Fondamenti biologia, anatomia e fisiologia - Parte 3

BIOMECCANICA:

Il sistema T-REM3DIE è un dispositivo innovativo, biocompatibile e bioassorbibile, pensato

per la riparazione di tendini e legamenti lesionati. A differenza delle suture tradizionali,

distribuisce le tensioni in modo più fisiologico, riducendo il trauma sulla zona lesionata.

Ha diversi vantaggi: riduce il rischio di infiammazione e infezione, ed è progettato per essere

riassorbito dal corpo nel tempo, evitando un secondo intervento chirurgico. La sua

superficie liscia permette uno scorrimento migliore e una maggiore stabilità, consentendo di

iniziare la riabilitazione subito dopo l’operazione, senza il lungo periodo di

immobilizzazione tipico delle suture classiche. Inoltre, favorisce una migliore vascolarizzazione

del tendine e riduce la formazione di tessuto cicatriziale, oltre a essere più rapido e semplice da

applicare, con minori tempi e costi in sala operatoria.

Gli scaffold sono strutture artificiali usate nell’ingegneria tissutale per aiutare a riparare o

rigenerare tessuti e organi danneggiati. Funzionano come una sorta di impalcatura che imita la

matrice extracellulare naturale e permette alle cellule di aderire, crescere e formare nuovo tessuto.

Possono essere fatti con polimeri naturali, che sono biocompatibili e favoriscono l’attività

cellulare, ma si degradano velocemente e sono meno resistenti. Oppure con polimeri sintetici,

che sono più stabili e hanno migliori proprietà meccaniche, ma non stimolano direttamente il

comportamento delle cellule. In entrambi i casi, lo scaffold è spesso un idrogel, cioè una rete

polimerica che contiene molta acqua e crea un ambiente adatto alla crescita cellulare.

Il sistema “mattoncini LEGO” è uno scaffold per la riparazione delle fratture basato su piccoli

moduli rigidi di beta-tricalciofosfato, riempiti con idrogel. Questi moduli vengono prodotti

con tecniche di stampa avanzate e poi assemblati tra loro come dei mattoncini.

Ogni singolo blocchetto è molto resistente alla compressione, anche se la struttura finale

assemblata è un po’ meno rigida. Nonostante questo, il materiale nel complesso si comporta in

modo simile all’osso naturale. Le simulazioni mostrano infatti che la struttura può sopportare

pressioni tipiche dell’osso spugnoso senza rompersi, rendendola adatta come supporto per la

rigenerazione ossea.

La stimolazione elettrica funzionale (FES) è una tecnica che usa impulsi elettrici per

attivare i muscoli e aiutarne il recupero, soprattutto in caso di muscoli denervati o danneggiati.

Nel progetto europeo “RISE” viene anche utilizzata per monitorare e riattivare muscoli

degenerati, aiutando a mantenere o recuperare la funzione muscolare.

Esistono tecniche simili ma con scopi diversi:

EMS (elettrostimolazione muscolare): stimola i nervi motori e provoca la

 contrazione del muscolo. Serve per rinforzo, riabilitazione e tonificazione.

TENS (stimolazione nervosa transcutanea): agisce sui nervi sensitivi e non provoca

 contrazione. Serve soprattutto per ridurre il dolore.

In sintesi, la FES e le tecniche correlate usano l’elettricità: alcune per attivare i muscoli, altre

per ridurre il dolore.

La robotica riabilitativa e gli esoscheletri sono tecnologie che aiutano le persone con

difficoltà motorie a muoversi o a recuperare la capacità di camminare. Gli esoscheletri sono

strutture robotiche indossabili che sostengono il corpo e guidano i movimenti degli arti,

permettendo di camminare anche a persone con paralisi o gravi disabilità motorie.

Un esempio è quello di Kevin Piette, che ha usato un esoscheletro sperimentale per portare la

torcia olimpica nonostante una paraplegia. Questi dispositivi possono essere usati in

riabilitazione o nella vita quotidiana e rappresentano una tecnologia in forte sviluppo per

migliorare l’autonomia dei pazienti.

L’APPARATO CARDIOVASCOLARE

Comprende il cuore, un sistema di vasi sanguigni (sistema vascolare) e il sangue. La sua

funzione principale è quella di trasportare le sostanze verso e da tutti i distretti corporei.

I vasi sanguigni si suddividono in:

 Arterie portano il sangue agli organi (nel grande circolo il sangue è ossigenato,



rosso brillante)

 Vene riportano il sangue al cuore (nel grande circolo il sangue deossigenato, rosso



scuro)

CIRCOLAZIONE POLMONARE = anche chiamata piccolo circolo, è l’insieme dei vasi

sanguigni diretti dal ventricolo destro verso i polmoni e di quelli che ritornano all’atrio sinistro

(arterie e vene polmonari).

