Fisiologia - funzionalità cardiaca

Sistema cardiovascolare

Funzionalità cardiaca

Il sistema cardiovascolare è composto da: sangue, vasi sanguigni e cuore e può distribuire le sostanze attraverso tutto l'organismo più rapidamente di quanto possa fare la diffusione. La circolazione del sangue è cruciale per la nostra esistenza: se il flusso ematico a un certo punto si fermasse, perderemmo conoscenza nel giro di pochi secondi e ci resterebbero pochi minuti di vita.

Metà del volume del sangue è composto da cellule:

• Eritrociti (o globuli rossi) che contengono Hb (emoglobina) che trasporta O₂ e CO₂ e che conferisce il colore rosso al sangue
• Leucociti (o globuli bianchi) che difendono il corpo dall'aggressione di microorganismi
• Piastrine che svolgono un ruolo importante nella coagulazione del sangue

Il plasma è costituito da H₂O dove sono disciolte proteine, elettroliti e altri soluti. Il sangue circola in un sistema di vasi (apparato vascolare) che si ramificano ripetutamente: cuore, arterie, arteriole, capillari, venule, vene. I vasi sanguigni differiscono non solo per diametro ma anche per spessore e composizione della parete. I capillari sono molto sottili e scambiano rapidamente con il liquido interstiziale O₂, CO₂ ed altre sostanze. Le arterie hanno pareti più spesse ed elastiche che permettono di opporsi alla pressione del sangue che a tale livello è la più elevata rispetto a tutto il sistema vascolare.

Cuore

Il cuore è avvolto in un sacco membranoso detto pericardio ed è contenuto al centro della gabbia toracica sopra al diaframma. Pesa 300-350 gr. nel maschio e 250-300 gr. nella femmina. Presenta 4 camere: 2 atrii (ricevono il sangue che ritorna dai vasi sanguigni) e 2 ventricoli (più grandi, che raccolgono la massa sanguigna). Atrio e ventricolo di sinistra costituiscono il cuore di sinistra e l'atrio e ventricolo di destra costituiscono il cuore destro. Il cuore destro e quello sinistro sono separati da un setto che evita il mescolarsi del sangue presente nella parte destra con quello nella parte sinistra. La porzione che separa i 2 atrii è detta setto interatriale mentre quella che separa i due ventricoli è detta setto interventricolare.

Il muscolo cardiaco è detto miocardio. Il muscolo ventricolare è più spesso di quello atriale perché i ventricoli devono mandare il sangue anche in vasi molto lontani; inoltre, il muscolo ventricolare sinistro è più spesso di quello destro, il che consente di sviluppare una pressione maggiore di quanto non possa fare il ventricolo destro. La pressione richiesta per pompare il sangue ad una certa velocità per tutto il corpo è maggiore di quella richiesta per pompare il sangue alla stessa velocità nei polmoni.

Il cuore ha 4 valvole che fanno in modo che il sangue scorra secondo una precisa direzione sia all'interno del cuore che fra il cuore e le arterie. Gli atrii e i ventricoli sono tra loro separati dalle valvole atrioventricolari che permettono al sangue di fluire dall'atrio al ventricolo ma non al contrario. La valvola AV di sinistra è costituita da 2 cuspidi e perciò viene detta valvola bicuspide (o mitralica); la valvola di destra ne ha 3 ed è detta valvola tricuspide. Oltre a quelle AV, altre valvole (detta semilunari) sono localizzate tra i ventricoli e le arterie.

La valvola semilunare aortica è localizzata tra il ventricolo sinistro e aorta e la valvola semilunare polmonare è localizzata tra ventricolo destro e il tronco polmonare. Esse si aprono quando la pressione ventricolare è maggiore di quella atriale, permettendo al sangue di lasciare i ventricoli ed entrare nelle arterie. Quando i ventricoli si rilasciano e la pressione ventricolare diviene più bassa della pressione arteriosa, le valvole si chiudono evitando così che il sangue fluisca dalle arterie al ventricolo.

Decorso del sangue attraverso il cuore e i vasi

Il sistema circolatorio è diviso in circolo polmonare, costituito dai vasi polmonari e da quelli che connettono i polmoni al cuore, e il circolo sistemico, che contiene tutti i rimanenti vasi diretti alle altre porzioni del corpo. Questi due circuiti sono dotati di dense reti di capillari dette letti capillari, dove avvengono gli scambi di nutrienti e gas. Nei capillari polmonari, l'O₂ immagazzinato nei polmoni si dirige al sangue mentre la CO₂ lascia il sangue (sangue ossigenato). I letti capillari del circolo sistemico sono localizzati in tutti gli altri organi e tessuti ad eccezione del polmone. Quando il sangue scorre nel sistema circolatorio, esso si muove in maniera alternata attraverso i circuiti polmonari e sistemici ritornando ogni volta al cuore.

