Fisiologia dellapparato cardiovascolare Introduzione storica W Harvey Definizione

Fisiologia dell’apparato cardiovascolare: • Introduzione storica (W. Harvey) • Definizione • Elementi costitutivi • Modello semplificato • Classificazione composizione e funzione dei vasi • Caduta di pressione nel sistema • Velocità del sangue nel circuito • Volume di sangue e sua distribuzione: compliance e capacitanza • Pressione circolatoria media • La pompa: struttura macroscopica del cuore • Valvole cardiache • Pareti delle quattro camere • Potenziale d’azione cardiaco • Variazioni di eccitabilità: periodi refrattari • Cellule nodali e potenziale di pacemaker • Determinazione della frequenza cardiaca • La conduzione nel cuore

STORIA: La fisiologia è una scienza sperimentale: nulla è dato per scontato! Esempio: la circolazione del sangue Fino al XVII° secolo vigevano le teorie fondate sulla filosofia aristotelica, secondo cui la natura è formata di 4 elementi (aria, acqua, fuoco, terra). Il corpo umano è una fucina che fabbrica in continuazione umori cattivi, che devono essere eliminati e produce il calore necessario alla vita. Il cuore è una pompa (già allora) che spinge il sangue, continuamente formato dal fegato: la metà destra nelle vene che si distribuiscono alla cute per disperdere gli umori maligni, la metà sinistra nelle arterie per diffondere il calore formato dai polmoni, ritenuti una fornace

IL SISTEMA CARDIOCIRCOLATORIO E' un sistema di trasporto che mette in movimento un tessuto liquido (sangue), specializzato per la distribuzione di: gas respiratori (ossigeno e anidride carbonica), ioni, materiali nutritizi (glucidi, aminoacidi, lipidi), prodotti di scarto del metabolismo cellulare, proteine, messaggeri chimici (ormoni), acqua, calore.

ELEMENTI COSTITUTIVI: pompa cardiaca (doppia), tubi, elementi filtranti. Due sistemi in serie: circolo sistemico, costituito da numerosi sistemi in parallelo e circolo polmonare.

MODELLO SEMPLIFICATO DEL SISTEMA CIRCOLATORIO Cuore pompa Vene Arterie vasi di capacitanza vasi di trasporto 20 : 1 venule Capillari arteriole vasi di scambio Sangue tessuto liquido Vasi di resistenza

I VASI. La loro struttura non è omogenea e la differenziazione funzionale dipende dalla struttura. Sono elementi costitutivi comuni della parete dei vasi: l'endotelio, con la sua membrana basale; la media, contenente fibre muscolari liscie, fibre elastiche e fibre collagene in diverse proporzioni; l'avventizia, contenente tessuto connettivo lasso, terminazioni nervose (simpatiche) e vasi (vasa vasorum).

Gli elementi della media possono essere disposti su più strati e la direzione delle fibre (muscolari ed elastiche) può essere circolare o spirale, fino a diventare quasi longitudinale.

arterie Componenti della parete Avventizia f. connettive arteriole f. elastiche f. muscolari lisce membr. basale cell. endoteliali capillari venule vene

ARTERIE: di grosso calibro; prevale la componente elastica; funzione: mantenimento della pressione in diastole (effetto mantice: windkessel); ARTERIOLE: meno di 200 micron; distinzione funzionale più che anatomica; prevale la componente muscolare, a disposizione circolare; funzione: determinazione della resistenza d'ingresso al microcircolo e della resistenza periferica totale;

CAPILLARI: meno di 8 micron; parete costituita solo di endotelio e membrana basale; funzione: scambi (non possono avvenire negli altri distretti); VENULE: parete relativamente muscolare; funzione: regolazione della resistenza postcapillare; deposito volume circolante: facilita ritorno venoso VENE MEDIE E GRANDI: prevale progressivamente la componente collagene, con elementi muscolari; funzione: regolazione della capacitanza sistemica.

CIRCOLO POLMONARE: minori differenze fra arterie e vene; scarsa componente muscolare; mancano le arteriole (pressione più bassa).

