Fisiologia I PDF - Introduzione ai Concetti Principali

FISIOLOGIA I :  INDICE INTRODUZIONE AI CONCETTI PRINCIPALI 5 APPARATO CARDIOCIRCOLATORIO IL CUORE 22 CICLO MECCANICO DEL CUORE 25 DIASTOLE VENTRICOLARE & DIASTASI 25 SISTOLE ATRIALE 26 SISTOLE VENT...

FISIOLOGIA I :  INDICE INTRODUZIONE AI CONCETTI PRINCIPALI 5 APPARATO CARDIOCIRCOLATORIO IL CUORE 22 CICLO MECCANICO DEL CUORE 25 DIASTOLE VENTRICOLARE & DIASTASI 25 SISTOLE ATRIALE 26 SISTOLE VENTRICOLARE ISOVOLUMETRICA 27 FASE DI EIEZIONE 28 DIASTOLE VENTRICOLARE ISOVOLUMETRICA 31 RAFFIGURAZIONE GRAFICA DEL CICLO MECCANICO DEL CUORE 32 DIAGRAMMA DI WIGGERS 33 DIAGRAMMA DI WIGGERS (VENTRICOLO SINISTRO) 36 DIAGRAMMA DI WIGGERS (ARTERIA AORTA) 37 ALTRE EVIDENZE RIGUARDANTI IL CICLO CARDIACO 38 POLSO ARTERIOSO E POLSO VENOSO 40 ECCITABILITÀ E AUTO-ECCITABILITÀ 42 POTENZIALE DI MEMBRANA 43 CANALI IONICI 46 POTENZIALE ELETTRICO DELLE CELLULE CARDIACHE 47 ELETTROCARDIOGRAFIA 54 INTRODUZIONE 54 CARATTERISTICHE GENERALI DELLE ONDE E LA LORO REGISTRAZIONE 55 DERIVAZIONI BIPOLARI AGLI ARTI 57 ASSE DEL CUORE 59 TRACCIATO TIPICO 61 DERIVAZIONI UNIPOLARI AGLI ARTI 63 DERIVAZIONI TORACICHE 65 ALTERAZIONI ELETTROCARDIOGRAFICHE 65 :  TACHICARDIA SINUSALE 66 BLOCCO SENO-ATRIALE 66 BLOCCO ATRIO-VENTRICOLARE (A-V) DI I GRADO 67 BLOCCO A-V DI II GRADO 67 BLOCCO A-V DI TERZO GRADO 68 BLOCCHI DI BRANCA 68 DISTURBI DELL’ECCITABILITÀ 69 FLUTTER E FIBRILLAZIONE 70 INFARTO 71 VASI SANGUIGNI 72 GROSSE ARTERIE 74 ARTERIOLE 78 CAPILLARI 79 SCAMBI A LIVELLO DEI CAPILLARI 82 VENE E VENULE 86 VASI LINFATICI 90 ADATTAMENTO 91 GITTATA CARDIACA 92 MECCANISMI INTRINSECI DI REGOLAZIONE 97 LEGGE DI STARLING 99 MECCANISMI ESTRINSECI DI REGOLAZIONE 102 MECCANISMI RIFLESSI E REGOLAZIONE CENTRALIZZATA 104 REGOLAZIONE CENTRALE 107 INFLUENZE DEL SN VEGETATIVO SUL NODO SENO-ATRIALE 108 RIFLESSO BAROCETTIVO 111 REGOLAZIONE RIFLESSA DELLA PRESSIONE ARTERIOSA (RIASSUNTO) 117 RIFLESSO DI BAINBRIDGE 118 SISTEMA RENINA-ANGIOTENSINA-ALDOSTERONE 119 AGGIUSTAMENTI A SEGUITO DI PERDITA DEL VOLUME EMATICO 121 EFFETTI DEL SN SULLA PERFUSIONE DEI VARI ORGANI 123 EFFETTI SULLE GHIANDOLE SALIVARI 124 EFFETTI SULLA CIRCOLAZIONE MUSCOLARE 125 METABOLITI DI CARATTERE GENERALE 125 EFFETTI SULLA CIRCOLAZIONE POLMONARE 125 EFFETTI DEL SN SUL FEGATO 126 EFFETTI DEL SN SULLO STOMACO E SULL’INTESTINO 126 EFFETTI DEL SN SULLA MIDOLLARE DEL SURRENE 126 EFFETTI DEL SN SULLA VESCICA, SUL RETTO E SUGLI ORGANI ERETTILI 126 APPROFONDIMENTO SUL MECCANISMO DI REGOLAZIONE DELL’APPARATO CARDIOCIRCOLATORIO 127 CIRCOLAZIONE CORONARICA 132 CIRCOLAZIONE CUTANEA 135 CIRCOLAZIONE SPLANCNICA ED EPATICA 137 CIRCOLAZIONE MUSCOLARE 140 CIRCOLAZIONE RENALE 144 : CIRCOLAZIONE FETALE 148 APPARATO RESPIRATORIO APPARATO RESPIRATORIO 152 FUNZIONI DELL’APPARATO RESPIRATORIO 152 RESPIRAZIONE 155 PNEUMOTORACE 175 SPIROMETRIA 177 VEMS 181 VENTILAZIONE POLMONARE E ALVEOLARE 182 RELAZIONI PRESSIONE/VOLUME DEL SISTEMA TORACO-POLMONARE 185 COMPLIANCE 187 MODIFICAZIONI DELLA PRESSIONE DURANTE LA RESPIRAZIONE TRANQUILLA 190 FLUSSO E ATTRITI 192 SCAMBIO DEI GAS 195 LEGGI DEI GAS 195 PRESSIONE PARZIALE DEI GAS 197 CASCATA DELL’OSSIGENO 201 TRASPORTO DEI GAS 203 TRASPORTO DELL’OSSIGENO 203 TRASPORTO DELLA CO2 208 RAPPORTO VENTILAZIONE/PERFUSIONE 212 CONTROLLO DELLA VENTILAZIONE POLMONARE 217 IL CONSUMO DI OSSIGENO 225 IL MASSIMO CONSUMO DI OSSIGENO 228 EPOC 234 APPARATO URINARIO APPARATO URINARIO 236 BILANCIO IDRICO, RENI E GLOMERULO RENALE 236 TUBULI RENALI 249 TUBULO CONTORTO PROSSIMALE 250 CINETICA DEI TRASPORTI ATTIVI: LIMITAZIONI 252 MECCANISMI DI TRASPORTO 255 CLEARANCE RENALE 259 ANSA DI HENLE 266 TUBULO CONTORTO DISTALE E DOTTO COLLETTORE 270 EQUILIBRIO ACIDO-BASE 273 SISTEMI TAMPONE DEL SANGUE: BICARBONATI 274 REGOLAZIONE RENALE + GRAFICI 280 APPARATO DIGERENTE APPARATO DIGERENTE 284 ISTOLOGIA E MECCANICA DELL’APPARATO DIGERENTE 288 :  PERISTALSI E SEGMENTAZIONE 288 PARETE DEL TRATTO DIGERENTE 289 SFINTERI 289 CONTROLLO ORMONALE DELL’APPARATO DIGERENTE 290 GASTRINA 290 COLECISTOCHININA 291 SECRETINA 291 SOMATOSTATINA 292 CONTROLLO NERVOSO DELL’APPARATO DIGERENTE 293 COMPONENTE ESTRINSECA 293 COMPONENTE INTRINSECA 293 NEUROTRASMETTITORI E NEUROMODULATORI DEL SNE 294 BOCCA 295 STOMACO 298 SECREZIONE DI HCL DA PARTE DELLE CELLULE GASTRICHE 301 INTESTINO TENUE 302 PANCREAS 304 REGOLAZIONE DELLA SECREZIONE PANCREATICA 306 ENZIMI 307 MECCANISMI DI TRASPORTO 309 DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DEI CARBOIDRATI 309 DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DELLE PROTEINE 313 FEGATO 315 BILE E SALI BILIARI 318 REGOLAZIONE DELLA SECREZIONE BILIARE 319 DIGESTIONE E ASSORBIMENTO DEI LIPIDI 321 FISIOLOGIA DELLA NUTRIZIONE FISIOLOGIA DELLA NUTRIZIONE 323 METABOLISMO 324 CONTENUTO ENERGETICO DEGLI ALIMENTI 327 METABOLISMO BASALE 330 FABBISOGNO ENERGETICO 331 AMINOACIDI 331 CARBOIDRATI E GRASSI 332 VITAMINE 332 MINERALI 332 TERMOREGOLAZIONE TERMOREGOLAZIONE 334 REGOLAZIONE NERVOSA DELLA TEMPERATURA 339 :  APPUNTI DI FISIOLOGIA I di Dario Giuseppe Di Guardia e Matteo Giuseppe Federico Data: 13/03/2023 CAPITOLO 1 INTRODUZIONE AI CONCETTI PRINCIPALI Gli argomenti di BioUsica trattati con la professoressa Ciranna verranno ripresi nel corso di Fisiologia. La Fisiologia è una materia molto vasta → l’insegnante consiglia di non prendere questa materia sotto gamba. Gli argomenti trattati in questo corso si intrecciano con concetti già studiati o che ritroveremo in altre materie nel corso degli anni. L'organismo funziona nella sua totalità → le varie componenti del nostro organismo verranno trattate singolarmente, ma è importante anche averne una visione d'insieme. Nella prima parte del corso (Fisiologia I) tratteremo gli apparati che stanno alla base della vita vegetativa; questa parte comprende: Apparato cardiocircolatorio; Apparato digerente; Sistema renale; Apparato respiratorio (con gli annessi). Si tratta di apparati che tengono in vita l’uomo (sono alla base della vita vegetativa). : Il sistema nervoso e quello muscolare, invece, sono più speciUcamente coinvolti nella vita di relazione: per interagire con gli altri individui e con l'ambiente è necessario impegnare i muscoli; i muscoli, senza il controllo nervoso, sarebbero degli organi inerti. Il grosso del programma di Fisiologia II sarà rappresentato dal SN e dal sistema muscolare (a tal proposito l'insegnante suggerisce di ripassare bene l’istologia e l’anatomia). Il programma di Fisiologia II comprende anche il sistema endocrino. L'unità base della vita è la cellula (procariotica o eucariotica) → comprendendo la cellula, è possibile risalire alla Usiologia dell'uomo. L'organismo unicellulare vive in un ambiente acquoso (stagno, lago, Uumi, mare, …), in modo da poter intrattenere degli scambi diretti con il mezzo in cui si trova, attraverso la membrana cellulare. L'organismo unicellulare ricava dall’ambiente tutti i nutrienti e l’O2 di cui necessita; per di più, riversa le scorie prodotte dal metabolismo (CO2, sostanze azotate, …). Questo piccolo sistema è già di per sé in grado di garantire ad un organismo tutte le funzioni vitali ed essenziali (nascita, accrescimento, divisione, morte). Tuttavia, un organismo unicellulare non ha delle grandi potenzialità → per acquisire molte delle capacità l'organismo unicellulare si è evoluto ed è diventato pluricellulare. Le cellule di un organismo pluricellulare non sono tutte uguali tra loro → nel corso dell’evoluzione, organismi pluricellulari formati da una sola tipologia cellulare non sono stati favoriti selettivamente. Gli organismi pluricellulari sono dotati di cellule diverse, ciascuna caratterizzata da una propria specializzazione, in modo da poter cooperare alla gestione delle funzioni vitali dell'organismo stesso. *A tal proposito, a partire dalle cellule si sviluppano i tessuti: alcune cellule si specializzano in attività contrattile (tessuto muscolare), altre nel trasporto dell'ossigeno (eritrociti), altre nell'attività secretoria (cellule epiteliali), trasmissione di impulsi (neuroni), … A partire da un unico zigote (cellula totipotente) si formano diverse tipologie cellulari, con diverso grado di specializzazione, morfologia, struttura. Vi è però un problema: l'organismo unicellulare può intrattenere gli scambi di cui necessita direttamente con l'ambiente, mentre l'organismo pluricellulare necessita di altri sistemi, pur vivendo nell'acqua (pur vivendo il pesce : nel mare, le sue cellule interne non possono effettuare scambi diretti con il mezzo, vale a dire l’acqua). Nasce dunque l'esigenza di creare all'interno dell'individuo un ambiente che sia ottimale per la sopravvivenza delle singole cellule, un ambiente con cui le cellule possano scambiare O2, CO2, glucosio, sostanze azotate. Questo ambiente interno (mezzo interno; milieu interieur nella deUnizione di Claude Bernard, Usiologo francese) corrisponde agli spazi interstiziali , con cui le cellule possono intrattenere gli scambi necessari per svolgere le loro funzioni. Aknché i liquidi interstiziali possano svolgere la loro funzione di supporto alle attività vitali della cellula devono essere continuamente ricambiati (uno stesso ambiente interstiziale non può fornire ossigeno alla cellula o estrarre sostanze azotate dalla cellula per tutta la durata della vita) → per poter mantenere la loro funzione, gli ambienti devono essere continuamente privati delle scorie e riforniti di ossigeno. Questa funzione fondamentale, nota come omeostasi del mezzo interno, è svolta dal sangue, che circola continuamente nei tessuti e rifornisce gli ambienti interstiziali dei nutrienti, allontanando le scorie cataboliche che vengono prodotte (CO2, sostanze azotate). Oltre al mantenimento omeostatico, vi possono anche essere altre funzioni legate agli scambi con i liquidi interstiziali → esempio: l'ipoUsi secerne degli ormoni che raggiungono le gonadi (gonadotropine). Com'è possibile? Le cellule dell'adenoipoUsi riversano le gonadotropine nell'interstizio; le gonadotropine arrivano nel sangue e raggiungono le gonadi in modo da poter agire. In questo caso la funzione dello spazio interstiziale è differente (non contribuisce all'omeostasi, ma garantisce il raggiungimento dell’organo bersaglio da parte dell’ormone). Il termine omeostasi deUnisce la capacità di autoregolazione degli esseri viventi, : importantissima per mantenere costante l'ambiente interno nonostante le variazioni dell'ambiente esterno (concetto di equilibrio dinamico). Le due parole chiave della Fisiologia sono omeostasi e adattamento. Cosa vuol dire adattamento? La capacità di funzionamento del nostro organismo non è sempre uguale: in alcuni momenti vengono richieste determinate prestazioni, in altri casi ne possono essere richieste altre → esempio: durante un esercizio Usico le condizioni di metabolismo dei muscoli cambiano; il sangue deve adattare le proprie funzionalità alla mutata esigenza (deve aumentare la gittata cardiaca per portare più sangue ai muscoli; il sangue deve essere correttamente ossigenato). Al Une di poter garantire una corretta funzionalità deve essere