Fisiologia Sistema Cardiocircolatorio

Apparato cardiovascolare

L'apparato cardiovascolare è un sistema idraulico composto da una pompa (il cuore) e da condutture (i vasi sanguigni) che ha lo scopo di far circolare il sangue raggiungendo ogni punto dell'organismo. Ciò permette al sangue di espletare le sue funzioni di trasporto (di ossigeno, sostanze nutritive, sostanze di scarto, elementi del sistema immunitario, ormoni, acqua, calore).

Il cuore ha un’attività di pompa per spingere il sangue nel sistema cardiocircolatorio. Trasporta a tutti i tessuti sostanze quali nutrienti e ossigeno e trasporta lontano dai tessuti sostanze di rifiuto e anidride carbonica. Dal punto di vista evolutivo serve un sistema respiratorio adatto allo scambio di ossigeno e CO₂.

Sistemi seriali

I primi sistemi circolatori erano in serie: il cuore era posto in serie con il sistema di scambio gassoso e con il circolo sistemico, che trasportava a tutti i distretti dell’organismo il sangue ossigenato. Cuore e distretti periferici sono collegato l’uno all’altro, ed è inefficace, perché il sangue quando arriva agli ultimi distretti è poco ossigenato (più si allontana più perde l’ossigeno).

Nell’uomo c’è una circolazione doppia: doppio circuito di vasi arteriosi e venosi e per questo motivo viene definita doppia e completa. Il secondo termine si riferisce al fatto che sangue venoso e arterioso non si mischiano mai.

Piccolo e grande circolo

Piccolo circolo (o circolo polmonare): il sangue, povero di ossigeno e carico di anidride carbonica, parte dal ventricolo destro e percorre l’arteria polmonare e i capillari alveolari dove avvengono gli scambi del gas con l’aria. Ceduta anidride carbonica e caricatosi di ossigeno, il sangue ritorna al cuore, più precisamente all’atrio sinistro, attraverso le 4 vene polmonari.

Grande circolo (o circolo sistemico): il sangue parte dal ventricolo sinistro, imbocca la prima arteria, l’aorta, e poi si distribuisce tramite il sistema di vasi a tutti gli organi, cuore compreso dove cede ossigeno e si arricchisce di anidride carbonica, per ritornare all’atrio destro attraverso le vene cave.

Si può parlare di cuore di destra: riceve il sangue dal circolo sistemico e lo inietta nel grande circolo, e cuore di sinistra; questa attività avviene contemporaneamente e rende una funzione parallela.

Tutti i distretti vengono raggiunti con una circolazione in parallelo in quanto dall’aorta si dividono diverse arterie che arrivano ai diversi distretti: così gli organi periferici ricevono subito il sangue ossigenato (non c’è solo una via che attraversa tutto, ma più vie). La circolazione in parallelo permette di regolare il sangue che entra nei vari distretti: il flusso delle diverse arterie può essere regolato a seconda delle esigenze del distretto.

Il sistema vascolare è costituito da diversi tipi di vasi sanguigni, ciascuno dei quali svolge un compito ben preciso: le arterie (trasportano il sangue dal cuore ai tessuti), le arteriole (regolano la resistenza al flusso di sangue), i capillari (sono i vasi che consentono gli scambi di gas e sostanze tra il sangue e le cellule dei tessuti e viceversa), le vene (trasportano il sangue dai tessuti al cuore).

Le pareti delle arterie e delle vene sono costituite da 3 strati concentrici che, dall’esterno all’interno, sono tonaca avventizia, tonaca media e tonaca intima, la cui composizione varia a seconda del tipo di vaso. I capillari sono molto sottili con parete composta dalla sola intima e cioè da un singolo strato di cellule endoteliali poggiate sulla membrana basale; essi sono posti tra l’estremità terminale di un’arteriola e quella distale di una vena. Il sistema in realtà ha una funzione molto più complessa perché è integrato con altri sistemi.

Cuore

È un organo muscolare situato nel mediastino, all’interno del torace ed è avvolto da una membrana fibrosa chiamata pericardio. La sua parete è composta da 3 strati detti, dall’esterno all’interno, epicardio, miocardio ed endocardio. Il cuore è formato da 4 cavità: due atri (destro e sinistro), posti superiormente a due ventricoli (destro e sinistro), posti inferiormente. Ciascun atrio comunica con il ventricolo sottostante.

La parte di destra è detta comunemente cuore destro e pompa sangue venoso, mentre le due cavità di sinistra formano il cuore sinistro che pompa sangue arterioso. Dopo la nascita non esiste alcun collegamento tra la parte destra e quella sinistra del cuore. Esiste una struttura formata da tessuto connettivo denso e molto resistente chiamata scheletro fibroso del cuore che separa gli atri dai ventricoli e ha anche la funzione di isolare elettricamente la parte superiore del cuore da quella inferiore.

