Fisiologia cardiaca Matteo Paolucci SISTEMA CARDIOCIRCOLATORIO

Circolazione

• periferica (ventricolo sinistro # organi)

• polmonare (scambi gassosi)

cuore: pompa meccanica

• destro # pompa polmonare

• sinistro # pompa periferica

ogni pompa: 2 camere

o atrio

o ventricolo

• differente resistenza: periferica > polmonare (cuore sin 3 volte più sviluppato)

Principi di base della funzione cardiaca

• il cuore può essere pensato come un sistema di due pompe volumetriche (pompano variando il

proprio volume; esistono anche pompe a turbina, ma queste creano un flusso continuo – le

volumetriche no: carica-scarica) il cui compito è quello di fornire al sangue l’energia meccanica

necessaria per vincere le resistenze al flusso nel sistema circolatorio

• le due pompe sono collegate in serie e lavorano in maniera sincrona. La sincronia è garantita da

un unico sistema di conduzione che eccita entrambe le pompe

o serie # flusso unico; parallelo # flusso si divide

o lo stimolo per eccitare la contrazione del muscolo cardiaco è elettrico

• ognuna delle 2 pompe è costituita da 2 camere (atrio e ventricolo, collegati da una valvola); non

ci sono collegamenti tra i 2 atri e i 2 ventricoli

o atrio-ventr sin # valvola mitrale

o atrio-ventr dx # valvola tricuspide

o altre valvole: in uscita dai ventricoli verso i vasi di efflusso (aorta, tronco polmonare) #

valvole semilunari aortica e polmonare

• gli atri fungono da:

o serbatoio di sangue per il riempimento dei ventricoli

o pompa ausiliare per il riempimento dei ventricoli

riempimento ventricoli:

! fase passiva

! fase attiva # contrazione atri

gli atri hanno pareti più sottili

• i ventricoli sono le pompe vere e proprie. Ognuno dei 2 ventricoli ha una valvola di aspirazione

(valvola atrioventricolare) ed una di mandata (valvola semilunare)

o flusso sanguigno unidirezionale; rottura valvola # riflusso

• le valvole cardiache garantiscono il moto unidirezionale del sangue. L’apertura e la chiusura delle

valvole avviene in modo passivo. La valvola è aperta se la pressione a monte è superiore alla

pressione a valle; è chiusa se la pressione a monte è inferiore alla pressione a valle

o [invece sfinteri sono attivi]

valvola mitrale: 2 lembi

flusso da atrio sin

piano valvolare (anello fibroso

per ancoraggio al muscolo) +

veli ancorati con corde tendinee

ai muscoli papillari (ancoraggio

per le vele quando la valvola è

chiusa)

valvola semilunare aortica: 3

lembi

flusso da ventr sin a aorta

ascendente

chiusura: margini si chiudono

tra di loro

• il sangue arriva al cuore a bassa pressione, attraverso il sistema venoso, e ne fuoriesce ad una

pressione superiore (sistema arterioso # alta pressione)

• ognuna delle 2 pompe è in grado di pompare solo il sangue che affluisce tramite il ritorno venoso

(il cuore ha azione permissiva sul ritorno venoso)

• il cuore è un muscolo striato (Niccolò Stenone)

• le fibre muscolari cardiache si dividono in:

o fibre muscolari propulsive atriali e ventricolari (muscoli di lavoro): servono a generare la

pressione all’interno delle camere

o fibre muscolari del sistema di conduzione # fibre muscolari modificate, che si

contraggono debolmente (scarso apparato contrattile); sono in grado di eccitarsi

il cuore è innervato, ma solo per la regolazione

l’eccitazione è data dalle fibre del sistema di conduzione

• muscolo cardiaco: sincizio funzionale # l’eccitazione generata in un punto si propaga a tutto il

miocardio, attraverso connessione di bassa resistenza tra le fibre muscoli (gap junctions)

mancato sincronismo # fibrillazione

• a differenza del muscolo scheletrico, che è in grado di regolare la forza di contrazione per mezzo

di sommazione e reclutamento progressivo delle unità motorie, il muscolo cardiaco si contrae

secondo la legge del tutto o niente (# pompa volumetrica)

forza della singola fibre regolata tramite meccanismi biochimici

Principi di base del ciclo cardiaco

(fenomeno ciclico: varie fasi che si susseguono e si ripetono nel tempo)

• fasi:

o diastole (riempimento ventricolo)

o sistole (svuotamento ventricolo)

• manifestazioni esterne del ciclo:

o battito cardiaco

o polsi arteriosi

o toni cardiaci

• quando una valvola è aperta, la "P (pressorio) tra le 2 camere è nulla (quasi, in condizioni

fisiologiche)

• la sistole atriale precede la sistole ventricolare

• durante la sistole, il ventricolo si svuota e l’atrio si riempie

• durante la diastole, il ventricolo si riempie e l’atrio si svuota

• sistole:

o dalla chiusura della v. mitrale (1° tono)

o alla chiusura della v. aortica (2° tono)

• diastole:

o dalla chiusura della v. aortica (2° tono)

o alla chiusura della v. mitrale (1° tono)

Grafico del ciclo cardiaco

• piano pressione / tempo

o quando entrambe le valvole sono chiuse si hanno le fasi:

! di contrazione isovolumetrica (tra diastole e sistole)

" pressione ventricolare:

• sangue è incomprimibile # se il volume non cambia, la

pressione aumenta rapidamente

! di rilascio isovolumetrico (tra sistole e diastole)

o pressione atriale:

! onda a: contrazione atrio

! onda c: in sistole ventricolare, sangue sbatte contro superficie inferiore

! valle x: crollo pressorio sistolico

" si crea una depressione (effetto aspirante sull’atrio)

! onda v: inizio diastole (dopo entrata del sangue dalle vene)

! valle y: crollo diastolico (apertura valvola mitrale # decompressione atrio)

da massimo sistolico a minimo diastolico

o pressione ventricolare:

! da minimo atriale a massimo aortico

atrio: sistema a bassa pressione

aorta: sistema ad alta pressione

ventricolo: da bassa ad alta pressione

• DFT: diastolic filling time # valvola mitrale aperta

chiusa

aperta

riempimento attivo atrio

DFT

o flusso aortico – riflusso:

! chiusura valvola aortica

" sangue riflusso fa toccare e chiudere i 3 lembi della valvola

! apertura valvola:

" sangue che passa forma un turbine, dei vortici, sotto ai lembi (lembi

non toccano la parete)

o polso venoso # segue le onde dell’atrio:

sistole

flusso aortico (discontinuo)

EDV

riflusso

ESV

! collasso sistolico

! collasso diastolico

qualsiasi oscillazione di pressione nel tempo viene propagata all’indietro a meno che non ci sia una

valvola

• anche nei capillari polmonari si può misurare la pressione dell’atrio sinistro

(ED: end diastolic)

o pressione sistolica atrio e diastolica ventricolo # uguali

o pressione sistolica ventricolo e arteria # uguali

! ma ED arteria è più alto

o pressioni analoghe di capillari polmonari e atrio sinistro

(pulmonary artery wedge o a catetere occludente)

o cuore destro # bassa pressione

o cuore sinistro # alta pressione

Pressioni fisiologiche nel cuore e nelle grandi arterie (mmHg)

PS= pressione (meso)sistolica

PD= pressione diastolica

P= pressione media (forza motrice) # media di tutti i valori presi istante per istante (non aritmetica)

!

P =1

TP(t)dt

0

T

"

!