garantita l'omeostasi del mezzo interno, ma anche un adattamento alle mutate esigenze dell'organismo. Come può il sangue fare ciò? Il sangue è in grado di circolare continuamente tra i tessuti, trasportando sempre O2 e materiale nutritizio. I vasi attraverso cui il sangue circola diventano molto sottili (capillari), in modo tale da permettere gli scambi con i tessuti; in questo modo le cellule possono essere rifornite dal sangue contenuto nei capillari. Esistono anche dei capillari linfatici con funzioni diverse (li tratteremo in seguito). Si identiUcano pertanto tre principali compartimenti (idrici) in continuo scambio reciproco: compartimento intracellulare: somma di tutti i volumi cellulari; compartimento extracellulare (interstiziale): mezzo interno; compartimento plasmatico. Questi tre compartimenti devono essere a contatto tra di loro (vi è una continua transizione di sostanze tra questi tre compartimenti). Il costituente principale dei compartimenti è l'acqua: costituisce il 70% dell'organismo (con differente percentuale nei diversi tessuti: i tessuti epiteliali hanno più acqua rispetto all'osso); per questo motivo i compartimenti vengono deUniti idrici. : Dei tre compartimenti, il più esteso è quello intracellulare. La funzione del nostro organismo dipende dal corretto funzionamento delle cellule → le cellule sono le protagoniste del mantenimento omeostatico. Il compartimento idrico più rappresentato è quello intracellulare (40% del totale). Il compartimento interstiziale rappresenta il 16% del totale → il compartimento extracellulare rappresenta un mezzo di passaggio delle sostanze, che dal plasma devono raggiungere le cellule e viceversa. Il fatto che il compartimento interstiziale non sia estremamente rappresentato favorisce la nostra sopravvivenza → da un punto di vista funzionale il liquido interstiziale è inerte (non si contrae, non crea potenziale d'azione, non secerne, …); si tratta di un semplice termine di passaggio → più esiguo è lo spazio interstiziale, migliore è il funzionamento del sistema (il sangue deve percorrere meno spazio per raggiungere le cellule). Un abbondante liquido interstiziale renderebbe dikcoltosa la sopravvivenza: gli animali, muovendosi, devono spostare il proprio corpo; se il liquido interstiziale fosse particolarmente abbondante, sarebbe come se l’organismo trasportasse una “botte d’acqua”. Esiste una condizione patologica dovuta all’ingrandimento degli ambienti interstiziali (edema) → in questo caso le distanze di passaggio (tra sangue e tessuti) sono aumentate. *ATTENZIONE: il liquido interstiziale è comunque importantissimo, ma nella giusta proporzione. Il compartimento plasmatico rappresenta il ~5% del totale, ma è comunque importante per il mantenimento omeostatico del mezzo interno. Oltre ai tre compartimenti principali, esistono anche dei compartimenti più settorializzati (non di interesse generale dell'organismo: sinoviale delle articolazioni, umore acqueo, umore vitreo, …). Anche il sangue deve continuamente rinnovarsi per poter svolgere le sue funzioni → una volta ceduto il patrimonio di ossigeno ai liquidi interstiziali, è necessario che si rifornisca a livello polmonare; d’altra parte, il sangue reruo è ricco di sostanze azotate, che devono essere eliminate. Il rinnovo del : sangue avviene perfondendo i vari organi e apparati, ciascuno dei quali fornirà il proprio contributo. Quali sono le funzioni primarie del sangue per potersi rinnovare? È necessario un rinnovamento gassoso: il sangue deve caricarsi di ossigeno e cedere la CO2 → ciò si veriUca nei polmoni. Il sangue elimina le sostanze tossiche: urea e acido urico non sono sostanze volatili e non possono essere eliminate con l'apparato respiratorio; l’eliminazione avviene tramite il sistema urinario; una minima quantità di queste sostanze può essere escreta con la sudorazione. Il sangue permette l'assorbimento dei nutrienti: primariamente si veriUca nell'apparato digerente, dove gli alimenti vengono introdotti. Gli alimenti introdotti non possono direttamente fornire nutrienti al sangue, in quanto alimenti complessi; gli alimenti devono prima essere ridotti nelle loro unità elementari: alimenti semplici o nutrienti → esempio: se un soggetto mangia una bistecca, ciò che viene introdotto nell’organismo sono le proteine del muscolo del bue, come l’actina e la miosina. Queste due proteine devono essere degradate e trasformate in alimenti semplici. A seguito di digestione, dunque, i nutrienti devono essere assorbiti, per poi essere assimilati. Cosa signiUca? Gli amminoacidi, una volta assorbiti, vengono “resi simili” agli amminoacidi già presenti nel nostro organismo. Per fare ciò è necessario un apparato abbastanza complesso (non a caso l'intestino è lungo 7 metri). Il processo richiede tempo, soprattutto per i grassi (sono insolubili in acqua; l'ambiente intestinale è un ambiente acquoso). : In questo processo sono coinvolti anche degli enzimi necessari → esempio: la cellulosa è un omopolisaccaride del glucosio, così come l'amido → tuttavia, l'amido può essere digerito, mentre la cellulosa no. Come mai? La digestione è strettamente correlata all’esistenza di enzimi che siano in grado di scindere le macromolecole → l'organismo umano è in grado di digerire i legami α dell'amido (grazie ad un enzima α-amilasi, in grado di scindere i legami α-1,4-glicosidici), ma non i legami β della cellulosa (l’organismo non possiede un enzima β- amilasi, dunque non è in grado di scindere i legami β-1,4-glicosidici). Mangiare alimenti ricchi in cellulosa non fornisce nutrienti, ma permette l'accrescimento del cosiddetto pool delle Ubre (le Ubre svolgono un'azione stimolante per la peristalsi intestinale e il transito intestinale delle scorie). Per quanto tempo può resistere un organismo senza introdurre nutrienti? Fino a 40 giorni (in dipendenza delle condizioni del soggetto). L'approvvigionamento intestinale rappresenta un approvvigionamento primario → i nutrienti non vengono utilizzati tutti e subito. L'organismo immagazzina alcune di queste sostanze in sistemi di deposito, rappresentati, ad esempio, dal glicogeno (forma di riserva del glucosio nel mondo animale); il glicogeno è immagazzinato nel fegato e nel muscolo. Quanto glicogeno è contenuto nel nostro organismo? 500 g di glicogeno circa. Di questi, 400 grammi sono immagazzinati nei muscoli, mentre 100 grammi sono localizzati nel fegato. I muscoli rappresentano il 50% della nostra costituzione corporea; il contenuto di glicogeno muscolare permette di affrontare le situazioni di emergenza; i 100 g di glicogeno nel fegato, invece, servono a garantire un minimo approvvigionamento di glucosio nel sangue. La glicemia nel sangue deve essere mantenuta intorno a 80 mg/dl. Come mai è importante mantenere dei valori standard di glicemia? Alcuni tessuti utilizzano il glucosio come risorsa energetica principale (ad esempio il sistema nervoso) → il glicogeno epatico permette, in attesa di un nuovo pasto, il mantenimento della glicemia a valori normali. Se il glicogeno è così importante, come mai l'energia non viene completamente immagazzinata in forma di glicogeno, invece di essere immagazzinata in forma di tessuto adiposo? Nei maschi il tessuto adiposo rappresenta circa il 15-20% della massa totale, mentre nelle femmine il 20-25%; il tessuto adiposo si trova principalmente a livello sottocutaneo. Come mai l’organismo femminile presenta un maggior quantitativo di tessuto adiposo? L'organismo femminile può andare incontro alla gravidanza, che rende maggiormente dikcili meccanismi di sopravvivenza, come la caccia delle prede, e lo svolgimento delle attività quotidiane; la gravidanza, inoltre, è seguita dall'allattamento (il latte è una sospensione di lipidi), che serve a nutrire la prole. L'energia fornita dal tessuto adiposo è più complessa da utilizzare rispetto all’energia fornita dai glucidi → non è possibile akdarsi ad un'ossidazione dei lipidi indiscriminata. “I grassi bruciano alla Uamma degli idrati del carbonio” → l'ossidazione degli acidi grassi avviene nel mitocondrio (β-ossidazione) e permette la formazione di acetil-CoA, che, complessandosi con l'ossalacetato, permette l'ingresso nel ciclo di Krebs. : Nel caso in cui non sia presente l'ossalacetato, l'acetil-CoA viene indirizzato verso la chetogenesi (biosintesi dei corpi chetonici: acetoacetato, acetone, beta-idrossibutirrato). Qual è il vantaggio di accumulare energia sotto forma di grasso? Il grasso ha una più elevata resa energetica, ma dilatata nel tempo → un grammo di carboidrati ha 4 kcal, mentre un grammo di grasso ha più di 9 kcal. La stessa quantità di energia, se immagazzinata in forma di carboidrati invece che di lipidi, necessiterebbe di masse più del doppio maggiori. L'organismo attinge ai lipidi quando non vi è un bisogno immediato di grandi quantità di energia nell'unità di tempo. I vegetali, invece, vivono stando Ussi nel terreno e possono permettersi di accumulare grandi quantità di energia in forma di carboidrati. Quindi, dall'apparato digerente (principalmente), dal fegato (secondariamente) e dal tessuto adiposo (terziariamente), il sangue può arricchirsi di nutrienti; il controllo dei vari processi è gestito dagli ormoni. Di questi tre sistemi (rinnovamento della condizione gassosa, approvvigionamento di nutrienti, eliminazione dei nutrienti), qual è quello più urgente? Scambi gassosi. Perché? Perché il nostro apparato circolatorio è formato da due circolazioni: una di queste circolazioni è interamente dedicata al ricambio gassoso (circolazione polmonare). Quando il sangue, ritornando dai tessuti, raggiunge il ventricolo di destra (attraverso le vene cave), viene indirizzato interamente nei polmoni, in modo che possa essere riossigenato. Anche la funzione di disintossicazione è importante, ma viene svolta in concomitanza con il ricambio gassoso. Dunque, soltanto la funzione gassosa è garantita nell’immediatezza; gli altri parametri vengono normalizzati inviando parte della gittata cardiaca ai diversi apparati (apparato urinario, digerente, tessuti di deposito, …). : La gittata cardiaca (quantità di sangue pompata da ciascun ventricolo ogni minuto) a riposo equivale a circa 5 L al minuto. Il sangue si distribuisce in tutti i vari distretti circolatori in valori percentuali differenti (facendo riferimento alle condizioni di riposo) → i muscoli ricevono circa il 20% di sangue (1 litro al minuto), il cuore il 5% (250 ml al minuto), i reni il 25% (poco più della stessa quantità di sangue che viene mandata ai muscoli). Come mai? L'enorme quantità di sangue che viene indirizzata ai reni non serve per la nutrizione, ma per la depurazione. La frazione della gittata cardiaca inviata ai reni serve a garantire una continua (anche se parziale) disintossicazione del sangue. Nelle 24 ore si formano circa 180 L di ultraUltrato (il sangue viene ripulito nelle 24 ore; ricordiamo che a seguito di Ultrazione, circa il 99% dell’ultraUltrato viene riassorbito); nell'urina vengono riversate le sostanze che devono essere allontanate. Al fegato e all'apparato