La gettata cardiaca GC o flusso sanguigno GC

La gettata cardiaca (GC) o flusso sanguigno • GC= gettata sistolica x frequenza cardiaca= 70 ml x 70 b/min= 4900 ml≈ 5 l • La gettata sistolica può circa triplicare • La frequenza cardiaca può circa triplicare (ma un aumento della frequenza tende a limitare l’aumento della gettata sistolica) • La GC aumenta circa 7 -8 volte, cioè 35 -40 l (aumenta ovviamente anche la ventilazione polmonare) • La GC aumenta – durante l’esercizio fisico – quando fa caldo La gettata cardiaca è il parametro fondamentale della funzione cardiaca: la funzione del cuore è di assicurare un’adeguata gettata cardiaca, cioè un adeguato flusso saguigno 1

Starling Forza di contrazioe, Accorciamento, Pressione sistolica • Controllo della gettata sistolica : la legge di (regolazione intrinseca). Si descrive il grafico Lunghezza delle fibre muscolari, Volume telediastolico, Pressione 2 telediastolica

• Controllo della gettata sistolica : la legge di Starling (regolazione intrinseca) • Sinteticamente, più sangue arriva al cuore, più sangue esce dal cuore (fino ad un riempimento ottimale) • Attenzione: all’aumentare del riempimento telediastolico, aumenta la forza di contrazione e quindi la gettata sistolica. Ma fino ad un certo volume telediastolico. Poi, all’aumentare del riempimento, la forza, e quindi la GC, diminuisce. 3

• Controllo della gettata sistolica: agisce positivamente l’ortosimpatico (regolazione estrinseca). Il parasimpatico ha poca efficacia. Sinapsi, NA Sinapsi, Ach Neurone Midollo spinale Neurone gangliare Miocita ventricolare • • Sinapsi gangliare, Ach, recettore nicotinico Sinapsi neurone-miocita, noradrenalina, recettore ß adrenergico G protein, attiva adenilato ciclasi, aumenta AMP ciclico, aumenta PKA, aumenta ICa 2+, aumenta la forza di contrazione Controllo della gettata sistolica: midollare del surrene (regolazione estrinseca) L’ortosimpatico innerva la midollare: sinapsi neurone-cellula midollare (Ach) La midollaresecerne Adrenalina, che va in circolo e raggiunge tutte le varie parti del corpo, cuore incluso Stesso meccanismo molecolare: G protein, attiva adenilato ciclasi, aumenta AMP ciclico, aumenta PKA, aumenta ICa 2+, aumenta la forza di contrazione 4

Effetto della frequenza cardiaca sulla gettata sistolica • Aumentando la frequenza, aumenta la forza: Tende ad aumentare il riempimento di Ca 2+ negli store, e quindi aumenta la liberazione di Ca 2+, ma diminuisce la durata della diastole e quindi il riempimento diastolico può diminuire 5

Controllo della frequenza: problema complesso • Legge del ritmo dominante • La frequenza max è circa 200 b/min • La frequenza viene controllata agendo sulle cellule del nodo senoatriale dall’ortosimpatico e dalla midollare del surrene, e dal parasimpatico, • L’ortosimpatico (NA) e la midollare del surrene (adrenalina) aumentano la frequenza Sinapsi, NA Sinapsi, Ach Neurone Midollo spinale Neurone gangliare Miocita del nodo seno-atriale 6

Il Parasimpatico diminuisce la frequenza attivando una proteina Gi che inibisce l’Adenilato Ciclasi Sinapsi, Ach Nervo vago Neurone vagale Neurone Gangliare Nel cuore Miocita nodo SA 7

• If: attivata dall’iperpolarizzazione • ICa 2+: attivata dalla depolarizzazione, corrente transiente Ca 2+ K+ 10 m. V K+ 0. 8 s If (cationica) -60 m. V 8

• l’Ach diminuisce If ed iperpolarizza (apre canali al potassio Inward rectifier tramite Gß ) • NA ed Adrenalina aumenta If, tramite l’azione diretta dell’AMPc (AMPc attiva If) Ca 2+ K+ 10 m. V K+ 0. 8 s NA, A If (cationica) -60 m. V soglia Ach 9