Pa" P

D+1

3PS# P

D( ) (PS-PD) # ampiezza dell’onda pressoria (differenza di pressione)

PS (MAX) PD (MIN) P MEDIA

ATRO DX - - 5

VENTRICOLO DX 25 5 -

ARTERIA POLMONARE 25 10 15

ATRIO SN - - 10

VENTRICOLO SN 120 10 -

AORTA 120 80 93

• P med atrio destro uguale a Pd ventricolo destro

• P med atrio sinistro uguale a Pd arteria polmonare e ventricolo sinistro

# atri e ventricoli: stessa pressione; tra arteria polm. e atrio sin non c’è caduta per via della

bassissima resistenza

• tra Pd aorta (a monte) e P med atrio destro (a valle) differenza enorme # grande resistenza

Indici clinici della funzionalità del ventricolo sinistro (volumi, rapporti tra vol, pressioni, rapporti tra vol e pres)

• volume telediastolico (EDV)

o volume ventricolare alla fine della diastole # 72±15 mL/m2

m2 # superficie corporea (adulto: 1,7 m2)

• volume telesitolico (ESV)

o volume ventricolare alla fine della sistole # 20±8 mL/ m2

• gittata sistolica o volume di scarica sistolica (SV)

o SV=EDV-ESV # 30-65 mL/b/ m2 b: battito

• frazione di eiezione (ejection fraction= EF)

o frazione del volume diastolico che il ventricolo scarica EF=SV / EDV

! normale: 0,5-0,8 (tra il 50% e l’80% del sangue del ventricolo scaricato)

! indici alti: ventricolo efficiente

! indici bassi: ventricolo poco efficiente o insufficiente

• gittata cardiaca o portata cardiaca (cardiac output)

o volume di sangue pompato dal cuore in 1 minuto (L/min)

o CO=SV x Frequenza cardiaca

! normale (a riposo): 2,6-4,2 L/min* m2 (adulto: 5 L/min)

! aumenta molto sotto sforzo fisico, anche fino a 25, 30 L/min

• dP/dT o "P/"T: velocità di aumento della pressione ventricolare nella fase di contrazione

isovolumetrica o dP/dTmax! 1500 mmHg/sec [contrazione # +; rilasciamento # - ]

! max: punto di maggiore pendenza curva (derivata)

[le prime 5 sono misurabili tramite ecografia]

Gittata cardiaca – determinata da:

• efficienza cardiaca

• ritorno venoso (cuore: azione permissiva su ritorno venoso)

Ritorno venoso – favorito da:

• pompa cardiaca:

o vis a tergo: spinge da dietro – 3 componenti:

! azione premente della forza cardiaca (sangue è incomprimibile # ogni scarica

porta avanti la precedente) # pompa cardiaca spinge 1/3 volume

! ritorno elastico delle arterie: gli altri 2/3 del volume dilatano le arterie; quando

la sistole termina, avviene il ritorno elastico che spinge questi 2/3

" energia potenziale sotto forma di dilatazione trasformata in energia

cinetica

! pompa muscolare – contrazione aumenta la pressione interna che spinge il

sangue fuori

o vis a fronte: tira da davanti – 2 componenti:

! aspirazione sistolica (abbassamento del piano della valvola durante la sistole)

! aspirazione diastolica (caduta di pressione nell’atrio all’apertura della valvola

atrioventricolare)

• pompa respiratoria: (apparato respiratorio – variazioni di volume e pressione)

o componente aspirante: pressione negativa nella cavità toracica (spazio pleurico – pres

minore di quella atmosferica) [INSPIRAZIONE > ESPIRAZIONE]

! sangue è sottoposto alla pressione atmosferica: va da zona a pressione

maggiore a quella a pressione minore

! questa pressione negativa varia nel ciclo respiratorio: è + negativa

nell’inspirazione

o componente premente: compressione nella cavità addominale da parte del diaframma

durante l’inspirazione

! diaframma si abbassa e il sangue è premuto dalla cavità addominale a quella

toracica

effetto aspirante maggiore in inspirazione (maggiore ritorno venoso al cuore dx durante

l’inspirazione)

sdoppiamento fisiologico del 2° tono cardiaco in inspirazione (P2 dopo A2)

o l’importanza della pompa respiratoria è dimostrata della manovra di Valsavia

(espirazione forzata, es.: torchio addominale, gonfiare un palloncino)

! pressione diventa positiva

! rapida diminuzione della gittata cardiaca e della pressione arteriosa

" abolita spinta cardiaca: minore ritorno venoso

Legge di Frank-Starling

• descritta da O. Frank (1885) e poi da E. Starling (1914). Esprime la capacità del cuore come

pompa di autoregolare la propria efficienza (“il cuore è una pompa intelligente”)

• afferma che il rendimento (performance) cardiaco sistolico aumenta in parallelo con il volume

ventricolare telediastolico (EDV)

• preparato di Starling: (permette di variare questi parametri)

o after load – pressione aortica (resistenza da superare)

o pre load

il preparato consiste in un cuore denervato (mantenuta circolazione polmonare per

ossigenare il sangue attraverso la coronaria) collegato in un sistema aperto (sangue venoso

# pressione atmosferica)

# cuore riesce a mantenere costante la gittata con:

" modificazioni dell’after load (pressione aortica)

" la gittata è in funzione del pre load

• aumento pre load # aumento gittata

• diminuzione pre load # diminuzione gittata

# rendimento aumenta con aumento EDV

# EDV aumenta con aumento pre load (pressione atriale)

• aspetto metabolico della legge di Starling: la legge di Starling è la stessa del muscolo – è

dipendente dalla lunghezza del muscolo

o anche il lavoro cardiaco e il consumo di O2 sono dipendenti dall’EDV

o Complinace= V/P

Variazioni del pre-load (pressione atriale)

ventricologramma

o viene fatta variare la P atriale nel preparato (variando l’altezza del serbatoio del sangue

venoso) – si parte da stato stazionario ! P"h della superficie

! P=*gh (*: densità)

o se aumenta la P in atrio, il cuore si adatta verso un nuovo stato stazionario

caratterizzato dall’aumento dei 2 volumi

o se si abbassa la P in atrio fino ad u livello inferiore, il cuore si riadatta verso un nuovo

stato stabile; quindi il cuore è una pompa intelligente che agisce variando la gittata

sistolica al variare della P atriale

Variazione dell’after-load

o la P atriale resta costante, varia la P aortica variando il resistore

o se aumenta la P aortica, il cuore si riadatta progressivamente e aumentano i volumi in

pari misura; il risultato è che il ventricolo mantiene costantemente la sua gittata sistolica

all’aumentare della P aortica (entro certi limiti)

o NB – anche la P atriale aumenta (per ritorno venoso)

o il cuore aumenta il suo volume telediastolico anche se non ha variato il pre load, ma solo

l’after load

o il cuore aumenta gradualmente la sua efficienza per mantenere la sua gittata contro una

resistenza aumentata (1° corollario giustificato)

riassumendo:

! entro certi limiti il cuore riesce a mantenere costantemente la gittata sistolica

indipendentemente da variazioni di P

DIAGRAMMA PRESSIONE/VOLUME – CICLO CARDIACO

• A – chiusura valvola mitrale

• A’ – volume telediastolico, pressione telediastolica

• AB – contrazione isovolumetrica

• A’B’ – volume costante

• B – apertura valvola aortica

• B’C’ – la pressione aumenta, il volume diminuisce

• C’ – volume telesistolico, pressione telesistolica; chiusura della valvola aortica

• CD – rilassamento isovolumetrico

• C’D’ – volume costante

• D – apertura della valvola mitrale # si ritorna in A

Punti notevoli nel ciclo P/V

• A’ – fine diastole # EDV-EDP

• C’ # ESV-ESP

# questi punti giacciono sempre su delle rette (visto sperimentalmente)

rette:

o 1. cuore in diastole – stato rilassato

o 2. cuore in max contrazione – massima rigidità del cuore a fine sistole (C’)

Rigidità del muscolo:

ELASTANZA:

!

E "1

C C: compliance

Legge di Starling – variazione del pre-load:

o variazione pre-load (aumento) # aumento del volume telediastolico

! volume telediastolico varia maggiormente del volume telesistolico (# cuore

regola EDV)

Legge di Starling – variazione dell’after-load:

o *: apertura valvola – inizio svuotamento a pressione maggiore # aumento dell’after-load

o nei primi cicli dopo l’aumento dell’after-load, il ventricolo si svuota di meno (2), poi

riesce nei cicli successivi a recuperare la gittata sistolica (3), lavorando a pressioni

maggiori

o aumentando l’after-load, il ciclo si sposta verso destra

o la gittata sistolica è approssimativamente uguale

o adrenalina: effetto inotropo-positivo (# aumenta contrattilità muscolo)

! 3° elemento dell’efficienza della pompa cardiaca (oltre a after-load e pre-load),

è la contrattilità: stato di efficienza di tutti i meccanismi biochimici che

determinano la forza di contrazione

" regolata da SN simpatico (adrenalina) e parasimpatico

" adrenalina fa aumentare la gittata sistolica senza modificare il pre o

l’after-load

Diagramma P/V a minore ingrandimento:

# valori non possono essere alzati indefinitivamente volumi ventricolari troppo alti

! patologia: insufficienza cardiaca:

