Riassunto esame Fisiologia, Prof. Conti Fiorenzo, libro consigliato Fisiologia umana - sezione cardiocircolatorio, Conti

Le componenti del sistema di conduzione del cuore

• NSA: le cui cellule dettano il ritmo della contrazione cardiaca. Eccitabilità sostenuta da correnti di Ca²⁺.
• Tessuto di conduzione atriale: propagazione dell’impulso al miocardio atriale e al nodo atrioventricolare.
• NAV: lenta propagazione dell’impulso. Eccitabilità sostenuta da correnti di Ca²⁺.
• Fascio di His: attraversa il setto atrioventricolare. Si sdoppia nelle due branche, destra e sinistra, e termina con fasci di fibre detti fibre di Purkinje.

Potenziale d’azione delle cellule cardiache

Nel potenziale d’azione cardiaco si distinguono cinque fasi:

• Fase 0 (depolarizzazione rapida): sostenuta da un’intensa corrente di ioni Na⁺.
• Fase 1 (ripolarizzazione parziale precoce): dovuta all’inattivazione dei canali del sodio e attivazione transitoria di una corrente di K⁺ e cloro.
• Fase 2 (plateau): attivazione conduttanze del Ca²⁺, bilanciate dall’attivazione di conduttanze del K⁺. Le conduttanze del calcio tendono a depolarizzare la membrana, mentre le conduttanze del potassio tendono a ripolarizzarla.
• Fase 3 (ripolarizzazione): inattivazione delle conduttanze del calcio e aumento delle correnti di potassio.
• Fase 4 (depolarizzazione diastolica): data da una conduttanza cationica detta corrente pacemaker (I_f), ma anche da una corrente generata dallo scambiatore Na⁺/Ca²⁺ (tre ioni sodio contro uno ione calcio).

L’inattivazione delle correnti del sodio persiste finché la membrana non diviene correttamente polarizzata. I canali del sodio sono quindi inattivati e non generano un nuovo potenziale d’azione finché la cellula resta depolarizzata. Questo viene indicato con il termine refrattarietà. Il periodo refrattario viene distinto in:

• Assoluto (PRA): non è possibile evocare una risposta attiva;

1 Il canale cardiaco “f” appartiene alla famiglia di canali cationici detti HCN. L’intensità della I_f determina la velocità di depolarizzazione spontanea durante la fase 4; in conseguenza di questo, questa corrente determina l’intervallo tra potenziali d’azione e la frequenza cardiaca. Per quanto concerne la frequenza cardiaca, è essenziale la modulazione della corrente I_f da parte del cAMP, il quale sposta la curva di attivazione del canale in funzione del voltaggio; ne consegue che il canale è aperto a valori di potenziali meno negativi generando una frequenza cardiaca più elevata. 1

• Relativo (PRR): una risposta è in grado di propagarsi, ma in modo lento e distorto.

Velocità di conduzione delle fibre cardiache

La velocità di conduzione dipende da tre fattori:

• Geometria delle fibre: fibre sottili generano un rallentamento della conduzione. Il NAV è costituito da fibre sottili e questo contribuisce a ritardare la progressione dell’impulso, introducendo un ritardo tra l’attivazione dell’atrio e del ventricolo.
• Presenza di correnti del sodio: le cellule che esprimono i canali del sodio conducono molto rapidamente; le cellule che esprimono i canali del calcio, come il NSA e il NAV, hanno una velocità di conduzione bassa.
• Refrattarietà: il tessuto soggetto a refrattarietà conduce a velocità ridotta; maggiore è la refrattarietà, minore sarà la velocità di conduzione.

Proprietà dell’attività cardiaca e regolazione

Vi sono quattro forme di modulazione dell’attività cardiaca:

• Cronotropismo: modulazione della frequenza di scarica del cuore; essa è regolata dalla velocità di depolarizzazione delle cellule pacemaker. La velocità di questa depolarizzazione dipende dalle correnti I_f, dal cAMP e dal clock intracellulare legato alla liberazione del calcio dal reticolo. La frequenza cardiaca dipende dal tempo che intercorre tra la fine di un potenziale d’azione e l’inizio del successivo. Questo intervallo è determinato da potenziale di riposo, velocità di depolarizzazione spontanea e soglia di attivazione dei canali responsabili del PdA. Il processo di scarica dei PdA da parte del NSA comporta un’attività elettrica del cuore regolare. A livello del NSA, del NAV e del miocardio atriale e ventricolare è presente un’innervazione simpatica e parasimpatica. Il sistema nervoso simpatico agisce liberando noradrenalina, la quale agisce sui recettori β-adrenergici producendo un innalzamento dei livelli di cAMP e, di conseguenza, l’attivazione della I_f. Il sistema nervoso parasimpatico agisce liberando acetilcolina, la quale agisce sui recettori muscarinici M₂ producendo una riduzione dei livelli di cAMP. Il sistema nervoso simpatico, quindi, aumenta l’effetto cronotropo, mentre il sistema nervoso parasimpatico lo diminuisce. Affinché il cuore possa pompare efficacemente occorre che all’aumento della frequenza di attivazione si associ un incremento della forza contrattile atriale e ventricolare, un minor intervallo tra contrazione atriale e ventricolare e un più rapido svuotamento del ventricolo.
• Batmotropismo: eccitabilità delle cellule cardiache; questo dipende dal potenziale di riposo e dalla disponibilità dei canali coinvolti nella fase 0 del PdA. La regolazione endogena viene attuata mediante i canali del K⁺ e del Ca²⁺. I canali del potassio vengono attivati dal parasimpatico, riducendo l’eccitabilità; i canali del calcio vengono attivati dal simpatico, aumentando l’eccitabilità.
• Dromotropismo: velocità di conduzione; le fibre veloci non risentono della modulazione nervosa. Le fibre lente sono molto influenzate dalla modulazione nervosa, a causa della maggiore attività del canale del calcio quando fosforilato dalla PKA in risposta al cAMP.
• Inotropismo: forza di contrazione; gli aspetti rilevanti sono due:

