Fisiologia

CUORE

ATTIVITA’ ELETTRICA

Il cuore è un organo formato principalmente da muscolo, la sua attività è

garantita da un sincizio funzionale creato tramite le gap junction che

permettono la propagazione di un potenziale d’azione. Il sistema di condizione

tuttavia è particolare, infatti è impostato in maniera tale che la velocità di

propagazione sia lenta, il tutto è influenzato da una cellula pacemaker che fa la

corrente funny e successivamente da altri sistemi di conduzione. Si ha quindi in

successione: il nodo senoatriale che ha attività pacemaker , poi il tessuto di

conduzione atriale che fa propagazione rapida per tutto l’atrio e poi arriva al

nodo atrioventricolare, il quale è caratterizzato da una propagazione molto

lenta dell’impulso facendo quindi raggiungere al ventricolo dopo un certo

ritardo, e infine il fascio di His con le sue due branche di destra e sinistra che

sfociano nelle cellule del Purkinje che sono cellule scarsamente pacemaker ma

veloci della conduzione.

Il potenziale d’azione cardiaco risulta più complicato rispetto quello

 depolarizzazione rapida (fase 0)

normale, qui si conoscono diverse fasi:

con il superamento della soglia si aprono i canali del sodio cosi come

avviene nei neuroni, questa fase però è ben evidente solo nelle cellule

cardiache veloci e non nelle lente(che sono prive di queste correnti).

Ripolarizzazione parziale precoce (fase 1) che crea inattivazione dei

canali del sodio e attiva quelli del potassio(corrente transient outward),

questa fase è ben visibile nelle cellule che presentano una chiara fase 0.

plateau(fase 2)

Successivamente c’è la fase di in cui si attivano le

conduttanze del calcio inward in concomitanza con quelle del potassio,

ripolarizzazione(fase 3)

queste ultime avranno poi la meglio generando la

che fa chiudere anche i canali calcio e si riattivano altre correnti di K che

erano attive in riposo ma che erano state disattivate dalla

depolarizzazione diastolica o fase di

depolarizazione(K inward). L’ultima,

riposo (fase 4), questa è modulata dall’ AMP perché qui si rigenerano le

correnti pacemaker nelle correnti lenti, si ha infatti una depolarizzazione

che fa raggiungere la soglia e riiniziare il ciclo, questa fase non è

presente nei miociti ma solo nel tessuto di conduzione. È tuttavia

importante ricordare che con l’inattivazione dei canali del sodio la cellula

non è in grado di rispondere ad un altro potenziale, creando quindi la

refrattarietà. Questa, se persiste per tutto il periodo in cui la cellula è

depolarizzata si chiama periodo refrattario assoluto (PRA), a mano a

mano che la cellula si ripolarizza poi questi canali iniziano ad attivarsi, e,

se sono attivi in numero sufficiente, si potrà creare una risposta e

propagare un impulso. Se sono attivi in pochi, quindi non in grado di

depolarizzare e propagare, si è in periodo refrattario effettivo (PRE).

Attivandosi in gran numero però, la risposta sarà minore rispetto a

quando sono attivi tutti, periò si parla di periodo refrattario relativo(PRR).

Una risposta analoga si ha con i canali del calcio, che però a differenza si

inattivano più lentamente, quindi anche le cellule lente hanno

refrattarietà che si prolunga anche oltre la ripolarizzazione, utile per

diminuire la velocità e per il corretto funzionamento cardiaco.

CORRENTI IONICHE NEL POTENZIALE D’AZIONE CARDIACO:

 - Correnti di sodio: tipiche in ogni tessuto eccitabile, si aprono in

risposta ad una depolarizzazione e si inattivano rapidamente

una volta che la cellula si ripolarizza. Questi canale sono però

assenti nelle cellule lente del nodo senoatriale e

atrioventricolare. Più sono di numero e più depolarizzano e più

aumenta la pendenza della retta che quindi indica la loro

efficienza. Sono importanti quindi per monitorare l’eccitabilità di

una cellula che è un parametro influenzabile dal potenziale di

riposo, il quale, in condizioni di sofferenza cellulare(ischemia), si

riduce. Inoltre l’ efficienza di questi canali può essere

compromessa da farmaci antiritmici.

- Correnti di potassio: le cellule cardiache esprimono tante

correnti del potassio, ci sono:

le correnti transienti outward che vengono attivate rapidamente,

non sono presenti nelle fibre lenti e sono tipiche della fase 1.

