Fisiologia degli organi

Fisiologia

Tipi di muscolo

Muscolo scheletrico → cellule grandi, multinucleate, striate

Muscolo cardiaco → cellule piccole, mononucleate, striate e collegate insieme dai dischi intercalari

Muscolo liscio → cellule piccole, prive di striature

Circolatorio

Muscolo cardiaco

Tutte le cellule sono una attaccata all'altra, unite dai dischi intercalari. La disposizione a spirale del muscolo ventricolare permette alla contrazione ventricolare di spingere il sangue verso l'alto, dall'apice verso la base. In questo punto avvengono le sinapsi che generano il potenziale d'azione. Il miocardio ha un muscolo e ha la funzione di pompare il sangue nelle arterie. La contrazione del miocardio non è mai avviata da un motoneurone ma è avviata dalle cellule pacemaker. L'azione del cuore è ritmica e la muscolatura si contrae e si rilascia in maniera coordinata per permettere il corretto scorrimento del sangue.

Miocardio

• Miocardio specifico
  • Compito: generare il potenziale d'azione (cellule pacemaker, cellule che non necessitano di input per generare il potenziale d'azione)
  • Non hanno bisogno del segnale del SNC e si trovano nel seno atriale e nel seno atrio-ventricolare
• Miocardio comune
  • Contrazione delle fibre

Queste cellule sono situate nel nodo senoatriale (situato sopra agli atrii e ha la responsabilità di originare la contrazione), da qua parte il segnale d'azione che attraverso le gap junction si propagano. L'avviatore secondario è il nodo atrioventricolare, viene chiamato in causa se ci sono problemi all'aviatore primario. Gli stimoli originano al nodo seno atriale. Quando tutta la muscolatura si è depolarizzata si ha la contrazione degli atrii. Il nodo atrio-ventricolare non entra mai in azione in eccezione in caso di patologie. Le fibre del fascio di His sono chiamate in causa quando entrambi i nodi hanno dei problemi. Il segnale si propaga dalle fibre di Purkinje fino ai ventricoli.

Eccitazione

Eccitazione atriale → Eccitazione ventricolare - Rilassamento atriale → Rilassamento ventricolare. Mentre il potenziale si propaga agli atri i ventricoli non ricevono nulla, dopo la contrazione il segnale scende e arriva ai ventricoli attraverso il fascio di His e le fibre di Purkinje.

Frequenza cardiaca

• FC normale → 72
• FC bradicardica → <60
• FC tachicardica → >100

Le cellule del miocardio non si riposano mai e si rigenerano. Due tipi di potenziale d'azione:

• Risposta rapida: fibre del miocardio atriale, ventricolare e da quelle di Purkinje (potenziale del miocardio comune)
• Risposta lenta: nodo seno atriale e atrio-ventricolare (potenziale del miocardio specifico)

Il potenziale d'azione viene trasmesso alle cellule adiacenti mediante le gap junction.

Propagazione del potenziale d'azione nel miocardio comune

Quando parliamo di muscolatura si parla di cellule muscolari miocardio comune. Quando si parla di miocardio specifico si parla dei nodi e alle fibre di conduzione. Questo potenziale ha una durata lunghissima. Potenziale a riposo → -90mV.

Fasi di depolarizzazione

Fase 0 - Depolarizzazione rapida: L'apertura rapida dei canali del sodio genera la corrente INa. Inizia il potenziale e finisce intorno ai 250-300 millisecondi (potenziale d'azione 1-2 millisecondi). Il riposo della cellula del miocardio comune è -90 mV (vicino a potenziale di equilibrio potassio). Durante la fase di depolarizzazione (0) abbiamo un aumento della permeabilità al sodio (↑PNa).

Fase 1 - Inizio della ripolarizzazione: Inattivazione della I e generazione della corrente INa to. Aumento permeabilità potassio e diminuzione permeabilità sodio (si inattivano i cancelli del sodio). I canali del potassio si aprono, fanno uscire un po' di potassio e si richiudono subito, la cellula inizia a ripolarizzarsi. (↑PK, ↓PNa).

Fase 2 - Plateau: La ripolarizzazione smette un attimo a causa di una diminuzione della permeabilità al potassio a causa della chiusura quasi istantanea e a un aumento della permeabilità al calcio a causa dell'apertura lenta dei canali. Questa fase serve ad allungare la durata del potenziale d'azione (Allungare il periodo refrattario assoluto) in modo che la durata del potenziale, aumentando, non faccia correre il rischio alla cellula di sommare con altri potenziali d'azione nella stessa cellula. (↓PK, ↑PCa).

