Basi fisiche e fisiologiche dell'organismo umano e metodologia statistica - fisiologia cardiovascolare

6-3-2014

Sangue arterializzato e sangue arterioso

Sangue arterializzato → è il sangue appena uscito dagli alveoli polmonari. Ha pressione parziale dell'ossigeno pari a quella alveolare, [100 mmHg]. Progressivamente la pressione parziale di ossigeno diminuisce.

Sangue arterioso → La pressione parziale di ossigeno è diminuita, si perde un po' di PO₂ che si attesta intorno a [90-95 mmHg].

Pacemaker cardiaci

Il nodo seno atriale è il pacemaker più veloce a eccitarsi, è quello che comanda sugli altri. → MA.

Vi sono altri pacemaker minori o accessori sparsi per il tessuto cardiaco → hanno attività minore e solitamente non si esprimono perché sono stimolati da pacemaker primario, nodo seno atriale.

Esempio: [fibre di Purkinje].

I pacemakers accessori ovviamente si autoeccitano con frequenza più bassa, a calare.

• Esempio: [nodo seno atriale] 70 battiti al minuto.
• [Nodo AV] 50 battiti al minuto.
• [Fibre Purkinje] 30 battiti al minuto.

Il più veloce si impone sugli altri.

Gittata cardiaca

Gittata cardiaca → Volume di sangue pompato al minuto [5 litri al minuto].

Gittata sistolica → Volume di sangue pompato per battito [70 ml al minuto]!

Elettrofisiologia del cuore

Ci sono cellule che sono potenziali pacemakers → si possono autoeccitare.

L'innervazione di simpatico e parasimpatico per l'autoeccitazione non è richiesta → [hanno solo funzione regolativa].

Il parasimpatico con il vago rallenta l'attività del nodo seno atriale che sennò sarebbe più alta (100 bpm) basalmente.

Le cellule sono elettricamente connesse e accoppiate.

Caratteristiche

Potenziali d'azione con lunga fase di plateau → grazie a calcio.

Risultato → potenziale d'azione molto lungo → [200-400 ms] → quindi periodo refrattario molto lungo → impossibile il tetano!

Cuore agisce a contrazioni singole.

Impulso (via): nodo seno atriale → atri → nodo atrioventricolare → fascio His, veloce conduzione → ventricoli, segnale ritardato.

Se viene ritardato in modo eccessivo: patologie! (blocco di tipo 0-1-2 ecc.) fino a blocco totale → permane attività pacemaker di fibre del Purkinje a livello molto più basso.

Le fibre del Purkinje operano una veloce conduzione e possono avere attività di pacemakers che di solito non si vede (latenti).

Potenziali d'azione: nodo seno atriale

Nodo seno atriale: è un potenziale al calcio Ca²⁺!

La depolarizzazione è dovuta al calcio! (canali L).

Il potenziale ha fase di plateau lenta ed è in toto più lento e lungo.

Riposo: [instabile -50/-45 mV] → come liscio.

• 0 Depolarizzazione spontanea [potenziale al calcio Ca²⁺].
• 1 Plateau dovuto al calcio → prolungamento del potenziale.
• 2 Iperpolarizzazione dovuta al potassio.

Nodo atrioventricolare

È un potenziale al calcio Ca²⁺.

La depolarizzazione è dovuta al calcio.

Normalmente non innesca la contrazione perché è comandato dal nodo seno atriale (in condizione fisiologica) che comanda → il calcio causa lentezza e potenziale ritardato e prolungato.

Tessuto muscolare di lavoro atriale

Potenziale al sodio Na⁺.

Potenziale a riposo -90 mV.

Non si possono autoeccitare.

Hanno normalissimi canali per il sodio → eccitati dall'esterno!

Il calcio causa plateau e impedisce tetano → periodo refrattario più lungo 200-400 ms.

Ripolarizzazione rapida dovuta al potassio → calcio si oppone causando il plateau caratteristico.

Fibre del Purkinje

Tendono ad autoeccitarsi.

Pacemaker latente! In condizioni fisiologiche sono gestiti da impulso e non hanno attività pacemakers.

Tessuto muscolare di lavoro ventricolare

Potenziale al sodio Na⁺.

Normali canali per il sodio.

Il calcio prolunga fase di plateau opponendosi alla veloce ripolarizzazione di K.

Non si possono autoeccitare.

Il calcio è il responsabile del periodo refrattario lungo e dell'impossibilità di sommazione meccanica delle contrazioni → di fatto arresta l'iperpolarizzazione veloce data dal potassio e allunga periodo refrattario.

