Fisiologia del sistema circolatorio

Omeostasi

Le condizioni nell'ambiente esterno di un organismo possono cambiare rapidamente e drasticamente. Per sopravvivere, gli organismi devono mantenere un ambiente interno abbastanza costante, che comporta una regolazione continua della temperatura, del pH e di altri fattori. Questo stato di equilibrio è noto come omeostasi, che descrive i processi attraverso i quali gli organismi mantengono le loro condizioni interne ottimali. Per mantenere l'omeostasi, gli organismi hanno sviluppato strutture con funzioni distinte. La fisiologia è lo studio delle normali funzioni e dei meccanismi dei diversi sistemi del corpo. Ad esempio, se l'ambiente esterno diventa più caldo della temperatura interna ideale, l'organismo attiverà processi fisiologici che impediranno al corpo di riscaldarsi alla temperatura esterna. Gli esseri umani e molti altri animali raggiungono l'omeostasi attraverso processi fisiologici distinti in cellule specializzate.

Sistemi di organi nell'uomo

Uno o più tipi di cellule con funzioni di supporto formano tessuti, che a loro volta costituiscono organi con funzioni corporee specializzate. I sistemi di organi sono costituiti da due o più organi che lavorano insieme per fornire una funzione comune. Il sistema fisiologico dei vertebrati comprende 11 principali sistemi di organi. Sebbene tutti i sistemi di organi siano interconnessi, funzionano in qualche modo indipendentemente l'uno dall'altro.

Il corpo è coperto dal sistema tegumentario, che consiste di pelle, capelli, unghie, recettori sensoriali e varie ghiandole. Oltre a proteggere le strutture interne, gli organi tegumentari percepiscono molte caratteristiche dell'ambiente esterno e aiutano a regolare la temperatura corporea. Internamente, gli organi sono protetti e supportati dal sistema scheletrico, che comprende ossa, cartilagine, tendini e legamenti. L'apparato scheletrico fornisce anche l'attacco per i muscoli che compongono il sistema muscolare. I muscoli possono muovere il corpo muovendo lo scheletro o contrarsi per spostare le sostanze attraverso gli organi cavi. Il sistema nervoso è costituito dal cervello, dal midollo spinale e dai nervi periferici. Interpreta gli stimoli sensoriali e dirige il comportamento dell'organismo per controllare i processi fisiologici insieme ad altri sistemi. Il sistema endocrino è costituito da ghiandole e organi che secernono ormoni, tra cui l'ipofisi, la tiroide, il pancreas, le ovaie e i testicoli. Regola la crescita, il metabolismo e la riproduzione insieme ad altri sistemi. Il sistema respiratorio controlla lo scambio di gas per fornire ossigeno al corpo mentre rimuove l'anidride carbonica nei polmoni dopo il passaggio dell'aria attraverso la cavità nasale, la faringe, la laringe, la trachea e i bronchi. L'apparato digerente elabora e scompone il cibo che viene assunto attraverso la cavità orale e l'esofago, e poi spostato attraverso lo stomaco, l'intestino tenue e crasso prima dell'escrezione attraverso il retto e l'ano. I nutrienti vengono assorbiti nell'intestino tenue e crasso e quindi elaborati dal fegato. Il sistema urinario concentra ed elimina le scorie azotate attraverso i reni, la vescica e l'uretra. Inoltre, libera il corpo dall'acqua in eccesso. Il sistema cardiovascolare o circolatorio è costituito dal cuore, dai vasi sanguigni e dal sangue e fornisce ossigeno e sostanze nutritive ai tessuti, rimuovendo l'anidride carbonica e i prodotti di scarto in tutto il corpo. Il sistema linfatico mantiene la risposta immunitaria del corpo attraverso i globuli bianchi o i linfociti (alloggiati nel midollo osseo rosso), il timo, i vasi linfatici, il dotto toracico, la milza e i linfonodi. Infine, il sistema riproduttivo innesca le cellule riproduttive degli organismi. Nei maschi, i testicoli e il pene costituiscono il sistema riproduttivo, mentre nelle femmine l'utero, le ovaie e la vagina costituiscono il sistema riproduttivo.

