Fisiologia cardiaca, sistema cardiovascolare e pressione sanguigna

Fisiologia cardiaca

Componenti del sistema circolatorio

Il sistema circolatorio ha tre componenti fondamentali:

• Il cuore: funge da pompa che esercita pressione sul sangue per instaurare il gradiente di pressione necessario per farlo fluire ai tessuti. Come tutti i liquidi, il sangue fluisce da una zona a pressione maggiore a una a pressione minore.
• I vasi sanguigni
• Sangue: mezzo di trasporto in cui sono disciolte o in sospensione sostanze che vengono trasportate nel corpo.

La circolazione

La circolazione si distingue in:

• Polmonare (o piccolo circolo): circuito chiuso di vasi che trasporta sangue dal cuore ai polmoni e da questi al cuore;
• Sistemica (o grande circolo): circuito chiuso di vasi sanguigni che dal cuore porta il sangue agli altri sistemi organici e da questi li riporta al cuore.

Anatomia del cuore

Il cuore è un organo muscolare cavo. Il cuore ha superiormente la base formata da due atri e inferiormente l’apice costituita dal ventricolo sinistro. Il cuore è suddiviso in metà destra e sinistra e camera superiore e inferiore. Gli atri, le camere superiori, ricevono il sangue e lo convogliano ai ventricoli, le camere inferiori, che lo eiettano dal cuore. Le vene riconvogliano il sangue dai tessuti agli atri, mentre le arterie dai ventricoli ai tessuti.

Le sue metà sono separate dal setto interventricolare, che impedisce che il sangue del lato sinistro (ricco di ossigeno) e quello del lato destro (povero di ossigeno) si mischino.

Il sangue che refluisce dalla circolazione sistemica entra nell’atrio destro tramite la vena cava superiore e la vena cava inferiore. Il sangue parzialmente deossigenato fluisce dall’atrio destro al ventricolo destro che lo pompa attraverso l’arteria polmonare che si divide in due rami, ognuno dei quali entra in uno dei polmoni. A questo punto il lato sinistro del cuore riceve sangue dalla circolazione polmonare e lo pompa nella circolazione sistemica tramite l’aorta che ha origine dal ventricolo sinistro.

La circolazione polmonare è un sistema a bassa pressione e bassa resistenza idrodinamica, mentre la circolazione sistemica è un sistema ad alta pressione e alta resistenza idrodinamica. La pressione sanguigna è la pressione esercitata sulle pareti dei vasi dal sangue, mentre la resistenza idrodinamica è la forza che si oppone al flusso del sangue in un vaso, ed è dovuta soprattutto all’attrito tra la corrente sanguigna e la parete del vaso.

Il lato sinistro del cuore compie più lavoro perché pompa sangue a una pressione maggiore, per questo è più spesso ed è una pompa più efficiente.

Valvole cardiache

Le valvole cardiache garantiscono l’unidirezionalità del flusso e si aprono per effetto delle differenze di pressione (una pressione maggiore dietro la valvola e minore davanti la costringe ad aprirsi). Le valvole si dividono in:

• Valvola atrioventricolare:
  • Destra (o tricuspide): posta tra atrio e ventricolo destro
  • Sinistra (o bicuspide o mitrale): posta tra atrio e ventricolo sinistro
• Valvole semilunari:
  • Aortica: si origina dal ventricolo destro
  • Polmonare: si origina dal ventricolo sinistro

Gli anelli fibrosi cardiaci forniscono una base per l’attacco delle quattro valvole. Questo scheletro fibroso, che separa atri e ventricoli, fornisce una struttura rigida per l’attacco del muscolo cardiaco.

Parete cardiaca

La parete cardiaca è costituita da:

• Endotelio: tessuto epiteliale
• Miocardio: muscolo cardiaco
• Epicardio: strato esterno

Le singole cellule muscolari cardiache si uniscono e formano fibre ramificate. Le cellule adiacenti sono unite a livello dei dischi intercalari (desmosomi e giunzioni serrate).

Il cuore è racchiuso nel sacco pericardico, formato da due strati:

• Strato esterno fibroso
• Strato interno secernente: secerne il liquido pericardico, che lubrifica, impedendo l’attrito tra gli strati pericardici.

Tipi di cellule muscolari cardiache

Esistono due tipi di cellule muscolari cardiache:

• Cellule contrattili (99%): compiono il lavoro meccanico del pompaggio e non iniziano propri potenziali di azione.
• Cellule autoritmiche: non si contraggono, ma iniziano e conducono il potenziale responsabile della contrazione delle cellule contrattili. Non hanno potenziale di riposo, ma presentano attività pacemaker, cioè il loro potenziale d’azione si depolarizza lentamente tra potenziali d’azione consecutivi, finché non viene raggiunto il potenziale di soglia. La lenta depolarizzazione è detta potenziale pacemaker. Di questo potenziale sono responsabili vari meccanismi ionici:
  • Diminuzione della corrente di K⁺ diretta verso l’esterno accoppiata a una di Na⁺ entrante.
  • Un aumento della corrente di Ca²⁺ diretta verso l’interno.