digerente arriva una quota signiUcativa della gittata cardiaca (circa il 25-30%). Nella sua circolazione, il sangue svolge importanti altre funzioni, ad esempio il trasporto di messaggeri chimici (ormoni), distribuzione del calore corporeo (termoregolazione; avviene in base ai processi di vasocostrizione e vasodilatazione, in dipendenza dall'ambiente esterno). Allo stesso modo, anche gli altri organi svolgono funzioni speciUche: i reni non servono ad eliminare soltanto le sostanze azotate → regolano l'equilibrio idrosalino, il pH, …). Ogni organo/apparato, dunque, svolge delle funzioni speciUche, ma anche più generali. L'apparato cardiocircolatorio correla tutti gli altri apparati (il plasma raggiunge gli interstizi, i polmoni, il rene, l'apparato digerente, …). È costituito da due circolazioni: :  circolazione polmonare: è dedicata agli scambi gassosi; circolazione sistemica: svolge tutte le altre funzioni del sangue. Gli organi del sistema cardiocircolatorio sono il cuore (organo pompa), le arterie (distribuiscono), i vasi capillari (sono la parte più importante dell’apparato cardiocircolatorio; sono la sede degli scambi; se non ci fossero i capillari il sangue scorrerebbe indisturbato e non potrebbe svolgere le sue funzioni omeostatiche). Una volta che il sangue ha svolto le sue funzioni, le vene raccolgono il sangue reruo e lo riportano al cuore, in modo che possa essere pompato nuovamente. Parlare di “distretti” è più corretto che parlare esclusivamente di una parte del corpo, come “braccio” o “gamba” → nel braccio e nella gamba sono presenti tessuti che fanno parte di più apparati (tessuto muscolare, vasi sanguigni, tessuto nervoso, …). Parlare di “distretto” permette una più omogenea identiUcazione delle caratteristiche di regolazione dei vasi sanguigni; ad esempio, si parla di distretto cutaneo perché la regolazione è omogeneamente architettata, sia che si tratti della cute della mano, sia che si tratti della cute del piede. Il tessuto muscolare viene gestito in maniera diversa, a seconda che si trovi, ad esempio, nella coscia o nel braccio; l'apparato digerente ha una regolazione diversa, a seconda che riguardi i vari distretti. L'apparato circolatorio può dunque essere suddiviso in distretti. Nella maggior : parte dei casi ogni distretto viene regolato in maniera omogenea. Quali sono i distretti principali (sia per la loro funzione che per la quantità di sangue)? circolazione cerebrale; circolazione coronarica; circolazione splancnica (apparato digerente, fegato, …); circolazione muscolare; circolazione cutanea; circolazione renale. Come mai non è inclusa la circolazione polmonare? La circolazione polmonare è una circolazione a sé stante, non un distretto. Cosa fa il sangue in questi distretti? Arriva tramite le arterie, che si diramano in arteriole e sUoccano in capillari; il sangue viene riportato al cuore tramite le vene. Questo schema, talvolta, è complicato, come nel caso della circolazione renale. Nella circolazione renale si veriUca un sistema deUnito come rete mirabile → arteriole afferenti, capillari, arteriole efferenti, capillari peritubulari. In un normale capillare (ad esempio nel tessuto muscolare), generalmente, viene permesso lo scambio gassoso mediante meccanismi di Ultrazione e riassorbimento (si svolgono nella stessa escursione del capillare: prima la Ultrazione, poi il riassorbimento). Nel rene questi due : processi si svolgono in due regioni separate, adibite ciascuna all'una o all'altra funzione. In virtù della più elevata pressione del sangue, nei capillari glomerulari avviene il processo di ultraUltrazione (180 L al giorno di pre-urina), mentre il processo di riassorbimento (il 99% dell’ultraUltrato viene riassorbito) si veriUca a livello dei capillari peritubulari. Quello che normalmente avviene lungo il decorso di un singolo vaso capillare, nel rene avviene in due parti diverse → questo sistema prende il nome di rete mirabile. Da cosa è caratterizzata una rete mirabile? Da due capillarizzazioni disposte in serie. Tra la prima rete di capillari e la seconda è presente un vaso di congiunzione → in questo caso il vaso è l'arteriola efferente (trasporta sangue arterioso). Questo tipo di rete capillare, in cui il sangue ossigenato viene trasportato da una capillarizzazione all'altra, viene deUnito rete mirabile arteriosa. Diversa è la condizione che si veriUca a livello della circolazione splancnica, in cui molti vasi arteriosi che irrorano l'intestino, il pancreas, lo stomaco e lì si capillarizzano, danno luogo poi a delle venule che conruiscono in una grande vena, nota come vena porta (trasporta il sangue al fegato). Nel fegato avviene una ricapillarizzazione, che porta alla formazione dei sinusoidi epatici; anche in questo caso si tratta di una rete mirabile (rete mirabile venosa). Qual è l'utilità di questo meccanismo? Permette di portare immediatamente al fegato i nutrienti assorbiti → il glucosio viene portato al fegato, in modo che possa ricostituire il glicogeno e permettere lo smistamento a livello sistemico (lasciare molecole così piccole in circolo aumenterebbe il rischio di perdita con le urine). Quando il sangue è troppo ricco di glucosio (come in condizioni patologiche, quali diabete), una parte di glucosio viene persa con le urine. Gli amminoacidi che, tramite la vena porta, arrivano al fegato, vengono subito utilizzati per sintetizzare le proteine plasmatiche. I lipidi, invece, non arrivano al fegato (soprattutto quelli a lunga catena) → i lipidi, organizzati in chilomicroni, vengono assorbiti per via linfatica (nel villo intestinale è presente il capillare linfatico: il vaso chilifero). Cos'è il chilo? Il contenuto dei vasi linfatici; la linfa è un liquido lattescente, una sorta di emulsione di chilomicroni in acqua, che vengono assorbiti dal villo e raggiungono, tramite il vaso chilifero, la cisterna di Pecquet. Tramite il dotto toracico avviene poi lo sbocco a livello del sistema circolatorio. Se i lipidi fossero assorbiti con il capillare ematico raggiungerebbero il fegato, che verrebbe “intasato”. Il sangue che arriva al fegato dalla vena porta è ancora abbastanza ossigenato, ma pur sempre un sangue venoso. Per garantire un corretto metabolismo degli epatociti (per non mandare in sofferenza il fegato), il fegato è anche irrorato da rami collaterali della circolazione arteriosa (arterie epatiche), che sboccano direttamente a livello dei sinusoidi, portando il sangue ben ossigenato agli epatociti; il sangue della vena porta è il sangue principale che arriva al fegato, ma è un sangue venoso. Tuttavia, emodinamicamente potrebbero crearsi dei conritti → il sangue venoso ha una pressione di 6-7 mmHg. Nel sinusoide si veriUca una conruenza di sangue che proviene dalla vena porta e sangue che proviene dall’arteria epatica; ipoteticamente, essendo il sangue arterioso dotato di una pressione molto più elevata, il sangue della vena porta dovrebbe essere ricacciato indietro. Ciò, fortunatamente, non si veriUca, ma come mai? Come può crearsi una co-esistenza di due russi di sangue, uno venoso e uno arterioso, all'interno di uno stesso capillare? :  *Schema della circolazione portale. I rami terminali dell'arteria epatica, nelle loro più sottili terminazioni vascolari, sono provvisti di forti sUnteri che penalizzano questo russo di sangue, rendendo molto alta la pressione critica di chiusura (pressione al di sotto della quale il vaso risulta essere chiuso). Il vaso viene mantenuto aperto perché vi sono delle forze contrastanti → la pressione della parete tende a chiuderlo, mentre la pressione del sangue tende ad aprirlo. Per poter ben capire questo concetto bisogna far riferimento alla legge di Laplace: man mano che il raggio si restringe, la tensione della parete prende il sopravvento, portando alla chiusura del vaso. Esistono dei valori critici di pressione ai quali ciò si veriUca → normalmente avviene a pressioni molto basse (20-30 mmHg). Nello sUntere terminale dell'arteriola epatica il livello di pressione soglia sotto il quale il vaso si chiude è molto alto → se il sangue dentro il vaso non ha una pressione di almeno 80 mmHg, il vaso si chiude (elevata soglia di chiusura). Il vaso dell'arteriola epatica può restare aperto soltanto quando nel sistema arterioso vi è un livello massimo di pressione (la pressione arteriosa oscilla tra valori di 80 mmHg, nelle condizioni di diastole, e 120 mmHg, durante la sistole). Per tutto il tempo della diastole il capillare è chiuso, perché la pressione non riesce ad aprirlo. Quando si veriUca il picco di pressione sistolica lo sUntere viene pressato e il Uotto di sangue arterioso può passare. Per tutto il tempo della diastole il capillare sanguigno rimane chiuso, in modo che il sangue della vena porta possa ruire. Nel sinusoide si crea una sorta di alternanza di russi → durante la diastole scorre il sangue venoso, durante la sistole scorre il sangue arterioso. In questo modo può essere mantenuta una minima ossigenazione degli epatociti per garantire il corretto metabolismo. Si tratta però di una condizione di equilibrio abbastanza delicata: chi soffre di epatite deve mantenersi in condizioni di riposo (sono le condizioni che migliorano l'axusso di sangue al fegato). In condizioni di esercizio Usico il sistema ortosimpatico regola il sangue che arriva all'area splancnica, riducendone il quantitativo. Un'altra rete mirabile è a livello ipoUsario (rete mirabile venosa). Qual è la funzione di questa rete mirabile? Permette all'ipotalamo di controllare in maniera diretta e immediata la secrezione degli ormoni adeno-ipoUsari. Questo problema non vige per la neuroipoUsi (in questo caso sono gli stessi assoni neuronali a riversare il contenuto nei vasi). Se non esistesse questo sistema gli ormoni raggiungerebbero il circolo venoso, determinando una : vaniUcazione del processo. Tramite il sistema venoso è possibile concentrare la produzione ormonale a livello ipoUsario. *A sinistra circolazione ipoUsaria, a destra circolazione polmonare e sistemica. Un'altra situazione “simil-mirabile” è quella polmonare. Il polmone riceve il sangue dalla circolazione polmonare, ma non solo → il polmone, oltre al sangue venoso della circolazione polmonare, riceve anche il sangue delle arterie bronchiali (trasportano il sangue arterioso; il tessuto polmonare può in questo modo essere ossigenato). Il sangue bronchiale va poi a riversarsi negli stessi capillari polmonari che ricevono il sangue dalla circolazione polmonare. All'uscita, il sangue raggiunge l'atrio di sinistra → si tratta di una piccola, ma esistente, quantità di sangue che circola soltanto nella parte sinistra del cuore. La gittata del ventricolo destro è comunque uguale a quella del sinistro, a meno di questa piccola eccezione (sangue bronchiale che circola solo a sinistra). Per poter svolgere la propria funzione il sangue deve circolare e deve essere mantenuto costantemente in movimento. Nella sua circolazione, il sangue incontra delle resistenze al russo (legge di Hagen-Poiseuille) → si tratta della legge fondamentale della