Controllo della frequenza: che cosa succede alla durata della sistole • • • A 70 B/m la sistole dura 01. 1 + 0. 3 s, e la diastole dura 0. 4. A 140 b/min, il ciclo dura 0. 4 s: : deve diminure la durata del potenziale d’azione, della sistole (atriale e ventricolare) e deve diminuire il ritardo del nodo seno-atriale (a 70 b/min è pari a 0. 1 s) Durante la diastole avviene il riempimento dei ventricoli e l’irrorazione del ventricolo Sx Il SNO aumenta la forza di contrazione e la frequenza. Contemporaneamente: -accorcia la durata del Pd. A, attivando in anticipo Ik delayed - accorcia la durata sistole, aumentando l’attività della SERCA. La SERCA è inibita da una proteina, il fosfolambano, che le sta attaccato. IL SNO, tramite la PKA, fosforila il fosfolambano. Questo cambia conformazione e non è più capace di inibire la SERCA. Aumenta la velocità di riassorbimento del Ca 2+ e la fibra si rilascia. Nel frattempo, anche il Pd. A è accorciato e l’ingresso di Ca 2+ dura per un tempo più breve. In conclusione, la sistole si accorcia (anche il Pd. A si accorcia) e rimane un po’ di tempo per la diastole • Inoltre, se il ciclo dura 0. 4 s, non posso aspettare 0. 1 s nel nodo atrio-ventricolare, quindi il passaggio dell’eccitamento dall’atrio al ventricolo è più rapido. E’ tutto OK, perchè anche la durata della contrazione atriale è diminuita, quindi è necessario un minore 10 ritardo nel nodo atrio-ventricolare.

Controllo della frequenza: che cosa succede alla diastole 11

• C’è un tono basale sia per il SNO che per il SNP, evidenziabile con il taglio della rispettiva innervazione • Effetti del SNO – Cronotropo positivo – Inotropo positivo – Dromotropo positivo • Effetti del SNP – Cronotropo negativo – Inotropo negativo, ma assai scarso – Dromotropo negativo • Parasimpatico agisce prevalentemente tramite una Gi, quindi può solo inibire l’attività dell’adenilato ciclasi 12

• Misura della gettata cardiaca: Quantità di O 2 che parte dai polmoni= Quantità di O 2 che arriva ai polmoni+Quantità di O 2 che entra dall’ambiente Quantità=Concentrazione x massa POLMONI QO 2 che entra = si misura + QO 2= GC x [O 2] Sangue arterioso QO 2= GC x [O 2] Sangue venoso 13

L’extrasistole è una contrazione prematura: se l’intervallo tra due contrazioni è minore di quello fissato dal SNO e dal SNP, la forza di contrazione è minore poichè - il riempimento è limitato - il Pd. A è anomalo (i canali al Na+ sono ancora in parte inattivi, la depolarizzazione è meno ampia e quindi minore il numero dei canali L che si aprono) - Vi è una limitata liberazione di Ca 2+ dal RS ( probabilmente vi è una refrattarità meccanica, cioè il Ca 2+ riassorbito dagli store non è immediatamente disponibile per essere nuovamente liberato) Attenzione: l’extrasistole è una contrazione prematura rispetto alla frequenza vigente. Non sono quindi attivi quei meccanismi che consentono di diminuire la durata del ciclo cardiaco senza incorrere negli inconvenienti sopra citati. 14

Elettrocardiogramma • Pag 301 -303 • V=R x I, I=G x V, V 2 -V 1 = R x I I (corrente) V 1 V 2 H 2 O+ sali (conduttanza) + (zona depolarizzata) CUORE 15

L’apparato circolatorio • La legge di Poiseuille (relazione tra pressione e flusso) • • • Il flusso F (volume che passa attraverso una sezione di un tubo) si misura in l/min, ml/ore, etc P 2 -P 1= R*F, F=(P 2 -P 1)/R, 1/R=G Il flusso va da pressione maggiore a pressione minore • R= 8ηl/ πr 4(esatta in regime di flusso laminare) • • Vasi in serie: RT = R 1+R 2 Vasi in parallelo FT=F 1+F 2 1 2 F 1 FT FT F 2 FT =F 1+F 2 1/RT=1/R 1+1/R 2 GT=G 1+G 2 P 1 F l 16

