Appunti di Fisiologia umana

POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO MIOCARDIO DI LAVORO

Le fasi sono:

0. ​Depolarizzazione rapida, dovuta all'ingresso di ioni Na+, grazie all'apertura di specifici canali per il Na (iNa);

1.​ Ripolarizzazione rapida, dovuta ad una corrente transitoria in uscita di K tramite specifici canali (iKto dove to indica

‘transient outward’), che fanno uscire rapidamente gli ioni potassio ripolarizzando la membrana. Questi canali transienti,

essendo rapidi anche a chiudersi, possono far entrare poco potassio quindi la membrana si ripolarizza poco;

2.​ Plateau, mantenimento del potenziale d’azione. Quando il potenziale di membrana è così positivo in concomitanza si

attivano i canali del calcio di tipo L (iCaLL dove LL sta per long lasting), che si attivano e disattivano molto lentamente.

Per tutta la durata dello stato di apertura di questi canali il calcio entra e mantiene il potenziale di membrana a valori

prossimi allo zero (depolarizzato). In questa fase l’ingresso di ioni Ca eguaglia la fuoriuscita di ioni K;

3.​ Ripolarizzazione, quando i canali Ca si chiudono si riaprono i canali per il K (iK), che fuoriesce, ed in questo modo

l'interno della cellula diventa man mano negativo, mentre l'esterno diviene positivo;

4.​ Ritorno al potenziale di riposo, nell'ultima fase si ha il ripristino delle concentrazioni ioniche ai valori di riposo. Lo ione

che partecipa al mantenimento del potenziale di riposo stabile è sempre il potassio.

Nel grafico, in corrispondenza delle fasi, sono indicate le correnti che sottostanno a quel determinato evento.

POTENZIALE D’AZIONE NODO SA

Nei nodi abbiamo un grafico diverso e quindi delle correnti diverse. Al livello della fase 4 non partecipano i canali del potassio ma i

canali if (dove f sta per funny), dei canali attivati dal voltaggio o da nucleotidi. Sono dei canali per il potassio che fanno entrare il

sodio. Questa è una delle principali cause di questa depolarizzazione che poi porta al superamento della soglia.

Contemporaneamente, abbiamo anche l’intervento di una corrente del calcio di tipo T (iCaT), voltaggio-dipendenti, attivati a bassa

soglia. Il calcio entra e si rinforza la depolarizzazione.

Quando si raggiunge un valore importante di depolarizzazione si attivano anche i canali del calcio di tipo LL, ad alta soglia.

La fase 0 non è una fase istantanea ma lenta. Non ci sono gli stessi canali del sodio, che si aprono istantaneamente, ma la

depolarizzazione è mantenuta da canali che si aprono lentamente.

Una volta raggiunto il massimo, nella fase 3, abbiamo di nuovo la corrente normale di ripolarizzazione di potassio. Arrivato al valore

più negativo, la corrente funny fa sì che la membrana si depolarizzi di nuovo.

PROPRIETÀ ELETTRICHE E MECCANICHE DEI CARDIOMIOCITI

I cardiomiociti presentano proprietà elettriche e meccaniche che li distinguono nettamente dagli altri tessuti muscolari (scheletrico

e liscio). Queste caratteristiche garantiscono il funzionamento sincronizzato e continuo del cuore come una pompa.

In immagine vengono messi a confronto le tre tipologie di tessuto muscolare, confrontando la risposta elettrica con la risposta

meccanica.

-​ Il potenziale d’azione dura poco in A e C mentre in B ha un enorme durata. In A e C c’erano due fasi (depolarizzazione e

ripolarizzazione) mentre in B ne abbiamo 5.

-​ La risposta meccanica in A e C è una scossa semplice, dove c’è una certa latenza temporale, mentre in B la latenza

meccanica è brevissima. Poco dopo che è nato il potenziale d’azione inizia ad aversi un incremento di tensione e mentre

nel muscolo scheletrico e liscio c’è una gran distinzione tra risposta elettrica e risposta meccanica (che ci permette di

poter avvicinare i potenziali d’azione e ottenere una risposta tetanica), nel caso del muscolo cardiaco l’evento elettrico è

quasi temporalmente sovrapposto alla risposta meccanica, che si chiama sistole (se non specificato riferita a quella

ventricolare, perché quella atriale avviene leggermente prima).

TETANICITA DEL CUORE Nel cuore, la risposta meccanica raggiunge il massimo di tensione mentre la membrana è ancora

→

depolarizzata. Al termine del periodo refrattario, la risposta meccanica è già scesa al minimo, impedendo la fusione delle

contrazioni. Questa proprietà rende il cuore non tetanizzabile, garantendo una sequenza ordinata di contrazioni (prima atri, poi

ventricoli) necessaria per il corretto funzionamento come pompa.

CONDUZIONE DEL POTENZIALE D’AZIONE

Nell’immagine si osservano i due nodi, il fascio di His e tutte le fibre di Purkinje che raggiungono in modo capillare tutta la parete

del ventricolo. La parte rosa è il miocardio di lavoro atriale e ventricolare.

Nel grafico si può seguire l’andamento spaziale dei potenziali d’azione nel tessuto. 56

-​ Il potenziale d’azione nasce nella prima zona di pacemaker

che si depolarizza alla maggiore frequenza, ovvero il nodo

senoatriale (SA).

-​ Il segnale si propaga perché le cellule del tessuto nodale

sono accoppiate elettricamente alle cellule del miocardio

di lavoro atriale e mediante gap junctions depolarizzano

tutti gli atri e queste cellule si contraggono.

-​ Allo stesso tempo, dal nodo SA il potenziale d’azione

raggiunge il nodo atrioventricolare (AV) da dove parte il

fascio di His che quindi in contemporanea a tutti gli atri

viene investito dal potenziale d’azione che rapidamente

viene condotto a tutto il resto del cuore.