dinamica dei ruidi. Un ruido si sposta da un punto ad un altro se fra i due punti vi è una differenza di pressione; la quantità di ruido che si sposta dipende dall'entità del gradiente e dalle resistenze che il russo incontra → F = ΔP / R. :  *La legge di Poiseuille illustra la relazione tra russo, pressione e resistenza. Il russo è direttamente proporzionale alla differenza di pressione ai due capi del condotto e inversamente proporzionale alla resistenza. La resistenza al russo è direttamente proporzionale alla viscosità e alla lunghezza del vaso, ma è inversamente proporzionale al raggio del condotto: *Il principale parametro che fa variare la resistenza è il raggio del condotto; si tratta di un parametro modulabile → la parete dei vasi sanguigni contiene muscolatura liscia, il cui stato di contrazione determina il calibro del vaso; lo stato di contrazione è controllato dal sistema ortosimpatico. La viscosità del sangue è la stessa in tutto il circolo (in realtà, nel sangue venoso la viscosità è leggermente maggiore; la viscosità dipende dall'ematocrito, che dovrebbe mantenersi intorno al 45% → su 100 ml di sangue, 55 ml sono plasma e 45 ml sono globuli rossi). Nel sangue venoso i globuli rossi sono imbibiti di acqua → per questo motivo la viscosità è leggermente aumentata. La lunghezza dei vasi fa la differenza tra la grande e la piccola circolazione. Il ventricolo di destra pompa la stessa quantità di sangue pompata dal ventricolo sinistro, ma con una pressione inferiore. La quantità è compatibile con la vita perché i vasi sono più brevi e vi sono meno resistenze circolatorie legate al raggio (ricordiamo che modiche variazioni di raggio comportano consistenti variazioni nella resistenza, dunque nel russo). Quando si parla di raggio bisogna prendere in considerazione la sezione complessiva di tutti i capillari → nella circolazione polmonare la sezione complessiva è maggiore rispetto alla circolazione sistemica, dunque la resistenza è minore. Le grandi resistenze che si riscontrano nella circolazione sistemica sono dovute alla capacità di ridistribuzione nei vari distretti. In condizioni di riposo la circolazione muscolare è quella che offre le più alte resistenze, essendo comunque pronta a dilatarsi in caso di esercizio Usico. Nella circolazione polmonare non vi è l’esigenza di regolare la costrizione e la dilatazione allo stesso modo in cui vengono regolate nella circolazione sistemica; nella circolazione polmonare il sangue deve perfondere a tutto il polmone, dunque non si veriUca una penalizzazione del russo da parte delle arteriole polmonari. Le arteriole polmonari, pur essendo in minor numero rispetto alle arteriole della : circolazione sistemica, sono più dilatate → per questo motivo la loro sezione complessiva è più ampia. Oltretutto. la lunghezza dei vasi è ridotta → la resistenza è ridotta ad 1⁄5 rispetto a quella esistente nella circolazione sistemica. La pressione sviluppata dal ventricolo destro (25 mmHg) equivale a circa un quinto della pressione sviluppata dal ventricolo sinistro (120 mmHg). Nonostante la pressione sviluppata dal ventricolo destro sia inferiore, il sangue ruisce per via delle minori resistenze, dovute a: minore lunghezza dei vasi; maggiore sezione complessiva dei vasi. Data: 14/03/2023 CAPITOLO 2 SISTEMA CARDIOCIRCOLATORIO IL CUORE : Nelle immagini (pag. 17) viene messa in evidenza la localizzazione del cuore all’interno del nostro corpo (mediastino, tra le due logge polmonari, sopra il diaframma, dietro lo sterno, sotto la trachea), ma anche la sua ricca vascolarizzazione ad opera delle arterie coronarie. Nell’immagine di Uanco è rakgurato uno spaccato del cuore. È possibile notare il diverso spessore delle pareti delle camere cardiache (atri e ventricoli) → le pareti degli atri sono meno spesse rispetto a quelle dei ventricoli. Inoltre, il ventricolo sinistro ha un maggiore spessore rispetto al ventricolo destro; la differenza è dovuta al diverso lavoro che viene compiuto dalle varie camere, in termini di pompaggio del sangue. : Qual è il lavoro del cuore? Il cuore lavora come una “pompa” → raccoglie un ruido (sangue) a bassa pressione e lo immette in un sistema, con una pressione più elevata, fornendo al ruido un’iniezione di energia potenziale. La pressione è un'energia potenziale; basti pensare alla camera d’aria della gomma della macchina (P = circa 2,5 atm). L'aria contenuta all'interno non compie alcun movimento → ha un'energia potenziale, ma non cinetica (l’energia cinetica è pari a 0); nel momento in cui viene rimosso il tappo, l'energia potenziale diventa un'energia cinetica (l’aria contenuta all’interno della camera con una pressione di 2,5 atm viene a contatto con l’aria atmosferica: il gradiente pressorio permette il russo d’aria, determinando movimento). Anche nell’apparato cardiocircolatorio la pressione è una forma di energia potenziale. Il russo nell'aorta è di circa 5 L al minuto in andata; il russo di sangue che ritorna al cuore è sempre lo stesso, ma la pressione risulta essere differente (gradiente di pressione) → vi è una stessa energia cinetica, ma una diversa energia potenziale. L'elevata energia potenziale del sangue arterioso serve a vincere le resistenze circolatorie, in modo che l'energia potenziale possa trasformarsi in energia cinetica. Le diverse caratteristiche di ciascuna camera cardiaca saranno commisurate al lavoro che ciascuna deve svolgere: Atri: permettono il passaggio di un piccolo quantitativo di sangue nei sottostanti ventricoli durante la Une della diastole e prima della sistole ventricolare; quando gli atri si contraggono, la pressione del sangue nei ventricoli è di circa pochi mmHg → non servono forti contrazioni per permettere il passaggio del sangue. Ventricoli: svolgono un lavoro più consistente rispetto a quello degli atri, anche se in differente misura → il ventricolo destro pompa il sangue nella circolazione polmonare, che presenta minori resistenze rispetto a quella arteriosa; è necessaria dunque una minor pressione per riuscire a contrastare le varie resistenze (i russi della circolazione sistemica e della circolazione polmonare sono identici, malgrado vi siano delle differenze pressorie → questo è un concetto che l’insegnante ha sottolineato più volte). Dal ventricolo sinistro, il sangue viene pompato all'aorta, dove la pressione è signiUcativamente più alta: è dunque necessaria una pressione più alta in modo da garantire al sangue una sukciente energia potenziale per poter circolare in tutto il corpo e tornare. Oltre al diverso spessore delle pareti cardiache, nell'immagine è possibile evidenziare altri aspetti interessanti → sono rakgurati i dispositivi valvolari. La valvola assicura l'unidirezionalità del russo (dalle vene agli atri, dagli atri ai ventricoli, dai ventricoli alle arterie, dalle arterie alle vene): i lembi valvolari delle valvole atrio-ventricolari sono orientati in modo tale da permettere il russo dagli atri ai ventricoli, ma non viceversa. Al contrario, le valvole semilunari (aortica e polmonare) assicurano il russo dal ventricolo verso la corrispondente arteria, ma non viceversa. Il meccanismo di apertura e chiusura delle valvole è determinato dai regimi pressori esercitati ai due lati della valvola. : Le valvole atrio-ventricolari sono più complesse (sono costituite da lembi più consistenti: due nella valvola di sinistra e tre in quella di destra), mentre quelle semilunari sono valvole a nido di rondine. I lembi valvolari sono tenuti da corde tendinee che emergono dai muscoli papillari → è un aspetto importante da considerare: visti i regimi di pressione che si instaurano, soprattutto a sinistra, i lembi valvolari potrebbero ribaltarsi; ciò succede quando i muscoli papillari o le corde tendinee si rompono; questa condizione prende il nome di prolasso ed è più comune nella valvola mitrale (prolasso della mitrale). Il miocardio è un tessuto eccitabile e segue le istruzioni elettriche che gli vengono impartite; nel cuore gli eventi elettrici non vengono condotti da agenti estrinseci, come nel caso dei motoneuroni che innervano i muscoli scheletrici; il cuore continua a battere anche se viene denervato (nel cuore sono presenti strutture che impartiscono il ritmo e l’adeguata propagazione dell'impulso). Prima di parlare degli eventi elettrici che portano al mantenimento di una regolarità e ritmicità nella contrazione/rilasciamento, è bene comprendere i vari eventi meccanici che si veriUcano durante le varie fasi. CICLO MECCANICO DEL CUORE Il ciclo meccanico del cuore può essere distinto in diverse fasi. In maniera convenzionale, la descrizione verrà effettuata a partire dalla fase della diastole ventricolare. : DIASTOLE VENTRICOLARE & DIASTASI Durante la diastole, benché il cuore sia a riposo, si veriUca il riempimento ventricolare passivo (le camere cardiache sono rilasciate, ma il ventricolo si riempie). Il riempimento avviene grazie al gradiente di pressione che vige all’interno del sistema venoso, attraverso gli atri e poi i ventricoli. Gli atri non sono altro che una struttura di passaggio: tra le vene e gli atri non sono presenti valvole di alcun genere. Durante la diastole la pressione del ventricolo è pari a 0 mmHg, mentre quella dell’atrio è di circa 6 mmHg. Man mano che il sangue ruisce (secondo il ΔP), il ventricolo viene riempito e le pareti si distendono. In questo modo la pressione del ventricolo comincia ad aumentare: man mano che “ci si avventura” nella diastole, la pressione del ventricolo aumenta e il gradiente pressorio tra atrio e ventricolo tende dunque ad annullarsi → questo evento prende il nome di diastasi (o pre- sistole atriale → il riempimento passivo del ventricolo, dapprima veloce, rallenta Un quasi a fermarsi). I lembi valvolari, che prima erano tenuti aperti dal russo di sangue in discesa, cominciano a chiudersi. In realtà, i lembi valvolari non sono mai in uno stato di completa apertura: il sangue, ruendo verso il ventricolo, crea dei vortici, che, sbattendo contro le pareti del ventricolo, spingono i lembi valvolari dalla parte opposta cercando di chiuderli (i lembi valvolari sono soggetti a due opposte pressioni: russo di sangue, che tende ad aprirli, e i vortici, che tendono a chiuderli). Nel momento in cui il russo di sangue rallenta, prevale la forza dei vortici: in questo modo i lembi valvolari tendono ad accollarsi, ma non riescono del tutto, dal momento che insorge la contrazione atriale. :  *Si parla di diastasi se l’evento viene analizzato dal punto di vista del ventricolo, mentre si parla di pre-sistole se l’evento viene analizzato dal punto di vista dell’atrio. SISTOLE ATRIALE La contrazione atriale è responsabile di un ulteriore russo di sangue verso i ventricoli, anche se non è eccezionalmente elevato. La contrazione degli atri è abbastanza debole. Inoltre, non sono presenti valvole tra le vene e gli atri → la contrazione atriale permette a una parte del sangue di ruire verso il ventricolo, ma una minima quantità viene nuovamente indirizzata verso le vene. La contrazione atriale incide minimamente