• • • Legge di Bernoulli: presuppone l’assenza di attriti Se diminuisce la velocità aumenta la pressione Aneurisma V 1 > V 2 < V 3 P 1<P 2 • • Flusso= Velocità x Sezione Quantità=Velocità x Sezione x tempo • • • Legge di Laplace: T= P x R (T=tensione distendente applicata alla parete del vaso) Aneurisma Aorta e capillari • Diametro finale del vaso: alla pressione, che distende il vaso, si oppone l’elasticità del vaso e la contrazione delle cellule muscolari liscie. 17

• Tipi di vasi • • • Vasi di accumulo a bassa complianza (aorta) Vasi di trasporto: arterie Vasi di resistenza (variabile): arteriole Vasi di scambio: capillari Vasi di trasporto: vene le vene sono vasi di accumulo ad alta complianza (2 litri, costituiscono una riserva di sangue): grosse vene • • Complianza : V/ P Le vene hanno una complianza>> delle arterie 18

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La pressione arteriosa • • La pressione arteriosa (PA) varia ciclicamente: 120 mm. Hg sistolica, 80 mm. Hg diastolica Pressione media ≈ 95 mm. Hg 20

Elasticità dele arterie • • La gettata sistolica in parte procede, in parte si accumula nell’aorta ascendente L’elasticità delle arterie, principalmente l’aorta ascendente, fa sì che P ed F non vadano a zero durante la diastole Il polso arterioso è la deformazione elastica dell’aorta ascendente che si trasmette a tutto l’albero arterioso (e torna anche indietro) Maggiore è la rigidità delle arterie, maggiore è la velocità di propagazione Polso arterioso: fasi anacrotica, catacrotica, onda dicrota (incisura aortica Polso : permette la misura della frequenza cardiaca Polso ampio e celere: è causato da un’insufficienza della valvola aortica Polso piccolo e tardo: è causato da una stenosi della valvola aortica P=120 P=90 sangue 21

La pressione arteriosa • La pressione arteriosa origina dall’attività contrattile del cuore • Lo scopo del Sistema Circolatorio? Mantenere un adeguato flusso • Se consideriamo il grande circolo: • P 1 è la pressione nell’aorta, in media circa 100 mm. Hg • P 2 è la pressione nell’atrio destro, circa 0 • P 1 – P 2 = R x F 100 -0 = R X F: se aumenta R, è opportuno che aumenti P 1, se F deve restare costante • Un modo per aumentare F? Aumentare la gettata sistolica e la frequenza • La volemia. Se aumenta, tende ad aumentare il ritorno venoso (perchè il sangue si accumula nelle grosse vene, aumenta la pressione venosa e quindi il ritorno di sangue al cuore, e quindi la presione sistolica) • Un modo per aumentare F? Diminuire la resistenza periferica, cioè vasodilatare i vasi. La necessità di aumentare F è però selettiva e quindi anche la vasodilatazione è selettiva, • Misura della Pa con il manometro di Riva-Rocci: libro 22

• La legge di Starling: insufficienza ventricolare o aumento R sistemica Dx Flusso o GC Sx 150 ml 80 ml 70 ml 80 ml Nelle vene vi sono 2000 ml Dx 80 ml Flusso o GC Sx insuff. 150 ml 100 ml 80 ml Nelle vene vi sono 1970 ml Dx 50 ml Flusso o GC 80 ml Nelle vene vi sono 2000 ml 80 ml Sx 180 ml 100 ml I 2 flussi devono essere uguali 1) Stazionario: escono 80 ml, arrivano 80 ml. Volume telediastolico 150, GS=80, volume telesistolico 70 2) Il ritorno venoso dipende dalla pressione venosa, proporzionale al riempimento venoso e dalla contrazione delle cellule muscolari liscie delle vene , operata dal SNO. 3) La contrattiltà del ventricolo sinistro diminuisce: GS=50, volume telesistolico 100 (Pa diminuisce) 4) Il ritorno venoso a Dx non cambia (nelle vene vi sono 2000 ml, se ne arrivano 70 o 50, poco cambia 5) Da Dx escono ancora 80 ml, che arrivano ad Sx. 6) Il volume telediastolico di Sx è ora 180 ml : aumenta la forza di contrazione, Gs torna 80, il volume telesistolico è 100 (Pa torna normale). Lo stesso avviene se R sistemica aumenta (per esempio, vasocostrizione generalizzata) Pa però aumenta. L’inverso avviene se R diminuisce 23