Canali potassio

[Anomalous rectyfayer]: sono quelli che tentano di iperpolarizzare in fase di plateau → (plateau) → impedita iperp.

[Normal o delayed rectyfayer]: sono quelli che inducono normale iperpolarizzazione ritardata.

Canali del sodio

Praticamente assenti nei potenziali d'azione del tessuto nodale.

Poco responsabili a tetrodopoxina.

Hanno un'apertura veloce e sono responsabili di potenziali d'azione di tessuto di lavoro veloce.

Canali del calcio

Molto presenti in tessuto nodale ma anche tessuto di lavoro.

Solitamente di tipo L ma ci sono anche altri tipi (T) (nodali solitamente).

Allungano la durata del potenziale → plateau lungo e pronunciato → sono regolabili a differenza del potenziale d'azione tipico del tessuto muscolare che è costante.

Canali funny e autoeccitamento

Cosa fa sì che le cellule nodali possano autoeccitarsi? → Canali funny, gruppo dei canali HCN → generano prepotenziale che garantisce l'autoeccitamento e quindi l'attività di pacemakers → rispondono a iperpolarizzazione → quando si iperpolarizza (-50 mV/-45 mV instabile a riposo) fanno entrare cationi → innescano attività di pacemaker.

A questi si aggiunge attività di altri canali diversi (sono molto regolabili) → canaly funny HCN → rispondono a variazione di cAMP → per modulazione della sensibilità.

Il parasimpatico fa diminuire, tramite attività di proteina Gi su adenilato ciclasi, il cAMP → canaly funny si aprono meno → diminuzione frequenza cardiaca.

Il simpatico (noradrenalina) fa aumentare, tramite proteina Gs su adenilato ciclasi, il cAMP → canaly funny si aprono di più → aumento frequenza cardiaca → molto più regolabile del tessuto muscolare normale (a livello di sensibilità alla risposta) → il rapporto tra canali calcio e potassio tra atrio e ventricolo è diverso → difatti il plateau atriale è sensibilmente meno prolungato.

11-3-2014

Aumento della frequenza → canali del calcio si aprono di più.

Risultato: minore durata dei potenziali d'azione, con picco maggiore → potenziale a cupola con minor durata.

Tutti i canali si aprono di più → anche quelli del potassio → minore durata.

Se blocco i canali del sodio nel tessuto di lavoro → potenziale è molto più lento e non si contrae più.

Canali funny HCN4

Canali funny HCN4 → si aprono in risposta a iperpolarizzazione (-30 mV) → fanno entrare cationi → attività di pacemaker!

Sono modulabili in sensibilità all'apertura da noradrenalina e acetilcolina → variano quantità di cAMP:

• Maggiore cAMP → maggiore apertura.
• Minore cAMP → minore apertura.

Così avviene la regolazione della frequenza.

Sistema ortosimpatico → regolazione non è immediata, l'accumulo di cAMP aumentato è lento! → ci mette qualche secondo.

Sistema parasimpatico → regolazione è immediata grazie a recettore muscarinico dell'acetilcolina che è accoppiato a PKA kinasi (oltre che ad adenilato ciclasi) che apre i canali per il potassio. → regolazione immediata da parte del vago (oltre a diminuzione graduale di cAMP).

Fasi del potenziale

• [4] → Riposo -90 mV → canali potassio inward rectyfayer.
• [0] → Apertura canali sodio → depolarizzazione.
• [1] → Ripolarizzazione canali potassio [K-ITO].
• [2] → Plateau canali del calcio, potassio [KUR] (anomalus rectifyer) → compete con calcio.
• [3] → Ripolarizzazione canali potassio [KR] e [KS] (delayed rectifyer).
• [4] → Riposo -90 mV → canali potassio inward rectyfayer aperti.

Canali potassio:

• [4] → Inward rectyfayer → mantengono potenziale di riposo -90 mV.
• [0] → [1] → [K-ITO] → ripolarizzazione rapida.
• [2] → [KUR] anomalous rectyfayer.
• [3] → [KR KS delayed rectyfayer].
• [4] → Inward rectyfayer → mantengono potenziale di riposo -90 mV.

Cellule nodali

Cellule nodali → hanno potenziali al calcio!

Hanno soprattutto canali calcio di tipo T ma anche di tipo L.

In sostanza:

• Canali Ca²⁺ diidropiridinici di tipo T e L.
• Voltaggio dipendenti → simili a quelli del sodio canonici ma molto più lenti.
• Canali K.
• Canali HCN4 funny.

Cellule Purkinje

Cellule Purkinje → come tessuto di lavoro ventricolare ma → pacemaker vicariante → hanno un piccolo corredo di canali funny HCN4 → garantisce la possibilità marginale di autoeccitarsi in caso di blocco atrioventricolare.

