Fisiologia - Fisiologia apparato cardiovascolare

Fisiologia dell'apparato cardiovascolare

Dal punto di vista evolutivo l’apparato cardiovascolare si è sviluppato nel momento in cui gli organismi hanno assunto delle dimensioni maggiori, andando incontro alla problematica di far raggiungere le sostanze nutritive e i gas respiratori a tutte le strutture dell’organismo. È stato necessario sviluppare un sistema circolatorio che permettesse attraverso una struttura di condotti, i vasi sanguigni, di portare il sangue a tutti i distretti dell’organismo. Affinché il sangue possa essere messo in movimento c’è la necessità di un lavoro compiuto da una pompa idraulica, il muscolo cardiaco.

Funzioni dell'apparato cardio-circolatorio

• Scambio dei gas circolatori, ossigeno e anidride carbonica.
• Trasporto dei nutrienti assorbiti dall’intestino e accumulati nel fegato, nel muscolo e nel tessuto adiposo.
• Scambio di acqua tra le cellule dei vari distretti corporei.
• Rimozione dei cataboliti, dei prodotti del catabolismo cellulare che devono essere rimossi in quanto se si accumulassero creerebbero dei problemi di tossicità è mortalità cellulare.
• Veicolazione di ormoni e altri messaggeri.
• Mantenimento della temperatura. Il nostro organismo affronta un aumento della temperatura con un meccanismo di vasodilatazione, portando più sangue a livello superficiale. Questo permette di portare il calore dall’interno del corpo verso la superficie, dove può essere dissipato grazie all’aiuto del processo di sudorazione.
• Veicolazione delle cellule del sistema immunitario, presenti nel sangue, come i macrofagi e gli anticorpi.

Il cuore

Il cuore è un organo che ha una funzione assimilabile a una pompa idraulica doppia, che spinge il sangue nella circolazione. Il cuore è costituito da quattro camere: due ventricoli e due atri. Il cuore destro, costituito da ventricolo e atrio destro è totalmente separato dal cuore sinistro, costituito da ventricolo e atrio sinistro. Il cuore sinistro è alimentato attraverso la vena polmonare da un sangue proveniente dai polmoni e quindi ricco di ossigeno (sangue di tipo arterioso). Questo sangue entra nell’atrio sinistro che si contrae e versa il sangue nel ventricolo sinistro. Grazie alla contrazione (sistole) del ventricolo sinistro questo sangue arterioso è pompato (eiettato) nell’aorta, che è il vaso principale del sistema cardiovascolare sistemico, attraverso la quale va a raggiungere tutti i diversi distretti tissutali.

L’aorta va diminuendo il proprio calibro lungo il percorso e si distinguono a seconda della graduale diminuzione di calibro dei vasi: grandi arterie, medie arterie, piccole arterie, arteriole, poste a monte dei capillari. Dai capillari il sangue arterioso viene raccolto dai vasi venosi, venule, grandi vene, vene cave, che trasportano questo sangue deossigenato proveniente dai tessuti all’atrio destro. Il cuore destro quindi riceve il sangue venoso deossigenato dalla circolazione sistemica. Questo sangue entra nel ventricolo destro, dal quale viene eiettato grazie alla sistole del ventricolo destro, nella arteria polmonare. L’arteria polmonare trasporta questo sangue venoso ai polmoni dove a livello degli alveoli avremmo la cessione di CO₂ e l’assorbimento di ossigeno. In seguito, attraverso la vena polmonare, questo sangue ossigenato divenuto arterioso potrà tornare all’atrio sinistro.

Due circolazioni: sistemica e polmonare

Abbiamo quindi due circolazioni:

• Grande circolazione, o circolazione sistemica, trasporta sangue arterioso, ossigenato, dal ventricolo sinistro a tutti i tessuti. In seguito, il sangue venoso deossigenato viene trasportato dai tessuti all’atrio destro.
• Piccola circolazione, o circolazione polmonare, trasporta sangue venoso, deossigenato dal ventricolo destro ai polmoni, dove sarà riossigenato per poi essere trasportato all’atrio sinistro.

Quindi per quanto riguarda la circolazione sistemica, nelle arterie sistemiche viene trasportato sangue ossigenato, mentre nelle vene sistemiche sangue deossigenato. Il sangue venoso è meno ricco di ossigeno e presenta quindi meno emoglobina. Ha un colore meno rosso, più spento dato appunto dalla carenza di emoglobina. Per quanto riguarda la circolazione polmonare, nelle arterie polmonari viene eiettato sangue venoso, povero di ossigeno, mentre nelle vene polmonari viene trasportato il sangue riossigenato.