sul riempimento del ventricolo (che si riempie maggiormente durante la fase passiva di riempimento). La valvola atrio-ventricolare è dunque aperta durante la fase di riempimento passivo; tende poi a chiudersi quando la pressione tra atrio e ventricolo si eguaglia, ma viene nuovamente riaperta dalla contrazione dell’atrio, che comporta un ulteriore minimo riempimento del ventricolo. :  *Durante questa fase la valvola semilunare è chiusa, quella atrioventricolare è aperta. La sistole atriale, dunque, si veriUca dopo la fase di diastasi (o pre-sistole atriale). La sistole atriale forza un piccolo ammontare di sangue addizionale nei ventricoli, completandone il riempimento tale che, alla Une della diastole ventricolare, verrà raggiunto il volume telediastolico (il ventricolo accoglie il quantitativo massimo di sangue al termine del rilasciamento). Il volume telediastolico ammonta a circa 130 ml (è il volume alla Une della diastole ventricolare, cioè il massimo riempimento ventricolare). Quando la contrazione atriale termina, comincia quella ventricolare. SISTOLE VENTRICOLARE ISOVOLUMETRICA Appena il ventricolo inizia a contrarsi (sistole ventricolare), le valvole atrio-ventricolari si chiudono e vengono sigillate (ciò impedisce il rerusso di sangue; il non corretto funzionamento di questo sistema determina una condizione patologica nota come insukcienza cardiaca). Tuttavia, le condizioni non sono ancora ideali aknché il sangue possa essere pompato nelle rispettive arterie: nelle arterie, per tutta la durata della diastole ventricolare, la pressione è rimasta a livelli abbastanza elevati: la pressione in diastole nell'aorta è di 80 mmHg, mentre nel tronco polmonare è di 15 mmHg. Il sangue, per essere pompato nelle arterie, deve vincere questi valori di pressione, partendo però da una pressione di circa 5-6 mmHg; per tutto il tempo che i ventricoli impiegheranno a raggiungere questi valori di pressione si assisterà ad una contrazione isovolumetrica (uguale volume, diversa pressione → V= P≠) → la contrazione è caratterizzata da un incremento di tensione, ma senza variazione di volume. La contrazione isovolumetrica è la fase sistolica in cui i ventricoli si contraggono, causando un aumento della pressione, ma non c’è abbastanza pressione per spingere il sangue fuori dal ventricolo, quindi il volume rimane invariato. Di conseguenza, la valvola non si apre Unché la : pressione ventricolare non supera quella presente al di là della valvola, ovvero il post-carico. Pertanto, “isovolumetrica” (iso “uguale” – volumetria “misura di volume”) signiUca che non c’è variazione del volume durante la contrazione ventricolare (Volume uguale ma pressione diversa → V= P≠). La prima fase della contrazione può essere deUnita isovolumetrica, ma non si può parlare di una contrazione isometrica, dal momento che, pur rimanendo il volume invariato, si veriUca inizialmente un rimodellamento delle camere cardiache → le Ubrocellule cardiache (cardiomiociti) non mantengono una misura costante, ma il volume rimane tale (per questo si parla di isovolumetrica). Non si può inoltre parlare, in questa prima fase, di contrazione isotonica, perché la contrazione procede aumentando la tensione. FASE DI EIEZIONE Durante la fase di sistole ventricolare isovolumetrica, la pressione all’interno del ventricolo aumenta, pur mantenendo costante il volume. Quando la pressione del ventricolo supera la pressione della corrispettiva arteria, le valvole semilunari si aprono e una quantità di sangue viene pompata in circolo → fase di eiezione. Quanto sangue viene pompato nelle arterie in condizioni di riposo? Circa 70 ml dei 130 ml iniziali (volume telediastolico). I 70 ml che vengono pompati sono deUniti gittata sistolica (o volume sistolico). Cos’è la gittata sistolica? La gittata sistolica è la quantità di sangue pompata da ciascun ventricolo in un ciclo cardiaco. Perché, se vengono pompati soltanto 70 ml, il ventricolo è in grado di contenerne 130? Bisogna fare riferimento alla legge di Laplace (applicata ad un oggetto sferico): in una struttura sferica la tensione interna è data dalla tensione circonferenziale diviso il raggio → Esempio: supponiamo che il ventricolo abbia un raggio pari a 5. Per poter imprimere una pressione di 100 mmHg la tensione della parete deve essere pari a 250. :  *Facendo riferimento all’esempio precedente → r=5; P=100; T=250. Dunque, per imprimere una pressione di 100 mmHg avendo un raggio di 5, il ventricolo deve fare uno sforzo pari a 250. Supponiamo adesso che il raggio sia pari a 3 e che la pressione da imprimere sia sempre pari a 100 mmHg. In questo caso, la tensione da esercitare è inferiore → (100x3)/2 = 150 (facendo riferimento alla formula scritta sopra). Più piccolo è il cuore, minore è lo sforzo che deve compiere la parete per raggiungere uguali valori di pressione (minor forza di contrazione). Ulteriore esempio: la pressione arteriosa del gatto è uguale a quella dell’uomo. Tuttavia, lo spessore dei ventricoli del cuore del gatto è nettamente inferiore rispetto a quello dei ventricoli dell’uomo → nel caso del gatto è sukciente una forza di contrazione più lieve per poter raggiungere la stessa pressione (legge di Laplace). *A sinistra la Legge di Laplace applicata ai vasi sanguigni, a destra la Legge di Laplace applicata al cuore. : Come mai, dunque, il cuore non ha un diametro (e quindi una capacità) inferiore, in modo da necessitare anche di una minore forza di contrazione? Qual è il vantaggio dell’avere un cuore più capiente? 70 ml corrisponde alla gittata sistolica in condizioni di riposo; in alcuni casi, però, è necessario che le prestazioni del cuore vengano aumentate (ad esempio durante l’attività Usica): a tal proposito è possibile aumentare la gittata sistolica, potenziando la forza di contrazione (in questo modo possono essere pompati 80/90/100/110 ml a seconda dell’esigenza). Al massimo di uno sforzo Usico, la gittata cardiaca (di un individuo sedentario) è in grado di raggiungere Uno a 22 L per minuto. Il valore della gittata cardiaca è dato dal prodotto tra la frequenza e la gittata sistolica → i valori medi a riposo sono di 70 bpm (frequenza cardiaca) e 70 ml (gittata sistolica), dunque: 70x70 = 4900 ml/min (la gittata cardiaca in condizioni di riposo è pari a circa 5 L al minuto). Durante uno sforzo Usico intenso viene raggiunta la massima frequenza e la massima gittata sistolica. Formula empirica per calcolare la frequenza cardiaca massima → 200 bpm - (età del soggetto). Esempio: un soggetto che ha un’età di 20 anni può raggiungere una frequenza cardiaca massima di 180 bpm. Per questo motivo, al massimo di uno sforzo Usico, la gittata cardiaca di un individuo sedentario è in grado di raggiungere Uno a 22 L per minuto (valore raggiunto al massimo della frequenza e gittata sistolica). Gli atleti allenati, come i ciclisti e i maratoneti, superano facilmente questi valori, anche di molto (la gittata cardiaca massimale di un ciclista allenato può raggiungere anche più di 40 L per minuto). Il cuore di questi soggetti è più capiente e forte: ipertroUa eccentrica (con l'allenamento la camera cardiaca si allarga e riceve più sangue durante la diastole, anche 250 ml). Per questo motivo gli atleti sono in grado di raggiungere elevati valori di gittata cardiaca anche a frequenze basse (ciò è valido per lo più in condizioni di riposo o durante esercizi di moderata attività). Quando l’atleta è portato a svolgere attività massiva, la frequenza raggiunge comunque dei valori massimali → a differenza della gittata sistolica, la frequenza cardiaca non può essere allenata. Ovviamente, a contribuire all’aumento della gittata sistolica vi sarà anche un potenziamento della forza di contrazione, operato dal sistema ortosimpatico (argomento che verrà trattato nelle lezioni successive). Non tutto il sangue contenuto nel ventricolo viene pompato durante la sistole ventricolare in condizioni di riposo. Un cuore in buona salute deve pompare almeno la metà del sangue in esso contenuto: la frazione di eiezione deve essere superiore al 50%. La frazione di eiezione è un parametro importantissimo che permette di capire se il cuore è in salute; se la frazione di eiezione si riduce, allora diminuisce anche il sangue pompato dal cuore. Con l'aggiunta di un nuovo ritorno venoso, non soltanto verranno raggiunti i 130 ml, ma il volume telediastolico aumenterà → il cuore diventa maggiormente dilatato: ciò è pericoloso, considerando la legge di Laplace. Come mai? Maggiore è la dilatazione del cuore, maggiore deve essere la forza di contrazione per raggiungere la stessa pressione (maggiore è il raggio, maggiore deve essere la forza di contrazione esercitata dal cuore per raggiungere la stessa pressione). Se ciò si veriUca per cause di insukcienza cardiaca il soggetto può andare incontro a conclusioni nefaste (scompenso cardiaco: il cuore si dilata e non riesce a pompare il sangue che arriva). : DIASTOLE VENTRICOLARE ISOVOLUMETRICA La gittata sistolica, dunque, equivale a 70 ml per ogni ciclo cardiaco. All’interno del ventricolo vi è pertanto la permanenza di 60 ml di sangue (130-70 = 60 ml), ai quali si aggiungerà un altro volume di sangue proveniente dall’atrio (a seguito di ritorno venoso e contrazione atriale). Il nuovo riempimento ventricolare non può avvenire subito dopo che il cuore comincia a rilasciarsi → quando il cuore inizia a rilasciarsi la pressione interna del ventricolo è ancora signiUcativamente alta (ventricolo sinistro circa 120 mmHg, ventricolo destro circa 25 mmHg). Per potersi riempire nuovamente, la pressione all'interno dei ventricoli deve scendere a tal punto da essere inferiore a quella degli atri, in modo tale che il russo di sangue possa aprire le valvole atrio-ventricolari. Questa prima fase della diastole, caratterizzata da un decremento di pressione, ma senza variazione di volume, prende il nome di diastole ventricolare isovolumetrica (V= P≠). Quando la pressione dei ventricoli scende a valori sukcientemente bassi da far riaprire le valvole atrio-ventricolari, si veriUca un nuovo riempimento ventricolare (e il ciclo ricomincia). RAFFIGURAZIONE GRAFICA DEL CICLO MECCANICO DEL CUORE Le fasi meccaniche del ciclo cardiaco possono essere indagate con diversi graUci: :  *Diagramma pressione/volume nel ventricolo di sinistra. La fase dalla quale abbiamo iniziato la spiegazione (diastole ventricolare & diastasi) è rakgurata dalla lettera D (ingresso passivo di sangue nel ventricolo, secondo gradiente di pressione). Inizialmente i valori di pressione sono bassissimi (prossimi allo 0); man mano che si veriUca il riempimento passivo diastolico del ventricolo i valori di pressione tendono a salire (il sangue ruisce, distendendo le pareti ventricolari), Uno ad eguagliare i valori di pressione dell’atrio. Una volta raggiunto il volume telediastolico (dopo la sistole atriale), a seguito di contrazione del ventricolo (lettera A) ci si trova di fronte ad un evento caratterizzato da incremento di pressione, ma senza variazioni di volume (sistole ventricolare isovolumetrica). La