In particolare la fase iniziale della depolarizzazione al potenziale di soglia è causata da una diminuzione del flusso di K⁺, mentre Na⁺ continua ad entrare. Nelle cellule autoritmiche la permeabilità al K⁺ non rimane costante fra potenziali consecutivi, ma diminuisce perché i canali K⁺ si chiudono. In questo modo l’interno diventa meno negativo e la membrana si depolarizza avvicinandosi al potenziale di soglia. Prima del raggiungimento del potenziale di soglia si aprono i canali transitori del Ca²⁺ di tipo T, la sua entrata fa raggiungere il potenziale di soglia e si aprono i canali Ca²⁺ di tipo L (più durevoli).

Localizzazione delle cellule autoritmiche

Le cellule autoritmiche sono localizzate in:

• Nodo senoatriale (nodo SA): parete atriale destra
• Nodo atrioventricolare (nodo AV): base dell’atrio destro
• Fascio di His: inizia dal nodo atrioventricolare ed entra nel setto interventricolare dove si divide per formare il ramo destro e sinistro che passano per i ventricoli e tornano agli atri.
• Fibre di Purkinje: dal fascio di His e si ramificano ai ventricoli

In seguito all’attivazione del nodo senoatriale viene eccitato l’intero cuore. Gli altri tessuti sono pacemaker latenti, in grado di subentrare (anche se a frequenza inferiore).

Per assicurare una funzione cardiaca efficiente la propagazione dell’onda dovrebbe soddisfare i tre criteri seguenti:

• L’eccitazione e la contrazione atriali dovrebbero essere complete prima dell’insorgenza della contrazione ventricolare.
• L’eccitazione delle fibre muscolari cardiache dovrebbe essere coordinata in modo da assicurare che ciascuna camera cardiaca di contragga come un’unità efficiente.
• I due atri e i due ventricoli dovrebbero contrarsi a coppie simultaneamente.

A differenza delle cellule autoritmiche, le cellule contrattili rimangono al potenziale di riposo finché non vengono eccitate dall’attività elettrica che si propaga dal pacemaker. Dopo l’eccitazione della membrana della cellula contrattile del miocardio ventricolare viene generato un potenziale d’azione da vari fattori:

• Durante la fase crescente del potenziale d’azione il potenziale di membrana cresce rapidamente a un valore positivo di +30mV per effetto dell’apertura dei canali Na⁺, che fanno entrare Na⁺. Poi la permeabilità diminuisce ma il potenziale rimane positivo per molti millisecondi, producendo una fase plateau.
• Il plateau viene mantenuto per l’attivazione dei canali Ca²⁺ (lenti), quindi il Ca²⁺ entra, e la diminuzione della permeabilità per K⁺ (che escono).
• Con la diminuzione della permeabilità per Ca²⁺ e l’aumento di quella per K⁺ ritorna il potenziale di riposo.

Per la fase plateau il muscolo cardiaco ha un lungo periodo refrattario.

Elettrocardiogramma (ECG)

L’elettrocardiogramma è una registrazione della propagazione complessiva (non del singolo potenziale d’azione) dell’attività elettrica attraverso il cuore. Una piccola porzione dell’attività elettrica cardiaca raggiunge la superficie del corpo (non è una registrazione diretta), dove può essere registrata tramite elettrodi attaccati all’elettrocardiografo. Il tracciato dell’ECG rappresenta un confronto continuo dei potenziali d’azione registrati dagli elettrodi in due differenti punti del corpo, non il potenziale effettivo.

Gli elettrodi vengono applicati in punti standard per poter fare dei confronti; la disposizione specifica è detta derivazione elettrocardiografica. 12 differenti derivazioni elettrocardiografiche registrano l’attività da differenti posizioni: 6 differenti derivazioni dagli arti, e 6 toraciche.

L’ECG ha tre onde differenti:

• Onda P: rappresenta la depolarizzazione atriale
• Complesso QRS: rappresenta la depolarizzazione ventricolare
• Onda T: rappresenta la ripolarizzazione atriale.

Tra le onde ci sono gli intervalli:

• Intervallo PR: rappresenta il ritardo del nodo AV
• Intervallo ST: quando i ventricoli sono completamente depolarizzati e le cellule cardiache contrattili sono sede della fase di plateau del potenziale d’azione prima di ripolarizzarsi
• Intervallo TP: quando il muscolo è completamente ripolarizzato e a riposo e sta avvenendo il riempimento ventricolare.