Fisiologia del sistema circolatorio

La fisiologia degli organismi unicellulari e degli animali multicellulari basali, come le spugne, è spesso semplice. Ad esempio, le piccole dimensioni e l'ampio rapporto superficie/volume dei microrganismi consentono loro di ottenere la regolazione per diffusione attraverso la membrana cellulare. Allo stesso modo, l'acqua di mare circola attraverso i pori delle spugne, trasportando sostanze nutritive e prodotti di scarto da e verso le sue cellule. Gli animali più complessi hanno sviluppato sistemi circolatori per spostare il sangue in tutto il corpo per trasportare nutrienti, prodotti di scarto, ormoni e altre molecole, mentre i sistemi respiratori consentono lo scambio di gas tra il sistema circolatorio e l'ambiente esterno.

Il sistema circolatorio negli animali può essere aperto o chiuso. I sistemi circolatori aperti sono tipicamente presenti in molti invertebrati e sono costituiti da uno o più cuori semplici, una rete di vasi e spazi interconnessi che immergono direttamente gli organi interni in un fluido che consente lo scambio di materiali. I vertebrati hanno sistemi circolatori chiusi, in cui il sangue è confinato all'interno di un sistema di vasi chiusi che si ramifica ampiamente nei tessuti per garantire lo scambio di materiale. Questo sistema di vasi chiusi è collegato a un cuore con vene che trasportano il sangue dai tessuti verso il cuore e le arterie che trasportano il sangue dal cuore al resto del corpo. I cuori a quattro camere, come negli esseri umani, sono associati a due anelli di vasi. Negli esseri umani, il sangue impoverito di ossigeno proveniente dagli organi entra nel cuore attraverso l'atrio destro, che si contrae per spingere il sangue verso il ventricolo destro, che a sua volta invia il sangue ai polmoni. A seguito dello scambio di gas nei polmoni, il sangue ricco di ossigeno ritorna nell'atrio sinistro e viene successivamente spinto nel ventricolo sinistro. Quest'ultima camera è più muscolosa delle altre e con una forte contrazione, è in grado di pompare il sangue al resto del corpo.

I sistemi circolatori chiusi consentono una rapida circolazione del sangue, che a sua volta consente un trasporto rapido ed efficiente delle sostanze in tutto il corpo, nonché una pressione sanguigna più elevata rispetto ai sistemi aperti. La pressione sanguigna è generata dalla contrazione dei ventricoli cardiaci quando il sangue viene forzato nelle arterie. Man mano che i ventricoli del cuore si rilassano, la pressione sanguigna diminuisce.

Pressione sanguigna

Nell'uomo, il funzionamento del sistema circolatorio può essere valutato misurando la pressione sanguigna e la frequenza cardiaca corrispondente in un individuo. La pressione sanguigna è misurata in millimetri di mercurio (mmHg), che è l'altezza in millimetri a cui il mercurio in una colonna viene sollevato a causa della pressione esercitata su di esso. La frequenza cardiaca viene misurata in battiti al minuto. A causa dei movimenti di contrazione e rilassamento del cuore, le letture della pressione sanguigna sono costituite da due numeri: sistolica e diastolica. La pressione sistolica viene misurata durante le contrazioni dei ventricoli e la pressione diastolica è la pressione minima nelle arterie durante il riposo tra le contrazioni. Generalmente, le pressioni sistoliche di 90-120 mmHg e le pressioni diastoliche di 60-80 mmHg sono considerate sane. Quando si tratta di frequenza cardiaca, 60-100 battiti al minuto sono considerati salutari per gli adulti. Gli atleti hanno generalmente una frequenza cardiaca più bassa poiché gli esercizi cardiovascolari aumentano la frequenza cardiaca e condizionano il cuore a pompare in modo più efficiente, il che alla fine riduce la frequenza cardiaca a riposo¹.

Livelli elevati di pressione sanguigna per periodi prolungati o ipertensione possono danneggiare i vasi sanguigni ed è stato collegato a infarto e ictus². I ricercatori hanno scoperto che gli effetti cardiovascolari della pressione sistolica e diastolica sono diversi, in modo tale che i tassi di eventi cardiovascolari sono fortemente associati alla pressione sistolica. Pertanto, il numero di pazienti con ipertensione sistolica che soffrono di eventi cardiovascolari è superiore al numero di pazienti con ipertensione diastolica³. Fattori genetici, così come lo stile di vita e i fattori ambientali, possono causare ipertensione e malattie cardiovascolari. Ad esempio, il consumo di elevate quantità di sale provoca la ritenzione di acqua in eccesso nel corpo, aumentando la pressione sanguigna e affaticando i vasi sanguigni. Qualsiasi insulto ai vasi sanguigni li rende inclini a lesioni, il che fornisce superfici per l'accumulo di placca, irrigidendo infine i vasi sanguigni e riducendo l'efficienza del flusso sanguigno.