lettera B rappresenta il raggiungimento di 80 mmHg (pressione diastolica dell’arteria aorta) → a questi valori, la valvola semilunare aortica si apre e la contrazione del ventricolo è accompagnata dall'eiezione (fase di eiezione). ATTENZIONE: non si può parlare di sistole isotonica, dal momento che la pressione non rimane costante → la pressione continua a salire per un certo periodo, in base alla velocità della fase di eiezione. La fase di eiezione è più rapida all'inizio (linea verde) → nel momento in cui il cuore si contrae e la valvola semilunare si apre, la pressione nell'aorta è pari a 80 mmHg (pressione diastolica): in questa fase viene raggiunto il massimo gradiente e la velocità di eiezione è massima. Man mano che il sangue arriva nell'aorta, il gradiente si riduce e la contrazione ventricolare inizia a scemare, dunque l'eiezione rallenta, Uno a fermarsi (quando il cuore inizia a rilasciarsi). Quando il cuore si rilascia (lettera C), la pressione all’interno del ventricolo si abbassa e le valvole semilunari (in questo caso la valvola semilunare aortica) si chiudono. Il sangue nell'aorta, dunque, ha una tendenza a ritornare nel ventricolo, ma non riesce a raggiungerlo: il sangue sbatte contro i lembi delle valvole semilunari e viene ricacciato nell'aorta (viene prodotto un suono noto come “secondo tono cardiaco”). Una volta chiuse le valvole semilunari viene raggiunto il volume telesistolico (volume di sangue che è rimasto nel ventricolo dopo la sistole: in condizioni di riposo circa 60 ml, perchè 70 ml, corrispondenti alla gittata sistolica : ventricolare, sono stati pompati). Inizia quindi la diastole ventricolare, che nella sua fase iniziale è isovolumetrica (diastole ventricolare isovolumetrica), caratterizzata da riduzione della pressione senza variazione del volume, Untanto che il calo della pressione all'interno del ventricolo sarà tale da fare riaprire la valvola atrioventricolare mitrale (lettera D). In questo modo il ciclo può ricominciare. DIAGRAMMA DI WIGGERS L’insegnante deUnisce questo diagramma la “Bibbia del sistema cardiaco”: *In questo caso ad essere messi in rapporto tra di loro sono la pressione e il tempo. Il graUco in alto (a) rakgura la metà destra del cuore, mentre il graUco in basso (b) rakgura la metà sinistra del cuore. ATTENZIONE: bisogna saperlo disegnare e descrivere. Per quanto riguarda la metà sinistra del cuore, sono stati presi in considerazione l’atrio sinistro (linea blu), il ventricolo sinistro (linea rossa) e l’aorta (linea arancione); per quanto riguarda la metà destra del cuore, sono stati presi in considerazione l’atrio destro (linea blu), il ventricolo destro (linea rossa) e il tronco polmonare (linea arancione). È possibile innanzitutto riscontrare una notevole differenza tra i tracciati della metà destra del cuore e quelli della metà sinistra, soprattutto in relazione ai diversi regimi di pressione. Ci occuperemo principalmente della descrizione della parte sinistra del cuore, dal momento che offre una più ampia possibilità di discussione. In realtà, sebbene i valori rappresentati siano diversi, il signiUcato di entrambi i graUci è abbastanza simile. : A prima vista, osservando le tre strutture di sinistra (graUco b), è possibile notare come l’atrio di sinistra abbia un regime di pressione costantemente basso, mentre il tracciato di pressione dell’aorta è costantemente più elevato (è necessario che l’aorta abbia un regime pressorio più elevato, in modo che il sangue possa raggiungere tutti i distretti anatomici). Il ventricolo, come si conviene ad una pompa che si rispetti, deve oscillare tra valori di pressione sukcientemente bassi, in modo da accogliere il sangue proveniente dagli atri, e valori di pressione più alti, per poter iniettare il sangue nel sistema di distribuzione. Analizzando il tracciato pressorio atriale è possibile notare come la pressione effettui delle ruttuazioni (oscillazioni di lieve entità, ma pur sempre visibili). Qual è il motivo di queste oscillazioni? Il graUco di Wiggers rakgurato a pag. precedente descrive il ciclo cardiaco a partire dalla sistole atriale (linea blu) (detta anche pre-sistole; si veriUca un incremento di pressione negli atri, tipico della contrazione atriale); la contrazione atriale porta a termine il riempimento ventricolare. Dopo una prima variazione in positivo del tracciato pressorio atriale (contrazione atriale), insorge la sistole ventricolare (linea rossa). In concomitanza dell’inizio della sistole ventricolare, anche nell’atrio si nota una piccola deressione verso l’alto. Nel suo insieme il tracciato pressorio atriale è caratterizzato da tre deressioni verso l'alto e due deressioni verso il basso. Le deressioni verso l'alto prendono il nome di onda A, C e V. Le deressioni verso il basso prendono il nome di x e y. L'onda A (deressione verso l’alto) è in concomitanza della sistole atriale (per questo motivo prende il nome di onda A), mentre l'onda C (deressione verso l’alto) è in concomitanza della contrazione del ventricolo (per questo motivo prende il nome di onda C). Perché la contrazione del ventricolo fa aumentare la pressione negli atri? Durante la sistole ventricolare, le valvole atrio-ventricolari si chiudono e la pressione all’interno del ventricolo aumenta. Anche se non si ribaltano, i lembi della valvola si sollevano, riducendo il volume dell'atrio e incrementandone la pressione. Dunque, questa prima fase della sistole isovolumetrica ventricolare ha anche effetti sulla pressione atriale, facendola aumentare leggermente (onda C). Si tratta però di una condizione transitoria → non appena la sistole ventricolare fa raggiungere al sangue la pressione sukciente a far aprire la valvola aortica, vi sarà una fase d’exusso, caratterizzata da una deressione verso il basso del regime pressorio atriale. Come mai? La spinta esercitata dalla sistole ventricolare sulla valvola atrio-ventricolare viene meno; inoltre, man mano che si veriUca l’eiezione, il volume del ventricolo si riduce, tirando verso il basso il pavimento dell’atrio → in questo modo l’atrio viene dilatato (aumenta il volume e diminuisce la pressione). Quello appena descritto è un aspetto molto importante da considerare: la diminuzione di pressione negli atri favorisce il ritorno del sangue dalle vene, : come se agisse da “forza aspirante”. Durante la fase di eiezione il cuore svolge una duplice funzione: spinge il sangue nella rispettiva arteria; aspira il sangue dalle vene (aspirazione sistolica); questo fenomeno incide in minima parte sul ritorno venoso del sangue al cuore. Man mano che il sangue ruisce dalle vene, entra nell'atrio e si accumula → è come se l’atrio fosse un “vicolo cieco”: le valvole atrio-ventricolari sono chiuse, dunque il sangue che torna al cuore si accumula nell'atrio, perché “è diventato un vicolo cieco”. Man mano che il sangue si accumula, si determina un graduale incremento di pressione nell’atrio, che culmina con una deressione verso l’alto nota come onda V. L'onda V è in concomitanza del ritorno venoso del sangue verso l’atrio (per questo motivo prende il nome di onda V). L'onda V è seguita da una seconda deressione verso il basso, determinata dalla diastole isovolumetrica del ventricolo → quando la pressione del ventricolo scende, Uno a diventare più bassa di quella atriale, la valvola atrio-ventricolare si apre e il sangue che si era accumulato negli atri irrompe nei ventricoli (il prof. vuole che utilizziamo il verbo “irrompere” per descrivere questo processo). La prima fase di riempimento ventricolare è una fase rapida, dal momento che la pressione ventricolare si abbassa molto rapidamente, permettendo al sangue accumulatosi negli atri di irrompere (si veriUca il terzo tono cardiaco). L'irruzione veloce è caratterizzata dalla formazione di vortici (moto turbolento; il sangue diventa turbolento quando supera il numero di Reynolds). Vi è dunque un iniziale riempimento rapido, per poi raggiungere la diastasi e la nuova contrazione ventricolare. DIAGRAMMA DI WIGGERS (VENTRICOLO SINISTRO) In concomitanza con la sistole atriale si veriUca un incremento di pressione all’interno del ventricolo sinistro → il sangue proveniente dall’atrio sinistro fa distendere le pareti del ventricolo, determinando un aumento della pressione, che si mantiene comunque a livelli bassi. Un aumento di pressione consistente si veriUca a seguito di sistole ventricolare. La : prima fase della sistole ventricolare è caratterizzata dalla contrazione isovolumetrica (è una fase istantanea, della durata di pochi ms). *Nel ventricolo destro è sukciente una pressione di 15 mmHg aknché la valvola semilunare polmonare si apra, mentre nel ventricolo sinistro servono 80 mmHg per aprire la valvola semilunare aortica → nonostante ciò, la forza di contrazione dei due ventricoli è diversa, dunque le due valvole si aprono allo stesso momento (la forza di contrazione del ventricolo sinistro è superiore). La contrazione isovolumetrica del ventricolo è seguita dall’eiezione, caratterizzata da una fase iniziale rapida e da una fase successiva più lenta. Nonostante la pressione del ventricolo abbia raggiunto la pressione dell’aorta, esso continua comunque a contrarsi → l’ulteriore incremento di pressione conferisce alla contrazione una caratteristica particolare: la contrazione viene deUnita auxotonica; cosa signiUca? La contrazione auxotonica è una contrazione concentrica, in cui la tensione muscolare cresce progressivamente man mano che il muscolo si accorcia. Man mano che il sangue viene eiettato, il raggio del ventricolo si rimpicciolisce → anche senza aumentare la forza di contrazione, dovendo contrastare un raggio più piccolo la pressione aumenta (legge di Laplace). Ad un certo punto la pressione del ventricolo diminuisce, Uno a raggiungere valori inferiori a quelli del sangue appena pompato nell’aorta; il sangue giunto nell’aorta tende a tornare indietro, ma non riesce a rientrare nel cuore → sbatte contro le valvole semilunari. Il contraccolpo (o, come lo deUnisce il professore, rinculo ) del sangue sui lembi valvolari della semilunare aortica dà origine ad un'oscillazione della pressione dell'aorta (è visibile nel diagramma di Wiggers). Durante la diastole (che in una prima fase è isovolumetrica), la pressione ventricolare decresce. Quando la valvola atrioventricolare si apre, la diastole è invece caratterizzata da un incremento di volume e dal rapido riempimento ventricolare. DIAGRAMMA DI WIGGERS (ARTERIA AORTA) Nell’aorta la pressione non scende mai a valori molto bassi (min = 80 mmHg; max = 120 mmHg). Come mai durante la diastole la pressione nell'aorta non scende mai a valori molto bassi? Dopo le arterie vi sono le arteriole, caratterizzate da elevata resistenza al russo. La : tonaca muscolare delle arteriole “strozza” la via di uscita del sangue verso i capillari; le arteriole presentano elevata resistenza al russo, impedendo un “russo facile” del sangue verso i capillari. Nel passaggio da arterie ad arteriole si veriUca un brusco calo di pressione (da 70/80 mmHg a ~35 mmHg). 