Organismi sotto pressione

Pressione dall’interno

Nel paragrafo precedente abbiamo visto uno stratagemma evolutivo che permette ai pesci di muoversi liberamente in un ambiente in cui le variazioni di pressione sono particolarmente marcate al variare della quota.
Vediamo adesso come si sono attrezzati gli organismi viventi per contrastare altri effetti di pressione, questa volta generati dall’interno grazie al lavoro di una pompa che agisce attivamente sul fluido. Stiamo parlando ovviamente del cuore e della circolazione sanguigna.
In un precedente articolo abbiamo illustrato brevemente il funzionamento dell’organo cardiaco, spiegano come la contrazione muscolare porti il sangue a fluire nella rete sanguigna.
Dal punto di vista del cuore, le innumerevoli diramazioni delle arterie che si diffondono nell’organismo sempre più piccole, fino al livello dei capillari, non sono altro che una fonte di resistenza idraulica.
Le pareti dei vasi sanguigni frenano il sangue per attrito e la loro elasticità genera una compressione sul fluido. La forza muscolare che il cuore applica al sangue si traduce in una pressione sanguigna che il medico può misurare per analizzare il nostro stato di salute.
In ambito medico, la misurazione della pressione sanguigna è rimasta affezionata all’unità di misura più tradizionale: il mmHg (millimetro di mercurio) di torricelliana memoria.
Ancora oggi, anche se sempre più rari, sono in uso dei manometri a mercurio per misurare la pressione sanguigna, come quelli visualizzati qui a fianco.
Negli esseri umani i valori di pressione associati alla contrazione sistolica e diastolica valgono convenzionalmente 120 e 80mmHg rispettivamente, per soggetti in buona salute. Questo significa che ad ogni ciclo di pompaggio, in tutto il nostro organismo vi è una massa fluida che spinge dall’interno verso l’esterno con una pressione che raggiunge i 120mmHg .
A questa pressione pulsante si aggiunge anche qui la pressione idrostatica, crescente dall’alto verso il basso, che fa sì che il sangue ai nostri piedi si trovi ad una pressione maggiore di quello alla nostra testa.
Il primo adattamento che gli organismi terrestri hanno sviluppato è quindi quello di avere un tessuto connettivo in grado di sopportare gli impulsi di pressione e gradualmente più robusto nelle zone più basse del corpo dove la pressione è maggiore.
Ma, per il tessuto connettivo, sopportare qualche sbalzo di pressione non è realmente un problema, essendo idoneo a gestire le sollecitazioni dovute alla generica interazione con l’ambiente esterno. Quello che veramente ha bisogno di essere protetto è il tronco encefalico.

L’irrorazione del sistema nervoso centrale da parte del sangue è una faccenda delicata in quanto un apporto disomogeneo, o peggio ancora una mancanza, di ossigenazione possono causare danni gravi e irreparabili.
Per ovviare a inconvenienti di questo genere, negli organismi di superficie, esiste una struttura detta Poligono di Willis.
Il Poligono di Willis è una struttura formata dalla congiunzione di più vasi sanguigni fino a formare una sorta di anello, impropriamente chiamato “poligono”.
Esso si trova alla base della scatola cranica e ha la funzione di bilanciare l’apporto di sangue che arriva al cervello attraverso le varie arterie che percorrono il collo verso l’alto.
Grazie al Poligono di Willis un ridotto afflusso da una delle arterie non porta al danneggiamento di una parte del cervello perchè la portata si ridistribuisce sugli altri rami del poligono.

Nelle figure sopra vediamo i vasi che compongono il poligono e dove questo è situato nella testa.
Il Poligono di Willis non è l’unica struttura che gli animali hanno sviluppato per prendersi cura del proprio sistema nervoso.

