Fisiologia umana completa

Fisiologia cardiovascolare

Le cellule del cuore si chiamano cardiomiociti, sono molto simili alle cellule del muscolo scheletrico (sono anche esse striate). Le varie striature si chiamano disco intercalare. Il disco intercalare è l’unione tra tutti i cardiomiociti. La connessione di queste cellule è una connessione sia elettrica sia meccanica. Le cellule unite, funzionano come una grande cellula: questa è la definizione di sincizio. Le connessioni sono favorite dalle gap junction (favoriscono la connessione elettrica che permette il passaggio da una cellula ad un’altra).

Oltre alle gap junction abbiamo anche le giunzioni strette (favoriscono la trasmissione meccanica che permette che la contrazione sia trasmessa alla cellula seguente) permettono l’unione delle due cellule tra di loro. Questa unione è favorita anche dai desmosomi (giunzione di natura proteica e dona al tessuto resistenza alla trazione e traumi fisici).

Tipi di miocardio

• Miocardio specifico: composto da cellule che si dicono autoritmiche: cellule in grado di generare un potenziale d’azione (e quindi di contrarsi autonomamente) ovvero le cellule pacemaker. Queste cellule si trovano a livello dell’atrio destro, in corrispondenza del nodo seno-atriale. Queste cellule hanno un’elevata capacità di generare potenziale d’azione, ma anche una bassa conduttività e contrattilità (basso sviluppo di forza). Il loro compito non è di produrre forza di auto generarsi.
• Inoltre nel nodo atrio ventricolare ci sono altre cellule autoritmiche che permettono al cuore di eccitarsi e contrarsi nel caso in cui il nodo seno-atriale abbia un danno e non funzioni. Il potenziale d’azione del nodo seno-atriale ha una frequenza di scarica dai 90-100 ogni minuto. Il potenziale arriva all’atrio di sinistra e poi al nodo atrio ventricolare e poi ai fasci di His e fibre di Purkinje. Successivamente arriva al miocardio di lavoro, che permette la contrazione.

ECG: misura gli eventi elettrici dei diversi potenziali d’azione che si generano nel miocardio quindi dal nodo seno atriale al miocardio ventricolare. C’è un ritardo temporale.

L’ECG evidenzia una prima onda, ovvero la depolarizzazione degli atrii (onda P). Successivamente c’è un’onda piatta in cui c’è un ritardo nodale (passaggio del potenziale d’azione P.A. dal nodo seno atriale al miocardio ventricolare). Una volta che P.A. è arrivato a livello dei ventricoli abbiamo 3 curve: Q (quando l’onda va verso il basso) R (quando l’onda va verso l’alto) S (quando va verso il basso di nuovo). QRS rappresenta la depolarizzazione dei ventricoli. Successivamente c’è anche l’onda T che evidenzia la ripolarizzazione dei ventricoli. La ripolarizzazione degli atrii non appare poiché sovrastata dalla depolarizzazione dei ventricoli perché la massa ventricolare è maggiore di quella atriale, mostra un P.A. più ampio e copre la ripolarizzazione atriale.

Origine dell’impulso elettrico

Origine dell’impulso elettrico (cellule pacemaker): L’impulso elettrico origina dal nodo seno atriale ed è diviso in 3 parti:

• Prepotenziale: il potenziale di membrana si trova a -60mV. Quando il potenziale di membrana raggiunge i -40mV si scatena il potenziale d’azione. Questa depolarizzazione è data dall’entrata del sodio dentro la cellula per mezzo dei canali funny. Dai canali funny si attivano i canali T del calcio. Quando si arriva a -40mV si aprono i canali del calcio e si ha una depolarizzazione. Arrivati a 0mV si inattivano i canali del calcio e si attivano i canali del potassio, poi si ritorna a -60mV dove si chiudono i canali del potassio e si attivano quelli del sodio e così via.

Miocardio comune: il potenziale d’azione parte da -90mV. Questa fase si dice depolarizzazione rapida, poiché si ha uno stimolo che porta rapidamente il potenziale a -70mV. Quando si raggiunge i -70mV si raggiunge il potenziale di soglia per l’attivazione dei canali del sodio. Raggiunti i +30mV termina questa fase e inizia la ripolarizzazione in cui si inattivano i canali del sodio e si aprono quelli del potassio. Dopodiché i canali del potassio si chiudono e si aprono quelli del calcio (solo i canali a porta lenta). La lentezza del calcio determina la fase di plateau del potenziale, ovvero in cui il potenziale si trova vicino agli 0mV e rimane stabile. Dopodiché si ha la fase della ripolarizzazione completa dove vengono inattivati i canali a porta lenta del calcio e vengono attivati i canali lenti del calcio, e quindi si ha un efflusso di potassio dall’interno all’esterno rendendo il dentro più negativo. Nella fase finale di riposo le correnti di sodio e potassio tornano in equilibrio.