35 mmHg rappresenta il valore di pressione sukciente per permettere al sangue di raggiungere i vari capillari. Come mai allora il cuore pompa il sangue con una pressione di 120 mmHg? Se il cuore pompasse con pochi mmHg, tutto il sangue andrebbe verso i distretti favoriti dalla gravità (gli arti inferiori); è necessario rifornire anche i distretti superiori del corpo. Una volta che il sangue viene pompato dal ventricolo, resta imprigionato (o quasi) nelle grosse arterie ad un regime di pressione così elevato da essere costretto a ricercare tutte le “vie di fuga” possibili, anche quelle sfavorite dalla gravità (ad esempio la circolazione cerebrale). Se questo meccanismo non funzionasse bene, il soggetto rischierebbe di andare incontro a svenimento (lo svenimento permette al corpo di distendersi per terra, portando la testa allo stesso livello di altezza del cuore). Il fatto che l’aorta mantenga dei livelli di pressione così elevati garantisce il russo del sangue in tutti i distretti del corpo. Come mai le arteriole sono i veri vasi di resistenza? Le arteriole, pur avendo un raggio maggiore rispetto ai capillari, sono in numero ridotto e la loro sezione complessiva è inferiore rispetto a quella dei capillari → per questo motivo le arteriole sono i veri vasi di resistenza (il valore della sezione complessiva è inversamente proporzionale alla resistenza). La sezione complessiva delle arteriole è variabile: la resistenza delle arteriole non è una resistenza Ussa, ma determinata dal tono di contrazione della muscolatura liscia (controllato dal sistema ortosimpatico vasocostrittore); le resistenze possono aumentare sia in senso generale che in senso distrettuale. ALTRE EVIDENZE RIGUARDANTI IL CICLO CARDIACO Nell’immagine sottostante sono descritte altre evidenze riguardanti il ciclo cardiaco: : Nella parte sinistra del graUco sovrastante è rakgurato il ciclo cardiaco dal punto di vista degli atri (i valori di pressione sono costantemente bassi), in mezzo è rakgurato il ciclo cardiaco dal punto di vista dei ventricoli (i valori di pressione oscillano tra alti e bassi), a destra dal punto di vista dell’aorta (i valori di pressione sono costantemente alti). Mettendo insieme le tre tipologie di onde è possibile costruire il diagramma di Wiggers. In quest’altro graUco (Ugura sovrastante) è invece rappresentata la variazione del volume ventricolare in funzione del tempo. Il graUco descrive il ciclo cardiaco a partire dalla sistole atriale (o pre-sistole: rappresenta il completamento del riempimento ventricolare; il ventricolo contiene 130 ml di sangue). La prima fase della sistole ventricolare viene deUnita isovolumetrica → di fatti, la prima parte della curva risulta essere piatta (il ventricolo si sta contraendo, ma la valvola non risulta ancora aperta). Nel momento in cui la valvola semilunare si apre, viene permesso l’exusso del sangue, che comporta una riduzione del volume ventricolare; l’exusso risulta essere inizialmente più rapido, per poi rallentare (possiamo denotare questo aspetto dalla pendenza della curva, inizialmente più pronunciata). Quando la valvola semilunare si chiude, si veriUca il : rilasciamento isovolumetrico del ventricolo, Un quando la valvola atrio-ventricolare si apre. A questo punto il sangue accumulatosi nell'atrio irrompe, determinando un riempimento inizialmente rapido, per poi rallentare Uno a raggiungere la diastasi. Il graUco sovrastante mette in evidenza la velocità di eiezione. La velocità di eiezione è massima nella fase iniziale, per poi decrescere, Uno a diventare negativa (per via del contraccolpo del sangue contro le valvole semilunari). Il fonogramma permette di rakgurare i rumorini che possono essere ascoltati in concomitanza del ciclo cardiaco (toni cardiaci). I più comuni sono due: primo e secondo tono cardiaco; vengono espressi in maniera diversa anche nei vari libri di testo. Da un punto di vista onomatopeico vengono descritti come “DUM-DA” (il primo è DUM, il secondo è DA; sono correlati ad eventi diversi del ciclo cardiaco). I due toni principali segnano l'inizio e la Une della sistole; aknché si veriUchi di nuovo il primo tono è necessario che trascorra tutta la diastole). In un ciclo cardiaco normale, che dura ~0,9 secondi, la sistole ne occupa un terzo, mentre la diastole due terzi. Cosa provoca il primo tono? Cosa il secondo? Il primo tono è più lungo e cupo; le componenti che concorrono a generarlo sono numerose: chiusura della valvola atrio-ventricolare: la valvola viene chiusa e spinta verso l'alto (la valvola è fatta di tessuto connettivo e vibra, provocando il rumore); componente muscolare: la contrazione, nella sua prima fase, è isovolumetrica; ciò comporta una messa in tensione delle Ubrocellule muscolari cardiache, generando il :  primo tono (è cupo proprio per la presenza della componente muscolare). Superando la sistole isovolumetrica si ha l'apertura della valvola semilunare, che provoca un moto turbolento (fase iniziale dell’exusso). Finito l'exusso, il ventricolo comincia a rilassarsi e la pressione al suo interno scende al di sotto di quella dell'aorta dove il sangue è stato pompato. Il sangue acquisisce una tendenza a tornare indietro; questo evento comporta il contraccolpo del sangue sui lembi delle valvole semilunari e la loro vibrazione (secondo tono, più secco, acuto; le valvole semilunari sono più piccole e Ubrose). Accanto a questi due toni, che sono i più facilmente udibili anche ad orecchio nudo con opportuni metodi di ampliUcazione (grazie al fonocardiografo), è possibile mettere in evidenza altri due toni: terzo e quarto tono cardiaco. Il terzo tono cardiaco si veriUca in concomitanza del riempimento ventricolare rapido, quando il sangue irrompe nei ventricoli; il quarto tono cardiaco è legato alla contrazione atriale (il sangue viene immesso a forza nel ventricolo). POLSO ARTERIOSO E POLSO VENOSO Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, per “polso” non si intende il “polso anatomico” (localizzato tra mano e avambraccio), ma un impulso (a livello del “polso anatomico” è possibile sentire il polso arterioso → il “polso anatomico” prende questo nome proprio per questo motivo). Il polso arterioso è un impulso pressorio che si propaga elasticamente; il polso arterioso può essere rilevato in svariate altre localizzazioni anatomiche (ad esempio, poggiando le dita sul collo è possibile sentire il polso carotideo, sulla gamba il polso femorale). Il sangue che viene iniettato violentemente nell'aorta genera un'onda di pressione che si propaga elasticamente, dando origine al polso. ATTENZIONE: l’onda di pressione non è dovuta al passaggio del sangue dall'arteria radiale, dalla carotide o dall’arteria femorale → l'arrivo del polso non ha niente a che vedere con l'arrivo del sangue, dal momento che il sangue arriverà più tardi (il sangue non arriva istantaneamente). Il polso arterioso è una propagazione elastica dovuta agli urti tra le molecole che si spingono. : Esempio: il suono si propaga con onde di pressione, che si urtano le une con le altre nell'aria; il rumore di un fuoco d'artiUcio è il risultato delle onde pressorie, non l'aria che viene spostata. Allo stesso modo, il polso non corrisponde all'arrivo del sangue che è stato pompato, ma all'urto elastico provocato dalla gittata sistolica. Il polso può essere rilevato anche a distanze notevoli dal cuore, con ritardi millesimali. Il polso arterioso era un tempo più studiato, quando non esistevano ancora le tecniche di indagine più soUsticate (polso rapido, lento, tardo, … per avere un'idea sull'azione pompante del cuore); ad oggi può essere utile per capire lo stato di salute generale del soggetto. Diverso, invece, è il polso venoso, generato dalle oscillazioni pressorie (ne abbiamo parlato nelle pagine precedenti) che si veriUcano negli atri a seguito delle diverse fasi del ciclo cardiaco. Anche le pressioni degli atri risentono delle diverse fasi del ciclo cardiaco. Il polso venoso è dovuto alle variazioni di pressione degli atri che si propagano “a marcia indietro” nelle vene. Queste oscillazioni pressorie sono molto modeste (si tratta di oscillazioni di pochi mmHg; nel caso del polso arterioso le oscillazioni raggiungono anche 80 mmHg) → tra atri e vene non sono presenti valvole: la propagazione avviene per pochi cm. Il polso venoso tipico viene registrato a livello della giugulare. L'andamento del polso venoso rirette l'andamento delle variazioni di pressione che si veriUcano negli atri (le tre onde positive A, C e V e le due deressioni negative x e y). Data: 15/03/2023 :  CAPITOLO 3 ECCITABILITÀ E AUTO-ECCITABILITÀ Il miocardio fa parte dei tessuti eccitabili. Per eccitabilità si intende la capacità che hanno determinate cellule di taluni tessuti di saper modulare il proprio potenziale di membrana, Uno ad invertirlo, dando luogo al potenziale d'azione. Normalmente, questo fenomeno è indotto nelle cellule da un qualcosa che le stimola (recettori, eventi sinaptici, …). Nel cuore esistono degli elementi non soltanto eccitabili, ma addirittura auto-eccitabili: modulano il potenziale di membrana scatenando il potenziale d'azione senza che qualcuno le abbia stimolate. Il cuore è in grado di contrarsi autonomamente proprio per questo. Tali strutture sono per lo più localizzate in un tessuto specializzato, cioè il miocardio speciXco, a sua volta distinguibile in un tessuto nodale (nodo senoatriale e nodo atrioventricolare) e vie di conduzione. Questa porzione di miocardio ha una massa notevolmente minore rispetto al miocardio in toto, infatti la maggior parte della massa carnosa del cuore è rappresentata dal miocardio comune, che è il miocardio di lavoro. Il miocardio speciUco gestisce le varie fasi, il miocardio comune le esegue. Le Ubre che fanno parte del miocardio speciUco vengono deUnite “Ubre delle tre P” in quanto sono: :  Pallide, perché hanno una scarsa quantità di mioglobina che è un pigmento respiratorio tipico delle Ubre muscolari, il quale conferisce il colorito rosso al muscolo. Tali Ubre infatti non si sono specializzate nella vera e propria contrazione, ma nella gestione dei fenomeni elettrici; Primitive, perché a livello embriologico sono le prime che si sono sviluppate. Ciò è logico perché senza un tessuto pacemaker, il cuore non avrebbe avuto modo e nemmeno motivo di svilupparsi; Pacemaker (letteralmente “segnapassi”), perché hanno la capacità di autoeccitarsi dando il ritmo al cuore. Non tutte le aree del miocardio speciUco hanno la stessa capacità pacemaker: il nodo senoatriale è il pacemaker principale (avviatore primario), in quanto è in grado di autoeccitarsi con la maggiore frequenza (circa 100-120 volte al minuto, cioè la frequenza spontanea di auto-eccitabilità; il sistema parasimpatico interviene rallentando la tendenza spontanea del nodo senoatriale ad autoeccitarsi 100-120 volte al minuto, riducendo il numero a circa 70-80). Il nodo atrioventricolare ha una frequenza spontanea di auto-eccitazione di circa 30-35 volte al minuto (normalmente non si mette in evidenza, perché il nodo seno-atriale si depolarizza