Corrente rettificante verso l’esterno ritardata che si aprono nella

fase di plateau( le correnti rettificanti indicano che esse si aprino

con il voltaggio, quindi in depolarizzazione e possono essere inward

se si aprono verso l’interno o outward verso l’esterno, è solo un

discorso di gating). Queste sono aperte quindi in concomitanza con

i canali del calcio e poi creano ripolarizzazione quando questi ultimi

si chiudono.

Conduttanza attiva a riposo: si apre in ripolarizzazione intorno i

-50/60 mV, è una corrente inward appunto perché è attiva quando

l’interno è molto negativo(iperpolarizzato), in genere il potassio

tende ad uscire ma questo entra in base al proprio gradiente

elettrochimico e tende a raggiungere la sua conduttanza di circa

-90mV. Infatti il potassio smette di entrare non perché questi canali

si inattivano, ma perché la cellula si avvicina al potenziale di

equilibrio. A riposo quindi, ad un certo punto, la corrente si riduce

provocando lo sbilanciamento verso la depolarizzazione e attivando

la corrente pacemaker, quindi sono questi canali ad influenzare la

ripolarizzazione e l’attività pacemaker. Questi canali sono espressi

in modo differente nelle diverse cellule e sono anche modulati da

proteine G inibitorie stimolate dal muscarinico facendo quindi una

ridotta eccitabilità aumentando l’iperpolarizzazione cellulare(canali

GIRK)

- Correnti di calcio: sia in quello contrattile che in quello di

conduzione ci sono questi canali, che sono L caratterizzati da

elevata conduttanza e inattivazione lenta. Si aprono ai -40mV

più lentamente rispetto quelli del sodio, e si inattivano sia per

raggiunta di depolarizzazione e sia per l’aumento di calcio, ma

non è la loro inattivazione che causa lo spegnimento del

potenziale d’azione, ma lo è l’apertura dei canali del K

ripolarizzanti. Più si ripolarizza la cellula più si inattivano questi

canali. Inoltre l’attività di questi canali(sia Ca che K) caratterizza

il potenziale d’azione nella sua forma e durata, nelle cellule

atriale ad esempio, queste correnti sono meno intense rispetto

al ventricolo per un utilizzo diverso di forza.

- Correnti pacemaker: è una corrente cationica generata dal

voltaggio e da alcuni mediatori ciclici come AMP. Si chiama

corrente funny, ed è caratterizzata dal fatto che il canale si apre

molto lentamente in risposta alla iperpolarizzazione, ma quando

si ritorna al potenziale di riposo la conduttanza cresce

depolarizzando sempre di più. Questa è tipica nella fase 4 è

determina pure la velocità in questa fase e quindi il crono

tropismo. Se varia il potenziale di riposo naturalmente varia

anche questa velocità, infatti a modulare il potenziale è l’AMP

che riesce a modificare la curva di attivazione e quindi la

frequenza cardiaca, il tutto tramite le catecolammine e recettori

beta. Tuttavia anche il muscarinico riuscirebbe ad aumentare la

polarizzazione con conduttanze di potassio ma ciò fa

iperpolarizzazione che crea una rapida depolarizzazione, quindi

il muscarinico agisce principalmente abbassando i livelli di AMP.

- Correnti di cloro: possono essere attivate dal calcio, o dal

voltaggio e nelle cellule del Purkinjie regolano la ripolarizzazione

della fase 1.

Velocità di conduzione: maggiore è la corrente che si genera durante

 il potenziale d’azione e maggiore sarà la porzione di membrana

demoralizzata quindi maggiore sarà la conduzione. Questa tuttavia

dipende dalla geometria delle fibre, se sottili rallentano la conduzione,

in NAV ad esempio è formato da fibre sottili con poche gap junctions,

ciò serve a ritardare l’attivazione del ventricolo rispetto l atrio.

Dipende anche dalla prresenza di correnti del sodio,che sono più

intense rispetto quelle del calcio, infatti la fase 0 è più rapida, perché

le cellule con questi canali conducono più rapidamente, infatti le

cellule lente hanno canali calcio. Il terzo fattore è tipico delle

condizioni patologiche, se si crea un impulso anomalo esso non può

propagarsi per il periodo di refrattarietà.