Quindi le arterie sono i vasi che portano lontano dal cuore il sangue. Per questo motivo l’arteria polmonare, nonostante trasporti sangue venoso, viene chiamata arteria. Le vene sono i vasi che trasportano il sangue al cuore. Per questo motivo la vena polmonare, nonostante trasporti sangue arterioso, ricco di ossigeno, viene appunto chiamata vena.

Struttura e anatomia del cuore

Il cuore è un organo muscolare situato nel mediastino, al centro della cavità toracica. È un muscolo striato involontario. Il muscolo cardiaco è assimilabile a un tronco di cono capovolto. L’apice del cuore è la parte a punta rivolta verso il basso. La base del cuore è la struttura rivolta verso l’alto. La distanza tra base e apice è di circa 12 cm, la larghezza della base 9 cm e la sua profondità 6 cm. Il cuore è un muscolo contenuto all’interno di un sacco, denominato sacco pericardico. Questa struttura è costituita da due foglietti:

• Foglietto interno, epicardio.
• Foglietto esterno, chiamato pericardio.

Tra i due foglietti è presente un fluido, il liquido pericardico, drenato costantemente dal sistema linfatico. Questo liquido lubrifica la parete esterna del cuore, riducendo l’attrito tra il muscolo cardiaco e la gabbia toracica. Se non ci fosse questo fluido, gli scorrimenti porterebbero alla lunga a stati infiammatori (pericarditi). Il cuore è dotato di una sua vascolarizzazione propria: sulla superficie dei due ventricoli scorrono tre solchi contenenti le arterie coronarie e le vene cardiache. In particolare esistono un’arteria coronaria destra, un’arteria coronaria sinistra, una vena cardiaca destra e una vena cardiaca sinistra. Questi vasi sono fondamentali per il trasporto dei giusti quantitativi di gas respiratori come l’ossigeno e la CO₂ e inoltre per il giusto apporto di elementi nutritizi come il glucosio, che permettono alle cellule muscolari cardiache di avere l’energia disponibile per il processo di contrazione muscolare.

Problematiche di occlusione ai vasi

Quando si hanno delle problematiche di occlusione a questi vasi si possono avere degli stati patologici:

• Angina Pectoris è un dolore che si genera a causa dell’insufficiente apporto di sangue e in particolare di ossigeno che causa anossia cellulare. Quando questo processo si aggrava può portare a vere e proprie condizioni di infarto miocardico.

Fibre muscolari cardiache

Le fibre muscolari cardiache hanno una disposizione particolare che consente al cuore un’efficiente eiezione del sangue e un indirizzamento di questo verso l’arteria polmonare destra e verso l’aorta sinistra. Il cuore durante la sua contrazione, detta sistole, riduce sia il suo diametro che la sua altezza (l’apice si avvicina alla base), grazie alla particolare disposizione anatomica di queste fibre.

In particolare il miocardio atriale è costituito da due strati, uno superficiale comune a tutti e due gli atri, e uno più profondo specifico per ciascun atrio. Le pareti di questi due strati sono molto sottili, infatti nella fase di sistole sviluppano bassa pressione. La sistole atriale è funzionale ma non fondamentale al riempimento dei ventricoli, che può avvenire anche in assenza di contrazione ventricolare. Il miocardio ventricolare è una struttura formata invece da tre strati:

• Due strati esterni ad andamento spiraliforme dalla base fibrosa (la separazione tra atri e ventricoli) verso l’apice. Questi contraendosi causano lo spostamento dell’apice anteriormente verso la base.
• Il terzo strato è più interno e ha fibre circonferenziali. La contrazione di questo strato riduce proprio il volume ventricolare.

I due ventricoli sono diversi tra loro: Il ventricolo sinistro, che alimenta il circolo sistemico caratterizzato da valori pressori più alti rispetto al circolo polmonare, possiede delle pareti più spesse e sviluppate rispetto al destro, che alimenta il circolo polmonare ed è quindi caratterizzato da valori pressori inferiori.