• • • La pressione arteriosa può aumentare con la volemia La pressione arteriosa tende a dimunuire con l’emorragia Compliance delle arterie: se le arterie hanno maggire compliance, diminuisce la massima La pressione arteriosa aumenta con l’aumentare dellle R periferiche La pressione arteriosa può aumentare con l’aumento della GC Gli atti respiratori (circa 15/min) influenzano la PA (oscillazioni del II ordine) Le arteriole ottimizzano la distribuzione del flusso sanguigno La resistenza delle arteriole (cioè il loro calibro) è controllata dalle cellule muscolari liscie I capillari consentono gli scambi e consentono il passaggio di tutte le molecole, proteine escluse. Le poche proteine che filtrano sono riassorbite dai vasi linfatici. Eccezioni: 1) nei capillari cerebrali l’endotelio controlla in modo attivo la permeabilità degli ioni, costituendo la BLOOD-BRAIN BARRIER (veicolazione farmaci al SNCentrale); nei capillari epatici la permeabilità alle proteine è rimarchevole. STRUTTURA del circolo capillare: minidomini irrorati da una arteriola, con sfinteri precapillari e shunt artero-venoso. La circolazione nei capillari in condizioni basali è alternata. La massima irrorazione si ottiene aprendo tutti gli sfinteri e chiudendo lo shunt. 24

• Durante l’esercizio fisico, si chiudono le arteriole di alcuni distretti, si vasodilatano le arteriole dei distretti cardiaco e muscolare scheletrico interessato. Il circolo capillare è pervio in misura massima 25

Scambi a livello dei capillari • • • I capillari sono molto vicini alle cellule: nel cuore 1 capillare ogni cardiocita La diffusione è perciò efficiente Q=ΔC x tempo x (K x superficie di scambio) K elevata poiché i capillari sono costituiti dal solo endotelio Superficie di scambio≈1000 m 2 La pressione osmotica è dovuta alle proteine del sangue, principalmente albumine Trasporto di massa (pressione idraulica): Psanguigna-Posmotica (Pinterstizio≈0) – Lato arteriolare 32 -25≈+7 – Lato venulare 17 -25≈-8 (valori nel circolo sistemico) • • Esce più liquido di quanto ne rientri: ci pensano i vasi linfatici Edema: accumulo di liquidi nell’interstizio H 2 O+ soluti 26

Edema • • Scarsità di proteine ematiche (malattie epatiche) Circolo linfatico poco funzionale (drena liquidi e proteine) Edema polmonare (prima interstiziale, poi alveolare) – Insufficienza ventricolare Sx (se acuta, bastano 30 minuti) – Danno ai capillari (polmonite o gas tossici): fuoriescono le proteine Edema periferico durante insufficienza ventricolare Sx: il rene aumenta il riassorbimento di liquidi Le vene • • Hanno bassa resistenza (ΔP=17 -0) Hanno alta complianza (contengono circa 2 litri di sangue) • Hanno valvole che consentono il flusso solo in direzione del cuore 27

Alziamoci dal letto: fase acuta e fase stazionaria Fase acuta 1) Quando ci si alza in piedi, il sangue, che procedeva dalle grosse vene verso il cuore, ristagna di colpo. 2) Diminuisce la GC del cuore Dx (diminuisce cioè il ritorno di sangue al cuore Sx 3) Cala la P sistemica, cala l’afflusso di sangue al cervello 4) Si può svenire 5) Ma c’è un’immediata attivazione dell’ortosimpatico: Venocostrizione Aumento della forza e della frequenza cardiaca Costrizione arteriolare (ma non nel cuore e nell’encefalo) Fase stazionaria Nei capillari delle parti inferiori del corpo il peso della colonna di sangue aumenta la pressione nei capillari: edema L’attività muscolare comprime le vene e, grazie alla presenza delle valvole, il sangue fluisce solo verso il cuore. Questa pompa muscolare impedisce l’edema. 28