Si introducono ora i concetti di:

 -Cronotropismo che è la frequenza di scarica automatica, quindi è

regolata dalla velocità di demoralizzazione pacemaker e viene

regolata dall’iperpolarizzazione e da AMP. I fattori che regolano questa

fase sono il potenziale di riposo, la velocità di depolarizzazione

spontanea e l’attivazione dei canali responsabili del potenziale

d’azione. Più è elevata la soglia di attivazione più ci impiega la cellula

a recuperare dopo depolarizzazione, e più è polarizzata la cellula più

impiega la depolarizzazione a scatenare il potenziale di azione,

tuttavia ad una maggiore polarizzazione corrisponde un attivazione

più intensa della corrente pacemaker, con una depolarizzazione

diastolica più rapida. Questa discussione riguarda però le cellule di

entrambi i nodi le quali però non raggiungono mai grandi livelli di

polarizzazioni e che non hanno un vero potenziale di riposo. La

corrente funny si attiva in genere tra i -70 e i -50mV, quindi si capisce

che se la polarizzazione è più elevata si avrà un ritardo nel’attivazione

della corrente, ma la depolarizzazione spontanea sarà più rapida,

quindi il tempo tra due impulsi successivi(contrazioni) non cambia.

Bisogna dire però che il nodo senoatriale fa autonomamente attività

elettriche che non richiede controlli nervosi, ma questo può

influenzare il ritmo innervando i recettori adrenergici o muscarinici M2.

Si ha liberazione di AMP con apertura di canali a potenziali meno

negativi e quindi con effetto cronotropo, inoltre si attiva anche una

PKA che fosforila i canali del calcio che favorisce l apertura, e

combinata all’abbassamento della soglia di attivazione si avrà

maggiore velocità. Ad un aumento di frequenza corrisponde un

aumento di forza, un minore intervallo tra contrazione atriale e

ventricolare oltre che un rapido svuotamento ventricolare.

-Batmotropismo: indica l’eccitabilità delle cellule cardiache e dalla

disponibilità dei canali coinvolti nella fase 0. Quindi l’eccitabilità

dipende dal numero di canali che rispondono, del calcio nelle cellule

lente. I bersagli di questa regolazione sono quindi i canali del K e del

calcio, a seguito di stimolazione muscarinica si attivano quelli del K

che polarizzano di più mentre con gli adrenergici si rendono più

disponibile quelli del calcio tramite una PKA.

-Dromotropismo: indica la velocità di conduzione che dipende

dall’intensità della corrente nella depolarizzazione e anche dal periodo

refrattario relativo. Le cellule veloce non sono sensibili a modulazione

nervosa perché i canali del sodio non sono regolati da recettori, ma

possono essere regolati però da farmaci e dal potenziale(una

polarizzazione li aumenta mentre la depolarizzazione no). Le fibre

lente invece sono molto influenzate dall’AMP e dal PKA che intensifica

la corrente e quindi la velocità di conduzione. Si esplica quindi solo

nelle lente facendo un minor intervallo tra contrazione atriale e

ventricolare.

-Ionotropismo: la forza di contrazione che dipende dalla quantità di

calcio che entra durante il potenziale d’azione. La contrazione sarà più

intensa e protratta perché il calcio entra maggiormente durante la

fase di plateau, infatti i potenziali di azioni ventricolari sono più

prolungati rispetto gli atriali. Inoltre è importante la quantità di calcio

contenuta e liberata dal reticolo che dipende dalla quantità di Ca che

entra dalla membrana e sia da quanto ne entra in occasione del

potenziale d’azione(che si accumula poi in reticolo). Il ionotropismo è

regolato principalmente dalla fosforilazione dei canali calcio come PKA

causato da AMP. Il vago agisce riducendo AMP e attivando i canali K

ma solo sull’atrio, sul ventricolo si pensi non abbia un azione.

Alla fine di tutto si è visto come ci sono due tipi di cellule, lente dei

nodi e le cellule veloci che sono del sistema di conduzione e purkinjie

oltre che miocardio. Le differenze stanno nella depolarizzazione

spontanea che nelle cellule lente esprime una corrente funny

marcata,mentre in quelle veloci molto meno evidente e vengono in

genere attivate dalle lente(tranne in patologie). Poi differiscono per la

depolazzazione, che nelle veloci usa sodio, mentre in quelle lente

calcio. Si differenziano poi per il periodo refrattario e per il potenziale

d’azione per le diverse conduttanze ioniche.

