Pompa cardiaca

Pompa cardiaca

Il cuore è una pompa, cioè è un organo che poiché è costituito dal muscolo cardiaco compie un lavoro meccanico. Da un punto di vista istologico il cuore è costituito da muscolo cardiaco. In toto, il cuore è un organo costituito da una parte elettrica e da una parte muscolare. La parte elettrica è quell’elemento che fa funzionare la parte muscolare e quindi la parte elettrica è imprescindibile dal funzionamento del cuore come pompa.

Il cuore, proprio perché pompa, va incontro a cicli di sistole e di diastole, cioè a cicli di contrazione e rilassamento perché è un muscolo cardiaco. Il grafico è un sistema di assi cartesiani in cui sull’asse delle y è riportato lo sviluppo di tensione o pressione ventricolare. Per sviluppo di tensione si intende dire che i cardiomiociti atriali e ventricolari di lavoro che costituiscono il cuore danno luogo al ciclo dei ponti trasversali sviluppando forza. Quindi, il muscolo cardiaco, grazie al ciclo dei ponti trasversali, sviluppa forza e quindi tensione.

Per pressione ventricolare si intende dire che il cuore è costituito da quattro cavità, due superiori che sono gli atri e due inferiori che sono i ventricoli, e il volume, ovvero la parete di queste cavità, è costituito dal muscolo. Quindi, quando il cuore dà origine a cicli di contrazione e rilassamento, in realtà alla cavità che il muscolo delimita, succede che la tensione sviluppata durante i cicli di contrazione del muscolo si trasduce in lavoro che serve a provocare variazioni della pressione delle camere cardiache. Quindi, mettere sull’asse delle y la tensione o forza del muscolo con la pressione delle camere cardiache è la stessa cosa o comunque sono due cose sovrapponibili.

Possiamo fare il parallelismo con il muscolo scheletrico in quanto il muscolo scheletrico quando si contrae produce tensione, forza per sollevare un peso che può essere il peso delle ossa oppure il peso di un oggetto che devo sollevare. Quindi, la forza nel muscolo scheletrico serve a sollevare, a spostare un peso. Nel caso del cuore, la forza sviluppata dal muscolo cardiaco non serve a sollevare il peso ma ad aumentare la pressione del sangue che si trova nelle camere cardiache. Ecco perché sull’asse delle y è riportato lo sviluppo di tensione che è uguale alla pressione ventricolare.

Studio del cuore

Nello studio del cuore si prende in considerazione soprattutto la pressione del sangue a livello ventricolare. Questo perché a livello dei ventricoli il valore di pressione è molto più marcato rispetto al valore di pressione degli atri. In linea generale, possiamo dire che la pressione sviluppata dal muscolo cardiaco serve a far variare la pressione del sangue che si trova nelle camere cardiache, in particolare a far variare la pressione del sangue che si trova nei ventricoli, in particolare nel ventricolo sinistro perché il ventricolo sinistro pompa il sangue nell’aorta, ossia nella circolazione sistemica.

Sull’asse delle x è riportata la lunghezza iniziale della fibra miocardica. Questo indica il fatto che la forza sviluppata dalle fibrocellule muscolari cardiache dipende dalla lunghezza delle fibre stesse. Ma la lunghezza della fibra miocardica e quindi delle fibrocellule muscolari cardiache è correlata al volume ventricolare, cioè al volume di sangue che il ventricolo può ospitare alla fine della diastole.

Quindi, nel grafico è riportato lo sviluppo di forza o l’aumento della pressione all’interno del ventricolo durante la sistole. L’andamento è un aumento repentino della forza, ossia della pressione ventricolare, fino al raggiungimento di un valore massimo che si ha quando la lunghezza della fibra miocardica aumenta (perché io mi muovo verso destra lungo l’asse delle x), ossia quando aumenta il volume ventricolare telediastolico. Questa espressione indica il massimo volume di sangue che il ventricolo può ospitare. Massimo perché il ventricolo, quando è rilassato, possiede la massima capacità di ospitare il sangue rispetto a quando è contratto, dove il volume di sangue che può ospitare è inferiore.