" gittata sistolica troppo bassa

" cuore dilatato # diuretico per far diminuire volume

CURVA DI FUNZIONALITÀ VENTRICOLARE

• gittata media dei 2 ventricoli deve essere uguale

o ventricolo dx lavora a pressioni più basse

! legge di Starling: aumento pressione atriale # aumento gittata

o può esserci pressione negativa nell’atrio (senza collasso): pressione è comunque più

negativa nel torace

• gittata costante fino a valori molto alti

• consumo di O2 è maggiore quando il cuore lavora a pressioni elevate

o alla lunga il cuore diventa ipertrofico

LA CONTRATTILITÀ DEL VENTRICOLO

• è determinata dalle proprietà intrinseche (pre e post carico) delle cellule del miocardio

• definizione: forza di contrazione in condizioni definite di pre e post carico

• è modulata da numerosi fattori: Ca2+, ATP, frequenza cardiaca (“effetto inotropo" della

frequenza), orto e parasimpatico, ormoni

• indici della contrattilità: EF, dP/dt (max)

o gittata aumenta senza modificazioni di pre e after-load

Effetto di alcune sostanze sulla contrattilità del miocardio

Effetto inotropo

Negativo Positivo

acetilcolina (parasimpatico) Ca2+

antagonisti del calcio frequenza cardiaca

beta bloccanti ATP

insulina

glucagone

ormoni tiroidei

adrenalina/noradrenalina

digitatici (inibitori della pompa sodio/potassio)

• a frequenze cardiache

o elevate # effetto inotropo positivo

o basse # diminuisce contrazione

CONTRAZIONE E RILASSAMENTO

DEPOLARIZZAZIONE (pot. membrana supera soglia) RIPOLARIZZAZIONE

# depolarizzazione del sarcolemma e dei tubuli T # Ca2+ viene sequestrato nel reticolo SP (SERCA)

# influsso di Ca2+ (apertura canali volt. dip.) ! | afflusso di Ca2+ aumenta – pompa

! | scambiatore Na+/Ca2+ (PMCA)

# rilascio di Ca2+ dal reticolo sarcoplasmico (Ca-

indeced Ca-release)

! !

# Ca2+ nel sarcoplasma

# Ca legato a troponina c aumenta # Ca2+ legato a troponina c diminuisce

# rimozione dell’inibizione dell’interazione di actina e

miosina

# rilassamento

# contrazione

digitatici: inibiscono pompa sodio/potassio

• sodio all’interno # gradiente non permette funzionamento dello scambiatore sodio/calcio

o aumento contrattilità

METABOLISMO CARDIACO

• metabolismo strettamente aerobico: a differenza del muscolo scheletrico, il miocardio non può

contrarre “debito di O2”

• sia il lavoro cardiaco (P*V # area compresa nel piano P/V) che il consumo di O2 aumentano

linearmente con il volume ventricolare telediastolico

• il consumo di O2 (

!

˙ V O2 #

!

˙ V : derivata – variazione di volume nel tempo) è descritto dalla legge

empirica:

!

˙ V O2

= A " PVA + D

o PVA: area PV circoscritta nel ciclo cardiaco # lavoro meccanico

o D: consumo basale di O2 (in assenza di lavoro esterno # minimo per mantenere

l’integrità anatomo-funzionale

o A: costante – inversamente proporzionale all’efficienza cardiaca

! efficienza alta # costante bassa # cuore consuma meno O2

! soggetto allenato: cuore richiede meno O2 # frequenza più bassa

• il consumo di O2 del cuore può variare di circa 15-20 volte, da un minimo di 8-12 µmol/min ad un

massimo di 170 µmol/min per grammo di tessuto. Il cuore è l’organo che ha il più elevato

consumo di O2 per grammo di tessuto

• queste variazioni di lavoro cardiaco e consumo di O2 avvengono in assenza di variazioni di ATP e

fosfocreatina = OMEOSTASI METABOLICA DEL MIOCARDIO (# ATP costante)

• a differenza del muscolo scheletrico, che deriva l’energia esclusivamente dal glucosio, il miocardio

è in grado di utilizzare anche altre fonti di energia

! 200W # potenza (P=L/t)

! steady state: metabolismo assestato nella nuova situazione

o nell’esercizio fisico intenso, il cuore combatte la latticemia

• il consumo di O2 è determinato fondamentalmente da 3 fattori:

1. tensione della parete (tensione: forza per unità di superficie)

! in relazione con P e r (fibre tangenziali) # legge di Laplace

! T direttamente proporzionale a P e inversamente proporzionale a r

2. frequenza cardiaca (maggiore frequenza # maggiore consumo O2)

3. contrattilità

per abbassare consumo O2:

! agendo su tensione # diminuisce l’after-load

! agendo sulla frequenza # diminuisce la frequenza

! agendo sulla contrattilità (beta bloccanti) # diminuisce volume telediastolico

(dieuretici abbassano volumia)

• un buon indice relativo del consumo di O2 è il prodotto

!

PS " f (pressione sistolica * frequenza)

o relativo # utile per valutazioni sul paziente

CIRCOLAZIONE CORONARICA

arterie coronarie (dx e sin) # originano da aorta

vene coronarie # sboccano nel seno coronario (atrio dx)

• distretto della circolazione periferica

• capace di aumentare il suo flusso fino a 5-6 volte il livello a riposo

• estrazione di O2 del cuore è molto elevata (estrazione: differenza di contenuto di O2 tra arterie e

vene dello stesso organo # assorbimento):

o [O2] arterie coronarie= 0,20 mL/mL di sangue

! P(O2)=100 mmHg – pressione parziale di O2 nel sangue

o [O2] seno coronario= 0,06 mL/mL di sangue

! P(O2)=20 mmHg

" generalmente negli altri organi è 40-60 # maggior assorbimento

estrazione di O2=0,14 mL/mL di sangue # 70%

! negli altri organi: 30% (70% raggiunto solo sotto sforzo)

! essendo già molto elevata, il cuore sotto sforzo non può aumentare l’estrazione

# aumenti del fabbisogno di O2 possono essere soddisfatti solo tramite

aumento del flusso coronario

# vasodilatazione # minore resistenza

• il ventricolo sn riceve la maggior parte del flusso coronario in diastole; all’inizio della sistole, il

flusso è temporaneamente interrotto. Nel ventricolo dx, il flusso è più o meno uguale in sistole e

diastole

o Coronaria SN # in diastole, flusso simile alla pressione; a fine diastole, brusco calo (#

interruzione del flusso a inizio sistole); a metà sistole, il flusso torna ad aumentare, in

parallelo con P aortica; brusco aumento del flusso dopo l’inizio della diastole (# max) #

ventricolo sn riceve più sangue in diastole

Rappresentazione temporale della circolazione dell’arteria coronaria sn (arterie coronarie: superficiali, con rami

in profondità # plesso subepicardico e plesso subendocardico)

• nei quadrati: pressione intramurale (nel tessuto muscolare) # risente della pressione della

camera cardiaca ventricolare (positiva)

o lo strato più profondo (più vicino a ventricolo) risente maggiormente della pressione

della camera

• nei cerchi: pressione intravascolare

diastole diastole sistole

P telediastolica

*

**

• differenza tra P(I.V.) – P(I.M.)= pressione transmurale

o se > 0 # vaso aperto

o se < 0 # vaso chiuso o occluso

determina il diametro del vaso (maggiore il diametro, minore resistenza – legge di Pouseille)

ao: aorta; sc: seno coronario

o P(I.M.) dell’arteria coronaria profonda # più o meno come P telediastolica del ventricolo

sn

o pressione transmuraria: | gradiente pressorio (forza motrice – P(I.V.)ao-P(I.V.) s.c.):

! (80-0) 80 # (8-0) 8 | (80-8) 72

! (80-5) 75 # (13-5) 8 | (80-13) 67

! (80-10) 70 # (18-10) 8 | (80-18) 62

strati superficiali: maggiore portata

o rispetto alle P(I.V.) delle arterie a fine diastole, differenza di (da superficie): +10, +75,

+110

o ventricolo: P=120; P(I.V.) arteria profonda= 190

! # P(IV)=P(TM)+P(IM)=120+70 [vedi inizio diastole per il valore di 70]

o gradiente pressorio da strato profondo (190) a:

! vene (128)

! arterie superficiali (135) # toglie sangue al flusso in avanti # suzionamento

delle arterie profonde (* nello schema dell’andamento temporale)

art. coron. SUPERFICIE vene coron. PAO PSC

X

VENTRICOLO

PI.V.