Elettrocardiogramma

Fasi:

• [P] → Depolarizzazione degli atri.
• [QRS] → Depolarizzazione dei ventricoli.
• [T] → Ripolarizzazione dei ventricoli.

Si individuano intervalli:

• Intervallo P-Q → 0.12-0.20 secondi.
• Intervallo QRS → 0.08 secondi.
• Intervallo Q-T → 0.36 secondi (quasi pari a durata del potenziale d'azione stesso [200-400 ms]).

Intervallo Q-T cambia in funzione di frequenza → calcolo dell'intervallo Q-T corretto → [QT] / radice di [RR].

• [P-Q] → 0.12-0.20 secondi.
• [QRS] → 0.08 secondi.
• [Q-T] → 0.36 secondi.

Esistono patologie → legate a allungamento anomalo dell'intervallo Q-T → aritmia → ci sono molti tipi di canali che possono essere alterati → aritmie genetiche.

Focus ectopico

Focus ectopico → è una area del cuore che genera un'aritmia perché crea un impulso alla contrazione anormale che non dovrebbe esserci.

Blocchi atrioventricolari

• I tipo = L'onda P è trasmessa con ritardo ai ventricoli → viene condotta ma è rallentata (prolungato P-Q).
• II tipo = L'onda P ogni tanto non viene trasmessa ai ventricoli → a intervalli non si osserva QRS.
• III tipo = L'onda P non viene mai trasmessa ai ventricoli.

Risultato: si osserva totale mancanza di comunicazione tra atrio e ventricolo.

Atrio si contrae ogni TOT, ventricolo grazie a autoeccitamento pacemaker vicariante di fibre di Purkinje si contrae debolmente a frequenza bassa → in modo autonomo → (risolto con pacemaker).

Insufficienza cardiaca

Insufficienza cardiaca → fenomeno patologico per il quale il cuore non riesce a pompare una quantità di sangue adeguata al mantenimento dell'organismo. → Può verificarsi anche a riposo oppure quando si presenta uno sforzo.

12-3-2014

Terminologia

• Baptotropismo → Capacità di autoeccitarsi.
• Dromotropismo → Capacità di condurre.
• Inotropismo → Capacità di contrarsi.
• Lusotropismo → Capacità di rilassarsi.

Vene e arterie

Vene → sono vasi di capacità → contengono 7 volte il sangue contenuto nelle arterie. Hanno pressione molto bassa (circa 7 mmHg contro i 100 mmHg arteriosi).

Arterie → sono vasi di pressione → hanno minore capacità ma pressione più alta.

Ripasso fasi

• 4 Riposo canali [K inward rectyfayer].
• 0 → Apertura canali sodio.
• I → Ripolarizzazione canali [K-ITO].
• II → Plateau al calcio canali Ca²⁺ (diidropiridinici L), canali K anomalus rectifyer [KUR].
• III → Ripolarizzazione canali KR e KS delayed rectyfayer.
• 4 Riposo.

Accoppiamento eccitazione conduzione

Diidropiridinici L → si aprono → Ca²⁺ fa aprire ryanodinici (rilascio di calcio indotto da calcio).

Come cala la concentrazione di calcio?

I - Pompa SERCA II sequestra calcio nel reticolo sarcoplasmatico.

SERCA II è controllata da fosfolambano, proteina regolatrice.

Fosfolambano rallenta attività di SERCA II → risultato fa aumentare durata di permanenza del calcio libero.

Fosfolambano → inibisce SERCA II → aumenta durata del plateau (fa uscire meno calcio).

II - Il calcio derivato da fuori deve ritornare fuori.

Esiste → scambiatore sodio-calcio.

Scambia in rapporto 3:1 → 3 ioni sodio dentro-1 calcio fuori.

Risultato → aumenta cariche positive all'interno e contribuisce a mantenere il plateau e a prolungare la contrazione.

Catecolammine

Catecolammine → stimolano PKA → fosforillano il fosfolambano (inibendolo) → SERCA II non è più inibita → aumenta frequenza cardiaca (calcio sequestrato più velocemente) più veloce.

Così facendo aumenta inotropismo e lusotropismo.

Attenzione: un eccesso di calcio può creare problemi al mitocondrio → scoppia.

Gestire insufficienza cardiaca

Diminuire precarico → dilatare le vene per diminuire pressione in ingresso.

Diminuire postcarico → dilatare le arterie per diminuire resistenza contro cui lavorare.

