Fisiologia umana, parte 2

POTENZIALE D’AZIONE NELLE CELLULE CONTRATTILI

Nel frattempo, la cellula contrattile è a riposo. La cellula contrattile è mononucleata e ha i sarcomeri

e il reticolo sarcoplasmatico che contiene degli ioni Ca, ha anche dei canali per il Na rapidi e dei

canali per il Ca lenti (opposto delle cellule auto-ritmiche, che hanno canali lenti per Na e rapidi per il

Ca). Nell cellula adiacente si era generata una depolarizzazione con ioni Na e ioni Ca dalla parte

interna della membrana. Gli ioni positivi viaggiano attraverso le gap junctions (che sono delle sinapsi

elettriche) e quindi abbiamo delle cariche positive che depolarizzano la membrana adiacente, ossia

della cellula contrattile. Questo piccolo cambiamento di voltaggio permette alla cellula contrattile di

raggiungere il suo valore soglia per il suo potenziale d’azione. Si aprono dei canali rapidi per il Na,

che entra velocemente e la cellula si depolarizza molto velocemente. Poi si aprono più lentamente

dei canali lenti per il Ca qui è il Na che fa insorgere la fase ascendente del potenziale d’azione, ma

→

poi i canali per il Na si chiudono e si aprono tardivamente quelli per il Ca, creando una fase di plateau

del potenziale d’azione (di 100msec). Il Ca che entrato nella cellula, inizia la contrazione cellulare, e

il reticolo sarcoplasmatico rilascia ulteriore Ca per la contrazione del sarcomero cardiaco. Nel

frattempo i canali per il K si aprono e permettono l’uscita del K, e si ha la fase di ripolarizzazione,

sempre aiutata dalle ATPasi Na-K.

L’immagine mostra il profilo del potenziale d’azione nella cellula contrattile.

© Laila Pansera – 57

Ciclo cardiaco

Il ciclo cardiaco include gli eventi legati al flusso di sangue attraverso il cuore durante un battito

completo. Durante il ciclo cardiaco, le valvole cardiache si aprono e si chiudono in risposta a

differenze di pressione generate dall’attività contrattile del cuore. La sequenza logica per cui si

verificano gli eventi del ciclo cardiaco è quella che ci sono degli eventi elettrici nelle cellule auto-

ritmiche, che distribuiscono un segnale di contrazione alle altre parti del tessuto cardiaco (atri e

ventricoli), poi ci sono delle valvole unidirezionali, che si aprono e si chiudono passivamente a

seconda di gradienti di pressione sui lati della valvola.

Le 4 valvole cardiache sono:

- Semilunare polmonare, che collega il ventricolo destro all’arteria polmonare

- Semilunare aortica, che collega il ventricolo sinistro all’aorta

- Atrio-ventricolare destra, detta anche tricuspide

- Atrio-ventricolare sinistra, detta anche mitrale o bicuspide.

© Laila Pansera – 58

Le fasi del ciclo cardiaco sono molto coordinate. Le valvole si aprono e si chiudono in maniera molto

coordinata rispetto al ciclo cardiaco, perché dipendono dall’attività contrattile del cuore.

Le fasi del ciclo cardiaco sono 3:

- Riempimento dei ventricoli: è un riempimento abbastanza passivo tranne nell’ultima fase in cui

c’è la sistole atriale

- Sistole ventricolare, quando gli atri sono riempiti; i ventricoli iniziano a contrarsi e forzano

l’eiezione del sangue nell’unica direzione possibile, ossia in arteria (polmonare o aorta)

- Rilassamento isovolumetrico del ventricolo, finché non non ricomincia il riempimento

ventricolare, ossia finché la pressione ventricolare diventa inferiore alla pressione dell’atrio.

Il cuore fa sistole e diastole: la sistole è la contrazione e la diastole è il rilassamento.

Per il riempimento ventricolare, esso si trova in diastole, ossia è rilassato. Il sangue che arriva dalle

vene cave (superiore e inferiore) fluisce passivamente negli atri, e dagli atri, attraverso le valvole atrio-

ventricolari aperte, passa dentro i ventricoli, dove la pressione è minore (il sangue va sempre secondo

gradiente di pressione). Il ventricolo si sta riempiendo, intanto i canali funny nelle cellule auto-

ritmiche hanno raggiunto la soglia per l’apertura dei canali rapidi per il Ca, quindi le cellule auto-

ritmiche generano un potenziale d’azione che si propaga per le vie interatriali e internodali, quindi si

genera l’onda P dell’ECG, perché entro in sistole atriale: l’atrio si contrae, forzando il sangue

rimanente all’interno dei ventricoli.

A questo punto entriamo nella fase di sistole ventricolare, ossia il ventricolo inizia a contrarsi. La

pressione del ventricolo è inferiore alla pressione dell’atrio che si è appena contratto, ma è anche

inferiore alla pressione dell’arteria polmonare. All’inizio il ventricolo inizia a contrarsi, e la prima cosa

che succede è che la pressione del ventricolo diventa superiore a quella dell’atrio; quindi si chiude la

valvola atrio-ventricolare, ma il ventricolo deve lavorare ancora di più per far aprire la valvola

semilunare. Durante la parte iniziale della sistole quindi tutte le valvole sono chiuse: l’atrio-

ventricolare si è chiusa, ma la semilunare non è ancora aperta, perché la pressione non è ancora

aumentata così tanto. La contrazione si definisce isovolumetrica, perché essendo le valvole tutte

chiuse, e il sangue non va da nessuna parte. Ora il ventricolo riesce ad esprimere una pressione

superiore a quella dell’arteria, quindi le valvole si aprono e inizia la fase di eiezione ventricolare, in

cui il ventricolo si svuota e manda il sangue nell’arteria (espulsione del sangue dal cuore).