PI.M.

o continua il flusso all’indietro

o N.B.: i capillari profondi risultano più piccoli # sono svuotati di sangue

o le arterie coronarie profonde si stanno riempiendo (** nello schema dell’andamento

temporale)

o il principale meccanismo dell’aumento del flusso è la vasodilatazione (delle arterie

coronarie), che deriva dell’autoregolazione metabolica

o fattori vasodilatanti che intervengono nell’autoregolazione metabolica (localmente):

! ipossia [P(O2) diminuisce]

! adenosina (prodotto degradazione dell’AMP)

! CO2

! NO (EDRF)

i fattori vasodilatanti vengono rilasciati quando la domanda di O2 è maggiore

dell’offerta; al contrario, vengono inibiti

terapia dell’ischemia del miocardio con nitriti (nitroglicerine) – rilasciano NO:

" dilatazione coronarie

" vasodilatazione # minore resistenza periferica

" after-load diminuisce # cuore deve sviluppare meno forza

duplice effetto: maggiore apporto di O2, minore fabbisogno di O2

BASE BIOELETTRCIA DEL POTENZIALE D’AZIONE NELLA FIBROCELLULA MUSCOLARE CARDIACA

forma e durata del potenziale d’azioen dipendono dal tipo di cellula eccitabile:

• (c. eccitabile: c. con modificazioni significative del potenziale di membrana)

• neurone: frequenza massima 500 Hz (500 p.a./sec)

• cellula cardiaca: durata del P.A. molto maggiore # ripolarizzazione molto più lenta

4 – potenziale di membrana a riposo

0 – depolarizzazione

ripolarizzazione:

1 – ripolarizzazione rapida

2 – fase di plateau # fase che differenzia cellule cardiache

3 – fase di ripolarizzazione lenta

o proteine dell’ambiente cellulare: acide # K+ tende a entrare

o potenziale a riposo negativo - cresce con depolarizzazione (di 130 mV in 1 msec):

! l’unico meccanismo che permette questa rapida modificazione è l’entrata di

cariche positive (potrebbero uscire le proteine – cariche negative – per

esocitosi, ma lento e dispendioso)

" entra Na+ per il suo valore di conduttanza

• fase 0 – nel cuore non differisce da nervi e muscoli # apertura canali voltaggio dipendenti del

sodio (non appena si arriva a -55 mV, tutti i canali del Na si aprono)

o # conduttanza al Na aumenta moltissimo

• fase 1 – ripolarizzazione rapida:

o chiusura cancelli Na

o progressiva apertura dei canali K

potenziale arriva a +30 # cariche positive tendono ad uscire (x gradiente elettrico e chimico)

# l’elettrolita positivo che esce è il K+, in quanto più mobile

canali Na più veloci dei canali K

! partono insieme, ma inizialmente si vedono solo gli effetti dei canali Na

• fase 2 – nuovo evento: apertura dei canali Ca2+ voltaggio dipendenti

o Ca2+ non è un elettrolita, ma un messaggero # la sua concentrazione intracellulare è

sempre mantenuta molto bassa [10-7 M]

! non è gradito libero nel citoplasma: è un segnale # racchiuso nel reticolo

endoplasmatico o nei mitocondri

o entrata Ca2+: duplice ruolo

! meccanico # contrazione muscolare

! fase di plateau: K+ tende a uscire; Ca2+ entra e trova ambiente elettropositivo

(+10, +15 mV) # è spinto dal gradiente contro la membrana, verso l’esterno #

rallenta la fuoriuscita di K+: occupa spazio nel poro dei canali K (come delle

palline dentro a una bottiglia)

" # aumento conduttanza a Ca e K, ma il potenziale non si modifica

• uscita K+ rallentata

• equilibrio di cariche (entrano e escono +)

• fase 3 -anche i canali Ca hanno una cinetica di inattivazione – col tempo Ca non entra, e anche i

canali K si chiudono

o ma uscita K+ diventa evento principale (meno ostruiti i canali) # ripolarizzazione lenta

quindi:

• fase 0 # canali Na si aprono

• fase 1 # canali Na si chiudono (inizia apertura canali K)

• fase 2 # canali Ca si aprono; canali rapidi K si chiudono

• fase 3 # canali Ca si chiudono; canali lenti K si aprono

• fase 4 # potenziale a riposo

Conduttanza K+ - dovuta a diversi canali:

• inward rectifier (maggiore facilità a far entrare cariche positive invece di farle uscire) - IKI

o in fase 2 # presenza Ca: più facile far entrare acqua nella bottiglia con le palline

piuttosto che farla uscire

TESSUTO DI CONDUZIONE

nodo seno atriale – differenze con fibrocellule muscolari cardiache

# cellule in grado di generare un potenziale d’azione

tessuto di conduzione costituito da 2 tipi di cellule:

• globose

• intermedie tra globose e muscolari cardiache

o nodo seno atriale (NSA)

! frequenza endogena: 60-70 (fino a 100) battiti/min

! velocità di conduzione: 0,05 m/s

o (atrio destro)

! velocità di conduzione: 1 m/s

o nodo atrio ventricolare (NAV)

! frequenza endogena: 40-60 battiti/min

! velocità di conduzione: 0,1 m/s

o fascio di His

! frequenza endogena: 30-40 battiti/min

! velocità di conduzione: 1,2-2 m/s

o branca dx

o branca sn

o fibre di Purkinje

! frequenza endogena: 30-40 battiti/min

! velocità di conduzione: 2-4 m/s # più rapide

conduzione preferenziale del potenziale lungo la via di conduzione (cellule lunghe di grosso

calibro)

3 vie di conduzione tra NSA e NAV, ma sono formate da cellule miste (di

conduzione/muscolari) # unico punto per passaggio da atri a ventricoli, il resto è scheletro

fibroso

NAV – regione AN: forte rallentamento della velocità di conduzione (dà tempo al potenziale

d’azione di distribuirsi agli atri prima di raggiungere il setto interventricolare) # SISTOLE

PRIMA DI SITOLE VENTRICOLARE

! nei ventricoli il potenziale arriva prima all’apice e poi alla base (orientamento

delle fibre spiraliforme # sangue deve essere spinto verso le grandi arterie)

NSA – pacemaker fisiologico # frequenza più alta

NAV e altre strutture: pacemaker latenti

Potenziale d’azione nel tessuto di conduzione:

# cellula del NSA

o differenze:

! potenziale a riposo è -65, invece di -100 mV

! in realtà non c’è potenziale di riposo, ma parte subito una depolarizzazione

lenta # instabilità del potenziale di membrana (tendenza spontanea a

depolarizzarsi)

" poi comparsa del potenziale d’azione

! potenziale elettropositivo non arriva a +30, ma è più basso

o mentre la placca neuromuscolare è ligando-dipendente, nel cuore (dato che non dipende

dal SNC) il sistema è voltaggio-dipendente

• corrente i(f) # non lascia il potenziale a riposo, ma fa entrare cariche positive

o # si aprono i canali IF del sodio (non i normali canali volt. dip.) quando il potenziale di

membrana è a -65 mV, invece di -55

o parte una corrente IF, che fa aumentare la conduttanza al Na (Na entra: infatti l’interno

è negativo e la sua concentrazione è maggiore all’esterno)

o il potenziale non può scendere oltre i -65 mV # risale subito # a -55 mV si aprono i

canali Ca

o nel contempo si aprono i canali K # quando i canali Ca si chiudono, rimane la

conduttanza al K (K+ esce # ripolarizzazione)

# MECCANISMO A PENDOLO

ripolarizzazione # Na entra (canali IF)# Ca entra # K esce # ripolarizzazione ecc.

