Fisiologia umana

Fisiologia

Fisiologia cardio-vascolare

Emostasi

• Fase vascolare: contrazione del vaso danneggiato (meccanismo neurogeno riflesso + liberazione di endotelina).
• Fase piastrinica:
  • Adesione all'endotelio danneggiato: esposizione collagene subendoteliale che lega i recettori piastrinici GpIa + rilascio dei corpi di Weibel-Palade dell'endotelio, contenenti il vWF (fattore von Willebrand) che lega i recettori piastrinici GpIb.
  • Mutazione di forma: aumentano il diametro e l'aderenza piastrinica.
  • Aggregazione: adesione delle piastrine l'una all'altra; dipende principalmente dal vWF (tramite i recettori GPIb) e dal fibrinogeno (tramite i recettori GPIIb/IIIa).
  • Degranulazione: rilascio dei granuli, contenenti fibrinogeno, PF4, ADP, TXA2.
• Fase coagulativa:
  • Via estrinseca: prende avvio dal complesso TF-FVIIa, che attiva FX per proteolisi.
  • Via intrinseca: FXI viene attivato in FXIa dalla trombina o da FXII; FXIa attiva FIX in FIXa, che agisce amplificando l'attivazione del FX, reazione catalizzata dalla presenza di Ca²⁺, P-serina, FVIIIa (attivato dalla trombina).
  • Via comune: FXa attiva la protrombina in trombina (IIa). Il complesso FXa-FII si lega alle piastrine grazie alla presenza di P-serina e Ca²⁺. A questi cofattori si aggiunge il FVa (attivato dalla trombina), che accelera la reazione. La trombina attiva il fibrinogeno in fibrina, che polimerizza. I polimeri solubili diventano insolubili grazie all'azione del FXIIIa.
• Fase fibrinolitica: attivazione del plasminogeno a plasmina ad opera dell'attivatore tissutale del plasminogeno (tPA), prodotto dall'endotelio. La plasmina demolisce la fibrina e alcuni fattori di coagulazione.

