La pressione nelle camere cardiache varia durante il ciclo cardiaco, ed è la differenza di pressione a spingere il sangue dagli atri nei ventricoli e da questi nelle arterie. E’ perciò importante che questa direzionalità del flusso venga mantenuta.

Le valvole si aprono e si chiudono passivamente in base alla spinta del flusso ematico

Muscolo cardiaco

Cellule muscolari striate con fibre contrattili organizzate in sarcomeri; un solo nucleo; Le singole cellule muscolari cardiache si ramificano e si collegano con le cellule vicine tramite le loro estremità per formare una rete complessa. Le giunzioni cellulari sono regioni specializzate note come dischi intercalari. Esse sono costituite da membrane interdigitate collegate da desmosomi che mantengono unite tra loro cellule adiacenti. Inoltre i dischi intercalari presentano giunzioni comunicanti permettendo il movimento diretto di ioni da una cellula all’altra. Queste giunzioni collegano elettricamente le cellule in modo che le onde di depolarizzazione diffondono rapidamente. Il segnale per la contrazione del miocardio non proviene dal sistema nervoso ma da cellule miocardiche specializzate dette cellule autoritmiche definite anche pacemaker, perché controllano la frequenza cardiaca.

Organizzazione multi-cellulare

= Giunzioni gap

Il battito cardiaco è avviato da potenziali d’azione che originano dalle cellule pacemaker e non dipendono dalla stimolazione nervosa. Queste cellule autoritmiche sono concentrate nel nodo senoatriale e nel nodo atrioventricolare. Tuttavia, il sistema nervoso autonomo è in grado di esercitare un’attività regolatrice, modulando la frequenza e la forza di contrazione del muscolo cardiaco.

Proprietà dei miociti cardiaci: -eccitabilità -conduttività -contrattilità -ritmicità

Miocardio atriale (eccitabilità e conduttività) Miocardio ventricolare o miocardio di lavoro (eccitabilità e contrattilità) Sistema specifico o di conduzione (conduttività e ritmicità)

Accoppiamento eccitazione-contrazione

La contrazione del miocardio può essere graduata. La forza generata dal miocardio è proporzionale al numero di ponti trasversali che dipende dalla quantità di calcio legato alla troponina. Se dal LEC entra una quota addizionale di calcio, molto più calcio sarà rilasciato dal reticolo sarcoplasmatico e maggiore sarà la forza generata dal muscolo.

Cyt

ATP

Sarcolemma

ICa

Ca

Ca

3Na

SR

RyR

3Na

Ca

T-Tu

bule

Na Na Na

Na

Ca

NCX

NCX ATP

2K

ATP

PLB

Contraction

3Na

2K

ATP

by D.M. Bers

Cyt

Ca

RyR

T-Tu

bule

3Na

Ca

Na

Sarcolemma

NCX

ATP

ATP NCX

Na 3Na Na

3Na

2K

ATP

PLB ICa

SR

by D.M. Bers

Ca

Na

Ca

Ca

RyR

3Na

Ca

T-Tu

bule

NCX

Na Na 2K

ATP NCX ATP Sarcolemma

3Na Na

ATP PLB

AP (Em)

[Ca]i

Contraction

3Na

2K

ATP

Cyt

ICa SR

by D.M. Bers

Ca

Na

Ca

Il PLB inibisce l’attività della pompa

La fosforilazione del PLB libera la pompa da questa inibizione, aumentando la velocità di riassorbimento e di accumulo del Ca2+ nel reticolo sarcoplasmatico.

Ciò rende più veloce e precoce il rilasciamento del miocardio abbreviando la durata della sistole a vantaggio della diastole e consentendo l’accumulo di una maggiore quantità di Ca2+ nel reticolo sarcoplasmatico che si traduce in un maggiore rilascio dagli “store” e quindi in una maggiore forza contrattile durante la sistole.

Potenziale d’azione del muscolo cardiaco

L’ingresso di calcio durante la fase 2 prolunga la durata del potenziale d’azione miocardico. Ciò impedisce che si verifichi una contrazione tetanica. Questa è una caratteristica importante per la funzione del cuore perché il miocardio tra una contrazione e l’altra deve rilasciarsi per permettere ai ventricoli di riempirsi di sangue.