PRESSIONE NEL CIRCOLO SISTEMICO: all'uscita dal cuore è pulsatile (80 -120 mm. Hg; media 95); nelle grandi arterie diminuisce poco il valore medio e aumenta la pulsatilità; nelle arteriole c'è grande caduta di pressione (fino a 30 -35 mm. Hg) e sparisce la pulsatilità; nei capillari, ulteriore caduta, fino a 10 mm. Hg; fino all'atrio destro ulteriore progressiva caduta fino a 0 mm. Hg.

Atrio dx Vene Venule Capillari Arteriole Arterie piccole Arterie grandi Aorta V. sx mm. Hg 120 60 0

Le arteriole sono i vasi di resistenza perché a questo livello è massima la caduta di pressione; inoltre, sono i principali regolatori della resistenza perché hanno muscolatura liscia abbondante e a disposizione circolare e sono riccamente innervate.

VELOCITA' DEL SANGUE NEL CIRCUITO: è inversamente proporzionale alla sezione totale di ogni compartimento: massima nell'aorta, ridotta nelle arteriole, molto bassa nei capillari; nelle vene che tornano al cuore la velocità va aumentando, ma non raggiunge quella dell'aorta perché la sezione delle grandi vene è maggiore.

arteriole piccole arterie grandi arterie Grandi vene piccole venule aorta capillari Vene centrali Dimostrazione schematica (non in scala) delle variazioni della sezione totale del letto vascolare a diversi livelli. Diminuisce il diametro dei singoli vasi, ma aumenta la sezione totale. A pari livello, la sezione delle vene è maggiore di quella delle arterie.

DISTRIBUZIONE DEL SANGUE: è funzione della capacitanza di ogni distretto: circa 4/5 sono contenuti nelle vene; una parte non trascurabile è contenuta nei capillari. DISTRIBUZIONE DEL VOLUME IN ECCESSO: il sistema circolatorio è disteso e pertanto gli elementi elastici sono in tensione e sviluppano pressione.

A cuore fermo, il circuito contiene una PRESSIONE CIRCOLATORIA MEDIA (anche detta sistemica media o pressione di riempimento) di 7 mm. Hg. Il volume di sangue che genera questa pressione si deve considerare come volume in eccesso il rapporto fra la componente venosa e arteriosa del volume in eccesso è di 20: 1

Il rapporto fra volume in eccesso e pressione sviluppata si chiama complianza (compliance DV/DP): dipende dall'elasticità dei vasi. La compliance venosa è molto maggiore di quella arteriosa. La compliance del circolo polmonare è elevata in tutti gli elementi. L’inverso della compliance è la capacitanza: DP/DV

LA POMPA. La struttura del cuore comprende 4 cavità (atrii e ventricoli), separate da un setto in: metà destra, che riceve sangue venoso dalle vene sistemiche e lo pompa nell'arteria polmonare e metà sinistra che riceve sangue arterioso dalle vene plomonari e lo pompa nell'aorta

Il cuore è dotato di una coppia di valvole atrio-ventricolari (tricuspide e mitrale) e una coppia di valvole semilunari, che separano i ventricoli dalle rispettive arterie La presenza di valvole conferisce unidirezionalità al movimento del sangue Non esistono valvole fra le vene e gli atrii Il funzionamento delle valvole è passivo: si aprono e si chiudono seguendo gradienti di pressione.

Lo spessore della parete delle camere cardiache è proporzionale alla pressione che ogni camera sviluppa: sottile negli atri, più spesso nel ventricolo destro, molto più spesso nel ventricolo sinistro. Prima della nascita le pareti ventricolari hanno spessori simili perché a destra la pressione è elevata come a sinistra. Sono possibili variazioni patologiche (es. ipertrofia).

IL POTENZIALE D'AZIONE CARDIACO Si distinguono diversi tipi di cellule: nodali (nodo seno-atriale e nodo atrio-ventricolare); di conduzione (fascio di His e fibre di Purkinije); comuni o di lavoro. I meccanismi elettrici e di membrana sono simili a quelli delle altre cellule eccitabili: ci soffermeremo soprattutto sulle differenze.