La sistole ventricolare (all’ECG si vede come QRS) quindi finisce e inizia il rilassamento

isovolumetrico ventricolare, visto come onda T all’ECG: si ritorna indietro, cioè la pressione del

ventricolo si riduce al di sotto della pressione dell’arteria. C’è un modesto rigurgito di sangue

dall’arteria nel ventricolo, ma subito le semilunari si chiudono il sangue torna indietro chiudendo

→

le valvole semilunari, e i ventricoli sono di nuovo camere chiuse. In questa fase la pressione non è

diventata ancora inferiore rispetto a quella dell’atrio; questo avverrà solo alla fine, e si avrà una nuova

fase di riempimento ventricolare. © Laila Pansera – 59

Quindi l’attività elettrica del cuore causa un’attività contrattile, che fa variare delle pressioni, che fa sì

che cambino i volumi, ossia il flusso di sangue si sposta da una camera all’altra e alle arterie. Quindi

occorre seguire insieme:

- Eventi elettrici

- Variazioni di pressione delle camere cardiache

- Variazioni di flusso.

Il flusso di sangue riflette la variazione di pressione, e la variazione di pressione riflette l’attività di

contrazione e rilassamento del cuore. Il sangue si muove lungo un gradiente di pressione attraverso

ogni apertura disponibile, ossia le valvole, che garantiscono un flusso unidirezionale (se c’è un

malfunzionamento delle valvole, avviene un rigurgito di sangue).

L’immagine unisce un ECG, con i valori pressori di atri, ventricoli e arterie, con il volume ventricolare.

La pressione dell’atrio aumenta subito dopo che c’è stata l’onda P, questo fa sì che ulteriore sangue

entri nel ventricolo. La pressione nel ventricolo aumenta innanzitutto quando aumenta la pressione

dell’atrio (modesto aumento), poi aumenta durate la sistole ventricolare e si riduce durante la

diastole ventricolare. La pressione dell’aorta è normalmente superiore a quella ventricolare, ma

quando la sistole fa sì che la pressione del ventricolo diventi superiore a quella dell’aorta, la pressione

dell’aorta sale, ma non raggiunge il livello di quella del ventricolo questo modesto gradiente di

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pressione tra ventricolo e aorta fa sì che il sangue entri nell’aorta. Quando il ventricolo entra in

diastole, si riduce anche la pressione dell’aorta, ma non più di tanto, perché dopo un po’ si chiude la

valvola semilunare, quindi il sangue resta nell’albero vascolare, non è più nel ventricolo. Così la

pressione del ventricolo si riduce fino a diventare inferiore alla pressione dell’atrio. Quando ciò

avviene, si riapre la valvola atrio-ventricolare, e si genera un altro ciclo.

Il volume del sangue nel ventricolo aumenta quando c’è l’onda P dell’ECG e quando aumenta la

pressione nell’atrio, quindi di conseguenza aumenta la pressione ventricolare e aumenta il volume

ventricolare. Siamo giunti al massimo volume ventricolare (circa 120mL); esso è detto volume

telediastolico, ed è il volume che si ha al termine di una diastole. Dopodiché il ventricolo comincia

a contrarsi, e siamo al QRS. Il volume del ventricolo non cambia subito, ma resta sempre lo stesso

man mano che la pressione del ventricolo sale, e inizia a ridursi drasticamente quando il sangue esce

in aorta, in quanto la pressione del ventricolo è superiore a quella dell’aorta (si inverte il gradiente).

Il ventricolo comincia quindi a svuotarsi, e smette di svuotarsi quando raggiunge il volume

telesistolico, 50mL. Quindi durante la breve fase eiettiva, il volume del ventricolo si riduce dal

volume telediastolico a quello telesistolico. Il volume di eiezione, ossia quello che il cuore è

effettivamente capace di trasferire dal ventricolo all’arteria, è la differenza tra il volume telediastolico

e quello telesistolico, ossia 70mL. Per un certo periodo il volume resta a livello del volume

© Laila Pansera – 60

telesistolico, anche se il ventricolo è entrato in diastole, perché si tratta di un rilassamento

isovolumetrico, in quanto la pressione si è già ridotta al di sotto della pressione aortica, la valvola

aortica si è chiusa, ma nulla entra, finché la pressione del ventricolo si è ridotta al di sotto della

pressione atriale. E la pressione atriale pian piano aumenta, perché il sangue comincia ad arrivare;

quando la pressione ventricolare scende al di sotto della atriale, si riapre la valvola atrio-ventricolare,

e il sangue ricomincia a riempire il ventricolo fino a un livello di plateau, ma c’è un ulteriore

riempimento di ventricolo quando la pressione dell’atrio sale, grazie alla sistole atriale (onda P).

Gittata cardiaca

La gittata cardiaca è la quantità di sangue pompata da un ventricolo in un minuto. Il cuore deve

garantire una gittata cardiaca, ossia una quantità di sangue che si adatti alle necessità dell’organismo.

Il mantenimento della gittata cardiaca è vitale per l’organismo, e quando non si riesce a mantenere

la gittata cardiaca adeguata, ci si sente svenire, o si vede tutto nero. Il medico sospetta la stenosi

aortica nel paziente (valvola aortica troppo ristretta), se il paziente ha una sincope sotto sforzo il

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cuore risponde normalmente allo sforzo, ossia