Vmr si mantiene stabilmente ad un valore -80/-90mV da precludere l’insorgenza di pda in risposta a segnali di debole intensità che potrebbero interferire col ritmo cardiaco fisiologico. La soglia d’insorgenza del pda è infatti così elevata da poter essere superata solo dall’intenso stimolo naturale che origina nel nodo seno atriale.

PdA del muscolo ventricolare

l Potenziale di riposo (-80 / -90 mV) l Attivazione rapida, Na+-dipendente l Plateau Ca2+-dipendente l Ripolarizzazione K+-dipendente l Contrazione

0

-50

200 msec Pote

nzia

le d

i mem

br.

del m

usco

lo v

entri

cola

re (m

V)

Muscolatura ventricloare

KIR

NaV

CaT

CaL

KA

KV

Il tetano non può verificarsi a livello del miocardio perché il periodo refrattario e la contrazione terminano quasi contemporaneamente a causa del potenziale d’azione di lunga durata. Quando si ha un secondo potenziale d’azione, la cellula miocardica è già rilasciata e, di conseguenza, la sommazione non può verificarsi.

Il lunghissimo “plateau” del pda dei miociti ventricolari è funzionalmente importante per due buone ragioni:

a) mantenendo depolarizzata la membrana, la rende ineccitabile per tutta la sua durata (perché mantiene inattivati i canali del Na+). In altre parole: durante il plateau, il cuore si trova in uno stato di refrattarietà assoluta, quindi per tutta la durata della contrazione (della sistole) non può essere nuovamente eccitato.

Abbiamo visto che la situazione è molto diversa da quella che si ha nel muscolo scheletrico, nel quale la refrattarietà assoluta termina ancor prima che inizi la contrazione.

b) il Ca2+ che entra attraverso i canali (L) della membrana plasmatica attiverà il “Ca-activated Ca-release” del reticolo sarcoplasmatico, quindi la contrazione del cuore;

Quattro importanti caratteristiche elettriche dei potenziali d’azione cardiaci

Fase di plateau lunga nei miociti (~200ms)

Depolarizzazione spontanea (potenz. pacemaker) Innervazione neuronale non richiesta Propagazione tra le cellule Sincizio elettricamente accoppiato

Assicura un’attività ritmica continua

Assicura una forte contrazione

Periodo di refrattarietà lungo nei miociti Previene la sommazione di scosse muscolari semplici

Potenziale d’azione nelle cellule pacemaker: Le cellule miocardiche autoritmiche generano p.a. spontaneamente in assenza di uno stimolo dal SN.

Il potenziale di membrana di queste cellule è instabile, parte da -60 mV e lentamente sale verso il valore soglia. Ogni volta che il potenziale pacemaker depolarizza la cellula portandola al valore soglia, parte un potenziale d’azione. Alla base del potenziale pacemaker vi sono i canali If che si aprono a valori di potenziali negativi e permettono il passaggio di Na e K. La membrana si depolarizza, i canali If si chudono e si aprono i canali per il Ca di tipo T, l’ingresso di calcio depolarizza ulteriormente la membrana portandola al valore soglia. A questo punto si aprono i canali per il Ca di tipo L, responsabili della fase ascendente del potenziale d’azione

Potenziale d’azione del nodo SA Po

tenz

iale

di m

embr

. de

l nod

o SA

(mV

)

0

-50

200 msec Non c’è potenziale di riposo

(prepotenziale)

Depolarizzazione lenta e Ca+2-dipendente

Ripolarizzazione K+-dipendente

Nodo SA È un potenziale d’azione al Ca2+!!!!!

CaT

CaL

È un pda del Ca.

KV

Funny

I neurotrasmettitori del sistema nervoso autonomo modulano la frequenza cardiaca

L’aumento della permeabilità al Na e al Ca durante la fase del potenziale pacemaker accellererà la depolarizzazione e quindi la frequenza cardiaca. La diminuzione della permeabilità al Ca o l’aumento della permeabilità al K diminuirà la velocità di depolarizzazione rallentando così la frequenza cardiaca.

