Aterosclerosi: quanto rischiamo? Ce lo dice la legge di Poiseuille

L’aterosclerosi o aterosi è una malattia infiammatoria cronica e progressiva delle arterie di grande e medio calibro che consiste in un generico indurimento e perdita di elasticità delle pareti delle arterie per la formazione di placche, dette ateromi o placche aterosclerotiche.

Anatomicamente, la lesione caratteristica dell’aterosclerosi è l’ateroma o placca aterosclerotica, ossia un ispessimento della tonaca intima delle arterie dovuto principalmente all’accumulo di materiale lipidico e alla proliferazione del tessuto connettivo.
La placche aterosclerotiche, difatti, inizialmente si formano da lipidi accumulati nel sangue, tra cui il colesterolo, ma con il passare del tempo tendono a diventare sempre più grandi, fino a creare delle vere e proprie strutture, composte anche da sostanze fibrose e cellule connettivali che nella fase più avanzata della malattia, calcificano e degenerano andando incontro a necrosi (morte cellulare).

La crescita di tali placche provoca un restringimento progressivo del lume delle arterie, fino ad impedire un flusso sanguigno adeguato, dunque un corretto apporto di ossigeno, ai tessuti ed agli organi ad esse collegati.
Le placche aterosclerotiche, tuttavia, possono occludere il lume vasale anche del 90% senza manifestare segni clinicamente evidenti. I problemi, piuttosto seri, iniziano in caso di rapida crescita di un coagulo di sangue (trombo) in seguito alla rottura della capsula fibrosa o della superficie endoteliale, o all’emorragia dei microvasi interni alla lesione.

Il trombo, formatosi sulla superficie o all’interno della lesione, può causare eventi acuti in due modi: può ingrandirsi in situ fino ad occludere completamente il vaso bloccando il flusso sanguigno dal punto in cui si sviluppa la placca, oppure può staccarsi dal sito della lesione (embolo) e seguire il flusso sanguigno fino a bloccarsi in una ramificazione vasale di piccolo calibro, impedendo l’afflusso di sangue da quel punto in poi. Le principali e più pericolose conseguenze sono infarto e angina pectoris, se il danno aterosclerotico è alle coronarie, ictus e attacchi ischemici transitori(TIA), se ad essere interessate sono le arterie cerebrali.

Ma se volessimo analizzare il rischio in termini di riduzione del flusso sanguigno in presenza di una placca aterosclerotica come facciamo, da un punto di vista emodinamico,a quantificare la riduzione della portata? Per rispondere a questa domanda ricorreremo alle parole del professor Vincenzo Giordano:

Consideriamo un tratto di vaso sanguigno che possiamo supporre (approssimativamente) cilindrico di raggio interno R e lunghezza l. Se P rappresenta la differenza di pressione tra i due estremi del vaso e η la viscosità del sangue, allora la portata, cioè il volume di sangue che passa per una sezione del vaso nell’unità di tempo, è espressa dalla legge di Poiseuille. Il fatto che essa sia proporzionale alla quarta potenza di R è determinante. Una variazione di R, infatti, provoca significative variazioni della portata: se, ad esempio, il calibro di un vaso si dimezza a causa di depositi di colesterolo, la portata del sangue si riduce addirittura a un sedicesimo!

Emodinamica e legge di Poiseuille

Il flusso stazionario laminare di un liquido viscoso lungo un condotto cilindrico rigido di raggio R viene definito genericamente flusso di Poiseuille in onore del medico fisiologo francese Jean Léonard Marie Poiseuille . Questi ha derivato empiricamente la legge che governa il flusso stazionario, usando come modello sperimentale capillari di vetro ed un fluido semplice ed omogeneo come l’acqua. Le sue intuizioni sono state così esatte da diventare una legge fisica nota come legge di Pouseille. Questa è applicabile solo al flusso continuo e laminare di fluidi non newtoniani per cui non è in grado di spiegare in modo completo la dinamica del circolo ematico sebbene rappresenti un ottimo punto di partenza per descrivere il flusso nei vasi sanguigni.

Il sangue con i suoi elementi corpuscolati scorre nei vasi sanguigni organizzandosi in una serie di lamelle concentriche secondo un profilo di velocità parabolico, dove la massima velocità è lungo l’asse centrale del condotto mentre la lamina a ridosso della parete è ferma:

Integrando tale equazione sull’intera sezione del condotto otteniamo la famosa relazione di Pressione/ Flusso conosciuta come legge di Hagen-Poiseuille

La portata è direttamente proporzionale al gradiente di pressione e alla quarta potenza del raggio ed inversamente proporzionale alla viscosità del fluido e alla lunghezza del condotto.

Prevenzione e trattamento dell’aterosclerosi

Per prevenire l’aterosclerosi è importante condurre uno stile di vita salutare caratterizzato da un’alimentazione sana, equilibrata e povera di grassi di origine animale e un’attività fisica adeguata. È inoltre fondamentale non fumare e limitare il consumo di alcolici. In soggetti a rischio, sono complementari ad uno stile di vita salutare alcuni trattamenti farmacologici.
Nei casi più gravi, tuttavia, si è costretti a ricorrere a interventi chirurgici; le tecniche chirurgiche più utilizzate sono:

• Angioplastica: una tecnica chirurgica che consente di dilatare un restringimento del lume o stenosi di un vaso sanguigno, causato dalla presenza della placca aterosclerotica, grazie ad uno speciale catetere a palloncino che viene introdotto mediante la puntura percutanea di un’arteria, portato fino al vaso stenotico e successivamente gonfiato in corrispondenza del restringimento, in modo da ripristinare il normale diametro del vaso e permettere un incremento del flusso sanguigno. La procedura è spesso completata con l’applicazione di uno stent, ossia una protesi cilindrica costituita da una maglia metallica che  viene posizionata all’interno dell’arteria e serve a rafforzare le pareti arteriose dall’interno. Grazie allo stent il vaso interessato dalla stenosi può essere dilatato e mantenuto pervio; una volta che lo stent viene posizionato nel punto della stenosi, viene rilasciato ed esso si espanderà in modo automatico; trascorse alcune settimane, lo stent finirà per integrarsi con le pareti arteriose sulle quali si appoggia.

• Bypass aorto-coronarico: una tecnica chirurgica che richiede un’incisione longitudinale sul torace, attraverso lo sterno, detta sternotomia mediana, grazie alla quale il chirurgo può accedere al muscolo cardiaco e all’aorta.  A valle del restringimento il chirurgo sutura un tratto di vena safena grande o piccola prelevata dal paziente, o più recentemente di arteria mammaria. Successivamente collega l’altra estremità a monte del restringimento o dell’occlusione e più precisamente su un’incisione effettuata sulla parete aortica. In questo modo il sangue avrà un passaggio per aggirare l’ostacolo.

• Endoarteriectomia: una procedura che prevede l’apertura del vaso e la successiva rimozione chirurgica della placca aterosclerotica.