CIRCOLAZIONE SISTEMICA = anche conosciuta come grande circolo, è l’insieme dei vasi

sanguigni che portano il sangue dal lato sinistro del cuore ai tessuti e di quelli che ritornano al

cuore destro. Comprende l’aorta che si dirama fino a formare una rete di capillari e dalle vene

sempre più grandi che confluiscono a formare la vena cava superiore e inferiore.

L’unidirezionalità del flusso sanguigno nel sistema è garantita dalla presenza di valvole sia

nel cuore sia nelle vene che impediscono al sangue di invertire la propria direzione di flusso. Il

sangue scorre secondo gradiente di pressione.

IL CUORE:

Il cuore è un organo muscolare grande circa quanto un pugno collocato al

centro della cavità toracica. Le cellule muscolari miocardiche

sono ramificate, possiedono un unico nucleo e sono unite tra loro tramite

giunzioni specializzate definite dischi intercalari. A differenza delle cellule

muscolari scheletriche quelle cardiache sono più piccole ma i loro tubuli

T sono più grandi.

L’apice appuntito è in basso piegato verso la parte sinistra del corpo mentre la base è in alto

proprio dietro lo sterno.

Il cuore è diviso da una parete centrale (= SETTO) nelle metà destra e sinistra. Ogni metà

funziona come una pompa indipendente e consiste di un atrio e di un ventricolo. L’atrio riceve

il sangue che ritorna al cuore dalle vene e il ventricolo lo pompa ai vari distretti attraverso le

arterie. La portata del cuore destro e sinistro è uguale nonostante il cuore sinistro sia un po’

più piccolo.

PERCORSO DEL SANGUE:

1. Sangue venoso arriva al cuore destro

da vena cava inferiore/superiore

2. Entra nell’atrio destro

3. Attraverso una valvola va nel

ventricolo dx

4. Arterie polmonari

5. Polmoni

6. Vene polmonari

7. Atrio sinistro

8. Ventricolo sinistro

9. Aorta

Le attività delle camere destre e sinistre sono

coordinate.

Le valvole cardiache garantiscono l’unidirezionalità del flusso di sangue all’interno del

cuore. La valvola si apre e chiude passivamente con il flusso. I muscoli papillari servono

a prevenire lo sfondamento della valvola, protegge la valvola da pressioni del ventricolo che

potrebbero essere molto elevate ma non sono in grado di aprire/chiudere le valvole attivamente.

 SISTOLE VENTRICOLARE: le valvole semilunari sono aperte mentre le valvole

atrioventricolari sono chiuse

 DIASTOLE VENTRICOLARE: valvole semilunari chiuse e valvole atrioventricolari

aperte.

 CONTRAZIONE ISOVOLUMETRICA: tutte le valvole sono chiuse

ATTIVITÀ ELETTRICA DEL CUORE:

Il cuore è a riposo quando tutte le sue cellule sono a riposo ovvero quando il loro potenziale è a

riposo.

Il cuore è capace di contrarsi senza alcuno stimolo esterno poiché il segnale per la

contrazione è miogeno cioè si origina all’interno del muscolo cardiaco stesso. Il segnale per la

contrazione miocardica non viene dal sistema nervoso ma da cellule miocardiche

specializzate dette cellule autoritmiche (o pacemaker), sono solo 1%.

L’attività periodica delle cellule pacemaker genera spontaneamente PA che depolarizzano le

cellule cardiache facendole contrarre. Le fibre del nodo seno-atriale sono la sorgente

dell’eccitazione elettrica delle cellule (70-90/min). Da lì il PA si propaga a tutto il tessuto

atriale. Grazie a vie internodali l’eccitazione è trasmessa molto velocemente a tutto l’atrio,

rendendo la contrazione quasi simultanea in tutto il tessuto atriale. L’eccitazione è di fatto

simultanea alla contrazione.

Il calcio mantiene la cellula depolarizzata per 200 millisecondi, a differenza di ciò che

succede nei neuroni la cellula rimane depolarizzata più a lungo, la contrazione avviene mentre la

cellula è depolarizzata.