• sperimentalmente si è riusciti a trasformare una fibrocellula muscolare in una cellula del tessuto

di conduzione

o basta inattivare i canali K inward rectifier (cellule di conduzione utilizzano meccanismi

che invece nelle fibrocellule sono silenti, infatti il corredo di canali è lo stesso)

Potenziale d’azione in differenti regioni – sistema di generazione/conduzione dell’eccitazione

fibrocellule muscolari - canali voltaggio dipendenti:

• Na # un solo tipo

• K # diversi tipi (tutti ritardati, ma con tempistiche diverse):

o delayed rectifier

o inward rectifier (se knock out # da potenziale di fibrocellula cardiaca a quello di cellula

pacemaker)

Proprietà del potenziale d’azione delle fibrocellule:

o se il muscolo scheletrico è sottoposto a ripetute scariche ravvicinate # tetano

o nel cuore non è possibile # si avrebbe sistole continua

! miocardio: non c’è sommazione # non tetano

! ripolarizzazione lunga permette il riassorbimento di Ca++ nel reticolo

sarcoplasmatico

NSA detta i tempi per tutte le

regioni del cuore

NAV segna un tempo diverso se NSA non funziona

o seconda scarica dopo 10 ms: non succede niente

o seconda scarica dopo 50 ms: non succede niente

# durante potenziale d’azione, refrattarietà assoluta

solamente intorno ai 200ms dopo la depolarizzazione (a metà della curva di ripolarizzazione

lenta) si ha una seconda risposta # curva di depolarizzazione molto più bassa rispetto al

potenziale d’azione

! potenziale soglia dei canali Na (tempisitca di ogni canale dovuta a

caratteristiche molecolari del canale) = -55 mV

" durante il periodo di refrattarietà assoluto (A), i canali hanno il gate di

inattivazione chiuso

" in B si hanno nuove depolarizzazioni in quanto alcuni canali hanno

finito il loro ciclo e si sono inattivati (potenziale è sopra la soglia) #

depolarizzazione di ampiezza inferiore: meno canali disponibili –

necessaria anche una scarica di intensità maggiore

più si aspetta a dare il 2° stimolo, più la 2° depolarizzazione aumenta: maggior numero di

canali disponibili

# meccanismo grazie al quale non può avvenire una sovrapposizione di potenziali d’azione

# mantenimento del ritmo cardiaco

importante anche per il tessuto di conduzione: ritmo pacemaker più alto nel NSA

(70 b/min – 100 b/min in cuore denervato) # frequenza più elevata: partono

depolarizzazioni in tutto il cuore

# depolarizzazioni partite da altri punti del tessuto di conduzione con ritmo

diverso troverebbero fase di refrattarietà assoluta in tutte le fibrocellule

# unico pacemaker (situazione fisiologica: NSA) che detta il ritmo anche

alle altre zone del tessuto di conduzione

# battito massimo/min: 210 (non di più: minimi intervalli possibili tra

scariche)

in patologia: qualche zona può superare la frequenza del NSA (tachicardia

parossistica, aritmie)

A: periodo di refrattarietà assoluta B: periodo di refrattarietà relativa

MECCANISMI DI MODULAZIONE DELLA FREQUENZA DEL PACEMAKER

necessario controllo nervoso per coordinare tutti gli apparati; SNC agisce secondo il SN vegetativo (simpatico e

parasimpatico + interico)

sul cuore: influenza su frequenza e forza del battito cardiaco – vari effetti:

• effetto INOTROPO (positivo o negativo): su forza di contrazione

• effetto CRONOTROPO (positivo o negativo): su frequenza del battito (positivo # aumenta;

negativo # diminuisce)

• effetto DROMOTROPO (positivo o negativo): su velocità di conduzione

• effetto BATMOTROPO (positivo o negativo): su periodo di refrattarietà (positivo # lo riduce,

aumentando così l’eccitabilità del cuore)

es.: effetto cromotropo negativo (rallentamento pacemaker):

o i cambiamenti possono essere in senso opposto (cronotropo positivo)

o di queste 3 soluzioni, quelle effettivamente attive sono la B e la D (negativizzazione del

potenziale diastolico e rallentamento della depolarizzazione diastolica)

es.: acetilcolina (neurotrasmettitore del parasimpatico) # effetto cronotropo negativo

iperpolarizzazione (pot. a

riposo: -70 invece di -65

mV) # necessario più tempo

apertura dei canali Na

a -50 invece di -55 mV

# necessario più tempo

ostacolo

all’entrata di Na dai canali Na IF

o M2: recettori muscarinici di tipo 2 # legano proteine G (non richiedono genesi di un

secondo messaggero)

o proteina G attivata si porta su canale K

! apertura # uscita K+ # iperpolarizzazione

" potenziale a riposo: da -65 a -70 mV # più tempo necessario per

raggiungere potenziale soglia (rimasto lo stesso)

" entrano comunque cariche positive (Na+) ma l’aumentata conduttanza

al K fa uscire un maggior numero di cariche positive (K+) # diminuisce

la velocità (cronotropo negativo)

o ACh # effetto cronotropo negativo

o Na # effetto cronotropo positivo

innervazione simpatico # NSA

innervazione parasimpatico # zona NAV con rallentamento della velocità di conduzione

o ulteriore rallentamento nel passaggio da atri a ventricoli

ELETTROCARDIOGRAMMA – ECG

# attività delle cellule muscolari cardiache: sommatoria delle attività elettriche di tutte le cellule (segnale

elettrico a bassa frequenza)

# elettrodo all’esterno del mantello cutaneo

non può assomigliare alla registrazione intracellulare:

• sommatorie delle "V di tutto l’organo

• misurato a grande distanza (mezzo di separazione prevalentemente acquoso)

# TEORIA DELLA CONDUZIONE DI MASSA (volume conduction)

valida per registrazioni sugli organi effettuate a distanza

tutte le cariche negative e positive si possono considerare come puntiformi (# rappresentazione

vettoriale) e separate da una distanza, comportandosi come un dipolo immerso in un mezo omogeneo

e di grandi dimensioni

es.: sistole atriale

• atri depolarizzati / ventricoli non depolarizzati

visione dall’esterno:

o superficie atri # negativa (all’interno è positiva, +40 – esternamente è negativa)

o superficie ventricoli: positiva

# atrio: punto negativo, ventricolo: punto positivo # dipolo con un vettore da + a -

questa rappresentazione non deforma la situazione reale

registrazione da:

• interno # elettrodi separati da membrana: alta resistenza (legge di Ohm)

• esterno # mezzo H2O: bassa resistenza

a parità di intensità, maggiore è la resistenza, maggiore è la "V

o elettrodi cellulari: "V in mV

o elettrodi a distanza dall’organo: "V in µV # deve essere amplificata

registrazioni bipolari: confronto del potenziale di 2 punti (2 elettrodi attivi)

registrazioni unipolari: 1 elettrodo attivo e 1 di riferimento

# DERIVAZIONI BIPOLARI DI EINTHOVEN

• I: polso sn/polso dx

• II: polso dx/caviglia sn

• III: polso sn/caviglia sn

esistono anche le:

o derivazioni AvR, AvL, AvF (a R aumentata)

o derivazioni V1-V6 (unipolari)

ECG:

• 3 tracciati I, II, III

• 3 tracciati AvR, AvL, AvF

• 6 tracciati V1-V6

velocità di scorrimento

carta: 25 mm/s 1 quadratino: 0,04 s

• presenti onde e segmenti (il pennino rimane a 0: tratto di isoelettrica # no "V) e intervalli

o segmenti: tra la fine di un’onda e l’inizio della successiva

o intervalli: tra l’inizio di un’onda e la fine della successiva

• ripetizione di un andamento # modulo: sommatoria di tutte le depolarizzazioni e ripolarizzazione

che avvengono in un ciclo cardiaco in tutto l’organo

• modulo:

o onda P, complesso QRS, onda T

o segmento PQ (o PR), segmento ST

o intervallo PQ, intervallo QT, (intervallo ST, intervallo RR)

_ onda P: generata da depolarizzazione atri

_ complesso QRS: generato da depolarizzazione ventricoli

_ onda T: generata da ripolarizzazione ventricoli (ripolarizzazione atri non si vede: muscoli

sottili e sovrapposizione a QRS)

_ segmento PQ: sommatoria di tutti i plateau delle fibrocellule atriali

_ intervallo PQ: tempo di conduzione atrioventricolare (tempo da NSA a NAV) (stimolando

parasimpatico, intervallo PQ aumenta)

_ onda Q: depolarizzazione di tutte le fibrocellule del setto interventricolare

_ R e S: onda investe i ventricoli

_ segmento ST: sommatoria di tutti i plateau delle fibrocellule ventricolari # fase alterata

nell’infarto del miocardio

_ intervallo RR: frequenza cardiaca

Analisi vettoriale dell’ECG

dipolo elettrico equivalente sotto forma di vettore

• situazione ideale: fibra muscolare longitudinale

isoelettrica

• fronte di eccitazione (zona che separa la porzione eccitata dalla porzione non eccitata)

• rappresentazione schematica: modello puntiforme di carica

DIPOLO ELETTRICO EQUIVALENTE ! coppia di cariche puntiformi, di segno opposto, spazialmente separate

! equivalente: il sistema è concettualizzabile in questo modello

• vettore – caratterizzato da modulo, direzione e verso – rappresentato come

!