Gli effetti del parasimpatico sono normalmente prevalenti su quelli simpatici, per cui si dice comunemente che il cuore è costantemente mantenuto sotto un “freno” vagale.

Si avrà un aumento della velocità della depolarizzazione spontanea ed una diminuzione del livello di ripolarizzazione per cui la soglia per l’insorgenza del potenziale d’azione viene raggiunta più rapidamente.

La velocità della depolarizzazione spontanea diminuisce e si avrà una iperpolarizzazione della membrana, con conseguente allontanamento del potenziale di membrana dal livello di soglia per l’insorgenza del potenziale d’azione.

Le cellule pacemaker sono concentrate nel nodo senoatriale, localizzato nella parte superiore dell’atrio destro in prossimità dello sbocco della vena cava superiore, e nel nodo atrioventricolare, posto vicino alla valvola tricuspide in prossimità del setto interatriale. Le cellule del nodo SA hanno una attività spontanea intrinseca più elevata di quelle del nodo AV e, poiché i due nodi sono connessi da fibre di conduzione, è il nodo SA ad attivare la scarica del nodo AV e quindi di tutto il cuore, stabilendone così il ritmo, cioè la frequenza a cui il cuore batte.

-Un potenziale d’azione inizia nel nodo SA. Da qui gli impulsi si dirigono al nodo AV mediante le vie internodali, che rappresentano il sistema di conduzione che si dirama attraverso gli atri.

-L’impulso viene condotto alle cellule del nodo AV che trasmettono i potenziali d’azione meno velocemente, di conseguenza l’impulso viene momentaneamente rallentato (di circa 0.1 s). Ciò permette agli atri di completare la loro contrazione prima che abbia inizio la contrazione ventricolare. -Dal nodo AV l’impulso viene condotto al fascio atrioventricolare e da qui nelle due branche del fascio di destra e di sinistra che conducono lo stimolo al ventricolo di destra e di sinistra

-Dalle due branche, gli impulsi viaggiano attraverso una estesa rete di ramificazioni dette fibre del Purkinje, che diffondono attraverso il miocardio ventricolare.

IL SISTEMA DI CONDUZIONE DEL CUORE

Potenziale d’azione del nodo AV

l Simile al nodo SA l Segnaritmo latente l Depolarizzazione lenta,

Ca+2-dipendente l Conduzione lenta (ritardo) l Ripolarizzazione K+-

dipendente

0

-50

200 msec nodo AV

nodo SA

Pote

nzia

le d

i mem

br.

del n

odo

AV (m

V)

Nodo AV

È un potenziale d’azione al Ca2+!!!!!

Flusso dell’attività elettrica cardiaca (potenziali d’azione) Nodo SA Andatura (stabilisce il ritmo cardiaco)

Muscolo atriale Contrazione

Nodo AV Ritardo

Fibre del Purkinje Rapide, distribuite uniformemente

Muscolo ventricol. Contrazione

Nodo SA

Nodo AV

Fibre di Purkinje

Fascio AV

●I potenziali d’azione sono generati a livello del nodo seno-atriale (nodo SA) e si propagano rapidamente da una cellula all’altra. L’onda di depolarizzazione è seguita da un’onda di contrazione che passa prima attraverso gli atri per poi trasferirsi ai ventricoli. ● Il segnale elettrico passa dal nodo SA al nodo atrio-ventricolare (nodo AV) attraverso la via internodale, per poi proseguire nel fascio AV, nelle due branche del fascio, nelle fibre del Purkinje terminali e, infine, nelle cellule miocardiche contrattili dei ventricoli. ●I setti cartilaginei tra atri e ventricoli impediscono il trasferimento diretto dell’impulso tra atri e ventricoli. Ciò impedisce che la contrazione ventricolare parta dalla parte superiore dei ventricoli. In tal caso, il sangue verrebbe spinto in basso e verrebbe intrappolato a livello del fondo del ventricolo. ●Il nodo SA stabilisce il ritmo del battito cardiaco. Se il nodo SA non funziona correttamente, altre cellule autoritmiche del nodo AV assumono il controllo della frequenza.

