Regolazione Cardiaca e Forza-Lunghezza (Fisiologia 22)

Regolazione Estrinseca della Gittata Cardiaca: Il Ruolo della Conttrattilità

• L'obiettivo è comprendere come la capacità del ventricolo di generare forza a un dato volume di riempimento influenzi la gittata cardiaca (volume di sangue eiettato ad ogni battito).

Relazione Forza-Lunghezza nel Miocardio

• Analogia con il muscolo scheletrico: i concetti della meccanica muscolare valgono anche per il miocardio.
• Parametri cardiovascolari: il volume telediastolico (volume di sangue nel ventricolo prima della contrazione) è il parametro equivalente alla lunghezza delle fibre muscolari. La pressione intraventricolare è analoga alla tensione.
• Relazione Forza-Lunghezza: nel miocardio, come nel muscolo scheletrico, esiste una lunghezza ottimale per la massima forza isometrica (forza sviluppata senza accorciamento)
• Precarico: il volume telediastolico determina la lunghezza iniziale del muscolo.

Relazione Pressione-Volume nel Ventricolo

• Forza Isometrica: all'aumentare del volume telediastolico, aumenta la forza (pressione) sviluppata dal ventricolo durante la sistole.
• Pressione Passiva: la pressione iniziale della sistole è analoga alla tensione passiva di un muscolo scheletrico stirato.
• Pressione Attiva: la pressione sviluppata durante la sistole è analoga alla tensione attiva.
• Tensione Totale: la somma della pressione passiva e attiva è analoga alla tensione totale.

Contrazione Isovolumtrica e il Diagramma Pressione-Volume

• Contrazione Isovolumtrica: in una condizione ipotetica senza eiezione di sangue, la pressione aumenta progressivamente all'aumentare del precarico (volume telediastolico).
• Massima Pressione: il miocardio raggiunge la pressione massima in condizioni isometriche.
• Diagramma Pressione-Volume: il diagramma ottenuto in condizioni isovolumetriche rappresenta un involucro che contiene tutti i cicli cardiaci reali.

Analogia con la Contrazione Isotonica nel Muscolo Scheletrico

• Contrazione Isotonica: il muscolo si accorcia dopo aver raggiunto una forza uguale al carico.
• Relazione Forza-Lunghezza: la massima forza isometrica a diverse lunghezze definisce un involucro o curva limite.
• Accorciamento: se il carico è inferiore alla forza massima, si accorcia fino a quando la forza isometrica eguaglia il carico.

Effetto della Contrattilità sul Diagramma Pressione-Volume

• Aumento della Contrattilità: l'aumento della contrattilità si traduce in un'espansione dell'involucro della relazione forza-lunghezza.
• Applicazione al Cuore: l'aumento della contrattilità è mediato da fattori inotropi positivi (come la stimolazione simpatica).
• Nuovo Involucro: spostamento della relazione pressione-volume verso l'alto, aumentando l'accorciamento delle fibre ventricolari e il volume di eiezione.

Riassunto Finale e Chiarezza sul Ciclo Cardiaco

• Ciclo Cardiaco Normale: inizia con un certo volume telediastolico e post-carico. La contrazione porta a raggiungere la pressione del post-carico, aprendo la valvola e consentendo l'eiezione.
• Aumento della Contrattilità: aumenta la pressione generata per ogni volume telediastolico, determinando un maggiore volume di eiezione.

La Curva dei Massimi Isometrici: Un Indice di Contrattilità

• Branca Ascendente della Relazione Pressione-Volume: la curva dei massimi isometrici corrisponde alla branca ascendente della relazione pressione isometrica/volume ventricolare.
• Massima Pressione a Vari Volumi: questa curva indica la massima pressione isometrica generata dal ventricolo a diversi volumi telediastolici.
• Indice di Contrattilità: la curva dei massimi isometrici è un indicatore della capacità contrattile del miocardio.

Come Ottenere la Curva dei Massimi Isometrici

• Difficoltà Sperimentale: non è possibile ottenere direttamente la curva, si utilizza un metodo indiretto.
• Utilizzo del Diagramma Pressione-Volume: la curva dei massimi isometrici passa per il punto finale della sistole (volume telesistolico e pressione telesistolica).

Controllo Nervoso del Volume d'Eiezione

• Effetto Inotropo Positivo: la stimolazione ortosimpatica aumenta la forza e la velocità di accorciamento delle fibre ventricolari.
• Velocità di Accorciamento: nel cuore, la velocità di accorciamento è modificabile grazie alla stimolazione ortosimpatica.
• Aumento della Velocità di Sviluppo della Pressione: l'effetto della noradrenalina aumenta la velocità di sviluppo della pressione ventricolare durante la sistole.

Altri Indici di Contrattilità

• Curve di Starling: (trattate separatamente, in relazione alla regolazione intrinseca).
• Pendenza della Retta dei Massimi Isometrici (già descritta in precedenza).
• Massima Velocità di Salita della Pressione Ventricolare.
• Massima Velocità di Salita della Pressione Arteriosa.
• Frazione di Eiezione: percentuale del volume telediastolico eiettato.

