Fisiologia - funzionalità cardiaca

K

Questo potenziale più negativo rimuove lo stimolo per l'apertura dei canali per il Ca che

riduce la P e diminuisce il flusso di Ca nella cellula che insieme all'aumento della P induce la

Ca K

ripolarizzazione della membrana terminando il potenziale d'azione.

ATTIVITA' ELETTRICA DELLE CELLULE CARDIACHE CONTRATTILI

Due importanti eventi caratterizzano la maggior parte dei potenziali cardiaci:

1. durante un tipico PDA cardiaco la P diminuisce in seguito all'azione di un particolare canale per

K

il K voltaggio-dipendente che si chiude in seguito alla depolarizzazione

2. durante il PDA cardiaco la depolarizzazione provoca l'apertura di canali per il Ca voltaggio-

dipendenti che non solo influenza il potenziale di membrana ma che è anche necessario per evocare

la contrazione delle cellule cardiache.

FASE 0: La depolarizzazione della membrana attiva l'apertura dei canali Na voltaggio-dipendenti

innalzando la P ed aumentando il flusso di ioni Na nella cellula. Il potenziale (positivo) induce

Na

l'apertura di molti più canali per il Na che aumentano ancora di più la P innescando il meccanismo

Na

autorigenerativo che caratterizza la fase rapida del PDA. Rapido aumento del potenziale di

membrana (+30 e +40 mV)

FASE 1:I canali del Na iniziano ad inattivarsi riducendo la PNa. Questo diminuisce il flusso di Na

nella cellula e porta il potenziale di membrana verso valori più negativi calando di poco perché la

depolarizzazione iniziata nella fase 0 ha messo in moto due eventi addizionali: la chiusura dei canali

K voltaggio-dipendenti e l'apertura dei canali per il Ca voltaggio-dipendenti che innalzano la P ed

Ca

aumentano il flusso di Ca in ingresso nella cellula ed entrambe queste variazioni sono responsabili

del mantenimento della depolarizzazione.

FASE 2: o di Plateau. I canali per il K chiusi rimangono chiusi e i canali per il Ca aperti rimangono

aperti. Questo fenomeno (P bassa e P alta) contribuisce a tenere la membrana depolarizzata.

K Ca

FASE 3: La P aumenta (in seguito all'apertura di una seconda popolazione di canali K). Questi

K

canali si cominciano ad aprire in fase 1 e 2 ma non esercitano influenza sul potenziale fino a questa

fase. Appena la P aumenta, il flusso del K in uscita dalla cellula aumenta negativizzando il

K

potenziale. Questa caduta di potenziale rimuove sia lo stimolo che manteneva chiusi i canali

rettificanti inversi sia lo stimolo che manteneva aperti i canali Ca che iniziano a chiudersi

(diminuisce la P ). Questo combinato con l'aumento della PK ripolarizza la membrana

Ca

concludendo il PDA.

FASE 4: Potenziale di riposo: P , P e P sono ai valori di riposo. Potenziale di membrana =-90

K Na Ca

mV.

ACCOPPIAMENTO ECCITAZIONE-CONTRAZIONE NELLE CELLULE CARDIACHE

CONTRATTILI

Un PDA che si propaga lungo i tubuli T provoca l'apertura dei canali Ca posti sul reticolo

sarcoplasmatico e la liberazione del Ca nel citoplasma che si fissa alla troponina spostando la

tropomiosina dai siti di fissazione dell'actina per la miosina e provocando il ciclo dei ponti

trasversali. Il Ca che entra nella cellula durante la fase di Plateau agisce sui canali voltaggio-

dipendenti che scatenano la liberazione di Ca dal reticolo sarcoplasmatico stimolando a rilasciare lo

ione per più tempo. Questo fenomeno è noto come “liberazione del calcio calcio-indotta”. Poiché il

muscolo cardiaco si rilasci è necessaria la rimozione del Ca che avviene con 3 meccanismi:

2+

- Una Ca -ATPasi (sulla membrana del reticolo sarcoplasmatico) trasporta Ca dal citoplasma

all'interno del reticolo sarcoplasmatico;

2+

- Una Ca -ATPasi (sulla membrana citoplasmatica) trasporta Ca dal citoplasma al liquido

interstiziale; + 2+

- Il muscolo cardiaco è dotato di uno scambiatore Na - Ca nella membrana citoplasmatica che

trasporta Ca fuori dalla cellula grazie ad un controtrasporto con il Na.

REGISTRAZIONE DELL'ATTIVITA' ELETTRICA DEL CUORE: ECG

L'ECG è un sistema non invasivo per monitorare l'attività elettrica del cuore. È una registrazione del

flusso di corrente elettrica che attraversa il cuore durante un ciclo cardiaco. Viene registrato

normalmente per mezzo di elettrodi collocati sulla cute. La procedura standard per registrare un

ECG è basata su di un immaginario triangolo equilatero attorno al cuore che si espande finché i suoi

angoli non cadono sul braccio dx, braccio sx e gamba sx. Le coppie di elettrodi sono riferite come

derivazioni e sono indicate con numerazione romana e ognuna misura le differenze di potenziale

elettrico di superficie tra elettrodo positivo e negativo.

La I misura la differenza di potenziale tra braccio sx e dx; la II tra gamba sx e braccio dx e la

III tra gamba sx e braccio sx. L'ECG generalmente mostra tre tipi di onde: ONDA P: deflessione

verso l'alto risultato della depolarizzazione atriale; COMPLESSO QRS: serie di deflessioni ripide

verso l'alto e verso il basso risultato della depolarizzazione ventricolare (correlate alla fase 0 del

PDA); ONDA T: deflessione verso l'alto risultato della ripolarizzazione ventricolare.