Nel grafico è riportata anche la curva diastolica in cui notiamo che, anche quando il muscolo cardiaco è in fase di rilassamento, comunque viene sviluppata una certa forza, tensione. Questo significa che, anche quando il muscolo cardiaco è nella fase di rilassamento, la pressione del sangue nelle camere ventricolari non è zero ma ha un valore diastolico che, per essere mantenuto, è necessario che il muscolo cardiaco sviluppi una determinata forza.

Precarico e postcarico

Nel muscolo cardiaco non possiamo parlare di carico applicato al muscolo in quanto in questo caso non stiamo parlando del muscolo scheletrico al quale applico un peso da sollevare. In questo caso, la tensione serve a far variare la pressione del sangue in maniera tale che questo venga eiettato. Quindi, nel caso del cuore la contrazione è influenzata dal precarico PRC e dal postcarico POC.

Il precarico è la forza che provoca lo stiramento delle fibre muscolari quando le camere cardiache, in particolare le camere ventricolari, sono piene di sangue. In altre parole, con il termine precarico si intende la forza esercitata dal sangue quando il ventricolo è pieno di sangue. Invece, il postcarico è la forza che il muscolo cardiaco deve sviluppare contraendosi per eiettare il sangue che è presente nel ventricolo o nell’aorta oppure nell’arteria polmonare.

Nel caso del muscolo cardiaco non si parla di carico ma di precarico e di postcarico, intendendo con questi due termini la forza che viene esercitata o per stiramento quando il muscolo è rilassato e quindi ospita il sangue oppure alla forza che il cuore sviluppa contraendosi per eiettare il sangue.

Ciclo cardiaco

Le varie fasi di funzionamento della pompa cardiaca vanno sotto il nome di ciclo cardiaco. Il cuore è costituito da quattro camere: atrio destro e sinistro e ventricolo destro e sinistro. L’atrio destro comunica con il ventricolo destro e l’atrio sinistro comunica con il ventricolo sinistro. La parte destra non comunica con la parte sinistra del cuore. Le singole fasi del ciclo cardiaco che sto per descrivere le ricondurrò al ventricolo sinistro, ma in realtà queste stesse fasi possono essere applicate anche al ventricolo destro, ma con delle eccezioni che dirò di seguito.

La prima fase, detta diastole ventricolare, è la fase in cui il ventricolo è nella fase di rilassamento e quindi si sta riempiendo di sangue proveniente dall’atrio sinistro in quanto la valvola atrio-ventricolare è aperta. Quindi, il 65-70% di sangue, grazie alla forza di gravità, cade dall’atrio sinistro al ventricolo sinistro. In questa situazione però il ventricolo non è ancora completamente pieno. Per riempirsi totalmente è necessario che l’atrio sinistro vada in contrazione. Infatti, quando l’atrio sinistro va in contrazione, la tensione sviluppata dal muscolo atriale fa aumentare la pressione del sangue che si trova ancora nell’atrio sinistro e quindi il sangue ha la forza per passare dall’atrio nel ventricolo.

Perché il restante 30% di sangue ha bisogno che l’atrio vada incontro a contrazione affinché il sangue possa passare dall’atrio al ventricolo? Perché durante la fase diastolica il ventricolo si è riempito di sangue al 70%, quindi la pressione del sangue nel ventricolo sinistro non è più bassa, ma è la pressione di un liquido (sangue) che è al 70% del suo riempimento e quindi all’altro liquido che deve scendere oppone una certa resistenza. Quindi, questa resistenza viene vinta dal fatto che il 30% circa del sangue che deve passare dall’atrio sinistro al ventricolo sinistro viene aumentata la pressione grazie alla contrazione atriale per cui quel volume residuo di sangue può essere ospitato dal ventricolo. Quindi, è una questione di pressioni in quanto un recipiente che si riempie di un liquido aumenta la sua pressione.

