Cuore - Tesina

Elettrofisiologia cardiaca

Il cuore è un muscolo cavo che si contrae spontaneamente e ritmicamente circa 70 volte al minuto, giorno e notte per tutta la vita.

Nell’arco di una vita di 70 anni transitano attraverso il cuore circa 200 milioni di litri di sangue, il che equivale a dire che tutto il sangue contenuto nei vasi ematici (circa 5 litri) attraversa il cuore 40 milioni di volte.

Ad ogni passaggio il cuore trasferisce al sangue l’energia cinetica delle pareti ventricolari in contrazione (accorciamento del cuore = sistole) per il mantenimento della circolazione sanguigna.

Per le operazioni di trasferimento energetico il cuore nell’arco di 70 anni compie complessivamente un lavoro equivalente a quello necessario per sollevare di 3 metri una portaerei dal pelo dell’acqua.

È un muscolo infaticabile: si riposa soltanto qualche decimo di secondo tra un battito e l’altro.

Il muscolo cardiaco è anche in grado, come altri organi, di provvedere a piccole riparazioni strutturali o funzionali che riguardano le cellule che lo costituiscono.

Il cuore è costituito da quattro tipi di tessuti, ciascuno dei quali svolge un ruolo funzionale nel corso dell’attività cardiaca:

• Il tessuto muscolare (o miocardio), che è quello maggiormente presente.

Le cellule del miocardio sono piccole, mononucleate, lunghe dai 35 ai 130 micrometri e con un diametro che varia da 10 a 15 micrometri.

Si collegano e dialogano tra loro mediante complessi di giunzione rappresentati dai desmosomi, che si trovano alla superficie laterale delle membrane cellulari, e da particolarissime giunzioni presenti fra le estremità terminali delle cellule, definite dischi intercalari; tali giunzioni permettono la trasmissione del segnale elettrico (sotto forma di potenziale d’azione) che passa dalla cellula presinaptica a quella postsinaptica senza interruzioni e senza l’ausilio di neurotrasmettitori, a differenza delle sinapsi elettriche.

• Il tessuto nodale, che forma il nodo seno-atriale e il nodo atrio-ventricolare.
• Il tessuto di conduzione, che comprende le vie interatriali e internodali, il fascio di His e le branche destra e sinistra delle fibre di Purkinje.
• Il tessuto connettivo.

La presenza di vari tipi di tessuto conferisce al cuore le seguenti importanti proprietà funzionali:

• Eccitabilità, le cellule cardiache rispondono ad uno stimolo modificando il proprio potenziale di riposo.
• Refrattarietà, le cellule cardiache diventano per un certo periodo ineccitabili (refrattarie agli stimoli).
• Ritmicità, il cuore si contrae spontaneamente e ritmicamente.
• Conducibilità, il tessuto cardiaco conduce l’eccitamento, propagandolo per tutto il miocardio.

L’impulso generatosi nel nodo S-A arriva al nodo A-V in circa 0,03 sec. Qui l’impulso viene ritardato di 0,13 sec prima di arrivare al fascio di His e raggiungere il miocardio ventricolare.

• Contrattilità.

Insorgenza e propagazione del battito cardiaco

Nel cuore il comando motorio che nelle cavità atriali e ventricolari avvia l’evento sistolico origina sotto forma di potenziale d’azione nel nodo seno-atriale.

Il nodo è costituito da un sottile strato di cellule altamente specializzate nelle variazioni spontanee del potenziale di membrana (cellule pacemaker).

Il potenziale di riposo delle cellule pacemaker non è costante ma periodicamente declina dai –60 ai –40 mV.

La lenta e continua depolarizzazione procede a velocità costante e una volta raggiunta la soglia (-40 mV) scatta il potenziale d’azione.

L’instabilità del potenziale di membrana delle cellule nodali è dovuta a concomitanti e susseguenti aperture e chiusure di canali che controllano l’attraversamento, tra l’interno della cellula e il liquido extracellulare in entrambi i sensi, di specifici ioni quali sodio, potassio e calcio.

Il potenziale d’azione è una modificazione del potenziale di riposo di breve durata, che si genera nelle cellule eccitabili in risposta ad una depolarizzazione avvenuta al loro interno.

In seguito all’insorgenza del potenziale d’azione la cellula si ripolarizza (ripolarizzazione cellulare) passando prima attraverso una fase transitoria detta di iperpolarizzazione postuma durante la quale il potenziale raggiunge valori più bassi del potenziale di riposo.

Le basi ioniche del potenziale d’azione nodale

A riposo, durante la diastole elettrica, l’interno delle cellule miocardiche ha un potenziale elettrico negativo, cioè inferiore a quello che esiste nei liquidi circostanti.

Tale potenziale di transmembrana a riposo dipende dal fatto che in questa fase del circolo cardiaco la cellula miocardica è dotata di un patrimonio di ioni negativi che è leggermente maggiore del patrimonio di ioni positivi.

Il contrario si verifica nel liquido extracellulare che circonda le cellule: esso contiene, cioè, un eccesso di cariche positive.

A potenziali di membrana più negativi (-60 mV) l’ingresso di Na+ supera l’uscita di K+; l’ingresso netto di cariche positive depolarizza lentamente e a velocità costante le cellule nodali.

Man mano che il potenziale di membrana diventa più positivo, alcuni canali per il Ca++ si aprono gradualmente.

Il successivo ingresso di Ca++ continua a depolarizzare la cellula fino a quando il potenziale di membrana non raggiunge il valore soglia.

Raggiunta la soglia, altri canali per il Ca++ si aprono.

L’ingresso del calcio determina l’insorgenza del potenziale d’azione.

Al picco di potenziale d’azione i canali del Ca++ si chiudono, mentre si aprono i canali lenti del K+; la conseguente uscita di K+ e la mancata entrata di Ca++ determinano la fase di ripolarizzazione della cellula nodale.

Il battito cardiaco insorto nel nodo del seno si propaga rapidamente all’altro nodo e alla muscolatura atriale e ventricolare attraverso le vie di conduzione.

La propagazione del potenziale d’azione avviene per conduzione intercellulare attraverso le numerose giunzioni intercellulari, già trattate precedentemente.

L’insorgenza di un potenziale d’azione determina la formazione di un campo elettrico fortemente positivo all’interno della cellula, perché la negatività intracellulare è diminuita con la depolarizzazione, che esercita una forte azione repulsiva su un catione intracellulare: il potassio, che viene fortemente sollecitato a spostarsi in tutte le direzioni.

Una gran parte del potassio viene spinta fuori dalla cellula durante la fase di ripolarizzazione, mentre una piccola parte di esso passa attraverso le giunzioni intercellulari ed entra nella cellula miocardica attigua.

L’ingresso di cariche positive determina nella cellula una perturbazione del potenziale di membrana che declina verso valori più positivi fino a raggiungere il valore soglia che origina un potenziale d’azione che trasmetterà l’eccitazione ad altre cellule, secondo i fenomeni appena descritti, originando una depolarizzazione a catena con conseguente trasmissione dell’impulso elettrico, del potenziale d’azione.

La conduzione intercellulare consiste quindi in un eccitamento intercellulare indotto dall’ingresso di ioni potassio che migrano da una cellula all’altra attraverso le giunzioni a bassa resistenza elettrica.

NB: il potenziale d’azione determina l’accensione simultanea di tutti i motori molecolari che avviano immediatamente l’accorciamento di atri e ventricoli, la contrazione della muscolatura cardiaca.

Elettrocardiografia