L'ECG rispecchia il modo con il quale vengono generati i PDA dell'intera popolazione

cellulare che costituisce il muscolo cardiaco. L'intervallo P-Q e P-R corrisponde al tempo compreso

tra l'inizio dell'onda P e l'inizio del complesso QRS (stima del tempo di conduzione attraverso il

nodo A/V); l'intervallo Q-T corrisponde al tempo compreso tra l'inizio del complesso QRS e la fine

dell'onda T (stima tempo di contrazione ventricolare); segmento Q-T corrisponde al tempo che va

dalla fine dell'onda T all'inizio del complesso QRS (stima del tempo di rilasciamento del

ventricolo); l'intervallo R-R corrisponde al tempo tra due successivi complessi QRS (periodo

cardiaco). La FC può essere ricavata dividendo 60 per la durata dell'intervallo R-R.

Una scarica anomala del nodo S/A può provocare sia una tachicardia del seno che una

bradicardia del seno. L'alterata conduzione attraverso il nodo A/V può causare vari gradi di blocco

cardiaco:

1° grado: rallentata conduzione attraverso il nodo A/V provoca un ritardo superiore alla norma della

conduzione attraverso il nodo stesso.

2° grado: la conduzione attraverso il nodo non avviene sempre.

3° grado: la conduzione attraverso il nodo A/V non avviene proprio provocando una completa

dissociazione tra le contrazioni atriali e ventricolari.

Le fibrillazioni sono delle aritmie più serie ed insorgono quando il muscolo cardiaco non

riesce a mantenere sincrona la depolarizzazione. In quella atriale le fibre del muscolo depolarizzano

in maniera indipendente le une dalle altre cosichè la contrazione atriale risulta inefficiente nel

pompare il sangue al ventricolo. In quella ventricolare si può arrivare al decesso in pochi minuti (il

ventricolo non riesce a pompare sangue efficacemente ai tessuti compreso il cervello). I clinici

devono rapidamente defibrillare il paziente cioè colpendo il cuore con un impulso di corrente

esterna che tenderà a depolarizzare tutte le cellule muscolari nello stesso istante sincronizzando

l'attività elettrica del cuore.

IL CICLO CARDIACO

Comprende tutti gli eventi associati con il flusso del sangue attraverso il cuore durante un battito

cardiaco.

Il ciclo della pompa cardiaca

Il ciclo può essere diviso in due fasi: SISTOLE (contrazione ventricolare) e DIASTOLE

(rilasciamento ventricolare). Durante la seconda metà della diastole il sangue per tornare al cuore

attraverso le vene sistemiche e quelle polmonari entra negli atrii rilasciati e attraverso le valvole

A/V passa nei ventricoli. Durante il riempimento le valvole polmonare e aortica sono chiuse perché

la pressione ventricolare è più bassa rispetto a quella nell'aorta e nelle arterie polmonari. Alla fine

della diastole gli atrii si contraggono spingendo il sangue contenuto nei ventricoli. All'inizio della

sistole i ventricoli si contraggono aumentando la pressione al loro interno. Quando la pressione

ventricolare supera quella atriale le valvole A/V si chiudono e rimangono ancora chiuse perché la

pressione ventricolare non è abbastanza alta per forzarne l'apertura. Così facendo il sangue non può

fluire né da una parte né dall'altra perché tutte le valvole sono chiuse e anche se i ventricoli sono

contratti il volume di sangue resta costante (contrazione isovolumetrica). Nella restante parte della

sistole il sangue viene pompato nell'aorta e nelle arterie polmonari grazie all'apertura delle valvole

semilunari e il volume ventricolare diminuisce.

Durante l'EIEZIONE VENTRICOLARE la pressione ventricolare raggiunge il picco

massimo e poi diminuisce. Quando è diventata tanto bassa da essere inferiore alla pressione aortica

le valvole semilunari si chiudono terminando l'eiezione e dando inizio alla diastole. All'inizio della

diastole il miocardio ventricolare è rilasciato. La pressione ventricolare è troppo bassa per tenere le

valvole semilunari aperte e troppo alta per consentire l'apertura della valvole A/V. Tutte le valvole

sono chiuse e durante il rilasciamento ventricolare il volume di sangue rimane costante

(rilasciamento isovolumetrico). La durata della sistole e della diastole non sono uguali. Per un cuore

con FC 72 BPM (1 battito/0,8 sec.) la maggior parte del ciclo cardiaco (65% o 0,5 sec.) è speso in

diastole mentre la sistole dura solo 0,3 sec.

Pressione ventricolare ed atriale

Le pressioni cardiovascolari sono misurate in mmHg e tutte le pressioni sono date in relazione alla

pressione atmosferica presa uguale a 0; così quando si dice che il sangue ha una pressione di 100

mmHg vuol dire che è al di sopra del livello del mare. L'aumento della pressione atriale )in fine

diastole) indica l'inizio della contrazione atriale ed è di breve durata. A metà diastole la pressione

ventricolare rimane molto bassa fino alla fine della diastole quando si verifica un rapido ma

repentino aumento dovuto alla contrazione atriale che aggiunge una piccola quantità di sangue al

ventricolo aumentando la pressione ventricolare. Nella diastole ventricolare precoce la pressione

ritorna vicina allo 0 in seguito al rilasciamento del miocardio. Nel rimanente tempo diastolico

appena il ventricolo si riempie passivamente con il sangue proveniente dal circolo polmonare la

pressione ventricolare lentamente si innalza.

Pressione aortica

In diastole il sangue non entra nell'aorta perché la valvola è chiusa; tuttavia il sangue continuamente

lascia l'aorta procedendo nei vasi sanguigni arteriosi. Questa effusione continua di sangue fa si che

il volume ematico in aorta vada riducendosi in diastole provocando una lenta diminuzione della

pressione aortica e a