Controllo delle fibre muscolari liscie vasali • Il SNO favorisce la vasocostrizione nei distretti splancnico, cutaneo, renale • Il SNO ha poco effetto sui vasi del cuore, del SNC e del muscolo scheletrico. Qui prevale la regolazione autonoma (metabolica). • Il SNP vasodilata nei vasi dei genitali esterni • Controllo endocrino • La Noradrenalina attiva il cuore e costringe i vasi di tutti i distretti • L’adrenalina attiva il cuore, costringe i vasi dei distretti splancnico, cutaneo, renale, dilata i vasi del distretto muscolare. • Controllo locale 1) Tono miogeno: la SMC, dilatata dalla pressione, tende a contrarsi Il meccanismo è poco noto. 2) NO: è prodotto dalle cellule endoteliali in seguito allo stimolo meccanico prodotto dal flusso di sangue o per azione di mediatori, quali la bradichinina, l’ATP e l’istamina. 3) Fattori metabolici non meglio identificati (calo dell’O 2, aumento della CO 2, p. H, . . . ). L’adenosina è il mediatore più accreditato. 29

Controllo della pressione a breve termine: il riflesso tampone Meccanocettori presenti nell’arco aortico e nel seno carotideo (posizione strategica) Le vie afferenti corrono lungo il vago ed il nervo di Hering e raggiungono: 1) il Nucleo Dorsale del Vago. La via efferente al cuore (vago) riduce la frequenza 2) centri che inibiscono il SNO, con inibizione della forza e della frequenza cardiaca, e vasodilatazione (cutaneo, splancnico e e renale. Se aumenta la pressione si attivano i recettori. Controllo a breve termine. (Casella-Taglietti) 30

Riflessi chemocettivi • Nei glomi aortici e carotidei vi sono chemocettori sensibili alla concentrazione dell’O 2 e della CO 2. Sono gli stessi recettori che controllano la rspirazione. • Se l’O 2 diminuisce o la CO 2 aumenta, viene stimolato l’ortosimpatico. Questo riflesso è meno importane del riflesso tampone. 31

Effetti dell’adrenalina e della noradrenalina Adrenalina e Noradrenalina esercitano gli stessi effetti sul cuore. La Noradrenalina vasocostringe in tutti i distretti, aumnenta la Parteriosa. Il riflesso tampone riduce la frequenza. Qual è l’effetto sulla gettata cardiaca dei due ormoni? 32

Controllo a lungo termine • ADH (ormone antidiuretico): consente il riassorbimento di H 2 O nei reni • Recettori volemici nell’atrio mandano stimoli alla neuroipofisi, dove si produce ADH(vedi anche angiotensina ii) • Aldosterone: facilita il riassorbimento di Na. Cl nei reni • Sistema renina-angiotensina-aldosterone • In condizioni di ipovlemia i recettori volemici, mediante il SNO, 1) Costringono le arteriole afferenti ed efferenti del rene (recettori ), diminuendo l’escrezione di urina 2) Stimolano la produzione di renina da parte delle SMC delle arteriole afferenti ed efferenti del rene (recettori ) 3) Stimolano il riassorbimento di Na. Cl (recettori dei tubulu renali) • La renina è un enzima proteolitico e trasforma l’angiotensinogeno in angiotensina 1. Un enzima sulle cellule endoteliali (ACE) traforma l’angiotensina 1 in angiotensina 2 che: 1) aumenta la produzione di aldosterone 2) Vasocostringe 3) aumenta la produzione di ADH ed induce sete 4) aumenta il riassorbimento di Na. Cl dai tubuli renali 33

Risposta all’emorragia In figura sono riportati gli aggiustamenti rapidi. La vasocostrizione avviene nei distretti cutanei, splancnico e renale. Più lenti gli aggiustamlenti renali, ADH, Aldosterone e sete. 34 (Casella-Taglietti)