1. Il ventricolo sinistro pompa il sangue nell'aorta.
2. Il sangue diviene deossigenato nei circuiti sistemici e ritorna al cuore con le vene cave.
3. Dall'atrio destro il sangue passa nel tronco polmonare che si dirama quasi subito nelle arterie polmonari.
4. Il sangue diviene ossigenato nei polmoni e poi si dirige verso l'atrio sinistro percorrendo le vene polmonari.
5. Dall'atrio sinistro il sangue passa attraverso la valvola bicuspide nel ventricolo sinistro.

Il sistema di conduzione del cuore

Il muscolo cardiaco non richiede stimoli da parte del SNC per contrarsi poiché le contrazioni sono indotte da segnali che originano nel muscolo stesso (attività miogenica), quindi è dotato di autoritmicità dovuta all'azione di una piccola parte di cellule muscolari modificate dette autoritmiche e che costituiscono il sistema di conduzione. Le contrazioni hanno origine dalle cellule PMK (generano spontaneamente potenziali di azione) concentrate in due regioni: nodo S/A e nodo A/V. Inoltre, queste cellule sono strettamente associate alle fibre di conduzione (specializzate nel condurre velocemente i PDA) e che differiscono da quelle del miocardio comune perché hanno diametro maggiore e possono condurre i PDA più velocemente (4 m/s).

Cellule PMK + fibre di conduzione = sistema di conduzione

Il sistema di conduzione provoca un'onda di eccitazione che si muove prima attraverso gli atrii depolarizzandoli e facendoli contrarre unitamente. Poi si muove attraverso i ventricoli provocando lo stesso effetto. La rapida trasmissione dei potenziali delle cellule PMK alle fibre di conduzione è possibile perché tutte le cellule cardiache sono collegate tramite giunzioni comunicanti che nel cuore sono concentrate in strutture dette dischi intercalari.

Induzione e conduzione dell'impulso nel battito cardiaco

- Inizia un PDA nel nodo S/A. Da questo si dirige nel nodo A/V mediante la via internodale e diffondono anche attraverso la massa muscolare atriale.

- L'impulso è condotto alle cellule del nodo A/V che trasmettono i PDA meno velocemente delle altre cellule del sistema.

- Dal nodo A/V l'impulso viaggia attraverso il fascio di HIS localizzato nel setto interventricolare.

- Il segnale viaggia solo per un breve tratto attraverso questo fascio prima di dividersi nelle branche destra e sinistra che conducono al ventricolo destro e sinistro.

- Dalle due branche gli impulsi viaggiano attraverso le fibre del Purkinje che diffondono attraverso il miocardio ventricolare.

Azione di controllo delle cellule PMK sul battito cardiaco

Il battito cardiaco è quasi sempre attivato dagli impulsi del nodo S/A perché i PDA che originano dal nodo S/A, prima di arrivare al ventricolo, viaggiano passando attraverso il nodo A/V, e quando accade queste cellule entrano nel periodo refrattario (non possono momentaneamente generare PDA); inoltre, la frequenza spontanea del battito del nodo S/A è maggiore rispetto a quella del nodo A/V. La frequenza di scarica delle cellule del nodo S/A è più elevata rispetto a quella del nodo A/V (nodo S/A 70 impulsi/min. - nodo A/V 50 impulsi/min.). Se il nodo S/A smette di scaricare o scompare il battito, il nodo A/V inizia a generare PDA guidando la contrazione ventricolare in modo normale. Se la conduzione tra i nodi è bloccata per altre ragioni, il nodo A/V può prendere il controllo del battito cardiaco (funzionando come un sistema di emergenza). Se anche il nodo A/V è incapace di attivare la contrazione ventricolare, il cuore ha un altro sistema di emergenza: alcune cellule delle fibre del Purkinje (PMK idioventricolari) possono prendere il sopravvento.

Diffusione dell'eccitazione attraverso il muscolo cardiaco

L'onda di eccitazione inizia nel nodo S/A e poi si diffonde verso la superficie attraverso gli atrii; poi si incanala attraverso il fascio A/V che agisce come una sorta di collo di bottiglia. Questo ritardo è essenziale per l'efficienza della funzione cardiaca; esso consente di diffondere completamente attraverso gli atrii prima che essa raggiunga i ventricoli assicurando così che la contrazione atriale sia completata prima che inizi quella ventricolare. Una volta che gli impulsi hanno raggiunto i rami del fascio di conduzione e le fibre del Purkinje essi raggiungono abbastanza rapidamente la porzione apicale dei ventricoli. Da qui l'onda di eccitazione si distribuisce a ventaglio attraverso l'intero muscolo ventricolare. Così la contrazione ventricolare inizia all'apice e diffonde verso l'alto.

Le basi ioniche dell'attività elettrica