Misurazioni della pressione sanguigna

Gli sfigmomanometri sono utilizzati per misurare la pressione sanguigna. Sono composti da un bracciale gonfiabile collegato a una pompa (manuale o automatica) e da un manometro. Il modo più efficiente per utilizzare uno sfigmomanometro è sull'arteria brachiale sulla parte superiore del braccio, che è a livello del cuore. Gli sfigmomanometri vengono utilizzati in combinazione con uno stetoscopio, che è un dispositivo medico acustico utilizzato per ascoltare i suoni interni tramite un disco metallico o un risonatore. Lo stetoscopio viene tenuto appena sotto lo sfigmomanometro, appena sopra l'interno del gomito dell'individuo per misurare i suoni della pressione sanguigna sistolica e diastolica. Il bracciale è gonfiato a 200 mmHg interrompendo il flusso sanguigno pizzicando i vasi sanguigni ed è una quantità sicura di pressione da applicare al braccio. Quando il bracciale si sgonfia, i vasi sanguigni iniziano ad aprirsi e il sangue può fluire di nuovo. La pressione arteriosa sistolica è indicata dal primo rumore udito e la pressione diastolica è determinata dall'ultimo rumore udito. Questi rumori sono chiamati suoni di Korotkoff, che sono il suono del sangue che viene spinto con forza attraverso i vasi dal cuore⁴.

Apparato respiratorio

Il sistema circolatorio lavora a stretto contatto con il sistema respiratorio per fornire ossigeno ai tessuti rimuovendo l'anidride carbonica. Diversi organismi hanno sviluppato strutture respiratorie distinte per lo scambio di gas. Ad esempio, molti animali acquatici scambiano gas attraverso le branchie. I movimenti branchiali sono facilmente osservabili e possono essere utilizzati per calcolare il tasso di respirazione degli organismi acquatici contando il numero di volte in cui l'organismo muove la copertura branchiale o l'opercolo. La frequenza respiratoria può cambiare con la temperatura perché le molecole di ossigeno vengono trasportate a velocità diverse a seconda di quanto sia caldo o freddo un ambiente. In un ambiente acquatico, la quantità di ossigeno disciolto disponibile nell'acqua diminuisce con l'aumentare della temperatura. La diminuzione dell'ossigeno ha effetti sulla frequenza respiratoria degli organismi acquatici, data la loro capacità di diffondere l'ossigeno in tutto il corpo. D'altra parte, gli animali terrestri hanno strutture respiratorie interne, come i polmoni. Negli esseri umani, la respirazione comporta l'inalazione contraendo il diaframma per aspirare l'aria. Quando il diaframma si rilassa, l'aria viene rilasciata passivamente dai polmoni.

Il fumo è la principale causa di cancro ai polmoni, responsabile dell'80-90% dei decessi per cancro ai polmoni. Ogni anno, più di 120.000 americani muoiono di cancro ai polmoni associato al fumo e rappresentano una grande percentuale di decessi prevenibili⁵. Nel complesso, lo stile di vita contribuisce alla salute del sistema circolatorio e respiratorio e una quantità significativa di decessi può essere prevenuta modificando lo stile di vita.

Referenze

1. Wilson, MG, Ellison, GM e Cable, NT. La scienza di base dietro i benefici cardiovascolari dell'esercizio. Br J Sport Med . 2016, 50(93-99).
2. Psaty, BM, et al. Associazione tra livello di pressione arteriosa e rischio di infarto del miocardio, ictus e mortalità totale: lo studio sulla salute cardiovascolare. Interno Arch Med. 2001 , Vol. 161, 9 (1183-92).
3. Kannel, WB. Pressione arteriosa sistolica elevata come fattore di rischio cardiovascolare. Am. J. Cardiol. 2000, vol. 85, 2 (251-5).
4. Perloff, D, et al. Determinazione della pressione arteriosa umana mediante sfigmomanometria. circolazione. 1993, vol. 88, 5 (2460-70).
5. Dipartimento della Salute e dei Servizi Umani degli Stati Uniti. . Le conseguenze del fumo sulla salute: un rapporto del chirurgo generale. 2004.