Farmaci inotropici positivi → aumentano contrattilità → da usare con moltissima cautela (non si può "sferzare un cavallo zoppo").

MA SPESSO.

Si possono usare beta bloccanti che diminuirebbero la contrattilità ma evitano una down regolazione a feedback e la tendenza a autoinibire i recettori per le catecolammine (internalizzazione dei recettori per troppo stimolo).

Catecolammine e inotropismo

Catecolammine sono inotropi.

• Stimolano cAMP → proteina PKA → fosforilla fosfolambano inibendolo → SERCA II più veloce → aumento del lusotropismo.
• Aumento della frequenza del nodo del seno (HCN4 funny più aperti da cAMP) [baptotropismo].
• Aumento dell'apertura dei canali del calcio L diidropiridinici.
• Diminuzione dell'affinità di troponina I inibitrice.
• Aumento di lusotropismo, inotropismo e baptotropismo.

Aritmie

2 ragioni:

• Alterazione della creazione del potenziale.
• Alterazione della propagazione del potenziale.

→ Dovute ad esempio a focus ectopici che autogenerano potenziale quando non dovrebbero.

Esempio: se i miociti di lavoro si ipertrofizzano (in caso di ipertensione ad esempio) → possono esprimere canali funny HCN4 e acquistare capacità di autoeccitarsi → fungono da focus ectopici e generano potenziale d'azione quando non dovrebbero sostituendosi a nodo SA con frequenza maggiore.

Oppure: essendo il cuore ipertrofico → si possono innescare canali e vie di rientro anomale → creazione di aritmie → (più il cuore è grande più è soggetto a vie di rientro anomale).

Fibrillazione

Definizione: disaccoppiamento completo del fenomeno elettrico dal fenomeno meccanico.

Vi sono molti potenziali d'azione a caso ripetuti in modo scoordinato che fanno contrarre in modo disordinato singole cellule e altre no.

La contrazione è totalmente desincronizzata e vi è un calo della pressione → totale anarchia delle fibre muscolari.

Fibrillazione atriale

Fibrillazione atriale → c'è una miriade di impulsi casuali condotti alle fibre atriali che si contraggono in modo disorganizzato → si condurrebbe impulso al ventricolo MA → nodo atrioventricolare funge da filtro → fa passare solo alcuni impulsi al ventricolo!

Il ventricolo riceve solo alcuni impulsi in modo totalmente aritmico e scoordinato.

Risultato: il ventricolo ha complesso QRS normale ma completamente aritmico.

Spesso è dovuto a circuiti di ritorno che si creano nei pressi di 4 vene polmonari → il soggetto resta vivo → principale problema: il sangue non muovendosi coagula → si formano trombi che possono prendere tutte le vie e causare ischemie (cerebrali ad esempio) → bisogna interromperlo subito perché il fenomeno si autoalimenta e autosostiene → bisogna fornire anticoagulanti.

Fibrillazione ventricolare

Fibrillazione ventricolare → una miriade di impulsi sconnessi al ventricolo → rischio vita! → intervento immediato.

Innervazione

Vagale.

Vago di sinistra: atrio sinistro + nodo seno atriale.

Vago di destra: atrio destro + parziale nodo atrioventricolare → qualche piccola fibra arriva anche ai ventricoli ma poco rilevante.

Attenzione:

• Innervazione simpatica: lenta, deve attendere accumulo di cAMP che faccia aprire di più i funny HCN4.
• Innervazione vagale: rapida su recettori muscarinici.

Sistema:

• Apertura diretta tramite chinasi di canali per il potassio K → iperpolarizzazione immediata.
• Diminuzione grazie a Gi su adenilato ciclasi di cAMP → minore apertura di HCN4 funny.

Risultato → bradicardia immediata + inibizione dei canali L del Ca²⁺ → minore ingresso di calcio.

Meccanismo di acetilcolina su recettori muscarinici: (agisce su proteina G).

• I [GS] → Apertura canali K con una chinasi → iperpolarizzazione.
• II [GI] → Riduzione di cAMP → maggiore chiusura di funny HCN4.

Effetto: baptotropo e inotropo negativo, dromotropo negativo.

Per eccessiva stimolazione parasimpatica vagale → cuore si può arrestare → dapprima si arresta, poi pacemakers vicaranti ventricolari riprendono a frequenza più bassa bypassando il nodo seno atriale inibito → mantengono contrazioni ventricolari anche se a frequenza molto più bassa (esperimento di legature di Stannius su cuore di rana) (ritmo idioventricolare).

Il nodo atrioventricolare è la struttura che funge da filtro e rallenta di più il potenziale (punto a conduzione più lenta in tutto il cuore).

Si &