Appunti per il secondo esonero di Fisiologia generale

INTRODUZIONE

L’apparato cardio-circolatorio umano è un insieme chiuso di organi formato dal cuore, che genera

una forza propulsiva attraverso contrazioni ritmiche, vasi sanguigni, al cui interno scorre il sangue.

La funzione principale è quella di trasporto di gas, nutrienti, cataboliti, elementi della risposta

immunitaria e calore.

L’evoluzione ha fatto si che per gli organismi pluricellulari il liquido interno sia diverso da quello

esterno, contrariamente agli organismi unicellulari e colonie in cui è uguale, permettendo lo sviluppo

di un apparato cardiovascolare.

Approccio fisiologico

Perché il sangue circola attraverso il sistema cardiovascolare?

Teologicamente si potrebbe rispondere dicendo che il sangue veicola ossigeno e nutrienti a tutte le

parti del corpo ma non descrive i meccanismi alla base.

Fisiologicamente parlando, il sangue è un liquido che si muove secondo gradiente di pressione,

originato dalla contrazione dei ventricoli del cuore, da una zona a più alta pressione ad una a più

bassa pressione (dai ventricoli ai vasi).

Storia del cardiovascolare

William Harvey fu il primo a formulare l’esistenza di un sistema circolatorio chiuso e non aperto,

come credeva Galeno, Quest’ultimo riteneva che il sangue fosse prodotto in continuazione dal

fegato e poi consumato dall’organismo.

Harvey, grazie al suo esperimento di legatura, calcolò che 5L era la quantità di sangue prodotta dal

cuore in 1 minuto, in un’ora circa 300 L e in un giorno circa 7200L.

Esperimento di Harvey

Occludendo sia vena che arteria osservò come la mano

diventasse sempre più fredda e la perdita del battito.

Occludendo solo le vene e lasciando l’arteria libera osservò

come il battito proseguiva ma la mano diventava gonfia e

colorata (non c’è ritorno venoso e quindi il sangue si

accumula).

Sistema chiuso o aperto?

Il sistema aperto è tipico degli invertebrati mentre quello dei mammiferi è T

chiuso, doppio e in parallelo. Nelle forme più semplici affinché il sangue g ·

possa muoversi da una parte all’altra ci sono delle fibre muscolari

contrattili mentre in quelle più complesse si è evoluto il cuore.

Il sangue fluisce in un’unica direzione: dall’atrio destro entra con le

arterie polmonari nella circolazione polmonare (pressione bassa), torna

all’atrio sinistro con le vene polmonari e l’aorta lo porta nel circolo

sistemico (alta pressione), dove viene deossigenato e torna al punto di

partenza con le vene sistemiche.

IL CUORE

Il cuore è un muscolo localizzato al centro della cavità toracica, lievemente spostato a sinistra e a

ridosso del diaframma, vicino ai polmoni. La zona in alto, dove sbucano le arterie, prende il nome di

base mentre la zona a ridosso del diaframma, prende il nome di apice.

Il cuore è circondato dal pericardio, interno ed esterno, che lo ancora al diaframma e contiene uno

strato di natura lipidica che è una fonte di energia.

Anatomia del cuore

Il cuore è composto da due atri e due ventricoli: gli atri

presentano pareti muscolari sottili mentre i ventricoli più

spesse (la parete del ventricolo sinistro è più spessa del

ventricolo destro per vincere l’elevata resistenza e pressione

del circolo sistemico). Atri e ventricoli sono separati da due

setti, interatriale e interventricolare, per evitare il

commistio sanguinis.

L’unidirezionalità del sangue è garantita dalla presenza di

valvole cardiache: atrioventricolari (AV), tricuspide e

mitrale,e semilunari, polmonare e aortica.

Valvole

Le valvole AV separano gli atri dai ventricoli e impediscono che il

sangue passi negli atri durante la contrazione dei ventricoli. La

tricuspide si trova tra atrio e ventricolo destro mentre la mitrale

tra atrio e ventricolo sinistro. I muscoli papillari agganciano i lembi di

connettivo e, la contrazione del ventricolo, fa contrarre anche loro

che tengono chiuse le valvole. Quando il ventricolo si rilascia allora le

valvole AV vengono aperte dal rilasciamento dei muscoli papillari.

Le valvole semilunari si trovano tra ventricoli e arterie, si aprono e si

chiudono in relazione a differenze di pressione ai loro lati, si aprono

durante la contrazione ventricolare e si chiudono durante il

rilasciamento. Se la valvola mitrale ha un prolasso (non chiude bene), il sangue

ritorna indietro e quindi esce in quantità minore dall’aorta,

dovendo aumentare la frequenza di battiti per mantenere la

stessa quantità.

Le coronarie scorrono lungo i depositi di tessuto adiposo e

sequestrano acidi grassi, impiegati come fonte energetica per

mantenere la contrazione.

L’aterosclerosi è il processo in cui le arterie vengono ostruite da

un accumulo di lipidi, impedendo il passaggio di ossigeno e la

produzione di ATP, provocando la morte delle cellule cardiache

(infarto del miocardio).

Il problema si risolve stappando le coronarie o installando bypass.

Muscolo cardiaco

Le cellule muscolari cardiache prendono il nome di cellule miocardiche, le quali presentano fibre

contrattili e sono unite fra di loro attraverso dischi intercalari, composti da giunzioni strette, GAP

e desmosomi, rendendo la cellula un sincizio funzionale. Le cellule quindi permettono il passaggio degli

ioni e, quindi, del potenziale d’azione.

