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 piccoli 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:

1) 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 demosomi , che si trovano alla superfice 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);

2) il tessuto nodale, che forma il nodo seno-atriale e il nodo atrio-ventricolare;

3) 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;

4) 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 raggiuge 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++) determina 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’intero 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 spinto fuori dalla cellula durante la fase di ripolarizzazione,

mentre un 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). POTENZIALE ELETTRICO ED

ELETTROCARDIOGRFIA

Il funzionamento del cuore genera delle piccole differenze di potenziale (dell’ordine di 1mV) tra

diversi punti del corpo umano. Queste differenze variano nel tempo seguendo l’andamento

dell’attività cardiaca.

POTENZIALE ELETTRICO E DIFFERENZA DI POTENZIALE

Il potenziale elettrico nel punto A è uguale al rapporto tra l’energia potenziale elettrica U e la

A

carica di prova q. Il potenziale è dunque una quantità scalare e non dipende dal valore della

carica di prova.

La sua unità di misura è il J/C (joule su Coulomb). Tale unità è chiamata

anche volt (V) in onore di Alessandro Volta.

Se 1 volt equivale ad 1 J/C allora si può dire che tra due punti c’è una

differenza di potenziale di 1V quando, spostando una carica di 1C da un

punto a un altro, l’energia potenziale cambia di 1J.

Per ottenere U si calcola l’energia potenziale relativa alla carica di prova q nel punto A e seguendo

A

la relazione qui sopra si ottiene V ; mettendo la carica di prova q in un altro punto B dello spazio si

A

conosce la corrispondente energia potenziale U e quindi il potenziale elettrico V nel punto B.

B B

Per calcolare la differenza di potenziale elettrico tra i due punti A e B si applica la formula:

∆V =

Nella pratica sperimentale medica, per registrale l’attività cardiaca, è possibile porre due fili

elettrici (elettrodi) direttamente su due punti di una fibra miocardica, collegarli chiudendo il circuito

e misurare con un voltmetro la differenza di potenziale che eventualmente si verifica. In clinica una

simile misurazione deve essere fatta a distanza dal cuore, ponendo i due fili elettrici su due diversi

punti della superficie corporea. La posizione nella quale vengono posti i due fili elettrici costituisce

quella che viene chiamata una “derivazione”.

Le variazioni elettriche che si verificano durante la contrazione cardiaca possono essere

rappresentate graficamente dall’elettrocardiogramma grazie ad uno strumento chiamato

elettrocardiografo. Quest’ultimo non è altro che un voltometro dotato di scarsissima inerzia e

pertanto capace di indicare con fedeltà variazioni molto rapide delle differenze di potenziale.

Il suo indice è collegato con una penna scrivente che disegna su un nastro di carta (che scorre alla

velocità costante di 25 mm/sec) un tracciato, che sintetizza la successione degli spostamenti verso

l’alto o verso il basso dello stesso indice in conseguenza delle variazioni del campo elettrico

prodotto dal cuore. L’apparecchio ha due fili le cui estremità corrispondono rispettivamente

all’elettrodo positivo e all’elettrodo negativo.

CENNI DI ELETTROCARDIOGRAFIA:

Tutte le derivazioni che oggi vengono applicate in elettrocardiografia clinica sono frutto di una serie

di geniali semplificazioni enunciate all’inizio del 1900 dal fisiologo olandese Einthoven (premio

Nobel nel 1925) qui riportate:

1) il cuore umano può essere concepito come un generatore elettrico puntiforme. Da questo

punto e solo da esso originano tutti i vettori risultanti rappresentativi dell’attività elettrica

del cuore in ogni momento del suo ciclo (tali vettori sono i vettori spostamento del cuore che

si muove a destra e a sinistra e in avanti e indietro). Ne consegue che il cuore è sorgente di

correnti elettriche così intense da raggiungere, fluendo nei tessuti, anche la superficie

periferica del corpo (la pelle);

2) il corpo umano è un conduttore omogeneo, ossia è analogo a un recipiente pieno di una

soluzione elettrolitica;

3) la spalla destra, la spalla sinistra e la regione pubica costituiscono i vertici di un triangolo

equilatero, detto triangolo di Einthoven. Il cuore è al centro di tale triangolo;

4) i tre vertici del triangolo di Einthoven e il cuore giacciono sullo stesso piano;

5) i tre vertici del triangolo sono ad una distanza tale dal cuore da poter essere considerata, ai

fini della registrazione dell’attività elettrica, una distanza infinita (qui l’infinito rende

irrilevanti le variazioni di posizione del cuore e dei vertici che si verificano da un caso

all’altro per differenze somatiche dei vari soggetti/pazienti).

Si deve ammettere che la conformazione anatomica dei vertici del triangolo di Einthoven è poco

propizia alla fissazione degli elettrodi. Tuttavia è importante riflettere sul fatto che gli arti possano

essere considerati omologhi a fili lettrici e realmente hanno potenziali elettrici sensibilmente uguali

alle rispettive radici: spalle e regione pubica. Così un elettrodo fissato al polso sinistro è da

considerare collegato alla spalla sinistra, un elettrodo fissato al polso destro è da considerare