Fase 3 - Ripolarizzazione completa: Si ha un aumento della permeabilità del potassio a causa dell'apertura dei canali lenti (canali diversi da quelli che si aprono nella fase 1) e una diminuzione della permeabilità del calcio fino al ritorno del riposo che corrisponde a una linea piatta. (↑PK, ↓PCa). L'aumento di conduttanza di sodio e calcio causa un aumento del flusso di cariche positive che fa depolarizzare la cellula.

Fase 4 - Riposo: Tutte le correnti ioniche sono in equilibrio mediante 3 principali pompe:

• Pompa sodio potassio: espelle 3Na⁺ e porta dentro 2K⁺
• Scambiatore Na⁺/Ca²⁺: espelle 1 Ca²⁺ e porta dentro 3Na⁺, sfrutta il trasporto del sodio secondo gradiente per portare fuori un Ca²⁺ (Lega il calcio e, cambiando conformazione per portare dentro il socio, porta fuori il calcio), meccanismo che non utilizza energia.
• Pompa Ca²⁺: espelle ioni Ca²⁺.

Dal momento che entra il sodio e la membrana si depolarizza comincia la contrazione, grazie al plateau il potenziale d'azione dura così tanto che la fine della ripolarizzazione completa coincide con il rilasciamento della cellula muscolare, il periodo refrattario corrisponde a tutta la durata delle fasi del potenziale. Un lungo periodo refrattario nel muscolo cardiaco prevede il tetano, il periodo refrattario assoluto termina quando la contrazione è già terminata. Questo è il motivo per cui noi abbiamo una FC massimale. Periodi refrattari e sommazioni: nel cuore non avviene mai la sommazione di scosse grazie alla fase di plateau che impedisce il tetano muscolare, per questo non esiste una FC massimale.

Accoppiamento eccitazione-contrazione nella cellula miocardica

L'area gialla è la parte interna della cellula e la striscia viola è la membrana cellulare. I due contenitori rappresentano i reticoli sarcoplasmatici con i depositi di calcio. La depolarizzazione che corre lungo il tubulo T apre dei canali ed entra il calcio nella cellula disperdendosi nel liquido intracellulare e aprendo dei canali del reticolo sarcoplasmatico che permettono ad altro calcio di uscire al reticolo e disperdersi nel liquido intracellulare, tutto questo calcio si andrà a legare alla troponina C per avviare la contrazione. Dopo la contrazione il calcio viene captato e reintegrato nel reticolo sarcoplasmatico o viene portato fuori dalla cellula dallo scambiatore sodio calcio, il rilasciamento del calcio si verifica quando questo si stacca dalla troponina.

Propagazione del potenziale d'azione nel miocardio specifico

Formato da: SA → AV → Fascio di His → Fibre di Purkinje. Le cellule pacemaker stanno nel nodo senoatriale e atrioventricolare sono cellule autoritmiche e hanno potenziali di membrana instabili. Queste cellule si depolarizzano da sole. Il potenziale diventa gradualmente sempre meno negativo fino al raggiungimento della soglia innescando un potenziale d'azione. Inizialmente (depolarizzazione) entra il calcio, alla fine della ripolarizzazione si ha la chiusura dei canali del potassio. A generare il potenziale è l'ingresso del calcio e non del sodio. Le cellule pacemaker sono associate alle fibre di conduzione che trasmettono l'impulso. Il potenziale del miocardio specifico non ha un potenziale a riposo stabile ma ha una soglia di -40mV. Non c'è un potenziale di riposo stabile, in queste cellule appena si depolarizzano avviene subito una ripolarizzazione.

Depolarizzazione rapida: apertura dei canali lenti del calcio (canali rapidi del sodio assenti quindi nessun intervento del sodio), la corrente di calcio va verso l'interno. Ripolarizzazione: Inattivazione dei canali del calcio e apertura dei canali del potassio, la corrente in uscita del potassio permette la ripolarizzazione. Pre potenziale: chiusura dei canali del potassio (la cellula è completamente ripolarizzata), incompleta inattivazione dei canali lenti del calcio (nella fase di picco quando c'è la chiusura dei canali del calcio avviene alcuni canali rimangono aperti). Grazie alla lenta entrata di calcio si arriva a un valore di -60mV, a questo punto c'è l'apertura dei canali a porta elettrica del del sodio (Na) (-60mV) → corrente funny (I_f).

Differenze di conduttanza tra miocardio comune e specifico

Invasione elettrica del miocardio. La velocità di conduzione è diversa in base alla struttura analizzata.

• Nodo SA → 1 m/s
• Nodo AV → 0,05 ms (rallentamento dovuto alla contrazione degli atrii)
• Fascio di His → 1 m/s
• Sistema di Purkinje → 4 m/s (contrazione dei ventricoli)

A velocità di conduzioni differenti a riposo non sarebbe un grande problema ma sotto sforzo potrebbero trovarsi problemi.