Regolazione Ormonale della Funzione Cardiaca

• Ormoni con Effetto Inotropo e Cronotropo Positivo: adrenalina, noradrenalina, angiotensina II, aldosterone, endotelina. (aumentano la frequenza cardiaca e la forza di contrazione).
• Ormoni che Aumentano l'Attività Cardiaca (dannosi a lungo termine se prolungati): noradrenalina, adrenalina, angiotensina II, aldosterone, endotelina; aumentano la frequenza cardiaca e la forza di contrazione.
• Ormoni con Effetto Protettivo: Peptide Natriuretico, Estrogeni, Progesterone (effetti benefici sul cuore).

Ormoni Tiroidei

• Azione Diretta: effetto inotropo e cronotropo positivo (aumento della forza e frequenza cardiaca).
• Sensibilizzazione alla Noradrenalina e Adrenalina.
• Riduzione delle Resistenze Periferiche.
• Ormoni Calorigeni.
• Effetto Complessivo (complessivo del lavoro cardiaco).

Angiotensina II

• Non è un Ormone: Un fattore circolante la cui concentrazione aumenta con la secrezione di renina.
• Sistema Renina-Angiotensina: la renina converte l'angiotensinogeno in angiotensina I, che poi diventa angiotensina II.
• Effetti dell'Angiotensina II: aumento della pressione sanguigna (vasocostrizione, ritenzione idrica).

Meccanismo Molecolari dell'Aumento di Forza

• Calcio Intracellulare Costante (importante, non aumenta con il volume).
• Aumento dei Ponti Actina-Miosina (aumento del numero di ponti che si formano.

Relazione tra Volume e Accorciamento delle Fibre

• Volume e Lunghezza: la lunghezza delle fibre miocardiche è proporzionale al volume ventricolare.
• Accorciamento e Volume d'Eiezione: il grado di accorciamento delle fibre è proporzionale al volume d'eiezione (gittata sistolica).
• Contrazione Isometrica al Variare della Lunghezza: se il muscolo è contratto con un volume di riempimento piccolo, la forza sviluppata è inferiore rispetto alla forza sviluppata nel punto di lunghezza ottimale; un accorciamento ulteriormente delle fibre porta a una minor forza.
• Contrazione Isotonica e Volume Telediastolico: Durante le contrazioni isotoniche (con accorciamento), il muscolo deve superare un carico. Accorciamento dipendente dalla lunghezza: con lunghezze inferiori alla lunghezza ottimale, l'accorciamento sarà minore; se la lunghezza è maggiore, l'accorciamento sarà maggiore. Volume telediastolico e volume d'eiezione: un piccolo volume telediastolico porta a un piccolo volume d'eiezione; un grande volume telediastolico porta a un grande volume d'eiezione.

Modulazione del Precarico e Limiti all'Aumento del Volume Telediastolico

• Raggiungimento della Lunghezza Ottimale: all'aumentare del precarico, la forza aumenta fino a raggiungere la lunghezza ottimale.
• Perdita di Capacità: oltre la lunghezza ottimale, il muscolo perde la sua capacità di contrarsi.

La Legge di Frank-Starling (Regolazione intrinseca della gittata cardiaca)

• Relazione Gittata Sistolica-Volume Telediastolico: la curva di Starling dimostra come la gittata sistolica (volume di sangue pompato dal ventricolo per ogni battito) aumenti quando aumenta il volume telediastolico.
• Rappresentazione Grafica (diagramma di Starling).
• Definizione della Legge di Starling: in un ventricolo normale, tutta il sangue ricevuto in diastole è pompato in circolo. Un aumento del sangue ricevuto comporta un aumento del volume d'eiezione.
• Aumento della Forza di Contrazione con il Precarico: un aumento del precarico comporta un aumento della forza di contrazione.
• Effetto sulla Velocità di Accorciamento: l'aumento del precarico influenza anche la velocità di accorciamento delle fibre miocardiche.

Influenza del Simpatico sulla Curva di Starling

• Curve di Starling a Diverse Contrattilità: le curve di Starling sono influenzate dalla stimolazione del sistema nervoso simpatico, che aumenta la contrattilità. Per ogni dato volume telediastolico, la stimolazione simpatica determina una maggiore gittata cardiaca.
• Effetto Inotropo del Simpatico: l'aumento della forza di contrazione (effetto inotropo positivo) determina un aumento della gittata cardiaca.
• Effetto Cronotropo del Simpatico: il simpatico causa un aumento della frequenza cardiaca (effetto cronotropo positivo). Riduce il tempo di riempimento cardiaco, determinando un aumento della gittata cardiaca.

Riassunto dei Concetti Chiave (conclusioni generali)

• Legge di Frank-Starling e precarico/forza di contrazione, e relazione curva di Starling.
• Il ruolo del simpatico: a causa della stimolazione simpatica, l'aumento del precarico porta ad un incremento della forza di contrazione.
• La legge di Frank-Starling è un meccanismo intrinseco di regolazione fisiologica dell'attività cardiaca.

Regolazione Farmacologica dell'Attività Cardiaca

• Farmaci che agiscono sui canali ionici: inibitori della corrente IF, bloccanti del canale del sodio, bloccanti del canale del potassio, antagonisti del canale del calcio.
• Farmaci inotropi positivi: agonisti beta-adrenergici, farmaci digitalici.
• Farmaci che attivano la SERCA, farmaci che agiscono sul legame calcio-troponina o sulla miosina, inibitori della fosfodiesterasi.
• Farmaci digitalici (approfondimento): scambiatore sodio-calcio, ruolo della pompa sodio-potassio, meccanismo d'azione dei digitali, inibizione selettiva, aumento del sodio intracellulare, alterazione del gradiente di sodio.