Lo scheletro del cuore ospita anche gli osti delle 4 valvole cardiache che regolano la direzione del flusso di sangue per consentire il riempimento dei ventricoli. Esistono 2 valvole atrio-ventricolari che permettono il passaggio di sangue dagli atri ai ventricoli e due valvole semilunari che permettono il passaggio dai ventricoli alle arterie corrispondenti. La valvola atrio-ventricolare di sinistra è detta mitrale o bicuspide mentre quella di destra è detta tricuspide.

Le valvole atrio-ventricolari si aprono solo quando la pressione atriale supera quella ventricolare, mentre le semilunari solo quando la pressione ventricolare supera quella nella corrispondente arteria.

Funzioni del cuore

• Il cuore regola la pressione arteriosa e il volume ematico, grazie alle informazioni che arrivano dal SNC.
• Agisce come ghiandola endocrina: rilascia degli ormoni importanti per la regolazione del sistema renale.
• È anche organo sensoriale: sono presenti recettori che danno informazioni alle fibre afferenti viscerali.
• Distribuisce il valore ematico tra circolazione venosa e arteriosa.

Il gradiente di pressione è la forza che genera il flusso. A livello circolatorio è necessario che vi sia una forza di pressione tra un punto e l’altro. In entrata del cuore la pressione venosa è 0, quella arteriosa media è invece 90 mmHg. Questo gradiente di pressione permette il flusso del sangue, e deve essere creato. È la contrazione cardiaca che genera la pressione utile alla circolazione.

Tra atrio e ventricolo esiste un sistema di valvole chiamate atrioventricolari. In uscita dal ventricolo ci sono le valvole semilunari che separano il ventricolo dal sistema venoso. Senza valvole il cuore non funziona e si riduce l’efficienza della contrazione cardiaca.

Ci sono anche differenti tessuti nel cuore.

• Miocardio: tessuto muscolare striato che presenta caratteristiche morfologiche e funzionali intermedie tra quelle del muscolo scheletrico e quelle del muscolo liscio. Si parla di:
  • Miocardio comune o di lavoro: 90%, quella porzione di miocardio che è contrattile, deputato allo sviluppo di forza = muscolo cardiaco.
  • Miocardio di conduzione (specifico): 10%, il segnale lo attraversa, conduce l’onda elettrica di depolarizzazione a cui fa seguito la contrazione del miocardio comune. Serve per far fluire un segnale elettrico generato col potenziale d’azione.

Il nodo senoatriale è il sito dove si genera il potenziale d’azione che innescherà la contrazione cardiaca. Qui vi sono delle fibrocellule che hanno perso la capacità contrattile e sono delle cellule pacemaker = cellule segna passi. Queste cellule determinano la frequenza cardiaca = quante volte il cuore si contrae in un minuto. Sono cellule auto eccitabili: il potenziale d’azione si instaura per una proprietà propria di queste cellule, senza l’intervento del SN. Sono cellule che si depolarizzano senza necessità che ci sia uno stimolo depolarizzante. Il potenziale generato induce la contrazione degli atri.

Nodo atrio-ventricolare da cui si origina il fascio di His che si propaga in tutto il ventricolo portando con sé l’onda. Fascio di His = fascio di cellule miocardiche specifiche che hanno il compito di condurre l’onda di depolarizzazione in maniera particolarmente rapida. Si divide in due rami, branca destra e branca sinistra.

Il miocardio possiede delle proprietà intrinseche, che si possono osservare anche se il cuore è isolato dal resto dell’organismo: eccitabilità, ritmicità, conducibilità, contrattilità (capacità che il miocardio ha di variare la propria forza di contrazione). Le fibrocellule si comportano come un sincizio = una unica unità strutturale. La contrazione muscolare avviene contemporaneamente in tutte le fibrocellule. Se si contraggono in momenti diversi si ha una condizione patologica = la fibrillazione. La conduzione del segnale in questi tessuti avviene come in un assone.

Innervazione del cuore

È sia del parasimpatico che del simpatico. Il parasimpatico innerva con il nervo vago, mentre il simpatico con il nervo cardiaco. Le terminazioni nervose sono dirette in punti nevralgici per l’attività del cuore: nel nodo seno atriale e atrio ventricolare. Le due parti del sistema nervoso scaricano impulsi sul cuore in maniera continua; l’attività cardiaca è il risultato del bilanciamento dei due.

L’attività contrattile del cuore ha un’origine miogena perché deriva dalle fibrocellule = è un’attività del muscolo. Anche se il cuore non fosse innervato continuerebbe a contrarsi, aumentando addirittura la frequenza cardiaca.

Il simpatico stimola tutte le funzioni cardiache. Un aumento dell’attività simpatica aumenta la frequenza cardiaca, la velocità di conduzione, l’eccitabilità e la contrattilità.