Emodinamica

• Per il principio della conservazione di massa (legge della continuità) il flusso, attraverso successive sezioni trasverse di un condotto, è costante: Flusso = Velocità x Area. Questo comporta che la velocità varia inversamente con l'area della sezione trasversa complessiva attraversata dal flusso: nel sistema circolatorio, la sezione trasversa aumenta dall’aorta ai capillari: la minima velocità del sangue a livello capillare favorisce i processi di scambio.
• L'energia totale in un sistema idraulico è costituita da 3 componenti: pressione, gravità e velocità. Per il principio di Bernoulli, l'energia totale deve rimanere costante: quindi in un sistema orizzontale (componente gravitazione trascurabile), se il sangue passa in un vaso di calibro minore, la pressione laterale diminuisce.
• La legge di Poiseuille descrive il flusso dei fluidi attraverso condotti cilindrici. Questa legge è valida per un fluido omogeneo (newtoniano), che scorre con flusso laminare e continuo (non pulsatile) in condotti cilindrici rigidi: F = πΔP r⁴ / 8ηl. La legge di Poiseuille non è pienamente applicabile al sistema vascolare, poiché: il flusso è pulsatile, i vasi sono elastici, il sangue è un fluido non-newtoniano (la sua viscosità cambia al variare della velocità). Dato che Flusso = ΔP / R, il raggio è il parametro che incide maggiormente sulla resistenza.
• La distribuzione del sangue ai diversi tessuti è controllata dalle arteriole, che per il loro calibro (minore delle arterie) sono i vasi che contribuiscono maggiormente alla resistenza del sistema circolatorio. La parete delle arteriole contiene muscolatura liscia, il cui stato di contrazione può essere modificato da impulsi nervosi e ormoni circolanti.
• Moto laminare: le particelle di liquido si muovono secondo lamine cilindriche coassiali di spessore infinitesimo che scivolano una sull’altra, con velocità crescente dalla periferia verso il centro. Il profilo della velocità assume forma parabolica.
• Moto turbolento: le particelle di liquido si muovono con moto vorticoso, determinando un aumento della resistenza allo scorrimento. Per garantire lo stesso flusso, in condizioni di turbolenza, è necessario un gradiente pressorio (ΔP) maggiore. Il moto turbolento genera rumori (può essere rilevato mediante auscultazione); inoltre favorisce la formazione di trombi.
• Il sangue scorre nel sistema circolatorio con moto laminare. In CF esiste turbolenza solo a livello delle valvole cardiache. Condizioni che generano moto turbolento: stenosi di vasi (a valle della stenosi), anemia, biforcazioni. Il passaggio da moto laminare a moto turbolento dipende da: diametro del condotto (d), velocità media di scorrimento (v), natura del liquido (viscosità e densità). Mediante un numero adimensionale, definito numero di Reynolds (NR), si può stabilire se il flusso di un fluido, che scorre in un condotto cilindrico, è laminare o turbolento: NR = d v ρ / η. NR ≤ 2000 flusso laminare; NR > 3000 flusso turbolento; 2000 < NR < 3000 flusso intermedio tra laminare e turbolento.
• Viscosità (unità di misura = poise): rappresenta la resistenza che si oppone allo scorrimento di strati adiacenti di liquido. Secondo Newton, la viscosità (η) è data dal rapporto tra sforzo di taglio o shear stress (τ) e gradiente di velocità (γ): η = τ / γ.
  • Fluido newtoniano: viscosità costante al variare della velocità.
  • Fluido non-newtoniano (es. sangue): viscosità varia col modificarsi della velocità.
• Accumulo assiale dei GR: la risultante delle forze propulsive e viscose provoca la rotazione del GR, che avviene in senso antiorario nella parte sup. del vaso ed in senso orario nella parte inf. I GR sono spinti verso l'asse centrale del vaso, dove la velocità di scorrimento è maggiore; la viscosità del sangue è maggiore al centro del vaso (↑Ht) e minore alla periferia.