Un elettrocardiogramma, ECG, è la registrazione dell’attività elettrica del cuore effettuata con elettrodi posizionati sulla superficie cutanea.

Triangolo di Einthoven

L’onda P corrisponde alla depolarizzazione degli atri; il complesso QRS, rappresenta la progressione dell’onda di depolarizzazione nei ventricoli; l’onda T, rappresenta la ripolarizzazione dei ventricoli. La ripolarizzazione atriale non è rappresentata da nessuna onda specifica ma è inclusa nel complesso QRS.

Gli eventi meccanici del ciclo cardiaco iniziano con lieve ritardo rispetto ai segnali elettrici.

La contrazione atriale inizia nell’ultima fase dell’onda P e continua durante il tratto PR. La contrazione ventricolare inizia subito dopo l’onda Q e continua fino all’onda T.

CICLO CARDIACO È il periodo di tempo compreso tra l’inizio

di un battito cardiaco e l’inizio del successivo

●Un ciclo cardiaco comprende la fase di contrazione (sistole) e di rilasciamento (diastole). ●La maggior parte del sangue entra nei ventricoli quando gli atri sono rilasciati. Solo il 20% del riempimento ventricolare è dovuto alla contrazione atriale. ●Le valvole AV impediscono il reflusso di sangue negli atri. Le vibrazioni associate alla chiusura delle valvole AV causano il primo tono cardiaco. ●Durante la contrazione ventricolare isovolumica, il volume di sangue nel ventricolo non cambia, ma la pressione aumenta. Quando la P nel ventricolo supera quella arteriosa, le valvole semilunari si aprono ed il sangue viene spinto nelle arterie. ●Quando i ventricoli si rilasciano, la P intra-ventricolare diminuisce e le valvole semilulari si chiudono, provocando il secondo tono cardiaco.

Gittata sistolica = quantità di sangue pompata da un ventricolo durante una contrazione. Gittata cardiaca = quantità di sangue pompata da un ventricolo nell’unità di tempo (volume di sangue pompato nell’unità di tempo).

Gittata sistolica = EDV-ESV 135mL-65mL=70mL Gittata cardiaca = frequenza cardiaca x gittata sistolica 72 battiti/min x 70 mL/battito 5040 mL/min

Ritorno venoso

CICLO CARDIACO È il periodo di tempo compreso tra l’inizio

di un battito cardiaco e l’inizio del successivo

Valore medio della pressione aortica che si registra durante il ciclo cardiaco.

PAM = Pdiast + 1/3 (Psist – Pdiast)

PAM = 80 mm Hg + 1/3 (120-80 mm Hg) PAM = 93 mm Hg

Il sangue dal cuore sinistro si porta nelle arterie sistemiche. La pressione generata dalla contrazione del ventricolo sinistro viene accumulata nelle pareti elastiche delle arterie e lentamente rilasciata dal loro ritorno elastico. Questo meccanismo permette di mantenere una pressione propulsiva continua che sostiene il flusso sanguigno durante la fase di rilasciamento ventricolare. Il flusso sanguigno totale a qualsiasi livello della circolazione è uguale alla gittata cardiaca.

Volume di eiezione ventricolare SV = EDV – ESV SV = 130 mL – 60 mL = 70 mL

Frazione di eiezione FE = SV / EDV FE = 70 mL / 130 mL = 0.54

La frazione di volume telediastolico espulsa dal ventricolo durante un battito cardiaco è detta Frazione di eiezione

Gittata cardiaca = Frequenza cardiaca x Gittata sistolica

Controllo estrinseco

Gittata cardiaca

Controllo intrinseco

Gittata cardiaca = Gittata sistolica x Frequenza cardiaca

Gittata sistolica = EDV-ESV 135mL-65mL=70mL Gittata cardiaca = frequenza cardiaca x gittata sistolica 72 battiti/min x 70 mL/battito 5040 mL/min

È la velocità con la quale il ventricolo pompa sangue ed è espressa in L/min

La frequenza cardiaca è sotto il controllo antagonista del SNA. L’attività parasimpatica rallenta la frequenza cardiaca; l’attività simpatica l’aumenta. Il controllo tonico della frequenza cardiaca è dominato dal parasimpatico. Per cui l’aumento della frequenza cardiaca si può avere sia diminuendo l’attività del parasimpatico, sia attivando l’ortosimpatico.