Il parasimpatico è un sistema inibitorio e governa il ritmo: non lo genera ma lo controlla. Tiene costantemente il cuore sotto freno, lo mantiene a una frequenza cardiaca inferiore a quella che sarebbe propria per la sola attività delle cellule pacemaker. (Se stimoliamo il nervo vago inibiamo l’attività del cuore).

Quando il ventricolo si è riempito si chiudono le valvole atrioventricolari, perché il sangue quando arriva nel ventricolo trova le pareti chiuse, e genera un moto vorticoso che spinge la valvole atrioventricolari a chiudersi. La chiusura di queste valvole viene assicurata dalle corde tendinee. Questa pressione crescente fa sì che le valvole non si aprano nel versante opposto.

Molti ormoni circolanti nel sangue influenzano l’attività cardiaca; i principali sono l’adrenalina e la noradrenalina.

Nel muscolo scheletrico ci può essere:

• Contrazione isometrica: senza accorciamento delle fibrocellule. Qui abbiamo un picco di tensione sviluppato
• Contrazione isotonica: se la tensione sviluppata riesce a superare il carico applicato al muscolo, inizia la fase di accorciamento delle fibrocellule.

Questo per agganciarci a quello che avviene a livello cardiaco. Sistole = fase di contrazione del muscolo cardiaco. Diastole = fase di rilasciamento del muscolo cardiaco. Ciclo cardiaco = susseguirsi di sistole e diastole. Sistole atriale e ventricolare avvengono in momenti differenti. Durante la sistole atriale il ventricolo è ancora in diastole. Quando finisce quella atriale inizia la sistole ventricolare.

Al tempo 0 la pressione atriale è prossima allo 0, come nelle vene cave, e anche nel ventricolo.

• Punto 0: fase di diastole atrio-ventricolare
• 1- Sistole atriale
• 2- Sistole ventricolare (più lunga)
• 3- Diastole atrio-ventricolare

Quando inizia la sistole atriale aumenta la pressione nell’atrio stesso, questo aumento si ripercuote anche a livello del ventricolo. La pressione comunque rimane bassa: la sistole atriale non è utile per l’aumento della pressione che serve per mantenere il sangue nel sistema circolatorio. L’importanza dell’atrio non è per la pressione, ma dal punto di vista elettrico per fornire i potenziale d’azione che poi permette la contrazione del ventricolo. Quando la valvola aortica si chiude la pressione aumenta leggermente, ma viene ristabilita. La pressione atriale diventa crescente, ma non riuscirà mai ad essere elevata: questo perché la valvola atrioventricolare è chiusa. Torna a 0 nel momento in cui le valvole si riaprono.

A livello del ventricolo la situazione è più complessa. Quando inizia la sistole atriale aumenta bruscamente la pressione del ventricolo, perché qui le valvole semilunari e anche semiatriali sono chiuse. In tutto il periodo in cui le valvole semilunari sono chiuse la pressione ventricolare è inferiore a quella arteriosa: si parla di sistole isometrica= sviluppo massimo della pressione ma il ventricolo non è libero di contrarsi (rimane uguale la lunghezza delle cellule), o sistole isovolumetrica (riferito al v del ventricolo= rimane costante il volume contenuto nel ventricolo. Il volume non può variare perché le valvole sono chiuse) è la stessa cosa detta in modi diversi.

Poi si ha la Fase di detezione o efflusso rapido: la pressione aumenta sia a livello del ventricolo che delle arterie. In relazione alle diverse fasi del circolo cardiaco abbiamo diverse variazioni di pressione, che avvengono in maniera diversa nell’atrio e nel ventricolo. A livello dell’atrio le pareti sono molto più sottili che nei ventricoli. L’atrio durante la sistole spinge il proprio contenuto di sangue nel ventricolo; non serve una pressione molto forte dell’atrio. I ventricoli invece devono riuscire a generare pressioni maggiori.

Il ventricolo sinistro ha una pressione elevata rispetto al destro, perché deve far fluire il sangue nell’aorta. Il tessuto miocardio è più consistente nell’atrio sinistro.

Perché aumenta la pressione? Perché durante la sistole avviene una contrazione del miocardio in cui si sviluppa pressione, che è esercitata sul sangue contenuto nel ventricolo. La pressione aumenta perché il ventricolo si sta contraendo, e aumenta così tanto perché la contrazione è isometrica: avviene in un ventricolo che è sigillato: le valvole semilunari e atrioventricolari sono chiuse. Così la pressione è esercitata sul sangue, che essendo incomprimibile non permette l’accorciamento delle fibre del miocardio.

La pressione diminuisce quando si aprono le valvole semi lunari permettendo al sangue di spingersi nel circolo arterioso. Le valvole semilunari sono come dei tappi: quando si aprono la pressione f...