Sotto pressione, nel vero senso della parola!

Fig. 1

Il cuore è una pompa che, con le sue contrazioni, invia il sangue a tutti gli organi e tessuti del corpo.

La pressione arteriosa è la pressione esercitata dal cuore per far circolare il sangue ossigenato nel corpo.  Sebbene l’unità di misura della pressione sia nel SI il pascal (Pa) in campo medico si usano i millimetri di mercurio (mmHg).

Fig. 2

Da dove arrivano i mmHg?

I millimetri di mercurio, indicati con il simbolo mmHg e detti anche torr, sono un’unità di misura della pressione non appartenente al SI.

Tale unità fu introdotta da Evangelista Torricelli che misurò per primo il valore della pressione atmosferica, utilizzando un precursore del barometro, ovvero un tubo di diametro interno di circa 1 cm, che pescava in un recipiente contenente mercurio.

Per comprendere la definizione di mmHg occorre una rapida descrizione dell’esperimento di Torricelli, svolto nel 1644: egli versò del mercurio liquido in una bacinella con del mercurio, riempì due tubi e, tenendoli chiusi, li inserì capovolti nella bacinella. Poi aprì i due tubi e vide che il mercurio scendeva, senza svuotare completamente i tubi.

Torricelli osservò che il livello di mercurio si stabilizzava in entrambi ad un’altezza di circa 76 cm e nella parte alta dei due tubi barometrici c’era il vuoto.

Ecco un brevissimo video: L’esperimento di Torricelli, 1644  una simulazione ad opera del Dipartimento di Fisica dell’Università degli Studi di Padova.

Il significato dell’esperimento è aver scoperto che il valore della pressione atmosferica, agente sulla superficie libera del mercurio contenuto nella vaschetta, è bilanciata dalla pressione di una colonna di mercurio di altezza 760 mm.

Ecco spiegata l’origine di questa unità di misura al di fuori del SI.

Per concludere Torricelli determinò il valore della pressione atmosferica (in condizioni standard: livello del mare e temperatura di 0 °C) che è di

760 mmHg = 1 atm = 1,013 ×10⁵ Pa       e

1 mmHg = 1 atm/760 ≅133 Pa

Dottore, come va la mia pressione?

Chiudiamo la digressione storica e torniamo al concetto di pressione arteriosa, esercitata dal sangue sulle pareti del sistema cardiocircolatorio. Essa dipende dalla forza con cui il cuore pompa il sangue per farlo fluire lungo i vasi sanguigni. Il suo valore dipende sia dalla quantità di sangue che viene pompato dal muscolo cardiaco, sia dalla resistenza opposta al flusso sanguigno.

La pressione arteriosa sale e scende in base alle contrazioni del cuore ed è caratterizzata da due numeri: il primo è la pressione sistolica, il secondo quella diastolica.

Si definisce massima la pressione arteriosa sistolica che si misura al momento in cui il cuore si contrae e pompa il sangue nelle arterie, mentre si dice minima la pressione arteriosa diastolica, misurata tra due contrazioni, quando il cuore si rilassa e si riempie di sangue.

Sono molteplici i fattori in grado di incidere sulle variazioni dei valori di pressione: lo stato psicofisico e la salute generale dell’individuo, il sesso, il peso corporeo, l’età poiché invecchiando le pareti delle arterie perdono elasticità e oppongono una maggiore resistenza allo scorrere del sangue.

Il valore della pressione varia anche nel corso della giornata; aumenta con lo sforzo fisico, dipende dalle emozioni, dal freddo o dal dolore e tende a diminuire con il riposo e il sonno. Inoltre possono esserci anche diversità di valore dipendenti dallo strumento di misurazione utilizzato e per questo è sempre meglio controllare la pressione con misuratori professionali.

In età adulta sono considerati valori normali di pressione arteriosa quelli per cui la minima è 75-80 mmHg e la massima 115-120 mmHg.

É vero che ci sono diversità di pressione tra le varie parti del corpo: come mai?

Il sangue è un fluido e come tutti i fluidi il suo comportamento è descritto da leggi ben note; la legge di Stevin afferma che la pressione alla base di una colonna di liquido dipende esclusivamente dalla densità e dall’altezza della colonna del liquido stesso.

In una persona in posizione eretta i piedi si trovano a circa 1,35 m sotto il livello del cuore. Sapendo che la densità del sangue è ρ_S = 1,060 × 10³ kg/m³, valore poco superiore a quello dell’acqua, è possibile determinare la differenza di pressione tra il sangue dell’arteria del piede e quello a livello del cuore.

E tra testa e piedi?

Se la persona è in posizione eretta stimiamo una distanza tra capo e piedi di circa 1,70 m; ripetendo il calcolo precedente  si ottiene

Cosa accade se la persona è sdraiata? In questo caso non c’è differenza di altezza tra cuore e piedi e ∆p è uguale a zero: il sangue preme nello stesso modo sull’arteria del piede e su quella a livello del cuore.

Curiosità del Cretaceo! 90 milioni di anni fa…

L’argentinosauro (Argentinosaurus huinculensis) è un genere di dinosauri sauropodi scoperto in Argentina da Guillermo Heredia. Le sue dimensioni notevoli ne farebbero, secondo alcuni studiosi, il più grande dinosauro mai rinvenuto.

Poniamo che la testa fosse ad un’altezza di 21 m e il cuore a quota 9,0 m e facciamoci due domande.

Quale pressione relativa era richiesta nel suo sangue a livello del cuore per avere una pressione al cervello di 80 mmHg, il valore minimo per la sua irrorazione?

Quale pressione arteriosa a livello delle zampe?

Fig. 3

Cosa si intende per pressione relativa

Per risolvere i quesiti dobbiamo definire la pressione relativa.

Noi viviamo sul fondo di un “mare d’aria”, a livello del mare la pressione è

un valore variabile a seconda delle condizioni atmosferiche entro il 4-5%.

Gli organismi viventi non sono schiacciati dalla pressione atmosferica perché i fluidi che li costituiscono si trovano all’incirca alla stessa pressione.

Se immaginiamo di immergerci al fondo di una piscina la pressione in quel punto dipenderà sia dalla pressione atmosferica che preme sulla superficie dell’acqua, sia dalla pressione idrostatica che dipende dalla profondità della nostra immersione

in cui h indica l’altezza della colonna di liquido sovrastante. La relazione è vera per tutti i fluidi e NON dipende dalla forma del contenitore.

Si chiama pressione totale o assoluta la pressione p, mentre  la pressione relativa è il termine

indicato con il simbolo

Considerazione importante!

La pressione assoluta è sempre positiva, la pressione relativa può essere anche negativa, nel caso in cui la pressione assoluta abbia un valore minore della pressione atmosferica.

Ad esempio negli pneumatici gonfi e nel sistema cardiocircolatorio la pressione assoluta è maggiore di quella atmosferica, cosicché la pressione relativa è positiva.

Quando, invece, aspiriamo un liquido da una cannuccia la pressione assoluta dei nostri polmoni è inferiore alla pressione atmosferica e la pressione relativa è una quantità negativa.

Per misurare la pressione relativa si usa il manometro a tubo aperto.

Tornando al nostro dinosauro gigantesco i dati sono i seguenti:

Ora abbiamo tutte le informazioni per rispondere al primo quesito:

Per quanto riguarda la seconda domanda basta aggiungere al valore appena calcolato la pressione dovuta ad una colonna di sangue alta 9 m (distanza cuore-zampe), espressa in mmHg.

E terminiamo con un’immagine, giusto per avere un’idea delle dimensioni del “cucciolotto”!

Fig. 4