H

o modulo: proporzionale a MOMENTO ELETTRICO DEL VETTORE

µ=Q*L

Q: valore assoluto della carica

L: distanza che separa le 2 cariche

il vettore è maggiore quanto più è maggiore la carica o la distanza

o direzione: coincide con asse del dipolo

o verso: da – a + (da eccitato a non eccitato)

•

!

H cambia modulo, direzione e verso istante per istante (ruota nello spazio)

si prenda in considerazione una massa muscolare tridimensionale – fibre sono orientate in tutte le direzioni

• fronte determinato da: spessore fibre, numero di fibre, velocità di conduzione

zona eccitata: inversione di

polarità

elettrodi extracellualri: ECG

misura potenziali extracellulari

o t 0 e t 5:

!

H con modulo = 0 # punto

! tutta la massa eccitata o non eccitata # stessa situazione: linea ISOELETTRICA

("V=0)

o t 2:

!

H con modulo maggiore (più fibre eccitate)

o t 4: massa è quasi tutta eccitata: modulo minore

• Ansa vettoriale (unisce tutti le punte istante per istante)

o descrive rotazione di

!

H nello spazio istante per istante (tridimensionale # proiezione su

ogni piano)

o ruota in senso orario

o 3 anse: 1 per contrazione atri (onda P), 1 per complesso QRS, 1 per onda T

• ECG: proiezione istante per istante di

!

H su determinati assi (derivazioni)

Derivazioni Einthoven

• torace come volume conduttore

• cuore come sorgente di attività elettrica

• elettrodi posti convenzionalmente per creare triangolo equilatero di Einthoven sulla superficie del

torace

Derivazioni: I, II, III

! elettrodo B: + in I derivazione, - in III derivazione

elettrodo: conduttore ad

ampia superficie (# minore

resistenza) sulla cute;

oggi gli elettrodi si applicano

agli arti # stessa situazione

elettrica: arti come prolungamenti passivi

Tracciato come proiezione ortogonale del vettore

!

H su una singola derivazione

• ampiezza e direzione di ogni onda indicano il movimento del vettore in ogni direzione istante per

istante

• si considera ansa QRS

altre derivazioni del piano frontale: derivazioni di Goldberger

avL, avR, avF (augmented voltage left, right, foot)

si ottengono le bisettrici degli angoli del triangolo equilatero

accoppiamento degli elettrodi di Einthoven a due a due attraverso resistenze elevate

ASSE ELETTRICO CARDIACO (non istantaneo # sarebbe vettore H)

direzione prevalente della propagazione dell’eccitazione del cuore

• approssimabile a vettore H con modulo maggiore

• come esistono anse P, QRS e T, anche gli assi elettrici sono 3 (P, QRS, T)

• nella popolazione sana, asse QRS è a 59° (ma è variabile da o° a +100°)

o > +100°: deviazione a dx

o < -30°: deviazione a sn

# valori patologici: disturbi della propagazione dell’eccitazione (ipertrofia, blocco di branca)

asse: rapporto relativo delle masse ventricolari dx e sn ( del timing di eccitazione)

• # riscontrabile da ECG (e da ampiezza QRS)

blocco di branca

• dx: eccitazione arriva a ventricolo dx da ventricolo sn

o eccitazione del ventr. dx ritardata (non contemporanei): vettore H ruota

verso dx (> 100°)

• sn: rotazione asse verso sn (# valori negativi – si eccita dopo ventr dx)

ansa è sempre unica per i 2 ventricoli, ma assume forma e orientamento diversi

• onda difasica: una deflessione positiva e una negativa uguali # asse elettrico perpendicolare a

avF

o vedendo II e III (ai lati di avF), si cerca di capire da che parte è inclinato l’asse

! è tra 0° e -30° (-30°: perpendicolare a II; 0°: perpendicolare a avF)

Analisi ECG:

• ritmo

• frequenza

• ampiezza complessi

• asse elettrico

• linea isoelettrica

MECCANICA DEI FLUIDI – per fluidi incomprimibili (liquidi)

punti 1 e 2 non sono alla stessa altezza

PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA

l’energia totale nel punto 1 è uguale all’energia totale nel punto 2 (più altra energia persa o

acquistata) E(1)=E(2)+E

energia interna (calorica) non presa in considerazione # moto browniano delle particelle – si lavora a T

costante

!

E1pressoria + E

1potenziale + E1cinetica = E

2press + E2pot + E

2cin

• trascurando E calorica e E persa/acquistata

FLUIDO IDEALE: non ci sono resistenze (attriti) interni # non si perde energia

• in un condotto orizzontale: E(1 pot)=E(2 pot)

# LEGGE DI BERNOULLI:

!

E1press + E

1cin = E2press + +E

2cin per un fluido ideale, per ogni

incremento della velocità si ha un decremento di pressione

Pressione: liquido esercita forza perpendicolare sulla parete

Cinetica: energia di movimento delle particelle

• in un condotto a sezione (S) variabile [sezione: superficie del cerchio se condotto è cilindrico]:

Q: portata o flusso – volume di liquido che scorre in una determinata sezione nell’unità di

tempo

Q(1) = Q(2) = Q(3) # portata costante Formula della PORTATA:

!

Q = v " S

o v: velocità lineare di flusso

o se Q è costante:

! S aumenta # v diminuisce

! S diminuisce – v aumenta

S e v sono inversamente proporzionali v=Q/S=k/S

Effetto Venturi o paradosso idrodinamico

se v aumenta, aumenta E(cin) e diminuisce E(pres)

o v è maggiore dove la sezione è minore

FLUIDO REALE – bisogna prendere in considerazione l’attrito # perdita di energia sotto forma di calore (si

perde carico – "P: perdita si manifesta come diminuzione di E pressoria)

!

Q ="P

RPouseille

R(Puoseille): resistenza idraulica - per moto laminare (vettori v paralleli)

Legge di Pouseille o della 4° potenza:

!

R =8" # L

$ # r4 #

!

Q ="P # $ # r4

8% # L

R: direttamente proporzionale a ! (viscosità) e L (lunghezza)

inversamente proporzionale a r4 (raggio del condotto)

! fattore che influenza maggiormente R (è alla 4° potenza) # se r raddoppia, R

aumenta di 24 volte: 16 volte

aorta: v= 20 cm/s

capillari: v= 0,03 cm/s

# v diminuita di 660 volte

aorta: S= 4 cm2

capillari: S= 3000 cm2

# S aumentata di circa lo stesso valore

stato stazionario: v di una particella che passa al

punto 1 e v della stessa particella che passa al punto

2 sono uguali

v 1= v2

"P: differenza di pressione tra 1 e 2 (minore in 2) "P=P 1 – P 2

! vasi che hanno maggiore capacità di variare il raggio sono le arteriole (r può

variare fino a 4 volte da max vasodilatazione a max vasocostrizione # 44 = 256

# R di arteriole può variare di 256 volte # arteriole regolano il flusso di sangue

si può conoscere R periferica conoscendo il flusso e la "P

!

E1pressoria + E

1potenziale + E1cinetica = E

2press + E2pot + E

2cin

R periferica totale: TPR

!

TPR ="P

Q "P= E(1 press) – E(2 press)= E(aorta) – E(atrio dx)

E potenziale trascurabile: aorta e atrio dx sono alla stessa altezza (# uguale)

anche E cinetica è trascurabile, perché v in aorta e in vene cave è molto simile

# basta E pressoria per calcolare TPR (si usa pressione media # si considera flusso continuo e non

intermittente)

Q: gittata cardiaca (cardiac output)

!

TPR ="P

Q=Pao mmHg[ ] # Pad mmHg[ ] $1333 dyn $ cm#2[ ]

CO cm3$ s

#1[ ]

1333 dyn*cm-2 è il fattore di conversione per il sistema CGS # dyn*cm-2 è pressione

!

TPR =95 " 5( ) #1333

100$1200dyn # s # cm

"5

!