ELETTROCARDIOGRAMMA

Il cuore si presenta come una massa di tessuto invasa da un onda di variazione

di potenziale. Questa differenza non si può registrare dall’esterno del corpo

perché se tutta la cellula ha lo stesso potenziale da qualunque punto si misuri

ci saranno due dipoli opposti e non si registrerà quindi nessuna caduta di

potenziale, e poi anche perché se non cambia il potenziale non si può

distinguere il contributo del potenziale delle singole cellule. Quando però il

potenziale si propaga nella massa cardiaca ci sono zone tessutali polarizzate e

altre no e con un misuratore posto a distanza si può osservare questa caduta di

tensione. Più intensa è la corrente più è grande l’ampiezza di potenziale.

Percorso dell’onda cardiaca: si procede dal NSA attraverso l’atrio

 per arrivare al setto atrioventricolare facendo un onda P nelle

coppie di elettrodi poste al cuore. Dopo che si passa il NAV, con

un certo ritardo, il muscolo è ancora invaso dall’onda

depolarizzante, prima si passa il setto interventricolare, dal

ventricolo sinistro al destro per poi arrivare alla punta invadendo

prima l’endocardio e poi l’epicardio, l’ onda poi sale ala base del

ventricolo giungendo cosi a depolarizzare tutto e creando

differenza di potenziale tra gli elettrodi uguale a 0. Questa

sequenza ventricolare crea il complesso QRS, in questo periodo

l’atrio si sta ripolarizzando ma tutto ciò viene mascherato dal

complesso QRS. Successivamente il ventricolo inizia a

ripolarizzare partendo dall’epicardio fino all’endocardio, questo

perché le zone invase per ultime hanno un potenziale d’azione

più breve che fa si che queste si possano ripolarizzare prima.

Quando l’onda di depolarizzaione si avvicina l’elettrodo misura

una deflessione positiva, per questo senso inverso di

ripolarizzazione si registrerà comunque una deflessione positiva.

Questo è il caso dell’onda T e onda U che sono ripolarizzazione

ventricolare e dei muscoli papillari. Questi muscoli tengono le

corde tendinee ed hanno un potenziale di azione più prolungato

rispetto al miocardio comune e ciò permette di tenerli contratti

fino a quando la pressione ventricolare non scende.

Riquadro 44.3 elettrofisiologia e elettrocardiogramma: lo

 studioso per eccellenza fu Enthoven che capì che con un

elettrocardiogramma si può scoprire un ipertrofia atriale e

ventricolare tramite alterazioni dell’onda P o complesso QRS,

con battiti prematuri. Inoltre egli descrive il triangolo equilatero

utile per l’esame, ovvero si posiziona un elettrodo su ogni

braccio e uno sulla gamba sinistra mentre la destra fa da

scarica. Si identificano cosi tre derivazioni unipolari VR,VF,VL di

wilson . Si posizionano poi sei elettrodi sul torace in posizioni

stabilizzate, e insieme alle tre derivazioni di Enthoven standard

si arriva ad un numero di 12. Successivamente nasce il

pacemaker e poi anche l’holter. Misurazioni elettrofisiologiche

sono comunque importanti nello scoprire delle sedi di blocco o di

rientro.

Riquadro 44.4 modalità di registrazione: si registra o tra due

 elettrodi, o se ne punta uno come elettrodo di riferimento. Si

applicano alle braccia e gamba i tre elettrodi facendo le tre

derivazioni classiche(enthoven), con I (R- L+), II(R-F+) e III(L-F+)

ognuno di questi rappresenta l’onda di depolarizzazione che si

muove lungo la direzione del lato di triangolo. Inoltre le altre

derivazioni sono unipolari, ovvero si misura il potenziale di un

elettrodo rispetto gli altri due quindi misura la componente

dell’onda di depolarizzazione che gli si avvicina e sono aVL,aVR

e aVF. Si aggiungono poi i sei elettrodi sul torace che creano una

fascia virtule che circonda la base del cuore(i ventricoli, il setto

atrioventricolare) ottenendo cosi 6 registrazioni diverse. L’onda

è positiva quando la depolarizzazione si avvicina o quando la

ripolarizzazione si allontana. Un tipico tracciato è costituito da

tre gruppi di traccia: le coppie (RL,LF e RF), i singoli elettrodi L,R

e F e le sei derivazioni toraciche (da aV1 ad aV6)

Riquadro 44.5 asse cardiaco: l’impulso naturalmente si propaga

 nello spazio, e si può tracciare un vettore che ne segue il

percorso. Questo vettore si può ricostruire dalle tre derivazioni di

enthoven. Questo vettore è definito asse cardiaco ed è

importante nel definire alcune caratteristiche del cuore. Si

esaminano tutte le deflessioni più marcate tra le sei derivazioni

solo degli elettrodi sugli arti(perché essi definiscono il piano

fr