Vie nervose vegetative al cuore

Il sistema nervoso centrale può modulare le attività delle cellule dei nodi senoatriale e atrioventricolare.

Sistema nervoso Parasimpatico

• Origine: tronco encefalico (attraverso il nervo vago)
• Arrivo: nodi SA e AV
• Riduce la frequenza cardiaca (effetto inibitorio o cronotropo negativo)
• Spontaneamente il nodo senoatriale scarica a una velocità di circa 100-110 volte al minuto, il nervo vago è costantemente collegato per abbassare la frequenza cardiaca (100-110 → 60-75)
• Il nervo vago rilascia acetilcolina che si lega al recettore muscarinico (va a modificare lo stato di apertura e chiusura dei canali ionici) che causa l'uscita di potassio e l'entrata del calcio, di conseguenza iperpolarizza la cellula e diminuisce la velocità di depolarizzazione

Sistema nervoso Simpatico

• Origine: da T1 a T4
• Arrivo: nodi SA, AV e miocardio ventricolare (muscolature)
• Aumenta la frequenza cardiaca (effetto eccitatorio o cronotropo positivo)
• Rilascia noradrenalina che si lega ai recettori beta di atri e ventricoli causando un maggior ingresso di sodio e calcio e aumentando la velocità di depolarizzazione
• Per aumentare la frequenza cardiaca prima è necessario annullare l'influenza del sistema parasimpatico o abbassarla fino alla frequenza desiderata, poi si attiverà il sistema simpatico

Elettrocardiogramma

Somma algebrica di tutti i potenziali generati dalle cellule del miocardio. Viene fatto con degli elettrodi posizionati su vari punti del corpo, un elettrodo è un conduttore che favorisce l'acquisizione o la perdita di cariche elettriche. Il flusso delle correnti ha una direzione precisa ad ogni istante del ciclo cardiaco.

Triangolo di Einthoven: il cuore è inscritto dentro a un triangolo (polsi e caviglia sinistra). Le onde di depolarizzazione e ripolarizzazione vengono registrate mediante elettrodi di superficie e i punti da cui si registrano i potenziali sono detti derivazioni. Ci sono due tipi di derivazioni (totale 12):

• Derivazioni unipolari: derivazione stessa derivante da un polo
  • 6 derivazioni toraciche (ventose) (V1 - V6)
  • 3 derivazioni degli arti (morsetti)(aVL, aVR, aVFoot, sul piede destro viene messa la terra)
• Derivazioni bipolari: derivazione derivante dalla differenza di potenziale di due morsetti posti agli arti
  • I (braccio destro e braccio sinistro)
  • II (braccio destro e gamba sinistra)
  • III (braccio sinistro e gamba sinistra)

Viene solitamente fatto prima e dopo lo sforzo, in alcune occasioni anche durante per verificare la modifica dei parametri, se fatto durante il movimento gli elettrodi sono messi sulle spalle mediante adesivi e due sotto l'ombelico perché con i morsetti verrebbero rilevate le scariche provenienti dai muscoli, in questo modo si genera comunque il triangolo ma precisamente attorno al cuore.

Onde del tracciato elettrocardiografico

• Onda P: depolarizzazione atriale
• Complesso QRS: depolarizzazione ventricolare
  • Onda Q: depolarizzazione del setto intraventricolare
  • Onda R: depolarizzazione dell'apice e della parete dei ventricoli
  • Onda S: depolarizzazione della base dei ventricoli
• Onda T: ripolarizzazione ventricolare
• Onda U: ripolarizzazione dei muscoli papillari

Nel tracciato elettrocardiografico la ripolarizzazione atriale non si vede perché coperta dal complesso QRS ma è comunque presente.

Segmenti: parti della linea isoelettrica tra le varie onde. Intervallo: comprende una o più onde e segmenti.

Vettori cardiaci: Nodo SA → Muscolatura → Nodo AV → Fascio di Higgs → Fibre di Purkinje → Apice del cuore. Le onde sono tutte diverse in base alla posizione dell'elettrodo, possiamo avere un'onda positiva o negativa.

Meccanica cardiaca

Dai due atrii il sangue viaggia verso i due ventricoli.