Valvole cardiache

Il cuore è dotato di diversi sistemi di valvole:

• Le valvole atrio-ventricolari sono quelle che dividono gli atri dai ventricoli e permettono il passaggio del sangue dagli atri ai ventricoli. Sono la valvola tricuspide a destra e mitrale a sinistra.
• Le due valvole che dai ventricoli portano il sangue alle arterie sono le valvole semilunari:
• La valvola semilunare polmonare pompa il sangue dal ventricolo destro all’arteria polmonare.
• La valvola semilunare aortica pompa il sangue dal ventricolo sinistro all’aorta.
• Tutte e 4 queste valvole sono disposte su un unico piano valvolare costituito da un tessuto piuttosto rigido non contrattile e non eccitabile. Questa struttura viene chiamata piano valvolare e presenta appunto un tessuto fibroso rigido. Dal punto di vista funzionale impedisce alle valvole di deformarsi quando le strutture degli atri e dei ventricoli si contraggono in sistole. Se le valvole infatti venissero schiacciate o distese da questa fase di sistole perderebbero la loro funzione. Le valvole hanno delle caratteristiche funzionali particolari e diverse tra loro.

Valvole atrio-ventricolari

Sono valvole di più grandi dimensioni costituite da 3 lembi sottili la Valvola Tricuspide e da 2 lembi la Valvola Mitrale. Questi lembi sono collegati attraverso delle corde tendinee a dei muscoli che protrudono dalla superficie interna del ventricolo. Questi muscoli sono detti muscoli papillari. Le corde tendinee che collegano i lembi delle valvole ai muscoli papillari hanno la funzione di impedire la protrusione dei lembi quando il ventricolo va in sistole. Infatti nella fase di sistole, se non ci fossero le corde tendinee avremmo che i lembi protruderebbero nell’atrio facendo riversare parte del sangue che dovrebbe essere eiettato nelle arterie. Questo riversamento di sangue nella camera atriale viene detto prolasso (prolasso della mitrale o prolasso della tricuspide). L’impossibilità del sangue di refluire all’interno dell’atrio dovuto alle corde tendinee avviene anche nelle valvole semilunari.

Valvole semilunari

Sono valvole a forma di mezza luna, anche dette valvole a coda di rondine. Questa particolare forma assicura l’impossibilità del sangue di essere reintrodotto nella camera ventricolare una volta che è eiettato dal ventricolo nelle arterie. Questo perché dopo che il ventricolo si contrae, le valvole si richiudono e impediscono il prolasso sanguigno.

Istologia del cuore

Il cuore è un sincizio funzionale, e non morfologico-funzionale come la fibrocellula muscolare scheletrica, in quanto il miocita mantiene una sua identità morfologica in termini di singola cellula, ma ogni cellula del miocardio è collegata all’altra dal punto di vista funzionale. Sono infatti presenti numerose giunzioni comunicanti specializzate che prendono il nome di dischi intercalari. Questi dischi intercalari fanno sì che il cuore sia costituito da una vera e propria rete di fibre muscolari in connessione l’una con l’altra. Dal punto di vista funzionale queste giunzioni sono elementi di bassa resistenza elettrica che permettono il flusso ionico (la resistenza di membrana diventa un quattrocentesimo rispetto al valore normale). Infatti attraverso questi dischi intercalari si ha la possibilità di far propagare l’eccitabilità, il potenziale d’azione, da una cellula all’altra in maniera rapida. L’eccitazione di queste cellule e quindi la propagazione del potenziale d’azione è il processo che va ad innescare il meccanismo di contrazione muscolare.

È dunque fondamentale che la comunicazione elettrica tra le cellule avvenga nel minor tempo possibile per essere efficiente al massimo. L’efficienza è dunque data dalle sinapsi elettriche nei dischi intercalari. Il piano valvolare è la zona priva di capacità eccitatoria, non è infatti in grado di propagare il potenziale elettrico. Quindi in corrispondenza del piano valvolare l’eccitazione può essere trasmessa dai due atri ai ventricoli solo da un determinato gruppo di cellule che prende il nome di nodo atrio-ventricolare, che di fatto è l’unica “porta di ingresso” del segnale elettrico dagli atri ai ventricoli. A livello delle giunzioni comunicanti, nei dischi intercalari, sono presenti dei canali (molto grandi, con diametro di 1,5 nm) permeabili all’acqua e a diverse specie ioniche. Tali canali sono modulati negativamente dall’acidificazione, dalla carenza di ossigeno e dal conseguente accumulo di CO₂. Infatti l’ischemia è causata da una carenza di ossigeno e da acidificazione dovuta all’aumento di ioni H⁺, che portano a un’alterazione della conduzione del segnale elettrico e dell’eccitamento cardiaco. La struttura dei dischi intercalari è analoga a quella delle giunzioni comunicanti: Presenta dei canali, detti connessoni, costituiti da 6 subunità (connessine).