Ogni cardiomiocita contiene un nucleo e circa 3 sarcomeri. Il reticolo sarcoplasmatico è ricco di

mitocondri che effettuano fosforilazione ossidativa per produrre ATP e fornire energia.

La disposizione dei dischi intercalari non permette la contrazione per allungamento/accorciamento,

bensì una sorta di contrazione circolare dove una specie di strizzatura porta il sangue nella parte

alta dell’arteria polmonare.

Dischi intercalari A

I dischi intercalari presentano connessoni e

rendono il passaggio della corrente più semplice,

ma non bastano, vi si ritrovano anche canali

specializzati che facilitano il passaggio degli ioni, in

particolare lo ione calcio. Sono zone altamente

compartimentalizzate e specializzate dove è

consentito il passaggio di ioni e corrente

elettrica, intesa come segnale di contrazione e

non potenziale.

Perché il cuore si contrae?

La contrazione del cuore è spontanea e non necessita di innervazione. La contrazione avviene ad

opera di una particolare tipologia di cellule, le cellule pacemakers, le quali non hanno tubuli T ne

sarcomeri e non generano tensione, al contrario delle cellule del miocardio e atriali.

Gli impulsi partono dalle cellule pacemakers, il tessuto nodale li genera e li trasporta attraverso il

tessuto di conduzione al tessuto contrattile o miocardio di lavoro, il quale in risposta si eccita.

L’impulso viaggia lungo i tubuli T e permette l’apertura dei canali per il Calcio voltaggio-dipendenti di

tipo L, quest’ultimo entra all’interno e si lega alla rianodina per rilasciare ulteriore calcio che passa

nella cellula successiva. Si lega alla troponina, che sposta la tropomiosina, rendendo libero il sito di

legame con la miosina, si ha lo scorrimento dei filamento e la contrazione avviene con il ciclo dei ponti

trasversi. Sistema di conduzione cardiaco

La funzione del sistema di conduzione è quella di generare e

propagare l’onda di eccitazione (potenziale d’azione cardiaco) al

miocardio di lavoro (formato da atri e ventricoli che hanno la

funzione di sviluppare tensione). Il sistema di conduzione è formato

da: nodo senoatriale;

• Nodo atrioventricolare;

• Fascio di His, che si divide in una branca destra e una sinistra;

• Cellule del Purkinje.

•

Le cellule pacemarkers si trovano nel nodo senoatriale, è da qui che

parte il potenziale che poi si propaga nel nodo atrioventricolare con

un certo ritardo, che permette la contrazione degli atri; il potenziale

arriva al fascio di His e poi nelle cellule del Purkinje (4 m/s),

permettendo la contrazione ventricolare; la diversa velocità di

trasmissione delle fibre, in base al diametro, permette la contrazione

dal basso verso l’alto.

Potenziali d’azione cardiaci

I cardiomiociti del tessuto di conduzione e del lavoro

sono in grado di generare potenziali d’azione che variano

da una regione all’altra.

I potenziali d’azione del nodo SA e AV sono più lenti

rispetto a quelli dei miociti atriali, ventricolari e delle

fibre del purkinje. Potenziale del nodo senoatriale (cellule pacemaker)

Il potenziale di membrana a riposo nel nodo SA, AV e del

fascio di His è di circa -60 mV; a questo valore sono aperti i

canali per il sodio F (funny) e quelli del calcio transienti che

scatenano una depolarizzazione a -40mV e si chiudono. Si

aprono i canali del calcio voltaggio-dipendenti di tipo L

(Long lasting) e si chiudono a +20 mV. Si aprono i canali per il

potassio che esce riportando il potenziale a -60 mV senza

dare iperpolarizzazione, perché a questa soglia si

riaprono i canali per il sodio F che danno ritmicità e

automatismo.

Nelle cellule atriali il potenziale di membrana a riposo è a -85

mV, aprendo i canali per il sodio, seguiti da quelli del calcio L

e poi da una serie di canali per il potassio ultrarapidi, che

poi diventano lenti e danno una polarizzazione.

Potenziale d’azione delle cellule del miocardio

contrattile

Il potenziale di membrana a riposo si trova a -90 mV, la

depolarizzazione è a carico dei canali per il sodio

voltaggio-dipendenti a doppio cancello che si aprono

fino ad arrivare a +30mV, soglia che chiude il secondo

cancello, inattivando il canale. Intorno ai +20 mV si

aprono i canali per il calcio di tipo L che formano un

plateau vicino a 0mV. Quando aumenta la permeabilità al

potassio, si aprono i canali per il potassio rettificanti

rapidi e lenti, i canali per il calcio si chiudono e

provocano una ripolarizzazione a -90mV.

La sodio/potassio ATPasi continua a lavorare

ripristinando le concentrazioni ioniche da un lato

all’altro della membrana per poter indurre un secondo

potenziale d’azione (chiamata elettrogenica).

Refrattarietà

È il periodo di tempo dove un secondo potenziale d’azione non può insorgere, ed è assoluta se i canali

per il sodio sono inattivi, o relativa se alcuni sono chiusi ma disponibili all’apertura. Il ventricolo può

effettuare una sola contrazione, più lenta, per potenziale d’azione, quindi i potenziali d’azione non

possono essere sommati per provocare una contrazione più forte, non c’è il tetano muscolare. La

contrazione avverrà quindi nel periodo refrattario assoluto che equivale al tempo di contrazione.

Applicazioni mediche

Il pacemaker elettrico inserito con la chirurgia medica