MIOCARDIO COMUNE: potenziale in 5 fasi 0 - depolarizzazione rapida per apertura di canali per il sodio voltaggio-dipendenti 1 - parziale breve ripolarizzazione per aumento transitorio conduttanza al cloro e al potassio

2 - plateau: potenziale stabile su valori leggermente positivi per circa 0. 2 s; dovuto all'aumento della conduttanza al calcio (apertura di "canali lenti") e riduzione della conduttanza al potassio 3 - ripolarizzazione per progressivo aumento della conduttanza al potassio e chiusura dei canali lenti; 4 - potenziale di riposo, stabile a -90 m. V.

depolarizzazione 210 potenziale plateau: potenziale 4 -3 di riposo, ----ripolarizzazione per parziale breve rapida per apertura di stabile su valori stabile a -90 m. V. ripolarizzazione per della progressivo aumento canali per il sodio voltaggio leggermente positivi pere aumento transitorio Conduttanza al al sodio molto conduttanza potassio -dipendenti conduttanza al cloroal e al circa 0. 2 dei s; dovuto scarsa; conduttanza chiusura canali lenti; potassio Arresto per della chiusura all'aumento potassio elevata. La pompa canali +ritardata al sodio calcio Naconduttanza /K+ ristabilisce i (apertura di "canali lenti") gradienti di concentrazione e riduzione della conduttanza al potassio m. V 45 0 -45 -90 0 . 05 . 10. 15. 20 . 25 . 30. 35. 40 . 45 s

Durante il plateau si verifica una corrente di calcio, molto importante per l'accoppiamento elettromeccanico e per la regolazione della contrattilità

Variazioni di eccitabilità durante il potenziale d'azione: periodi refrattari. La risposta meccanica compare durante il potenziale e ha circa la stessa durata: il cuore non può essere tetanizzato

m. V Periodo refrattario assoluto 45 contrazione 0 Periodo refrattario relativo -45 -90 0 . 05 . 10. 15. 20 . 25 . 30. 35. 40 . 45 s Eccitabilità normale

ECCEZIONI ALLE REGOLE SOPRA ESPOSTE: effetto di variazioni del potenziale di riposo molto lente: accomodazione. I canali Na+ voltaggio dipendenti si inattivano prima di aprirsi; lo spike diminuisce e la cellula può diventare ineccitabile.

I canali Na+ voltaggio dipendenti possono trovarsi in tre diverse condizioni: 1. Attivi ma chiusi (a riposo, polarizzazione) 2. Aperti (spike) 3. Inattivi (apice dello spike; periodo refrattario assoluto)

Modello di funzionamento dei canali voltaggio-dipendenti polarizzazione E I depolarizzazione Fattore di attivazione Fattore di inattivazione

Canale Na+ voltaggiodipendente. Fattore di attivazione e di inattivazione

CELLULE NODALI. Il funzionamento del cuore è automatico, perché le cellule nodali sono in grado di auto-eccitarsi ritmicamente: funziona da generatore (pace-maker) primario il nodo senoatriale perché è dotato di ritmicità a frequenza maggiore

Il potenziale d'azione delle cellule nodali ha le seguenti caratteristiche: 1 - minore negatività alla fine della ripolarizzazione (-60 m. V), dovuta a più elevata conduttanza al sodio 2 - lenta depolarizzazione spontanea dopo la ripolarizzazione, fino al raggiungimento di un livello soglia (potenziale di pace-maker), dovuta a progressiva riduzione della conduttanza al potassio

3 - fase di salita del potenziale più lenta che nelle cellule di lavoro, per apertura solo di canali lenti 4 - assenza di plateau.

Miocardio Cell. nodali di lavoro prepotenziale

2+ Salita lenta: canali Ca Arresto ripolarizzazione: Prepotenziale: diminuzione Ripolarizzazione: ++ conduttanza K + corrente Na corrente K

Determinazione della frequenza cardiaca: dipende dalla pendenza del potenziale di pacemaker e dal livello di ripolarizzazione (regolazione nervosa).

CONDUZIONE NEL CUORE: propagazione elettrotonica da cellula attraverso ponti laterali con giunzioni strette Importanza dell'ampiezza e della velocità della depolarizzazione nel determinare la velocità di conduzione

Vie di conduzione: fasci atriali funzionali, nodo AV, fascio di His, fibre di Purkinje, miocardio comune Variazioni della velocità di conduzione Determinazione dell'intervallo atrioventricolare

Osservare: sequenza temporale; variazione di morfologia