• La viscosità del sangue si riduce con il diminuire del calibro del vaso, poiché lo strato periferico di plasma è percentualmente maggiore (Effetto Fahraeus-Lindqvist). Il fenomeno si osserva per calibri inferiori ai 300 μm (arteriole); apparente tende nuovamente ad aumentare nei vasi con diametro vicino a quello dei globuli rossi (7-8 μm). La viscosità del sangue dipende dalla velocità di scorrimento: ↑velocità ↓η (aumenta la tendenza dei GR all'accumulo assiale); ↓velocità ↑η (aggregazione di GR in rouleaux o pila di monete).
• Le resistenze al flusso nel sistema circolatorio dipendono da: calibro dei vasi; tipo di scorrimento (laminare o turbolento); viscosità del sangue; disposizione dei vasi in serie e in parallelo.
  • Resistenze in condotti in serie: R_t = R₁ + R₂ + R₃. R_t è maggiore della resistenza dei singoli segmenti.
  • Resistenze in condotti in parallelo: 1/R_t = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃. R_t è inferiore alla resistenza dei singoli segmenti.
  Nel sistema circolatorio, i vasi che offrono maggior resistenza al flusso sono le arteriole e non i capillari (pur essendo in assoluto i vasi con diametro minore), poiché questi sono disposti in parallelo ed il loro numero è maggiore a quello delle arteriole.
• Pressione di propulsione: ΔP = Pa − Pv responsabile del flusso.
• Pressione transmurale: differenza tra la pressione interna (= P di riempimento) e la pressione esterna (= P tissutale) al vaso. La parete di un vaso sanguigno è in equilibrio quando la forza distendente (= pressione transmurale, P) è bilanciata dalla tensione (in parte elastica-passiva, in parte muscolare-attiva); ciò viene espresso dalla legge di Laplace: T = P r/d.
• Legge di Laplace applicata ai vasi ematici spiega perché: i vasi di piccolo calibro (capillari) possono sostenere pressioni intravasali relativamente elevate senza rompersi; si può verificare rottura di un aneurisma arterioso (↑r, ↑T).
• La distensibilità delle pareti dei vasi rende il circolo dipendente dalla forza di gravità. La P esercitata da una colonna di liquido aumenta con l'altezza secondo la relazione: ΔP = ρgh (legge di Stevino). Effetti della pressione idrostatica nel passaggio da posizione supina a posizione eretta, assumendo il cuore come piano di indifferenza idrostatica:
  • Nei vasi al di sotto del cuore (ΔP tra cuore e piedi = 80-100 mmHg): ↑P. Il RV è comunque assicurato da valvole venose, pompa muscolare e venocostrizione.
  • Nei vasi al di sopra del cuore (ΔP tra cuore e cervello = 25 mm Hg): ↓P. Il flusso è comunque assicurato da meccanismi di regolazione cardiocircolatori.
• Relazione pressione-flusso in vasi rigidi e in vasi elastici:
  • Nei vasi elastici la relazione non è lineare: esiste un valore minimo di P (= Pc, pressione critica di chiusura), sotto la quale il vaso tende a chiudersi. Quando il vaso è aperto, ↑P ↑F in modo maggiore rispetto ad un vaso rigido, perché il raggio aumenta in seguito alla distensione delle pareti con conseguente riduzione della resistenza.
  • Nei vasi elastici la relazione è lineare: ΔP/F = andamento tipico dei vasi elastici.
• Relazione pressione-flusso in vasi passivi e in vasi reattivi:
  • Vasi tipo passivo (vasi polmonari): ↑F ↑P = andamento tipico dei vasi elastici.
  • Vasi tipo reattivo (vasi renali): dopo iniziale aumento, F tende a stabilizzarsi; il vaso reagisce all’aumento di P costringendosi (↓raggio ↑resistenza) flusso costante = andamento tipico dei vasi muscolari.
• Differenze tra circolo sistemico e polmonare (URP = Unità di Resistenza Periferica):
  • Circolo sistemico: elevata R (0.02 URP) richiesto ΔP = 100 mmHg elevata Pa (100 mmHg).
  • Circolo polmonare: bassa R (0.002 URP) richiesto ΔP = 10 mmHg bassa Pa (15 mmHg).
• Pressione sanguigna: corrisponde alla forza che il sangue esercita sulle pareti dei vasi sanguigni; P = F/A.