Controlo del flusso nel miocardio Subito a valle delle valvole partono le due coronarie. Il sangue torna prevalentemente all’atrio dx tramite il seno coronarico. Barocettori Ramo circonflesso 35

Flusso sanguigno nel miocardio Il ventricolo sx è irrorato prevalentemente durante la diastole. Quello dx sempre. Il ventricolo, durante la sistole, tende a schiacciare i vasi ed esercita una pressione che si oppone al flusso. La differenza di pressione che spinge il sangue è Parteriosa -Pintramurale. La Pintramurale è minima nelle parti superficiali e massima nelle parti più interne dove, nel ventricolo sx, eguaglia la Psistolica 36

Controllo del flusso sanguigno nel miocardio • L’ortosimpatico esercita una modica vasocostrizione ma, aumentando la forza di contrazione e la frequenza, aumenta il consumo di energia. Nel miocardio prevale la regolazione metabolica, operata sembra dall’adenosina extracellulare (ATPADP-AMP-adenosina) Nel cuore il coefficiente di estrazione dell’O 2 è massimo già a riposo ( 50%), per cui se aumenta il metabolismo deve aumentare il flusso. L’ischemia del miocardio, dovuta usualmente ad aterosclerosi coronarica, produce una diminuzione della capacità contrattile. Se grave, causa l’infarto (morte cellulare), a cui si accompagnano alterazioni dell’ordinata propagazione dell’eccitamento. Un attacco acuto (vasospasmo od embolo), se risolto in breve tempo causa lo stunning. Per molti giorni il cuore ha una diminuita contrattilità ma tutto torna poi alla norma 37

L’occlusione dei vasi coronarici viene curata chirurgicamente tramite by-pass, utilizzando la mammaria interna od una vena. Si può effettuare un’angioplastica con palloncino, che gratta via la zona aterosclerotica. Tuttavia nella zona lesa le cellule tendono a proliferare in seguito all’azione di fattori di crescita e l’occlusione spesso si riforma. Inoltre l’endotelio è mancante, e questo favorisce la formazione di trombi ed il rilascio di GF da parte delle piastrine. Utilizzo di substrati da parte del cuore • Il cuore si procura il 60% dell’energia dagli acidi grassi ed il 40% circa dai carboidrati. Può facilmente utilizzare acido lattico e corpi chetonici. Tali substrati vengono ossidati. 38

Circolo cerebrale - Poligono di Willis: è un sistema di sicurezza. - Utilizza glicolisi aerobia e non ha glicogeno di riserva: pochi s di interruzione del flusso provocano svenimento e pochi minuti morte neuronale. Inoltre ha un notevole metabolismo basale: riceve 750 ml di sangue al min. - Il cervello è all’interno di una struttura rigida. Tanto sangue entra, tanto ne esce (niente accumulo nelle vene). L’edema provoca subito gravi conseguenze. - La barriera emato-encefalica, costituita strutturalmente da endotelio connesso con tight-junctions, controlla attivamente il passaggio anche di piccole molecole (ioni) ed impedisce la perdita di proteine. Di fatto, non ci sono vasi linfatici nel SNC. 39

Caratteristiche principali del circolo cerebrale • Utilizza glicolisi aerobia e non ha glicogeno di riserva: pochi s di interruzione del flusso provocano svenimento e pochi minuti morte neuronale. Inoltre ha un notevole metabolismo basale: riceve 750 ml di sangue al min. • Il cervello è all’interno di una struttura rigida. Tanto sangue entra, tanto ne esce (niente accumulo nelle vene). L’edema provoca subito gravi conseguenze. • E’ presente una barriera emato-encefalica, costituita strutturalmente da endotelio connesso con tight-junctions. Controlla attivamente il passaggio anche di piccole molecole (ioni) ed impedisce la perdita di proteine. Di fatto, non ci sono vasi linfatici nel SNC. • Il controllo del flusso è locale (O 2 e CO 2, ), la pressione arteriosa è poco sensibile all’azione del SNO. 40