Esistono anche le cosiddette reti mirabili encefaliche.
In generale una “rete mirabile” è una ramificazione di capillari in cui si suddivide una o un gruppo di arterie. Questi capillari possono ricollegarsi fra loro e dividersi nuovamente per confluire infine in un altro tronco arterioso generalmente di sezione maggiore di quello di origine (ragion per cui prende l’appellativo “mirabile” che in latino significa “strano”).
Esistono reti mirabili arteriose e venose e sono strutture che in natura si trovano spesso quando sia necessario creare uno scambio di calore o ioni fra ambienti diversi.
Per esempio, anche lo scambio gassoso fra sangue e vescica natatoria, di cui abbiam parlato, viene realizzato grazie ad una rete mirabile.
Nel caso delle reti mirabili encefaliche, la funzione principale è quella di attutire le onde di pressione che raggiungono il cervello.
Studi di anatomia comparata hanno evidenziato come non tutti i mammiferi abbiano delle reti mirabili, ma solo quelli che hanno la necessità di tenere per lunghi periodi il capo ad un livello più basso di quello del cuore (ruminanti), o passano lunghi periodi in attività che provocano innalzamento di pressione come il nuoto prolungato (cetacei) o la corsa veloce e prolungata (ruminanti e felini in genere).

Un’eccezione interessante è la giraffa la quale, pur non appartenendo ad una delle categorie di cui sopra, presenta comunque delle reti mirabili.
Il motivo è da ricondurre alla particolare costituzione del suo fisico.
Vediamolo con l’ausilio di qualche dato numerico.

Una giraffa adulta può raggiungere dai 4,5 ai 5 metri di altezza e il suo cuore si trova circa a metà strada fra i piedi e il capo. Cioè la distanza fra il cuore e il cervello può variare fra i due e i tre metri, contro i circa 30 centimetri degli esseri umani.
Il cuore della giraffa deve quindi poter imprimere al sangue una spinta contro la forza di gravità che è stato calcolato essere confrontabile con quella cui sono sottoposti i piloti di aerei militari.
Sono state fatte delle misurazioni sulla pressione sanguigna delle giraffe in vari momenti dell’attività quotidiana è si è visto che, anche nelle situazioni di massimo relax, la pressione sanguigna non scende sotto i 200/100 per arrivare a 260/160 durante la corsa.
Appare chiaro come la presenza di reti mirabili in prossimità del poligono di Willis in questi animali sia indispensabile ad attutire le onde di pressione che arriverebbero altrimenti al cervello.
La muscolatura liscia di questi vasi sanguigni è regolata dal sistema nervoso autonomo e si occupa di mantenere la pressione nel cranio a livelli accettabili. La risalita contro la forza di gravità, la perdita di carico nei vasi sanguigni, il Poligono di Willis e le reti mirabili encefaliche contribuiscono tutti a far si che, anche nella giraffa, la pressione finale percepita dal cervello sia di circa 120/75, simile a quella della maggior parte dei mammiferi.

Un ultimo problema di adattamento del sistema circolatorio delle giraffe è quello relativo all’abbeveramento, momento in cui il cervello deve compiere un salto di quota che lo porta dagli oltre 2 metri sopra il cuore ai circa 2 metri sotto di esso. La differenza di pressione idrostatica nelle due condizioni è notevolissimo, circa 0,6atm.
In questo caso le valvole nelle vene del collo impediscono il riflusso del sangue verso il cervello mentre l’animale adotta una postura, come visibile in foto, adatta a minimizzare la differenza di quota fra cuore e cervello.
I barocettori nelle arterie del collo avvertono la differenza di pressione dovuta allo spostamento del capo verso il basso e provocano un riflesso che genera una dilatazione dei vasi arteriosi periferici.
Questo diminuisce le perdite di carico e favorisce l’afflusso verso gli arti facendo in modo che quello verso il capo rimanga costante. Contemporaneamente il cuore spinge con minore forza per attutire le onde di pressione. C’è da dire che questo tipo di risposta è comune a tutti gli animali dal collo lungo i quali, anche se non in misura estrema come per le giraffe, possono risentire di questi sbalzi di pressione.
Ovviamente questo riflesso è transitorio ma sufficiente all’animale ad abbeverarsi senza svenire per lo sbalzo di pressione e funziona in senso opposto quando la testa ritorna alla sua posizione normale.