Relazioni temporali

Ci permettono di conoscere la latenza (periodo in cui non ci può essere un potenziale).

Effetti della durata del potenziale d’azione:

• Non tetanizzabilità: la corrispondenza temporale tra evento meccanico e potenziale d’azione fa sì che il miocardio sia refrattario per tutta la sistole, e quindi le sistole non possano sommarsi.
• Modulazione della forza: l’ingresso di calcio durante il plateau aumenta il calcio disponibile, potenziando la contrazione.

La fibra muscolare miocardica ha una diade: una cisterna e un tubulo a T. Una fibra scheletrica ha una triade: 2 cisterne e un tubulo a T. La contrazione cessa quando il calcio viene riassorbito. Le differenze tra il muscolo miocardico e quello scheletrico sono: il tubulo a T non è al centro del sarcomero ma sulle linee z, ha una diade e il calcio viene stimolato anche dal calcio dei canali che si trovano nella membrana sarcoplasmatica.

Ciclo cardiaco

L’attività meccanica del cuore è ciclica, costituita da eventi ciclici. Consiste nella successione dell’attività ritmica del cuore, ovvero una sequenza di contrazione e rilassamento. Un ciclo cardiaco ha la durata di un battito. Si può definire ciclo cardiaco sia per il cuore destro, sia per il sinistro, le fasi sono le stesse e l’unica cosa che differenzia è che nel cuore destro si generano pressioni molto minori. Il calcio che consente la contrazione nel muscolo cardiaco è il minore possibile. A riposo nel citosol è presente la minima quantità indispensabile di calcio uscente dalle cisterne perché la forza sviluppata dal cuore a riposo per tutta la vita dell’umano è minima in modo da durare il più a lungo possibile.

Fasi del ciclo cardiaco

1. Presistole o sistole atriale: Poco prima della sistole atriale il ventricolo si è già in parte riempito di sangue (per il ritorno venoso del sangue al cuore), l’atrio è pieno e la valvola è parzialmente aperta. Il sangue inizia a cadere. Durante la sistole l’atrio si contrae, la valvola atrio ventricolare si apre del tutto e il ventricolo si riempie. L’aorta non sta ricevendo sangue perché la pressione del sangue del ventricolo è ancora troppo bassa, anzi si sta continuando a svuotare calando la sua pressione ulteriormente.
2. Sistole ventricolare isometrica: Dopo la presistole i ventricoli sono pieni di sangue. Questo comporta l’aumento di pressione a livello dei ventricoli. Questo aumento di pressione diventa sempre maggiore rispetto a quelli negli altri atrii e comporta la chiusura della valvola atrio-ventricolare e il sangue non torna più nell’atrio. Arriverà il momento dove la forza sviluppata dal ventricolo supererà quella nell’arteria, e ciò comporterà l’apertura delle valvole semilunari, e inizia la fase della sistole ventricolare isotonica. Qui avverrà l’eiezione del sangue, che si chiama gittata sistolica (= quantità di sangue che viene iniettata al cuore ad ogni sistole). Si riduce il 60% del sangue del ventricolo. Tuttavia questa fase finisce e quindi la forza sviluppata dal ventricolo si riduce e il peso del sangue contenuto nell’arteria inizierà a gravare sulla valvola semilunare, comportando la sua chiusura.
3. Diastole ventricolare isometrica: Si ha un rilassamento del ventricolo dato dalla diminuzione della pressione ventricolare. La pressione del ventricolo è ancora superiore a quella dell’atrio, quindi le valvole atrio ventricolari sono chiuse. La pressione aortica (dato che l’aorta non riceve più sangue) comincia a distribuire il sangue rimasto al suo interno verso la periferia. Quando le valvole semilunare si chiudono, il sangue tenderebbe a tornare al ventricolo, ma essendo valvole a nido di rondine, il sangue rientra nei sacchetti che formano le valvole riempendoli e determinando le vibrazioni dei lembi della valvola con aumento della pressione aortica. Il procedimento si ripete finché la pressione del ventricolo diventa più bassa di quella dell’atrio e si apre la valvola atrio ventricolare e il sangue passa dall’atrio al ventricolo.