Rpolmonare _ totale =Ptronco_ polmonare " Patrio_ sn

CO=15 "10( ) #1333

100= 70dyn # s # cm"5

o R polmonare totale è circa 20 volte inferiore di TPR # è più breve e non presenta

arteriole

! differente funzione:

" arteriole servono a regolare finemente la distribuzione di sangue ai vari

distretti

" circolazione polmonare non ha bisogno di regolazione (è un distretto

unico)

circolazione periferica schematizzabile come sistema di tubi paralleli

Esercizio fisico: attivazione del distretto muscolare e cutaneo

# autoregolazione metabolica di ogni distretto:

o vasodilatazione nei muscoli: aumenta Q3 – diminuisce R3

o vasodilatazione nella cute: aumenta Q2 – diminuisce R2

# se non ci fossero altre modificazioni, "P varierebbe

R tot: sono in parallelo # somma

dei reciproci

!

1

R=1

R1

+1

R2

+1

R3

Q in entrata= Q in uscita

conservazione di massa:

Q(tot)=Q1+Q2+Q3

Q= "P/R(tot)

"P=P1(aorta)-P2 (atrio dx) # in

comune a tutti i distretti

Q1= "P/R1

Q2= "P/R2

Q3= "P/R3

Qtot = Q1 + Q2 + Q3

"P/Rtot= "P/R1 + "P/R2 + "P/R3

"P uguale (in comune)

# 1/Rtot= 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

dove c’è meno fabbisogno, R aumenta per far andare sangue dove c’è bisogno (aumenta R di

reni e apparato digerente)

PROPRIETÀ STATICHE del sistema circolatorio

rapporti tra volumi e pressioni # compliance

!

C ="V

"P per C costante, indipendente da volume (proprietà delle pareti dei vasi di muoversi –

variare il volume – a seconda del variare della pressione # C venosa > C arteriosa)

se C non è costante,

!

C =dV

dC # c=f(v)

considerando C costante:

C del sistema venoso è circa 20 volte maggiore della C del sistema arterioso

vene capaci di raccogliere maggiori volumi di sangue, con meno aumento di pressione

• per P=0 # V0 (volume proprio – mai vuoto) UNSTRESSED BLOOD VOLUME – volume che vaso è

in grado di accogliere senza generare P

• vene: C maggiore, V0 maggiore:

sistema di capacità (immagazzina sangue)

• C non è fisso, ma regolata da innervazione motoria (# regola la tensione della muscolatura liscia)

[presenza barorecettori]

es.: venocostrizione (pareti più rigide)

# fa diminuire V0 e fa diminuire C

analogo per sistema arterioso

o ritorno venoso è diminuito da venodilatazione e favorito da venocostrizione

RELAZIONE TRA FLUSSO, PORTATA E PRESSIONE NEI 2 SISTEMI

in una pompa meccanica – sistema chiuso –

• quando il flusso è uguale a 0

# principio dei VASI COMUNICANTI: P identica e maggiore di 0 (tra sistema arterioso e

venoso)

• PCMR: pressione circolatoria media di riempimento – dipende da:

o volume di sangue

o compliance venosa e arteriosa

sistole:

# aumento pressione arteriosa: maggiore pressione # maggiore flusso

# diminuzione pressione venosa: sistema venoso svuotato di sangue # sangue aspirato,

entra nell’atrio dx

utile per valutare Efficienza Cardiaca: quanto più alta la pressione arteriosa e più bassa la pressione

venosa, tanto più alta è l’EC

diminuendo il flusso:

o P art diminuisce

o P ven aumenta

# fino a PCMR

PRESSIONE ARTERIOSA

forza per unità di superficie esercitata dal sangue sulla parete delle arterie

# è la forza che fa muovere il sangue (cuore serve solo a creare pressione)

non è costante nel tempo, ma varia istante per istante (sistema discontinuo)

# oscillazioni o onde pressorie – distinte in base a frequenza caratteristica

Analisi di Fourier: singole componenti sinusoidali (nelle onde pressorie, 3) estratte da onda complessa

• 1° componente: frequenza= 1Hz # frequenza cardiaca (pompa cardiaca)

• 2° componente: frequenza= 0,2 Hz (1 ogni 5 sec) # frequenza respiratoria (ritorno venoso in

base a pressione intratoracica) – pompa respiratoria

• 3° componente: frequenza= 0,05 – 0,1 Hz, “onde di Mayer” # rappresentano la variazione nel

tempo dell’innervazione simpatica del sistema vascolare # potenza di questa frequenza

aumentata sotto sforzo

Hales: dimostrò che sangue circola nelle arterie ad alta pressione

valori medi della pressione arteriosa (Pa) su una grande popolazione:

• Pa sistolica: 120 mmHg (range: 100-150)

• Pa diastolica: 80 mmHg (60-90)

valori dipendono da numerosi fattori:

o età (differenze nella parete dei vasi)

o posizione corporea

o ora del giorno (Pa > durante il giorno, < durante la notte)

o stato di attivazione del SNA (simpatico e parasimpatico)

! Pa > in caso di eccitazione e vescica piena

Metodi di misurazione della Pa:

• invasivi (via catetere # manometro)

• non invasivi

o Riva-Rocci (RR)

o oscillometro (anche automatizzato)

metodo R-R: metodo auscultatorio

o toni o rumori di Korotkoff: rumori generati dal flusso rapido attraverso una strettoia

(piccola sezione # maggiore velocità; flusso non più laminare, ma turbolento)

o manometro a mercurio – manicotto a cuffia attorno al braccio (posizione è importante:

va messo alla stessa altezza del cuore, per non avere modificazioni di P idrostatica)

o membrana del fonendoscopio sopra l’arteria brachiale (incastrata sotto cuffia)

gonfiando il manicotto aumenta la P nella camera d’aria # si genera P sul braccio intorno ad

arteria brachiale

! progressivamente l’arteria brachiale si comprime (# se la P transmurale diventa

nulla o negativa, vaso si chiude; se è bassa, ma positiva, il vaso è ristretto ma

comunque aperto # sangue attraverso strettoia # toni di Korotkoff)

1. si gonfia la cuffia fino a P nettamente superiore a P max arteriosa (Ps)

2. progressivamente si sgonfia il manicotto # Pc diminuisce; P deve decrescere tra i 2

e i 5 mmHg/sec, a velocità costante

o quando Pc > Ps: non si sente niente # flusso è interrotto

o quando Pc ' Ps: per un breve tempo, Ps > Pc # sangue scorre, ma attraverso un piccolo

orifizio (arteria parzialmente compressa)

! si ausculta un soffio molto breve

o diminuendo ancora Pc, sangue scorre per maggior tempo (area sottesa)

! si ausculta un soffio più lungo e più forte

o diminuendo ancora Pc, toni più corti e più deboli

o quando Pc ' Pd: arteria totalmente aperta, sangue fluisce normalmente e non si sente

alcun tono

! crollo o scomparsa dei toni di Korotkoff # Pd

metodo oscillometrico – non auscultatorio

si riempie e si sgonfia cuffia con stessa velocità; si registra Pc:

! quando diventa uguale a Ps # oscilla

! oscillazioni tendono ad aumentare in ampiezza, per poi diminuire verso Pd

o oscillometro registra variazioni di oscillazione:

" oscillazioni massime per P media

" per mezzo di un algoritmo, apparecchio calcola Pd e Ps da Pa media

metodo più indiretto:

o calcolo da Pa media

o non si basa sui toni

funziona bene solo in caso di battito cardiaco regolare (non va

bene per pazienti con aritmia)

nel metodo R-R, quando mercurio arriva a Ps, effettivamente oscilla

MECCANISMI DI REGOLAZIONE DELLA PRESSIONE ARTERIOSA

barorecettori # riflesso nervoso

gli altri sono dovuti a ormoni

o renina angiotensina

o adh

o aldosterone

“disturbo”: fattore che porta a variazione del parametro regolato, in questo caso la P

o definizione fa riferimento a teoria dei sistemi di controllo omeostatici

es.: passaggio da chinostasi (da sdraiati) a ortostasi (seduti): crollo P arteriosa #

accelerazione di gravità # necessario intervento dei barorecettori

nel tempo, l’efficienza diminuisce perché l’organismo si adatta a nuova situazione (solo la volemia non

mostra adattamento)

