi non possiamo vivere a lungo senza di essi, perché garantiscono una protezione contro microrganismi infettivi ed altri patogeni. Inoltre possiedono nuclei di notevoli dimensioni. Ci sono cinque tipi di leucociti. Essi si distinguono per la loro dimensione relativa e il numero, per la dimensione e la forma dei loro nuclei, e soprattutto per la loro funzione.

Piastrine

Le piastrine non sono cellule ma frammenti di piccole dimensioni di cellule midollari. Le piastrine hanno una complessa struttura interna che è costituita da lisosomi, mitocondri, microtubuli e microfilamenti. Non sono provviste di nucleo. Nonostante le loro ridotte dimensioni, le piastrine hanno una molteplicità di funzioni:

• Aiutano a ridurre la perdita ematica e a coagularla.
• Si attaccano l’una all’altra per costruire tappi piastrinici provvisori che tamponano le piccole lesioni dei vasi sanguigni, cercando di ripararli.
• Distruggono i batteri.

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  SEM_blood_cells.jpg
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  le componenti del sangue
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  sangue centrifugato e non
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  sangue centrifugato
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  macchina plasmaferesi
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  Globulo rosso, piastrine e globulo bianco
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  Sacca di plasma
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  glubulo bianco e globuli rossi
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  molecola dell'emoglobina
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  diversi tipi di globuli bianchi
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  globulo bianco che sta fagocitando il battere dell'antrace
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  piastrine in mezzo a globuli rossi
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  agglomerato di piastrine

Il cuore

Nell’apparato circolatorio il cuore è il “motore” della circolazione: contraendosi e dilatandosi funziona come una pompa e dà al sangue la spinta necessaria per farlo scorrere in tutto il corpo. Vediamo le parti di cui si compone.

Atri e ventricoli

Al suo interno il cuore è diviso verticalmente da una parete (chiamata setto) in due metà che non comunicano tra loro: nella parte destra del cuore (nel disegno si vede a sinistra) scorre il sangue da ossigenare, mentre a sinistra scorre il sangue ossigenato. Perciò nel cuore i due tipi di sangue non si mescolano mai. Ciascuna metà del cuore è poi divisa in un comparto superiore, l’atrio, e in uno inferiore più grande, il ventricolo. Ogni atrio comunica con il ventricolo sottostante tramite la valvola atrio-ventricolare, che a destra è chiamata tricuspide, perché presenta tre lembi di tessuto, e a sinistra bicuspide, perché ne ha solo due. Queste due valvole impediscono il reflusso e fanno sì che il sangue scorra sempre e soltanto dall’atrio al ventricolo, e non viceversa. Dal cuore partono e al cuore arrivano i vasi sanguigni più grandi di tutto il corpo umano. All’atrio destro arrivano le due vene cave, superiore e inferiore, che portano al cuore il sangue ricco di anidride carbonica raccolto nelle cellule. Dall’ atrio destro il sangue passa al ventricolo destro e da qui esce dal cuore attraverso l’ arteria polmonare, che convoglia il sangue ai polmoni, dove sarà ossigenato. Nella metà di sinistra del cuore scorre invece sangue ossigenato. Dai polmoni infatti il sangue ritorna al cuore attraverso le quattro vene polmonari, che portano il sangue all’ atrio sinistro: da qui il sangue ossigenato passa nel ventricolo sinistro, poi tramite l’ arteria aorta esce dal cuore ed è distribuito a tutte le cellule. All’imboccatura dell’ aorta e dell’ arteria polmonare si trovano due valvole (chiamate semilunari) che impediscono al sangue di fluire nei ventricoli. Come tutti i tessuti, anche quelli del cuore hanno bisogno di nutrimento e sono perciò riforniti di sangue ossigenato mediante le arterie chiamate coronarie.

Il ciclo cardiaco

Il cuore è un muscolo striato ma involontario, che si contrae in modo autonomo. Nell’atrio destro c’è infatti un gruppo di cellule che sono capaci di generare ritmicamente un impulso elettrico. Questo impulso, trasmesso a tutte le altre cellule del cuore, dà inizio al ciclo cardiaco che è formato da due fasi:

• La diastole è la fase più lunga, di dilatazione, durante la quale il cuore si riempie di sangue;
• La sistole è la rapida fase di espulsione del sangue: questa è la pulsazione percepita “sentendo il polso”.

