Date post: | 01-May-2015 |
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principi di emodinamica; regolazione delle resistenze
periferiche
TEACHING THE PRINCIPLES OF HEMODYNAMICS
Francis L. Belloni
Knowledge of hemodynamic principles is crucial to an understanding of
cardiovascular physiology. This topic can be effectively taught by discussing
simple physical principles and basic algebraic equations. A variety of examples
from everyday observations can be used to illustrate the physical principles
underlying the flow of blood though the circulation, thereby giving the student an
experiential feel for the topic in addition to an understanding of theory. Moreover,
opportunities abound for showing how each hemodynamic principle can explain one
or another functional feature of the cardiovascular system or a cardiovascular
pathophysiological state. Thus hemodynamics can be used as an organizational
thread to tie together other aspects of cardiovascular physiology.
AM. J. PHYSIOL. 277 (ADV. PHYSIOL. EDUC. 22): S187–S202, 1999.
EMODINAMICA
DINAMICA DEI FLUIDI (precisazione: fl uidi sono tutti i materiali non solidi, di volume e f orma variabili; liquidi sono i materiali di f orma variabile)
I n un condotto chiuso, la portata (volume per unità di tempo) è costante e la velocità del flusso è inversamente proporzionale all'area di ogni sezione. La portata è direttamente proporzionale alla diff erenza di pressione f ra due punti (pressione idrostatica).
In un condotto, la velocità è inversamente proporzionale alla sezione
3 cm/s
1 cm/s
3 cm/s
Fattori geometrici (in un condotto cilindrico rigido): a parità di pressione, la portata è inversamente proporzionale alla lunghezza del condotto e direttamente proporzionale alla quarta potenza del suo raggio. Caratteristiche del flusso: le leggi sopra enunciate si applicano ad un flusso laminare.
R=1, L=1
R=1.5, L=1
R=1, L=2
Il flusso è inversamente proporzionale alla lunghezza
R=.5, L=1
Il flusso è direttamente proporzionale al raggio alla quarta
E' laminare un flusso costituito da cilindri infinitesimali che scorrono uno sull'altro: quello a contatto con le pareti è praticamente f ermo (velocità = 0); quello centrale ha la massima velocità. I l profi lo delle velocità è parabolico. E' turbolento un f lusso in cui le singole particelle si muovono in tutte le direzioni. La probabilità di passaggio da flusso laminare a turbolento dipende dal numero di Reynolds
Re = D*v*r D = diametro; v = velocità; r = densità del fluido; = viscosità.
Flusso laminare: filetti di corrente paralleli; profilo delle velocità parabolico
Flusso turbolento: filetti di corrente disordinati; nessun profilo delle velocità
Q=(P1-P0)/
/R
Q=(P1-P0)/
/R*kV2
I l numero critico è intorno a 3000. Nel sistema circolatorio il flusso è normalmente laminare, ma può diventare turbolento nelle cavità cardiache, alla radice dell'aorta, alle bif orcazioni dei vasi, in presenza di stenosi, in caso di f orte anemia. I n presenza di un flusso turbolento la portata diventa inversamente proporzionale anche al quadrato della velocità (il flusso turbolento del sangue crea delle vibrazioni udibili con lo stetoscopio - soffi : questo è sf ruttato per la misura della pressione con il metodo di Riva-Rocci).
Fattori fi sici: viscosità. Definizione: caratteristiche dei fluidi newtoniani e caratteristiche reali del sangue. LEGGE DI POISEUILLE
Q =*(Pi-Po)*r4/ 8l
Raccogliendo in un unico f attore, si defi nisce la RESI STENZA
R = 8lr4
I n regime stazionario, (Pi-Po) = pressione arteriosa
media = P; si ricava: 1) Q = P/ R: la gittata cardiaca è il rapporto f ra la
pressione e la resistenza; 2) P = Q*R: la pressione è il prodotto della gittata
cardiaca per la resistenza; in una sezione del circolo (per esempio in un vaso stenotico), la diff erenza (caduta) di pressione è f unzione del flusso e della resistenza.