RIFLESSO DEI BAROCETTORI

riflesso nervoso basato dui recettori aortici e carotidei, bassato sul principio di controllo a feedback

negativo, che tende a mantenere costante la P arteriosa per secondi e minuti, per mezzo del controllo

istante per istante dei seguenti parametri:

o frequenza cardiaca (FC)

o contrattilità del miocardio (CM)

o resistenza periferica totale (TPR)

o V0 venoso (unstressed blood volume)

quindi agisce su 3 organi: cuore (FC e CM), arterie (TPR) e vene (V0)

parametri più efficaci sono il TPR e il V0

• barocettori # meccanorecettori presenti nell’arco aortico e nel seno carotideo (carotide comune)

regolano apertura vasi # muscolatura

liscia

regolano volumia (volume ematico)

o misurano Pa istante per istante

o trasformano P in segnale nervoso, spedito attraverso i nervi glossofaringeo (IX) e vago

(X) [nervi cranici] nei centri nervosi del ponte e del bulbo (centri di regolazione

cardiovascolare [simpatico e parasimpatico] – SNA)

• segno +: modificazioni nello stesso senso (aumento # aumento); segno -: modificazioni in senso

opposto (aumento # diminuzione)

• simpatico fa aumentare FC, CM e TPR

o se frequenza cardiaca e contrattilità del miocardio aumentano, aumenta la gittata

cardiaca, quindi aumenta la Pa

o se TPR aumenta, aumenta la Pa

• simpatico fa diminuire V0 venoso

o V0 e ritorno venoso vanno in senso opposto (-)

o aumento V0 # diminuzione ritorno venoso; diminuzione V0 # aumento Pa

o invece ritorno venoso e gittata sistolica vanno nello stesso senso: aumento ritorno

venoso # aumento gittata sistolica (# aumento Pa)

• effetti del simpatico:

o cronotropo positivo su FC

o inotropo positivo su CM

o vasocostringe

! aumenta TPR

! diminuisce V0 (ma (-)*(-)=+ # diminuisce V0, aumenta Rit. ven. # aumenta

GC # aumenta Pa) #

• effetti del parasimpatico:

o cronotropo negativo su FC

o fibre del parasimpatico principalmente su Nodo Seno Atriale, poche su miocardio e vasi

# controllo solo attraverso FC

# ARCO RIFLESSO – feedback negativo

se la Pa aumenta, sistema la fa diminuire

! (# reazione opposta a quella del disturbo; sistema omeostatico: tende a ridurre

al minimo il disturbo, tende a ridurre le differenze tra il valore presente e quello

desiderato)

! invece sistema a feedback positivo va nella stessa direzione del disturbo (es.:

ossitocina)

• aumento Pa (oltre i valori desiderati) # superattivazione barorecettori

o simpatico inibito

o parasimpatico attivato

# Pa diminuisce

• diminuzione Pa # diminuzione attivazione barorecettori

o simpatico attivato

o parasimpatico inibito

# Pa aumenta

Riflesso dei barocettori

attivazione barocettori # effetto cronotropo negativo

non è una relazione lineare: curva tende ad essere piatta agli estremi e ripida centralmente:

o sensibilità del riflesso non è uguale per tutti i valori di Pa: è massima al centro

! # a minima variazione di Pa corrisponde una massima variazione di frequenza

cardiaca

Sensibilità:

!

S ="FC

"Pa

# formula valida solo per relazione lineare

#

!

S = "dFC

dPa

il segno – serve per ottenere un valore positivo di S

Vie afferenti ed efferenti del riflesso dei barocettori

bulbo: nucleo del tratto solitario # circuiti polisinaptici # 2 centri principali di controllo cardio-vasale (bulbo):

• nucleo dorsale motore del vago (PARASIMPATICO)

• regione rostro ventro laterale del bulbo – RVL (ORTOSIMPATICO)

2 archi riflessi:

• fibre effettrici del nervo vago # innervano sistema di conduzione del cuore (controllo della

frequenza cardiaca) # tutto all’interno del bulbo

• fibre di RVL arrivano nel midollo spinale # innervano i neuroni pregangliari del simpatico, che

innervano i neuroni postgangliari del simpatico (che sono le fibre effettrici che innervano cuore e

vasi)

Arco riflesso (generale):

• cuore e vasi determinano Pa

o Pa misurata dai barocettori

! info inviata al bulbo

" bulbo invia comandi agli organi

presenza di :

• recettori

• via afferente

• centro elaboratore # SNC

• vie efferenti

• effettori

arco riflesso si può interrompere in diversi punti # differenti conseguenze

• interruzione del flusso sanguigno a monte del seno carotideo

# barocettori registrano crollo di Pa # diminuisce la loro attività

# innescati i meccanismi che fanno aumentare Pa

barocettori interpretano la diminuzione di Pa come una diminuzione avvenuta in tutto

l’organismo

• denervazione dei barocettori (recisione delle vie afferenti # situazione cronica, interruzione

dell’arco riflesso)

• paziente con lesione del midollo spinale (transezione del midollo – 2°, 3° segmento toracico)

SNA

SNA

interrompe tratto del simpatico; parasimpatico funziona normalmente

# stimoli tattili e viscerali si integrano nell’arco riflesso

controllo Pa – sistema a feedback negativo:

• P: P attuale

• P*: P desiderata (set point)

o non cambia

• P-P*= errore

passaggio clinostasi / ortostasi è un disturbo del sistema di regolazione

o ortostasi: gravità # caduta di ritorno venoso

collasso ortostatico # necessaria manovra di Trendelenburg (sdraiato # gambe alzate di

90°) – facilita ritorno venoso

• se P* aumenta (es.: stato emozionale), P segue P* (P* cambia anche nel ciclo sonno-veglia)

Particolarità della circolazione polmonare

• P e R (resistenza) inferiori a quelle della circolazione sistemica

• PAW (pulmonary artery wedge): P che si registra a catetere occludente; circa uguale a P dei

capillari polmonari, inferiore a quella dei capillari sistemici (8-10 mmHg contro i 30-35 dei

capillari sistemici) PAW ! P atrio sinistro

• bassa P nei capillari polmonari è un fattore di sicurezza che impedisce l’edema polmonare

(prevalgono le forze di riassorbimento dovute a P colloidosmotica)

o nei capillari sistemici, equilibrio di Starling

! forza di uscita: P idrostatica

! forza di riassorbimento: P colloidosmotica (proteine non filtrate)

! nei capillari sistemici, esce tanto liquido quanto ne entra

! nei capillari polmonari, evitato l’accumulo di liquido nell’interstizio (se ci fossero

liquidi # maggiore distanza che O2 e CO2 devono percorrere: minore

diffusione)

in un adulto normale, dato che l’apice dei polmoni è a circa 15 cm al di sopra del tronco

polmonare, l’apice è per fuso solo durante parte della sistole (P nel tronco polmonare supera

P critica # disomogeneità di perfusione)

• Regolazione della circolazione polmonare: la regolazione nervosa del diametro dei vasi è poco

sviluppata. Prevale la regolazione locale (pO2, pCO2 alveolare)

o se pO2 è bassa, o pCO2 è elevata, # vasocostrizione (regione polmonare esclusa da

perfusione)

o cattiva ventilazione del distretto # chiusura del distretto (bassa perfusione) – riflesso

locale

Circolazione polmonare nel periodo fetale

• nei mammiferi placentati: collegamento fetale (shunt fisiologico) tra la circolazione polmonare la

circolazione sistemica, tramite il dotto arterioso di Botallo (collega il tronco polmonare e l’aorta

discendente; altra via è foro ovale, poi chiuso). Durante il periodo fetale, il dotto arterioso viene

mantenuto pervio (aperto) dall’elevata concentrazione di prostaglandine circolanti (potenti

vasodilatatori). Il dotto arterioso inizia a chiudersi già 30 minuti dopo la nascita. Il segnale per la

chiusura è la diminuzione del livello di prostaglandine circolanti, particolarmente della PGE2. Nelle

settimane successive, il dotto arterioso degenera e si trasforma nel legamento arterioso.

• In 1/15500 neonati, l’occlusione del dotto non avviene. Le conseguenza a lungo termine sono

ipertensione polmonare, edema polmonare, emoraggie nelle vie respiratorie, insufficienza del

ventricolo dx (causa: elevata P aortica si trasmette a circolazione polmonare)

• Il recettore delle prostaglandine EP4 interviene nella chiusura del dotto arterioso (prove su topi

knock-out).