Filtrazione capillare

• Il flusso attraverso la parete capillare dipende dalle forze di Starling: ΔP = (P_c - P_i) - (π_c - π_i).
  • Pressione idraulica capillare (P_c): valore medio = 17 mmHg. È influenzata dalla gravità.
  • Pressione oncotica capillare (π_c): è la pressione osmotica esercitata dalle proteine (> albumina); VN = 21-29 mmHg.
  • Pressione idraulica tissutale o interstiziale (P_i): VN = −7 mmHg.
  • Pressione oncotica tissutale o interstiziale (π_i): varia a seconda del tipo di tessuto; valore medio = 4.5-8 mm Hg.
• Quando ΔP è positivo, si ha filtrazione capillare verso l'interstizio (estremità arteriolare) P_F = (30 + 3) - (28 - 8) = 13 mmHg.
• Quando ΔP è negativo, si ha assorbimento verso il lume vascolare (estremità venulare) P_F = (10 + 3) - (28 - 8) = -7 mmHg.
• Oltre alle forze di Starling, altri fattori contribuiscono a determinare la formazione di liquido interstiziale: permeabilità capillare e riassorbimento mediato dai capillari linfatici.

Regolazione omeostatica della pressione arteriosa

• Riflesso barocettivo: le sedi barocettive sono principalmente due.
  • Seno carotideo → n. del seno o di Hering → ganglio petroso → n. glossofaringeo → NTS.
  • Arco dell’aorta → n. dell’arco aortico o depressore → ganglio nodoso → n. vago → NTS.
  Via del riflesso barocettivo (l’attivazione di una via inibisce l’altra):
  • NTS → Nucleo motore dorsale del vago → Gangli del plesso cardiaco → ↓PA (frequenza FC, forza di contrazione, vasodilatazione) → ↓PA
  • NTS → Nucleo intermedio laterale del midollo → Gangli della catena paravertebrale → ↑PA (frequenza FC, forza di contrazione, vasocostrizione) → ↑PA
• Riflesso chemocettivo: se ↓PO₂, si attivano i chemocettori dei glomi aortici che inducono vasocostrizione.
• Riflesso volocettivo: meccanocettori atriali modificano FC e dunque PA a seconda del riempimento atriale.
• Risposta endocrina: ANP; ADH; SRAA; cortisolo.
• Risposta renale: ↑PA ↓SRAA; ↓PA ↑SRAA.