Popolazioni cellulari che costituiscono il miocardio

Dal punto di vista funzionale distinguiamo tre distinte popolazioni cellulari:

1. Miocardio pacemaker auto ritmico, formato da cellule pacemaker. Queste cellule sono in grado di attivare il meccanismo di contrazione, di sistole, in quanto sono dotate della capacità di generare spontaneamente un segnale elettrico, un potenziale d’azione. In conseguenza a questo segnale elettrico si attiva la contrazione muscolare. In un cuore sano l’innesco dell’attivazione è dato da un gruppo di cellule poste nella parte alta dell’atrio destro, chiamate nodo del seno (o nodo senoatriale). Il potenziale d’azione generato spontaneamente da queste cellule è a risposta lenta in quanto ha una cinetica di attivazione e di sviluppo decisamente più lente rispetto al potenziale d’azione che troviamo negli altri due gruppi che caratterizzano il miocardio. Esistono anche altre cellule pacemaker, in grado di generare auto ritmicità cardiaca, come le cellule del nodo atrio ventricolare e altre cellule che costituiscono altri pacemaker ectopici minori (posti in zone “fuori dal normale”). A questo ultimo gruppo appartengono le fibre del Purkinje, la cui funzione principale non è l’attività pacemaker del cuore.
2. Miocardio di conduzione, dove ci sono le cellule deputate alla conduzione efficace e veloce dell’eccitazione. In particolare, esistono fibre di conduzione a livello atriale e a livello ventricolare. A livello atriale queste fibre permettono di collegare il nodo del seno al nodo atrio-ventricolare, e sono chiamate fibre della via internodale. Le fibre di conduzione che permettono di portare l’eccitazione dall’atrio destro (nodo del seno) a quello sinistro costituiscono il Fascio di Bachmann. Altre fibre di conduzione si dipartono dal nodo atrio ventricolare (struttura che permette l’ingresso della depolarizzazione dagli atri ai ventricoli) e permettono lo spostamento della depolarizzazione ai ventricoli. Il fascio di His è la struttura di conduzione che si trova nel setto interventricolare. Dal nodo atrioventricolare, tramite il Fascio di His, la depolarizzazione si sposta ai due ventricoli. Il fascio di His infatti si divide in una branca destra e in una sinistra. Da queste due branche le fibre del fascio si dirigono verso l’apice del cuore, da dove si ramificano e risalgono lungo le pareti ventricolari sotto forma di fibre di Purkinje che si diramano tra le cellule contrattili.
3. Miocardio di lavoro, rappresenta il 95% dell’intero miocardio, è formato da tutte le cellule che vanno incontro ad attività contrattile e permettono l’eiezione del sangue nelle arterie. Sia le fibre del secondo che quelle del terzo gruppo sono caratterizzate da un potenziale d’azione a risposta rapida che si contrappone al potenziale d’azione a risposta lenta, tipico delle cellule pacemaker.

Origine e propagazione dell’eccitazione cardiaca

In un cuore sano il segnale elettrico che porta all’eccitazione dell’intero muscolo cardiaco insorge spontaneamente attraverso il potenziale d’azione pacemaker nel nodo del seno. Attraverso specializzate fibre di conduzione, che formano il fascio di Bachmann, si ha la propagazione dall’atrio destro, dove sono situate le cellule del nodo del seno, all’atrio sinistro. Attraverso le fibre di conduzioni internodali l’eccitazione si propaga dal nodo del seno al nodo atrioventricolare. Il piano valvolare non è attraversabile dall’eccitazione in quanto è costituito da cellule non eccitabili. L’eccitazione che entra nei ventricoli attraverso il nodo atrio ventricolare, si propaga attraverso le due branche del fascio di His. Da qui scende giù verso l’apice per poi risalire attraverso ramificazioni del fascio di His che vanno a formare le fibre del Purkinje. Le fibre del Purkinje permettono alla depolarizzazione di risalire dall’apice verso la base, risalendo le pareti dei ventricoli.

Nella zona del nodo atrio ventricolare si ha una notevole perdita di tempo nella propagazione dell’impulso (circa 90 millisecondi). Inoltre altri 40 millisecondi vengono persi durante la conduzione del potenziale all’interno del Fascio di His. Questo ritardo dal punto di vista funzionale ha una notevole importanza in quanto permette un riempimento...