Le valvole cardiache sono 2 valvole atrioventricolari (mitrale e tricuspide) poste tra atri e ventricoli e 2 valvole semilunari (aortica e polmonare) poste tra i ventricoli e le arterie. La loro funzione consiste nell’assicurare che durante il ciclo cardiaco il flusso del sangue nel cuore proceda in un’unica direzione, quella stabilita dal gradiente pressorio. Si aprono e si chiudono passivamente in base alla spinta del sangue. I toni cardiaci rappresentano i rumori del cuore. I toni sono 4 ma quelli che si sentono sono principalmente il tono 1 e 2. Tono 1: chiusura valvola mitrale. Tono 2: chiusura valvola semilunare aortica.

Sistema vasale

La piccola circolazione è il circuito di vasi che parte dal ventricolo destro del cuore, si capillarizza a livello degli alveoli e torna al cuore nell’atrio sinistro tramite le vene polmonari che trasportano il sangue ossigenato. La piccola circolazione offre resistenze al sangue minori rispetto alla grande circolazione perché il cuore destro è sia più debole e ha anche pareti più sottili. Il sangue venoso parte dall’atrio destro del cuore e viene spinto nel ventricolo destro e da qui nell’arteria polmonare che lo porta ai polmoni. Nella piccola circolazione vene e arterie trasportano sangue rispettivamente arterioso e venoso.

La grande circolazione invia il sangue già ossigenato per mezzo della piccola circolazione e ricco di sostanze nutritive a tutti i tessuti. Dall’atrio sinistro del cuore il sangue viene spinto al ventricolo tramite una contrazione detta sistole, nell’aorta e poi in tutto il corpo. Si porta prima alle pareti intestinali dove si arricchisce anche delle sostanze nutritive. Dall’aorta addominale il sangue viene indirizzato verso l’apparato escretore dove viene filtrato dai reni e infine per mezzo della vena cava inferiore torna al cuore all’atrio destro, passa poi nel ventricolo destro e da esso viene spinto con una sistole verso i polmoni iniziando una nuova piccola circolazione.

Il sistema circolatorio è l’insieme ordinato di vasi destinati a portare il sangue dal cuore ai vari organi e tessuti e riportarlo nel cuore. È organizzato in distretti circolatori (paralleli tra loro) e ciascun distretto a sua volta è formato da arterie (vasi ematici di distribuzione), capillari (vasi di scambio) e vene (vasi di raccolta). Perché il sangue scorra nei vasi è necessario vincere delle resistenze, per cui è necessario mantenere elevata la differenza di pressione.

Caratteristiche delle arterie

• Arterie: riserva di pressione. Le arterie più vicine al cuore hanno un diametro più elevato rispetto a quelle più lontane e sono elastiche o muscolari a seconda del tipo di tessuto delle loro pareti.
• Le arterie elastiche: aorta, arterie di grosso calibro trasportano il sangue verso i capillari, lontano dal cuore.
• Le arterie muscolari: arteriole, sono un condotto di passaggio, regolano la pressione arteriosa. La loro pressione oscilla da 80 (ventricolo rilassato) a 120 mmHg (ventricolo contratto). Il valore 80mmHg dipende dall’elasticità delle pareti e dalla facilità con cui il sangue lascia le grosse arterie elastiche. Il valore 120 mmHg dipende dalla forza con cui il sangue entra nell’aorta e dall’elasticità delle pareti (minore elasticità = maggiore pressione).

Arteriole: regolatori della resistenza. Dotati di un’elevata muscolatura liscia che li consente di contrarsi e dilatarsi e quindi aumentare o diminuire la quantità di sangue che deve irrorare in un organo.

Capillari

I capillari permettono il passaggio di acqua, nutrienti e gas. Permettono scambi gassosi a livello polmonare e periferico. Nutrimento ai vari organi. All’inizio di ognuno di essi sono presenti degli anelli di muscolatura liscia, chiamati sfinteri pre-capillari che contraendosi non permettono l’entrata del sangue. Gli sfinteri pre-capillari sono regolati da ossigeno e anidride carbonica: ogni tessuto usa l’ossigeno come nutrimento e se i capillari sono chiusi tenderà ad accumulare anidride carbonica. Questa condizione tenderà a far rilassare gli sfinteri e aumenterà il sangue che inizierà a scorrere dato che gli sfinteri si apriranno (con l’accumulo di CO₂ si aprono e con l’accumulo di O₂ si chiudono).