Il cAMP attiva anche la PKA, producendo una fosforilazione delle proteine coinvolte nel ricircolo del calcio. 2

Viene attivato lo scambiatore Na⁺/Ca²⁺ generando una corrente depolarizzante, la quale contribuisce all’attività pacemaker. 2

1. Durata del PdA → il calcio entra durante tutta la fase di plateau; la contrazione è più intensa e protratta nelle cellule con PdA più lungo.
2. Quantità di calcio contenuta e rilasciata dal reticolo → maggiore è la quantità di calcio che entra durante il PdA, maggiore è la quantità accumulata dal reticolo.

La regolazione dell’inotropismo è data dallo stato di fosforilazione dei canali del Ca²⁺. L’inotropismo è favorito dall’azione adrenergica dell’adrenalina o noradrenalina con attivazione dei recettori β e aumento dei livelli di cAMP e dell’attività della PKA.

Le conduttanze di membrana sono differenti in base al tratto interessato:

• NSA e NAV: cellule lente.
• Altre componenti del sistema di conduzione: cellule veloci.
• Miocardio comune.

Per quanto riguarda la depolarizzazione spontanea:

• Cellule lente: esprimono I_f marcata e svolgono un’attività ritmica spontanea.
• Cellule veloci: esprimono I_f poco evidente e vengono attivate dal PdA prima che possano raggiungere la soglia di scarica automatica.
• Miocardio comune: non mostra attività pacemaker.

Per quanto riguarda la fase di depolarizzazione:

• Cellule di Purkinje e miocardio comune: presentano intensa corrente del sodio, con evidente fase 0 rapida e fase 1 parziale.
• NSA e NAV: presentano meno corrente del sodio, con lenta salita del PdA, sostenuta da corrente del calcio. Le cellule lente presentano una bassa velocità di conduzione.

Modulazione nervosa

Le cellule lente presentano un lungo periodo refrattario causato dall’inattivazione dei canali del Ca²⁺; quando il canale è fosforilato, presenta una maggiore tendenza all’apertura. Pertanto, se dopo un PdA, il canale è fosforilato, vi è una riduzione del periodo refrattario, maggiore durata della fase 0 e innesco di un PdA in anticipo, con conseguente riduzione dell’intervallo tra due impulsi.

Stimolazione recettori adrenergici

L’attivazione dei recettori β determina la stimolazione dell’adenilatociclasi e fosforilazione del canale da parte della PKA. Vi è un aumento del cAMP con attivazione di I_f che permette di raggiungere velocemente il valore soglia. L’attivazione del ricircolo del calcio rende frequenti gli episodi di LCR (rilascio locale di calcio) con formazione di correnti depolarizzanti per mezzo dello scambiatore Na⁺/Ca²⁺; questo incrementa la frequenza di scarica. Un altro effetto importante dato dalla stimolazione dei recettori β è l’aumento della velocità di conduzione del NAV e della forza contrattile.

La linea blu rappresenta il potenziale di membrana durante due cicli cardiaci successivi. La linea verde indica una depolarizzazione più rapida per aumento dei livelli di cAMP. La traccia viola indica un’attivazione a soglia più bassa per fosforilazione del canale da parte della PKA. 3

Stimolazione dei recettori muscarinici

L’acetilcolina liberata dal nervo vago ha effetti opposti rispetto all’adrenalina e noradrenalina sul NSA. Vi è una riduzione di cAMP con attivazione dei canali del K⁺. Questo favorisce un accorciamento della durata del PdA, favorendo la ripolarizzazione. Una eccessiva attività del nervo vago può ridurre di molto la FC, generando una marcata ipotensione.

Elettrocardiogramma

• Onda P: propagazione della depolarizzazione dal NSA lungo la muscolatura atriale verso il setto atrioventricolare.
• Complesso QRS: l’onda depolarizzante, giunta al NAV, invade la muscolatura ventricolare. Inizialmente l’onda passa dal setto interventricolare, poi dal ventricolo sinistro al ventricolo destro. Infine si porta all’apice cardiaco e risale verso la base dei ventricoli. In questo periodo, l’atrio è in fase di ripolarizzazione. Il miocardio ventricolare presenta una durata di PdA pari a 200-400 ms.
• Onda T: partendo dall’epicardio fino all’endocardio, il ventricolo inizia a ripolarizzarsi.
• Onda U: ripolarizzazione dei muscoli papillari. 4

Ciclo cardiaco