Alla fine della prima fase, ossia della diastole ventricolare, succede che l’atrio sinistro si è svuotato, il ventricolo sinistro si è riempito di sangue che ha una determinata pressione e questa pressione è sicuramente maggiore della pressione atriale. Per cui, questa differenza pressoria induce la chiusura delle valvole atrio-ventricolari.

La seconda fase, detta contrazione isovolumetrica oppure sistole isovolumetrica, è la fase in cui il muscolo del ventricolo sinistro va incontro a contrazione, quindi a sistole. Ma questa sistole isovolumetrica è una contrazione in cui le valvole atrioventricolari sono chiuse ed è chiusa anche la valvola aortica. Quindi, è una contrazione in cui avviene il ciclo dei ponti trasversali perché al muscolo del ventricolo sinistro sta arrivando il potenziale d’azione, quindi sta comandando la contrazione ma è una contrazione che avviene a volume costante paragonabile alla contrazione isometrica del muscolo scheletrico in cui avviene la contrazione ma la lunghezza del muscolo non varia.

La contrazione isovolumetrica ha il significato di far aumentare la pressione ventricolare e quindi la pressione del sangue che si trova nel ventricolo sinistro. Questo perché avviene una contrazione, quindi avviene il ciclo dei ponti trasversali, c’è sviluppo di tensione e questa tensione prodotta dal muscolo viene data al sangue che aumenta la sua pressione. Le molecole di un fluido gassoso-liquido si muovono: quelle del gas in tutte le direzioni, quelle del fluido in alcune direzioni. Questa velocità di movimento è animata dai moti browniani che dipendono dall’energia potenziale di cui tutte le molecole sono dotate. Quindi, durante la contrazione isovolumetrica, la tensione sviluppata dal muscolo che si sta contraendo in maniera isovolumetrica, ovvero senza variazione di volume, viene commutata, ceduta, alle molecole di sangue ed il loro moti browniano, ovvero il loro movimento casuale, aumenta, si muovono più velocemente. Ma se si muovono più velocemente perché i moti browniani aumentano, questo nel caso di un fluido si può vedere in maniera tangibile perché si realizza un aumento della pressione.

La contrazione isovolumetrica ha il significato di far aumentare la pressione del ventricolo sinistro e quindi del sangue che si trova nel ventricolo sinistro. Alla seconda fase segue la terza fase che è una fase di sistole perché il muscolo continua a contrarsi ma nella quale si realizza l’eiezione ventricolare.

Eiezione ventricolare significa che la pressione ventricolare aumentata durante la fase di sistole isovolumetrica è tale per cui opera un’apertura della valvola aortica (dato che stiamo facendo riferimento al ventricolo sinistro). Quindi, il sangue dal ventricolo viene eiettato nell’aorta. Però, se la prima parte dell’eiezione avviene perché la pressione del sangue del ventricolo sinistro è più alta rispetto a quella dell’aorta, il processo di eiezione può andare avanti solo se la contrazione del ventricolo sinistro continua. Quindi, durante la fase assistiamo ad una contrazione del muscolo ventricolare in condizioni che sono paragonabili alla contrazione isotonica del muscolo scheletrico.

Nella fase di eiezione ventricolare, il muscolo ventricolare si sta contraendo e la tensione che si sviluppa durante questa contrazione serve a pompare ulteriormente il sangue che passa nell’aorta ed è quindi paragonabile alla contrazione isotonica del muscolo scheletrico. Alla fine della terza fase, abbiamo che il ventricolo sinistro termina la sua fase di sistole ed entra in diastole. La fase diastolica e quindi la fase quattro viene indicata come fase di rilassamento isovolumetrico o diastole isovolumetrica. Il ventricolo sinistro ha pompato il sangue nell’aorta, quindi la pressione dell’aorta alla fine della sistole ha un valore maggiore rispetto alla pressione del ventricolo che si è svuotato, non totalmente ma parzialmente. Questa differenza pressoria, più alta nell’aorta e più bassa nel ventricolo, fa sì che la valvola aortica si chiuda.

Quindi, nella fase quattro, in cui il ventricolo sinistro si è svuotato di sangue, in cui la valvola aortica si è appena chiusa e quella atrioventricolare...