La frequenza cardiaca

Il ciclo cardiaco dura in media 0,8 secondi in un adulto. Il numero di cicli in un minuto (tipicamente tra 60 e 80) è la frequenza cardiaca che varia a seconda del sesso, dell’età dello stato emotivo e dell’attività fisica svolta dalla persona.

I battiti del cuore (toni cardiaci) sono causati per lo più dalla chiusura delle valvole cardiache:

• 1° tono: chiusura della valvola tricuspide e mitralica. Indica che il sangue è passato dall'atrio al ventricolo.
• 2° tono (un po' più forte del primo): chiusura delle valvole polmonare e aortica. Indica che il sangue è fuoriuscito dal cuore e queste valvole ne impediscono il reflusso.

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  anatomia del cuore
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  Il sistema di conduzione con evidenziati il Nodo senoatriale (1) e il Nodo atrioventricolare (2)
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  propagazione dell'impulso elettrico
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  animazione del funzionamento del cuore

I vasi sanguigni

Tutte le cellule del nostro corpo ricevono attraverso il sangue l’ossigeno, introdotto nel corpo con la respirazione polmonare. I percorsi seguiti sono due.

• Nella circolazione polmonare il sangue povero di ossigeno è pompato dall’atrio destro al ventricolo destro e, quindi, ai polmoni attraverso le arterie polmonari; qui fa rifornimento di ossigeno, e torna all’atrio sinistro tramite le vene polmonari.

• Nella circolazione sistemica il sangue carico di ossigeno viene pompato dal ventricolo sinistro a tutti i tessuti del corpo attraverso l’arteria aorta, e ritorna poi nell’atrio destro tramite le vene cave.

La struttura a quattro cavità del cuore permette al sangue carico di ossigeno di non mescolarsi mai con quello che ha già ceduto l’ossigeno ai tessuti. I vasi più sottili dove avviene lo scambio di gas, sostante nutritive e di scarto sono detti capillari.

Le arterie

Le arterie sono i vasi sanguigni che portano il sangue ricco di ossigeno dal cuore alla periferia. Hanno pareti spesse e robuste, che contengono fibre muscolari lisce e fibre elastiche: possono così sopportare l’alta pressione con cui il sangue le percorre, e si dilatano e si restringono a ogni battito cardiaco. Man mano che si allontano dal cuore le arterie si riducono di diametro, diventando arteriole. Di solito le arterie si trovano in zone profonde del corpo, dove sono più protette; fanno eccezione le arterie del collo, delle tempie e del polso.

Le vene

Le vene sono i vasi che portano il sangue ricco di anidride carbonica dalla periferia al cuore. Hanno pareti più sottili, perché al loro interno il sangue scorre con minore pressione, e hanno un diametro maggiore, di solito si trovano nelle parti più superficiali del corpo. Le vene ascendenti, che risalgono cioè verso il cuore, hanno sulla parete interna valvole che per la loro forma sono dette "a coda di rondine": si aprono per far passare il sangue e si richiudono subito dopo, per impedirgli di tornare indietro. Anche le vene allontanandosi dal cuore diminuiscono di diametro e diventano venule.

I capillari

Controllo del flusso sanguigno nei capillari attraverso gli sfinteri precapillari

I capillari arteriosi sono le ultime diramazioni delle arterie, mentre i capillari venosi sono le prime diramazioni delle vene. I due tipi di capillari sono a contatto tra loro e il sangue può passare dagli uni agli altri: così la circolazione venosa comunica con quella arteriosa. I vasi sanguigni sono piccolissimi. I capillari hanno pareti formate da un singolo strato di cellule, il che facilita lo scambio di gas e di sostanze nutritive tra il sangue e le cellule del corpo. Il flusso di sangue nei capillari è controllato da sfinteri precapillari, poiché essi non hanno tessuto muscolare.

Esercizi

Nella pagina Esercizi sull'apparato circolatorio si possono svolgere on-line alcuni esercizi.

Per visualizzare il corpo umano in 3D (gratuitamente): human.biodigital (richiede solo l'iscrizione al sito, per il resto è gratuito per uso personale.