Cuore

• Impulso cardiaco: NSA (60-100 bpm) → fasci internodali (anteriore o di Bachmann, medio o di Wenckebach, posteriore o di Thorel) → NAV → fascio di His → branca dx e branca sn (→ ramo ant. e ramo post.) → fibre di Purkinje.
• PDA miocardio specifico o di conduzione (da -60 mV a -40 mV):
  • Fase 0 – depolarizzazione lenta (I_f = Na⁺ e Ca²⁺ in)
  • Fase 1 – ascendente (Ca²⁺ in) attraverso canali T (tiny and transient) o LVA (Low Voltage Activated).
  • Fase 2 – spike e PDA (Ca²⁺ in) attraverso canali L (large and lasting) o HVA (High Voltage Activated).
  • Fase 3 – discendente (K⁺ out)
  • Fase 4 – depolarizzazione lenta (I_f = Na⁺ e Ca²⁺ in)
• PDA miocardio comune o di lavoro (da -90 mV a +30 mV):
  • Fase 0 – depolarizzazione rapida (Na⁺ in)
  • Fase 1 – ripolarizzazione lenta (K⁺ out)
  • Fase 2 – plateau e contrazione cardiaca (Ca²⁺ in, da tubuli T e reticolo sarcoplasmatico)
  • Fase 3 – ripolarizzazione rapida (K⁺ out)
  • Fase 4 – ripristino (Na⁺ e Ca²⁺ out, K⁺ in)
• Substrati del tessuto cardiaco: acidi grassi (75%), glucosio (20%), acido lattico (5%).
• Elettrocardiogramma (ECG): registrazione grafica dei potenziali elettrici cardiaci mediante elettrodi metallici. Se l’onda di depolarizzazione si dirige verso il polo positivo si registra una deflessione positiva, se si dirige verso il polo negativo si registra una deflessione negativa, se è perpendicolare all’asse di derivazione, si registra una deflessione bifasica.
• Derivazioni: differenze istantanee di potenziale tra due elettrodi.
  • Derivazioni bipolari standard: si usano 3 coppie di elettrodi, disposte secondo il triangolo di Einthoven, così da definire 3 derivazioni: I o D1 → polso dx e polso sn; II o D2 → polso dx e caviglia sn; III o D3 → polso sn e caviglia sn.
  • Derivazioni unipolari aumentate: si usa la giunzione tra 2 derivazioni bipolari come elettrodo di riferimento. aVF → punto centrale di D1 e caviglia sn; aVR → punto centrale di D3 e polso dx; aVL → punto centrale di D2 e polso sn.
  • Derivazioni precordiali unipolari: si usano 1 elettrodo di riferimento e 6 elettrodi esploranti. V1: 4° spazio intercostale - linea parasternale dx; V2: 4° spazio intercostale - linea parasternale sn; V3: tra V2 e V4; V4: 5° spazio intercostale - linea emiclaveare sn; V5: 5° spazio intercostale - linea ascellare ant. sn; V6: 5° spazio intercostale - linea ascellare med. sn.
  • Derivazioni aggiuntive: V3R, V4R: derivazioni precordiali per esplorare il cuore dx; V7: 5° spazio intercostale - linea ascellare post.; V8: 5° spazio intercostale - linea angolo-scapolare; V9: 5° spazio intercostale - linea paravertebrale.
• Territori esplorati: laterale alta = D1, aVL; laterale bassa = V5, V6; inferiore = aVF, D2, D3; setto = V1, V2; anteriore = V3, V4.
• Tracciato dell'ECG: 1 mm in senso verticale = 0.1 mV; 1 mm in senso orizzontale = 0.04 s (0.5 cm in orizzontale = 0.2 s).
• Calcolo della FC su ECG: 0.2 × 4 (n° quadrati da 0.5 mm tra 2 picchi) = 0.8 s (tempo tra 2 picchi) 60/0.8 = 75 bpm; 60/0.2 = 300 (n° di quadrati su cui l’ECG è registrato in 1 min.) 300/4 (n° quadrati da 0.5 mm tra 2 picchi) = 75 bpm.
• Lettura ECG:
  • Onda P (100-120 ms; < 2.5 mm): depolarizzazione atriale. È positiva in tutte le derivazioni standard e precordiali + aVF e aVL; è negativa in aVR. Può essere bifasica (depolarizzazione RA positiva + depolarizzazione LA negativa) in V1.
  • Segmento PR: tratto isoelettrico compreso tra la fine dell’onda P e l’inizio del complesso QRS (atri depolarizzati).
  • Intervallo PR (120-200 ms): tempo di conduzione atrio-ventricolare. La durata è correlata alla FC.
  • Complesso QRS (100-110 ms; < 35 mm): depolarizzazione ventricolare (+ ripolarizzazione atriale mascherata). La prima deflessione negativa è indicata come Q, la prima deflessione positiva come R (lettere minuscole se il voltaggio è basso). Nelle derivazioni precordiali, QRS è prevalentemente negativo in V1 e V2, bifasico in V3 e V4, positivo in V5 e V6. L’onda R è positiva in tutte le derivazioni standard e negli elettrodi che esplorano il lato sn del torace (V4, V5, V6, aVL, aVF), mentre è negativa negli elettrodi che esplorano il lato dx del torace (V1, V2, V3, aVR).
  • Segmento ST: tratto isoelettrico compreso tra la fine del complesso QRS e l’inizio dell’onda T (ventricoli depolarizzati).
  • Intervallo ST (300 ms): intervallo compreso tra la fine del complesso QRS e la fine dell’onda T.
  • Onda T (180-200 ms): ripolarizzazione ventricolare. È positiva in tutte le derivazioni standard e precordiali + aVF; è negativa in aVR e aVL. È asimmetrica (branca ascendente più lenta).
  • Intervallo QT (350-450 ms): è inversamente proporzionale alla FC (formula di Bazett: QTc = QT/√R-R).
  • Onda U: deflessione con la stessa polarità dell’onda T, non sempre identificabile; aumenta in ampiezza per ipokaliemia.
  • Intervallo RR (800-900 ms): durata di un ciclo cardiaco. Permette di calcolare la frequenza cardiaca.
• Calcolo dell'asse elettrico cardiaco: riportano in DI e DIII i vettori rappresentanti il complesso QRS e si tracciano le perpendicolari; traccia la perpendicolare all’isobifasica (in genere DIII è isobifasico); valuta in quale derivazione il complesso QRS ha ampiezza maggiore.
  • Asse Elettrico Normale (tra -30° e +90°): QRS positivo sia in D1 che in aVF.
  • Deviazione Assiale Sinistra (tra – 30° e – 90°)