• Presistole o contrazione atriale → chiusura delle valvole atrio-ventricolari
• Sistole isovolumetrica: non variano né il volume del sangue né la lunghezza delle fibre, al termine di questa si aprono le valvole semilunari
• Sistole isotonica (gittata sistolica) → chiusura delle valvole semilunari
• Diastole isovolumetrica → apertura delle valvole atrio-ventricolari
• Diastole isotonica: entrambi gli atri sono in riempimento e i ventricoli si riempiono passivamente

Atrii: camere a bassa pressione (10-15 mm/Hg). Arterie: ambienti a pressione elevata (80-120 mm/Hg). Ventricoli: Pressioni inferiori a quelle degli atrii e superiori alle arterie (da 5 a 140 mm/Hg). Il cuore destro è caratterizzato da pressioni ventricolari e arteriose inferiori di quelle del cuore sinistro ma ha lo stesso schema di variazione.

Valvole cardiache

Ci sono due tipi di valvole cardiache:

• Valvole atrioventricolari, mettono in comunicazione atrio e ventricolo
  • Valvola tricuspide: tra atrio e ventricolo di destra
  • Valvola mitrale: tra atrio e ventricolo di sinistra
• Valvole semilunari, mettono in comunicazione ventricolo e canali del sangue
  • Valvola semilunare aortica: tra il ventricolo sinistro e l'aorta
  • Valvola semilunare polmonare: tra il ventricolo destro e l'arteria polmonare

Ciclo cardiaco

1. Diastole isotonica: entrambi gli atri e i ventricoli sono rilasciati e i ventricoli si riempiono passivamente (il sangue venoso che si era accumulato nell'atrio mentre la valvola AV era chiusa, lo fa fluire rapidamente nel ventricolo). L'atrio è sempre in riempimento, quando l'atrio si riempie a tal punto da avere una pressione maggiore di quella del ventricolo le valvole atrioventricolari si aprono e permettono l'affluenza del sangue dall'atrio al ventricolo per gradiente pressorio. Pressione ventricolare diventa inferiore alla pressione atriale → la valvola atrio-ventricolare si apre; P. arteriosa > P. ventricolare: valvole semilunari chiuse → ventricolo rilasciato; P. atriale > P. ventricolare: valvole atrio-ventricolari aperte → l'atrio è rilasciato;
2. Presistole: riempimento del ventricolo con la contrazione atriale, riempimento attivo. P. arteriosa > P. ventricolare: valvole semilunari chiuse → il ventricolo è rilasciato; P. atriale > P. ventricolare: valvole atrio-ventricolari aperte → completamento del riempimento del ventricolo e contrazione attiva dell'atrio;
3. Sistole isovolumetrica: valvole atrio-ventricolari chiuse (a causa della pressione ventricolare maggiore di quella atriale), sangue bloccato all'interno del ventricolo. La valvola si apre se nel compartimento c'è più pressione a monte che a valle. La prima fase della contrazione ventricolare determina la chiusura delle valvole atrio-ventricolari, ma non genera una pressione sufficiente ad aprire le valvole semilunari. P. arteriosa > P. ventricolare: valvole semilunari chiuse → contrazione isometrica del ventricolo e sviluppo di pressione senza eiezione; P. ventricolare > P. atriale: la valvola AV si chiude → l'atrio rilasciato;
4. Sistole isotonica (eiezione): quando la pressione ventricolare aumenta e supera la pressione arteriosa, le valvole semilunari si aprono e abbiamo l'eiezione del sangue (o gittata sistolica). P. ventricolare > P. arteriosa: valvole semilunari aperte → eiezione con contrazione isotonica del ventricolo; P. ventricolare > P. atriale: valvole atrio-ventricolari chiuse → atrio rilasciato in riempimento;
5. Diastole isovolumetrica: i ventricoli si rilasciano, la P ventricoli diminuisce, il sangue refluisce verso i lembi delle valvole semilunari e ne provoca la chiusura. P. ventricolare < P. arteriosa: valvole semilunari chiuse → ventricolo rilasciato; P. ventricolare > P. atriale: valvole atrio-ventricolari chiuse → atrio rilasciato in riempimento. Finché la pressione ventricolare non sarà inferiore a quella dell'atrio non avverrà alcun riempimento.

Volume telediastolico: volume che le camere ventricolari raggiungono alla fine della fase diastolica di riempimento, volume di sangue che riempie il ventricolo a ogni ciclo cardiaco. (V. telesistolico + GS)

Volume telesistolico: sangue che resta nel ventricolo alla fine della sistole isotonica (eiezione) (V. telediastolico - GS)

Gittata sistolica: volume di sangue che viene eiettato in aorta (GS = volume telediastolico – volume telesistolico)

Gittata sistolica = Gittata cardiaca/battiti al minuto

Il picco che si crea nella pressione aortica nella sistole isotonica (incisura dicrotica) è dovuto all'inerzia del sangue, è un aumento di pressione dovuto al sangue che sbatte contro la valvola semilunare per l'inerzia.