Gli effetti dell’adrenalina, che viene secreta dalla midollare del surrene e giunge al cuore per mezzo del torrente circolatorio, sono simili a quelli del simpatico. Inoltre aumenta la velocità di conduzione del potenziale d’azione attraverso le fibre muscolari cardiache.

Poiché l’aumentata attività del simpatico è associata ad un’aumentata secrezione di adrenalina, l’azione dell’ormone rinforza gli effetti dello stimolo nervoso simpatico.

Anche gli ormoni tiroidei, l’insulina e il glucagone influenzano l’attività cardiaca, in genere aumentando la forza di contrazione cardiaca.

I neuroni simpatici innervano anche il sistema di conduzione aumentando la velocità di conduzione dei pa e quindi accelerando la contrazione ventricolare che parte prima e prosegue più rapidamente riducendo la durata della sistole

La gittata sistolica, cioè la quantità di sangue pompata dal ventricolo a ogni contrazione, è direttamente correlata alla forza generata dal miocardio durante la contrazione: più elevata è la forza, maggiore sarà la gittata sistolica.

La forza della contrazione muscolare è influenzata da 2 parametri: 1.Lunghezza della fibra muscolare all’inizio della contrazione (che dipende dal volume di sangue nel ventricolo all’inizio della contrazione(EDV) 2.Contrattilità miocardica (che dipende dall’interazione del calcio con i filamenti contrattili)

Legge di Starling, relazione lunghezza tensione. La forza generata dalla contrazione del miocardio è direttamente correlata alla lunghezza del sarcomero: quando questa aumenta (fino ad una lunghezza ottimale) anche la tensione aumenta. Se una quota aggiuntiva di sangue passa nei ventricoli, le fibre muscolari si allungano e quindi si contraggono con maggiore forza, spingendo fuori più sangue.

Relazione lunghezza-tensione: Curva di Starling

Relazione lunghezza-tenzione, legge di Frank-Starling

Il EDV è determinato a sua volta dal ritorno venoso che è influenzato da: Pompa muscolare Pompa respiratoria Innervazione ortosimpatica delle vene

La contrazione del miocardio può essere graduata. La forza generata dal miocardio è proporzionale al numero di ponti trasversali attivi che dipende dalla concentrazione del calcio intracellulare. Oltre ad aumentare la forza,

le catecolamine accorciano la durata della contrazione cardiaca

….2.Contrattilità miocardica (che dipende dall’interazione del calcio con i filamenti contrattili

Effetto inotropo positivo delle catecolamine

Il PLB inibisce l’attività della pompa

La fosforilazione del PLB libera la pompa da questa inibizione, aumentando la velocità di riassorbimento e di accumulo del Ca2+ nel reticolo sarcoplasmatico.

Ciò rende più veloce e precoce il rilasciamento del miocardio abbreviando la durata della sistole a vantaggio della diastole e consentendo l’accumulo di una maggiore quantità di Ca2+ nel reticolo sarcoplasmatico che si traduce in un maggiore rilascio dagli “store” e quindi in una maggiore forza contrattile durante la sistole.

Un altro meccanismo per aumentare la concentrazione del calcio nel citosol è quello di impedire la sua rimozione dalla cellula. Ciò si può ottenere somministrando glicosidi cardioattivi come la digitossina e il composto correlato ouabaina che agiscono deprimendo l’attività della pompa Na/K . Il gradiente di concentrazione del Na diminuisce diminuendo l’energia potenziale per il trasporto attivo secondario sostenuto dal Na (scambiatore Na/Ca). L’incremento risultante della contrazione del calcio nel citosol determina una contrazione miocardica più potente. Per questo motivo la digitale viene usata per l’insufficienza cardiaca che è la condizione in cui il cuore non è in grado di contrarsi efficacemente.

Frazione di eiezione, F

F = [GS/EDV]x100

GS, gittata sistolica EDV, volume telediastolico