3) R = P/ Q: la resistenza si calcola come rapporto
f ra pressione e gittata cardiaca.
SOMMA DI RESI STENZE I N PI U' CONDOTTI
Disposizione in serie: Rt = R1 + R2 + R3 +....+ Rn La resistenza totale è uguale alla somma delle
resistenze dei singoli condotti Disposizione in parallelo: 1/ Rt = 1/ R1 + 1/ R2 + 1/ R3 +....+ 1/ Rn I l reciproco della resistenza totale
(conduttanza) è uguale alla somma dei reciproci delle resistenze dei singoli condotti
R1 R2 R3
Resistenze in serie; Rt=R1+R2+R3
Resistenze in parallelo; 1/Rt=1/R1+1/R2+1/R3= (R1+R2+R3)/ R1*R2*R3
R1
R1
R2R2
R3
R3
PRESSIONE ARTERI OSA Poiché le pareti arteriose sono elastiche, il sangue pompato in ogni segmento di arteria ne aumenta il volume, distendendone le pareti; la variazione di volume genera pressione, in f unzione della compliance (dP/ dV). La pressione in ogni istante dipende dalla diff erenza f ra il volume in ingresso e quello in uscita. I l volume in ingresso è dovuto alla sistole ventricolare (gittata sistolica); quello in uscita (verso i capillari) è regolato dalle resistenze perif eriche totali.
EFFETTO WINDKESSEL (mantice)
La compliance arteriosa attenua le variazioni pressorie provocate dalla sistole ventricolare, riducendo il lavoro del cuore, a parità di portata e di pressione media. I l polso pressorio (onda sfi gmica): valori sistolico, diastolico e medio; principali f attori determinanti. Determinazione grafi ca ed empirica della pressione media. Misurazione della pressione arteriosa nell'uomo: il metodo di Riva-Rocci; cateteri intraarteriosi.
Per misurare direttamente la pressione arteriosa bisognerebbe infi lare un tubo in un’arteria e misurare l’altezza raggiunta dalla colonna di sangue (peso specifico simile all’acqua). Misura cruenta eff ettuata per la prima volta in pubblico da Stephen Hales
CERISM 14 giugno 2011
Per poter usare un tubo più corto, si sostituisce l’acqua (sangue) con il mercurio, il cui peso specifi co è = 13,6. Torricelli aveva già introdotto le misure di pressione con il mercurio, per cui abbiamo imparato ad usare mmHg.
1 mmHg = 13,6*0,9 =13,3 cm H2O
I l medico torinese Riva Ricci (diventato f amoso solo per questo) introdusse il metodo della cuffi a intorno ad un arto.
Applicando un
fonendoscopio
sull’arteria radiale al
di sotto della cuffia,
mentre la pressione
nella cuffia viene
abbassata
progressivamente, si
avvertono dei rumori
che sono stati
codificati da
Korotkoff
THE ELECTRICAL STRAIN GAUGE-WHEAT STONE BRIDGE … converts pressure signal to electrical signal
Nei nostri laboratori vedrete usare uno strumento per la misura non invasiva della pressione arteriosa a battito a battito: il portapres. Si tratta di una cuffi etta fi ssata intorno ad un dito e collegata ad un generatore di pressione. Sulla cuffi etta si trovano, in posizione simmetrica, un LED e un f otodiodo: la luce emessa viene assorbita dai tessuti in funzione del loro volume, che si modifi ca continuamente all’arrivo dell’onda sfi gmica. La pressione nella cuffi a mantiene il volume costante e così riproduce f edelmente l’onda sfi gmica stessa.
diastolica diastolica
sistolica
Cost. di tempo = R*C
120
100
80
mm
Hg
diastolica diastolica
sistolica120
100
80
mm
Hg
Press. Pulsatile (differenziale)=
sistolica - diastolica
Pressione media =
diastolica + (sistolica - distolica)/3