L’elettrocardiogramma può essere impiegato per diagnosticare frequenze cardiache anormali, aritmie e danni al muscolo cardiaco:

• Anormalità della frequenza cardiaca: la frequenza può essere determinata in base alla distanza tra i due complessi QRS consecutivi. Una frequenza superiore a 100 battiti/min è detta tachicardia, inferiore ai 60 bradicardia.
• Anomalie del ritmo cardiaco: il ritmo cardiaco rappresenta gli intervalli tra le onde elettrocardiografiche. Le anomalie sono dette aritmie.
  • Flutter atriale: è un’alterazione del ritmo cardiaco caratterizzata da una sequenza rapida, ma regolare, di depolarizzazioni atriali a una frequenza di 200/380 battiti/min. Una frequenza così elevata non assicura un tempo adeguato per il riempimento ventricolare tra battiti consecutivi. In tal caso la gittata cardiaca si ridurrebbe in misura tale da provocare la perdita di coscienza o addirittura la morte.
  • Fibrillazione atriale: caratterizzata da depolarizzazioni rapide, irregolari e non coordinate degli atri, senza onde P definite.
  • Fibrillazione ventricolare: la muscolatura ventricolare ha contrazioni non coordinate.
  • Blocco cardiaco: si origina da difetti nel sistema di conduzione del cuore. Gli atri continuano a battere, ma i ventricoli talvolta non vengono stimolati e quindi non si contraggono.
• Malattie del miocardio:
  • Ischemia miocardica: è una riduzione dell’apporto del sangue ossigenato al tessuto cardiaco.
  • Necrosi miocardica: la morte effettiva delle cellule muscolari del miocardio ha luogo quando un vaso che irrora quella regione si occlude o si rompe. In questo caso si ha un infarto del miocardio acuto.

Gli eventi meccanici del ciclo cardiaco

Il ciclo cardiaco è costituito da periodi alternati di sistole (contrazione e svuotamento) e diastole (rilasciamento e riempimento). La contrazione è dovuta alla propagazione dell’eccitazione attraverso il cuore, e il rilasciamento alla ripolarizzazione della muscolatura cardiaca.

Fasi della diastole ventricolare

• Fase intermedia: durante la maggior parte della diastole ventricolare l’atrio è ancora in diastole. Anche se entrambe le camere sono rilasciate la pressione nell’atrio è leggermente maggiore rispetto al ventricolo. Per questa differenza di pressione la valvola AV è aperta e il sangue fluisce direttamente dall’atrio al ventricolo.
• Fase tardiva: la depolarizzazione dell’atrio induce la contrazione dell’atrio che eietta più sangue nel ventricolo.
• Fase finale: con l’inizio della contrazione del ventricolo termina la diastole ventricolare. In questo momento la contrazione dell’atrio e il riempimento del ventricolo sono completi. Il volume di sangue presente nel ventricolo al termine della diastole ventricolare è detto volume telediastolico (quantità massima che di sangue che il ventricolo conterrà durante il ciclo).

Fasi della sistole ventricolare

• Eccitazione ventricolare e inizio della sistole: terminata la contrazione dell’atrio inizia la sistole ventricolare. A questo punto la pressione nel ventricolo è maggiore rispetto a quella dell’atrio, quindi la valvola AV è chiusa.
• Contrazione ventricolare isovolumetrica (1 parte della sistole): corrisponde alla fase in cui la valvola AV è chiusa e la prima dell’apertura della valvola aortica, quindi il sangue non può uscire.
• Eiezione ventricolare (2 parte sistole): quando la pressione ventricolare supera quella aortica, la valvola aortica si apre e comincia l’espulsione del sangue. La quantità di sangue eiettata da ogni ventricolo ad ogni contrazione è detta gittata sistolica.
• Fine della sistole ventricolare: durante l’eiezione il ventricolo non si svuota completamente, il volume rimanente nel ventricolo è detto volume telesistolico. La gittata sistolica = volume telediastolico – volume telesistolico.

Ripolarizzazione e rilassamento ventricolare

• Ripolarizzazione ventricolare e inizio diastole: il ventricolo inizia a rilasciarsi in seguito alla ripolarizzazione, la pressione del ventricolo diminuisce e scende al di sotto della pressione aortica, quindi la valvola aortica si chiude.
• Rilasciamento ventricolare isovolumetrico: tutte le valvole sono di nuovo chiuse e la pressione ventricolare continua a diminuire.
• Riempimento ventricolare: quando la pressione ventricolare scende al di sotto di quella atriale, la valvola AV si apre e il ventricolo si riempie di nuovo. Ricomincia la diastole. Mentre i ventricoli sono in sistole gli atri sono in diastole. Il sangue fluisce dalle vene polmonari nell’atrio sinistro e poi al ventricolo.

Suoni cardiaci

I suoni cardiaci sono associati alla chiusura delle valvole:

1. Il primo suono è associato alla chiusura delle valvole AV.
2. Il secondo suono è associato alla chiusura delle valvole semilunari.

Valvole malfunzionanti possono causare un soffio cardiaco, dovuto al passaggio del sangue attraverso un orifizio ristretto a velocità molto alta, causando una turbolenza che genera un fischio. Tra i malfunzionamenti:

• Valvola insufficiente: è incapace di chiudersi completamente. C’è un reflusso, un rigurgito sanguigno. È anche detta valvola con perdite perché lasciare fluire il sangue in un momento in cui dovrebbe essere chiusa.
• Soffio sistolico: si presenta tra il primo e il secondo suono.
• Soffio diastolico: si presenta tra secondo e primo suono.