-​ Il potenziale d’azione percorre un certo spazio e nel

frattempo gli atri intorno al nodo SA si sono depolarizzati e

contratti. Le fibre di Purkinje si accoppiano elettricamente alle cellule del miocardio di lavoro ventricolare che quindi si

ecciterà a sua volta e si contrarrà.

Se si inserisce un elettrodo di registrazione nel fascio di His o nelle fibre di Purkinje sembra che si possa registrare un potenziale

d’azione esattamente uguale a quello del miocardio di lavoro ventricolare. In realtà, il PdA che si registra nel tessuto di conduzione

è una via di mezzo tra quello nodale e quello di lavoro. Questo perché il potenziale d’azione che si registra dal tessuto nodale

presenta un prepotenziale (non si evince nel grafico), quindi non parte dal riposo.

Inoltre, in questo stesso grafico e rispettando la sequenza temporale, viene indicato un ELETTROCARDIOGRAMMA, ovvero il

tracciato elettrico dell’andamento del cuore.

Le onde rosse non ricordano quello che è rappresentato in nero. Entrambe sono due misurazioni elettrofisiologiche ma quelle in

nero sono delle registrazioni con microelettrodi intracellulari, dove si registra la variazione della carica interna nel tempo, l’ECG

invece è un esame di routine fatto con elettrodi extracellulari posati sul torace. Quello che viene registrato è una media totale di

tutta la carica che questi elettrodi sentono al di sotto degli stessi. La carica è dovuta da tutti i tessuti eccitabili che cambiano il loro

stato durante il tracciato, veicolate dai fluidi sottostanti.

Nella tabella sono riassunti i tipi di tessuti, come sono fatte le fibre (diametro e velocità di conduzione), se presentano automatismo

(attività di pacemaker) e la loro forza contrattile.

POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO

Il potenziale d'azione (PdA) cardiaco varia significativamente tra i tessuti del nodo seno-atriale (SA) (A) e il miocardio di lavoro

ventricolare (B). Le loro caratteristiche riflettono le diverse funzioni che svolgono nel cuore.

Le frecce gialle indicano depolarizzazioni e corrispondono all’entrata di correnti depolarizzanti. Analogamente, le frecce azzurre

indicano una ripolarizzazione, ovvero quando il potenziale di membrana torna verso valori di riposo grazie a delle correnti

iperpolarizzanti.

PA nel nodo senoatriale : si hanno 3 fasi

-​ prepotenziale : graduale depolarizzazione fino al raggiungimento della soglia. È mediato da:

-​ Corrente if (funny): attivata dall'iperpolarizzazione tramite canali HCN.

-​ Corrente Ca²⁺ di tipo T: transiente, contribuisce alla depolarizzazione iniziale.

-​ depolarizzazione : raggiunta grazie all'apertura dei canali del calcio di tipo L, con un piccolo contributo della corrente

Na⁺ slow.

-​ ripolarizzazione : ci sono varie correnti di K a rettificazione

ritardata (delayed rectifier), che escono più tardi con una cinetica

differenziata.

PA nel miocardio di lavoro ventricolare

-​ Fase 0 (spike): Depolarizzazione rapida grazie alla corrente Na⁺

sensibile alla tossina TTX.

-​ Fase 1: Ripolarizzazione rapida mediata dalla corrente K⁺ ito-f

(transient outward fast).

-​ Fase 2 (plateau): Corrente Ca²⁺ di tipo L, con un piccolo contributo

di Ca²⁺ tipo T e Na⁺ slow, mantiene il potenziale a livelli stabili.

-​ Fase 3: Ripolarizzazione grazie alle correnti K⁺ delayed rectifier. 57

Nel grafico sono illustrate le correnti coinvolte nella genesi del potenziale di pacemaker dove per pacemaker si intende la fase di

prepotenziale che precede la fase di depolarizzazione massima finale del potenziale che misuriamo nei nodi.

Il canale responsabile della corrente funny prende il nome di HCN (hyperpolawrization-activated cyclic nucleotide -gated

channels).

In immagine è rappresentata la modulazione da parte dei recettori per l’acetilcolina,

metabotropi muscarinici M2.

La loro azione si ripercuote sui canali GIRK 1 perché l’attivazione dell’acetilcolina attiva

questi facendoli aprire e facendo uscire del potassio. Questa uscita del potassio

permette il mantenimento di una membrana più iperpolarizzata anziché farla

depolarizzare nuovamente ed impiega più tempo a raggiungere la soglia.

Pertanto, il secondo spike del PdA si avrà in ritardo.

Quindi, l’acetilcolina agendo sul recettore

M2 ed attivando il canale GIRK1

determina il rallentamento della

depolarizzazione e quindi della

contrazione e del battito cardiaco.

Al contrario, i recettori noradrenergici come la noradrenalina o adrenalina, che

agiscono sui determinano un’azione mediata dall’AMP ciclico e quindi di attivazione,

β1

eccitazione, perché si attiveranno dei canali depolarizzanti.

Nel grafico sono rappresentati i canali ionici presenti nel miocardio. (slide)

Nello schema sono rappresentate le prove che nel miocardio di lavoro la fase di spike è determinata dal sodio perché mettendo

TTX nell’ambiente via via, all’aumentare della concentrazione, si perde lo spike iniziale.

Questo dimostra che il primo picco (fase 0) è determinato dalla corrente di sodio TTX sensibile.

L’esperimento in B dimostra che la fase di plateau del potenziale d’azione ventricolare è determinata dai canali di calcio di tipo L

perché utilizzando un bloccante selettivo Diltiazem (una benzotiazetina) all’aumentare della conc