Il nodo atrio-ventricolare (stazione di ritardo) viene eccitato dal PA proveniente dell’atrio

e propaga l’eccitazione nei ventricoli attraverso il fascio di His, è l’unica via attraverso cui

l’eccitazione può propagarsi da atri a ventricoli. Anche le fibre del noto AV hanno capacità di

autoeccitarsi però ad una frequenza più bassa. (15-40/min)

L’eccitazione cardiaca avviene sempre nello stesso modo, è stereotipata:

1. Il nodo SA si depolarizza

2. L’onda di depolarizzazione si propaga velocemente (ca. 0.1 s) depolarizzando entrambi

gli atri (fascio di Bachmann verso l’atrio sx)

3. La depolarizzazione raggiunge il nodo AV attraverso i fasci internodali.

4. la depolarizzazione si sposta nel setto interventricolare attraverso il fascio di His (fibre

di Purkinje), fino all’apice

5. le onde si propagano nei ventricoli verso l’alto (con un leggero ritardo di 100 ms rispetto

all’eccitazione del nodo SA)

6. Fase di riposo le camere riprendono a riempirsi in modo spontaneo

 CELLULE CONTRATTILI

CELLULE PACEMAKER

In tutto ciò non è necessario il sistema nervoso che serve solo a modulare l’attività (accelerare,

rallentare…) non a generarla.

L’onda di ripolarizzazione va al contrario di quella di depolarizzazione: le ultime cellule che

si sono depolarizzate sono le prime a ripolarizzarsi.

ELETTROCARDIOGRAMMA (ECG):

Dipolo elettrico equivalente = modello fisico che rappresenta l’attività elettrica del cuore

come un unico vettore, l’attività elettrica di tutte le cellule cardiache in un istante può essere

rappresentata da un vettore.

L’ECG mostra la somma delle attività elettriche generate da tutte le cellule cardiache registrata

sulla superficie corporea.

Triangolo di Einthoven: gli elettrodi posti su entrambe le braccia e sulla gamba sinistra

formano un triangolo. Ogni coppia di elettrodi costituisce una derivazione, con un elettrodo

positivo e uno negativo. I segnali sulle 3 derivazioni rappresentano la proiezione del

vettore elettrico istantaneo sul corrispondente lato del triangolo. La direzione in cui il vettore

elettrico assume la sua dimensione massima nell’ambito del ciclo cardiaco rappresenta l’asse

elettrico del cuore.

Genesi dell’elettrocardiogramma:

1. Cuore a riposo le cellule non emettono un campo elettrico, non c’è differenza di



potenziale

2. Propagazione della depolarizzazione atri Dipolo piccolo, direzione dell’onda di



propagazione onda P (onda positiva su tutte e tre le proiezioni)



3. Atrio rimane depolarizzato, plateau e ritardo al nodo AV tratto isoelettrico

 

segmento PR

4. Inizia a depolarizzarsi il tessuto del setto onda Q, onda negativa (prima e seconda



derivazione)

5. Eccitamento apice e pareti dei ventricoli onda diventa sempre più grande,



positiva onda R



6. Depolarizzazione dei ventricoli onda S



7. Tutto il ventricolo è depolarizzato (sistole) onda piatta, segmento ST



8. Ripolarizzazione dei ventricoli (al contrario) onda di ripolarizzazione opposta,



direzione del vettore rimane la stessa onda T



NB: La ripolarizzazione degli atri avviene mentre i ventricoli si stanno depolarizzando. Questa

fase è nascosta dall’onda QRS. L’ampiezza dell’onda R è di solito dell’ordine di 1 mV.

ARITMIE CARDIACHE:

 Tachicardia: è un aumento della frequenza cardiaca oltre 100 bpm, che può essere

sostenuto o comparire in episodi parossistici improvvisi.

 Flutter: è un’aritmia da fenomeno di rientro in cui l’impulso elettrico percorre un circuito regolare

e rapido, soprattutto negli atri, producendo attività ritmica ma patologicamente accelerata.

 Fibrillazione atriale/ventricolare: è un’aritmia caratterizzata da attività elettrica

completamente disorganizzata dovuta a multipli circuiti di rientro e/o focolai ectopici, che

rende inefficace la contrazione cardiaca, con conseguenze molto più gravi se interessa i ventricoli.

 Bradicardia: è una riduzione della frequenza cardiaca sotto i 60 bpm, che può essere

fisiologica negli atleti o patologica se dovuta a alterazioni del sistema di conduzione.

 Aritmia sinusale: è una variazione fisiologica del ritmo cardiaco legata al ciclo

respiratorio e al controllo del sistema nervoso autonomo, che modula la frequenza tra inspirazione

ed espirazione.

 Blocco del nodo SA/AV: è un’alterazione della generazione o della conduzione

dell’impulso elettrico nei nodi cardiaci che può causare perdita o dissociazione del normale

sincronismo tra attività atriale e ventricolare.

 Contrazioni atriali/ventricolari premature: sono battiti anticipati rispetto al ritmo

sinusale normale dovuti all’attivazione di focolai ectopici negli atri o nei ventricoli, spesso

transitori ma potenzialmente patologici.

MECCANICA CARDIACA:

Le cellule del miocardio si contraggono senza necessità di innervazione.