Vene: riportano il sangue al cuore, elevata distensibilità e contengono più della metà del sangue. I fattori che influenzano la resistenza del flusso sono: viscosità (difficoltà che un fluido incontra nel suo percorso. In un flusso laminare essa è data dalla somma degli attriti che le varie lamine incontrano nello scorrere l’una rispetto all’altra), diametro e lunghezza (più lungo più resiste). La viscosità del sangue è 4 e la lunghezza dei vasi nell’adulto è costante, quindi cambia sono il calibro e la pressione. Le arterie dirigono il sangue fuori da cuore e le vene al cuore.

Pressioni interne ed esterne ai capillari

Pressione idrostatica capillare: è la pressione che spinge il sangue ad uscire dal capillare = pressione di filtrazione (35 mmHg all’inizio del capillare e 15 mmHg alla fine).

Pressione oncotica del plasma: è la pressione esercitata dalle proteine plasmatiche che attirano acqua dall’esterno verso l’interstizio, attraverso l’osmosi. = pressione di riassorbimento (0 mmHg).

Pressione idrostatica del liquido interstiziale: tende a spingere il liquido all’interno del capillare = pressione di riassorbimento (28 mmHg).

Pressione oncotica del liquido interstiziale: tende a far fuoriuscire l’acqua dal capillare = pressione di filtrazione (3 mmHg). L’interstizio è la zona di collegamento cellule-capillare.

Scambi capillari

Capillare in sezione: è talmente piccolo che contiene una sola fila di globuli rossi, non ci sono cellule muscolari lisce.

• Pinocitosi: metodo di trasporto di sostanze che usa vescicole. Riguarda sostanze di dimensioni maggiori come proteine, che vengono inglobate in queste vescicole e attraversano le cellule endoteliali.
• Diffusione: processo fisico per cui le molecole attraversano tramite qualcosa (in questo caso la parete dei capillari). Riguarda i gas (ossigeno e CO₂).
• Flusso di massa: acqua del plasma e soluti disciolti. Consiste nel movimento del fluido. Questo flusso si può muovere fuori dal capillare (filtrazione) o rientra nel capillare (riassorbimento).

Meccanismo del ritorno venoso

Gradiente pressorio: Differenza di pressione tra la pressione che si ha all’inizio delle vene (15 mmHg) e quella che si trova negli atri (0 mmHg).

Presenza di valvole unidirezionali: Sono valvole che si trovano dentro le vene e che si oppongono alla ricaduta del sangue in quale rimane all’interno dei sacchetti formati dalle valvole stesse.

Pompa muscolare scheletrica: La contrazione dei muscoli comprime le vene permettendo al sangue di andare verso l’alto.

Depressione toracica durante l’inspirazione: Determinata dal gradiente pressorio che si genera tra torace e addome. Quando inspiriamo, aumento il volume della gabbia con ampliamento delle coste e abbassamento diaframma, che abbassandosi va a ridurre il volume dell’addome. La compressione aumenta la pressione che determina un gradiente pressorio che spinge il sangue verso l’alto.

Venocostrizione da ortosimpatico: Riduce il diametro delle vene schiacciandole in modo da spingere il sangue in direzione del cuore.

Oltre alla pressione idraulica all’interno dei vasi esiste anche la pressione idrostatica, generata dalla forza di gravità. Questa pressione determina diverse pressioni all’interno dei vasi e aumenta man mano che ci portiamo dal cuore ai piedi e cambia se noi siamo in piedi o sdraiati. Quando si ha un abbassamento di pressione, questo abbassamento si ripercuote sulla parte alta e quindi sul cervello. Il nostro corpo agisce con lo svenimento e di conseguenza ci fa assumere una posizione supina in cui si equilibra la pressione idrostatica. Così facendo arriva il sangue al cervello. Quando siamo in piedi abbiamo una riduzione del flusso del ritorno venoso al cuore, riduzione della pressione dei vasi nella testa e aumento della filtrazione capillare nelle gambe.

Pressione arteriosa

Nasce dall’equilibrio tra la quantità di sangue che entra nelle arterie e la quantità di sangue che esce. È la pressione del sangue arterioso misurata a livello del cuore. È la forza propulsiva necessaria per spingere il sangue alla periferia e origina dalla pressione generata dalla contrazione del ventricolo.

I fattori che determinano la pressione arteriosa sono 2: fisici e fisiologici.

• Fisici: relativi alle caratteristiche del fluido ovvero il suo volume e la sua complianza (capacità che hanno i vasi sanguigni di dilatarsi elasticamente sotto effetto della pressione del sangue).
• Fisiologici: sono la gittata cardiaca e le resistenze periferiche totali.

Queste 2 variabili vanno ad influenzare direttamente il polso pressorio che è la differenza tra pressione arteriosa sistolica e pressione arteriosa diastolica. La differenza è che la modificazione del polso pressorio avviene nell ...