L’ingresso del calcio mantiene la cellula depolarizzata, infatti l’ingresso del calcio serve

ad aprire i canali del calcio del reticolo sarcoplasmatico liberando ulteriore calcio nel citoplasma.

Nel muscolo cardiaco c’è sovrapposizione tra segnale elettrico e contrazione del muscolo,

al contrario di ciò che avviene nei muscoli scheletrici. Il periodo refrattario è molto lungo.

Ciclo cardiaco:

1. DIASTOLE VENTRICOLARE E ATRIALE: Muscolo completamente rilassato,

flusso continuo, gli atri si riempiono insieme ai ventricoli, riempimento passivo

2. SISTOLE ATRIALE: gli atri si contraggono e pompano un po’ di sangue nei ventricoli,

il loro contributo è piccolo

3. SISTOLE VENTRICOLARE:

Fase isovolumetrica: prima fase della contrazione ventricolare determina la

o chiusura delle valvole AV ma non genera una pressione sufficiente ap aprire le

valvole semilunari.

Fase di eiezione: la pressione ventricolare aumenta e supera quella delle arterie

o facendo aprire le valvole semilunari.

4. Fine della sistole ventricolare si apre la valvola AV e il sangue che si era accumulato

nell’atrio scende nel ventricolo

DIASTOLE = fase complementare alla sistole

Gittata sistolica = 70 ml, sangue pompato dal ventricolo nell’aorta in una contrazione

Gittata cardiaca = portata, sangue pompato in un minuto circa 5L/min

tono cardiaco chiusura delle valvole (1° tono chiusura valvola AV, 2° valvola aortica)



REGOLAZIONE ESTRINSECA DELL’ATTIVITÀ CARDIACA:

La frequenza cardiaca media del cuore di un adulto a riposo è di circa 70 battiti al minuto

(bpm). Le branche del sistema nervoso autonomo, simpatico e parasimpatico, influenzano la

frequenza cardiaca attraverso un controllo antagonista. Il SNA può modulare la frequenza

dei battiti e la forza sviluppata in ogni battito (inotropo), agendo sulle cellule pacemaker:

se voglio aumentare la frequenza devo fare in modo che il loro periodo refrattario sia più breve

agendo sulla quantità di canali di calcio attivi.

 Controllo Parasimpatico Ach) Rallenta la frequenza cardiaca aumentando la

( 

permeabilità al K+ (iperpolarizzazione, valore più negativo) e diminuendo la permeabilità

al Ca2+ (diminuisce la velocità di depolarizzazione). La cellula pacemaker impiega

più tempo a raggiungere la soglia, ritarda l’inizio del PA e quindi le frequenza cardiaca

diminuisce bradicardica, frequenza bassa



 Controllo Simpatico (noradrenalina, adrenalina) Accelera la frequenza



cardiaca aumentando il flusso ionico, l’ingresso più rapido di cationi accelera la frequenza

di depolarizzazione facendo sì che la cellula raggiunga la soglia più velocemente e

aumentando la frequenza di innesco del PA Tachicardia, frequenza elevata



Legge di Frank-Starling: La gittata sistolica (volume di sangue pompato da ciascun

ventricolo) è direttamente correlata alla forza generata dal muscolo cardiaco durante la

contrazione. Come per il muscolo scheletrico la forza che si sviluppa nella contrazione dipende

dalla lunghezza di lavoro del muscolo.

Nel cuore la forza di contrazione ventricolare è influenzata da 2

parametri:

 Volume telediastolico: volume di sangue nel ventricolo

all’inizio della contrazione, determina il livello massimo di

stiramento delle fibre ventricolari.

 Contrattilità: capacità intrinseca della fibra del muscolo

cardiaco di contrarsi.

APPARATO CIRCOLATORIO: Capillari zona tra vene e

arterie non hanno tre

strati ma solo endotelio,

molto permeabili,

permettono il passaggio

di sostanze

Struttura dei vasi

sanguigni: 3 strati

 Endotelio

 Parete

muscolare,

muscolatura liscia

Media

o avventizia

o

STRUTTURA DELLA PARETE VASALE:

La parete di vene e arterie consta di 3 strati: avventizia, media e intima. Fra i tre strati

sono situate lamine di fibre elastiche (interna ed esterna), la media e l’avventizia sono rifornite

di ossigeno da vasi sanguigni propri (vasa vasorum). I capillari hanno solo uno strato

endoteliale circondato da periciti connettivali, alcuni capillari non possiedono periciti ma

sono costituiti solo da cellule endoteliali.

Complianza: capacità di aumentare il proprio volume in risposta ad una variazione di pressione.

Le vene hanno una complianza maggiore delle arterie. C = La complianza è la pendenza

∆/∆

della curva V-P.

PARAMETRI FISIOLO