prima). Vi possono essere dei casi in cui la frequenza del nodo atrioventricolare si mette in evidenza, in caso di blocco nella trasmissione atrio-ventricolare (gli atri si attivano per conto proprio, con la frequenza del nodo seno-atriale, mentre i ventricoli hanno il ritmo del nodo atrioventricolare: ci rendiamo conto che si tratta di un ritmo troppo basso per una normale vita; in questi casi si ricorre al pacemaker artiUciale). POTENZIALE DI MEMBRANA Il potenziale di membrana è presente in tutte le cellule, non soltanto quelle eccitabili. La differenza di potenziale, la cui parte negativa in condizioni di riposo è costantemente all'interno, è dovuta alla presenza di grossi anioni proteici, cioè molecole particolarmente grandi che non riescono a passare attraverso la membrana, rimanendo dentro la cellula. Le proteine, di base, sono elettroliti anfoteri, che possono dissociarsi come acidi o basici: la dissociazione acida prevede il distacco di un protone mantenendo il residuo COO-, mentre la dissociazione basica prevede l’acquisto di un protone formando il gruppo NH3+; i protagonisti della dissociazione sono i vari radicali che sporgono dalle proteine che, in tal caso, per rendere negative le proteine, hanno privilegiato la loro dissociazione acida. L'equilibrio elettrico non viene raggiunto, malgrado all'interno della cellula siano presenti molti ioni potassio carichi positivamente. Altri ioni positivi, come calcio e sodio, sono presenti fuori dalla cellula, contro le comuni leggi dell'equilibrio: il sodio, di norma, tende ad entrare nella cellula per gradiente elettrochimico ma, nel momento in cui entra, viene immediatamente buttato fuori dalla cellula grazie all'attività della pompa Na+/K+. Al contempo, il potassio tende ad uscire dalla cellula perché il gradiente di concentrazione è maggiore del gradiente : elettrico che lo trattiene (la pompa sodio potassio, in questo caso, tende a riportare il potassio dentro la cellula). Ogni ione è sottoposto a delle spinte che tendono a farlo muovere da una parte e dall'altra ed esse sono identiUcabili come gradienti elettrici e di concentrazione. In base alla prevalenza di un gradiente sull’altro si possono veriUcare diversi casi. Ad esempio il cloro è uno ione negativo che abbonda nell'ambiente extracellulare e il gradiente di concentrazione lo spinge verso l’interno della cellula, ma esso non entra perché il gradiente di concentrazione è perfettamente controbilanciato dal gradiente elettrico che lo spinge all’esterno. La risultante dei due gradienti prende il nome di gradiente elettrochimico che, in questo caso, è pari a 0. Per il potassio la situazione è diversa, infatti il suo gradiente di concentrazione è quantiUcabile nella misura di 90 mM, mentre il gradiente elettrico è 70 mV. In tal caso il gradiente di concentrazione non è controbilanciato dal gradiente elettrico e ne viene fuori un gradiente elettrochimico con un valore pari a 20: per questo motivo il potassio tende ad uscire dalla cellula (anche se con “dikcoltà”). La situazione del sodio e del calcio è “più drammatica”: entrambi sono spinti all'interno della cellula, sia per gradiente elettrico che per gradiente di concentrazione, quindi in questo caso i due gradienti vanno nella stessa direzione. Il gradiente elettrico è pari a 70, mentre quello chimico è pari a circa 55, per cui il gradiente elettrochimico risultante sarà pari a 125 (una forza enorme). Addirittura il calcio ha un gradiente elettrochimico superiore a 130, infatti ha un valore di circa 180 mV che tende a spostarlo verso l'interno. Nel momento in cui questi due ioni entrano nella cellula vengono subito buttati fuori dalla cellula: Il sodio dalla pompa ATPasica; Il calcio con un meccanismo sodio-dipendente. I gradienti elettrochimici comportano un enorme dispendio energetico, ma ovviamente portano dei vantaggi. Il primo è direttamente correlato all'eccitabilità: se opportunamente stimolata, una cellula si eccita e inverte il proprio potenziale di membrana, diventando positiva all'interno per un massiccio ingresso di ioni positivi. L'ingresso di ioni positivi si può avere soltanto se prima erano stati pompati fuori dalla cellula “a forza” e ci rendiamo conto che in condizioni di equilibrio non avremmo avuto alcuna eccitabilità. Il gradiente viene mantenuto da tutte le cellule del nostro organismo, ma quale utilità avrà mantenerlo nelle cellule che generalmente non si eccitano? Il mantenimento di questi gradienti crea una sorta di energia potenziale che viene sfruttata nel caso di innumerevoli trasportatori di membrana, i quali fanno passare altre molecole contro gradiente sfruttando, ad esempio, il gradiente elettrochimico del sodio. Proviamo ad immaginare un mulino: l'acqua, scendendo, fa girare la ruota, dando sfogo alla sua energia potenziale. Quando la ruota gira, questo movimento verrà sfruttato per macinare la farina o svolgere altre mansioni (diventa una sorta di motore). Nelle cellule succede qualcosa di simile: vi sono dei trasportatori di membrana che si occupano dei meccanismi di trasporto secondario (simporto e antiporto). Un classico esempio di simporto si ha nel riassorbimento renale del glucosio in cui il trasportatore ha due siti che legano rispettivamente uno ione sodio e una molecola di glucosio. Sfruttando il gradiente elettrochimico del sodio, che lo spinge ad entrare, si riesce a fare entrare (insieme al sodio) una molecola di glucosio contro gradiente. Questo : meccanismo è talmente ekcace che, normalmente, nelle urine non è presente glucosio. Nei meccanismi di antiporto la direzione delle due molecole è opposta, e anche qui un classico esempio si ha a livello renale quando si secernono ioni H+ per acidiUcare le urine. Nella cellula renale è presente un trasportatore che ha un sito esterno per il sodio e un sito interno per l'H+. Quando il sodio si lega, quest'ultimo dà sfogo alla sua tendenza ad entrare, mentre lo ione H+ viene espulso contro gradiente. Quindi il lavoro della pompa sodio-potassio non è “capriccioso”, malgrado consumi il maggior apporto di ATP nel nostro organismo. Quando introduciamo un elettrodo all'interno della cellula il potenziale piomba a valori variabili (variamente negativi), a seconda del tipo cellulare preso in considerazione. Il potenziale di membrana rimane tale se non si veriUcano eventi che lo perturbano (se si tratta di una cellula semplicemente eccitabile). Nonostante gli ioni non siano in grado di attraversare liberamente la membrana, sono presenti dei canali che permettono loro di passarci attraverso. Ma, nel frattempo, la pompa sodio-potassio, consumando ATP, butta fuori il sodio e permette l'internalizzazione del potassio. CANALI IONICI I canali ionici non sono tutti uguali, ne distinguiamo due tipi: Passivi: hanno sempre una determinata conformazione e sono responsabili della (seppur bassa) permeabilità della membrana a riposo; Attivi: possono esistere in uno stato “chiuso” o “aperto” (sono caratterizzati da una sorta di cancello = gate). I canali attivi sono gated, mentre quelli passivi sono non-gated. I canali attivi vengono classiUcati sulla base dei responsabili del loro stato di apertura o chiusura, cioè agenti chimici, meccanici ed elettrici. Canali chimici: le molecole che compongono i canali sono di natura proteica. In alcuni di questi canali l'arrivo di molecole fa variare la conformazione tridimensionale, rendendo il : canale permeabile allo ione. Canali di questo tipo sono alla base della trasmissione sensoriale (olfatto, gusto). Ad esempio le molecole del profumo, legandosi a qualche recettore della mucosa nasale, permettono di attivare dei canali che trasmettono l'impulso. Canali di questo tipo sono anche responsabili delle trasmissioni sinaptiche in cui, una volta liberati, i neuromodulatori si legano ai recettori della membrana post-sinaptica. Alcuni di questi recettori sono recettori-canale (ionotropi), altri invece sono caratterizzati da meccanismi più indiretti: recettori metabotropi, che innescano una sequenza di secondi messaggeri intracellulari e permettono l'apertura di canali a distanza. Quindi, sostanzialmente, l’arrivo di un ligando permette l'apertura di questi canali. Canali meccanici: sono ancorati al citoscheletro della membrana, per cui sono sensibili ad eventi che deformano la membrana, come lo stiramento. Supponiamo di poggiare il dito sul tavolo: è possibile avere la sensazione tattile grazie ai recettori localizzati a livello dei polpastrelli, che aprono dei canali e attivano dei segnali di trasmissione dell'impulso che arrivano Uno alla corteccia. Molti recettori con canali meccanici sono presenti anche nei controlli viscerali: esistono a tal proposito dei barocettori (aortici e carotidei) sensibili alla pressione arteriosa (sono dotati di canali meccanici che si attivano con lo stretching della parete arteriosa), tensocettori vescicali, del colon, della parete dello stomaco, polmonari e molti altri. Canali elettrici: si aprono in base alla polarità di membrana (canali voltaggio-dipendenti). Queste sono le tre tipologie principali di segnali che aprono i canali. Parliamo di “principali” perché, ad esempio, non è chiaro, parlando di termocettori, se ve ne siano alcuni sensibili alla temperatura, o che si deformano a seguito di variazioni della temperatura, quindi non si sa di preciso la categoria (termici o meccanici) a cui possano appartenere. Ai canali voltaggio-dipendenti è legato il fenomeno dell'eccitabilità: non tutte le stimolazioni sono idonee a fare scattare il potenziale d'azione. Infatti vi sono molti stimoli che, pur provocando una perturbazione della condizione elettrica della membrana, non comportano nulla. Per innescare il potenziale d'azione è necessario che la perturbazione, indotta da uno stimolo qualsiasi, evochi una depolarizzazione minimale deUnita “soglia”. Nei neuroni la soglia è di circa -55 mV, quindi è necessario arrivare a -55 mV per provocare il potenziale d'azione. Perché bisogna arrivare ad un valore soglia? È quel valore che mette in moto i canali voltaggio dipendenti, dunque i canali responsabili del potenziale d'azione. POTENZIALE ELETTRICO DELLE CELLULE CARDIACHE : Nelle cellule del nodo senoatriale la soglia (Threshold) viene raggiunta senza l'intervento di agenti esterni. Al contrario di quello che accade in altre cellule, dove il potenziale di membrana è abbastanza stabile, nella cellula pacemaker il potenziale dà luogo a fenomeni di auto- depolarizzazione spontanea che permettono il raggiungimento della soglia a cui segue potenziale d'azione (fase di depolarizzazione, seguita da una fase di ripolarizzazione per tornare ad una condizione di riposo). Il raggiungimento della condizione di riposo iniziale permette di riprendere il ciclo. La depolarizzazione rakgurata è quella tipica del tessuto pacemaker e prende il nome di potenziale pacemaker. Sono stati fatti innumerevoli studi per cercare di capire cosa portasse le cellule alla depolarizzazione spontanea e sono stati identiUcati moltissimi tipi di canali (alcuni si aprono prima, alcuni dopo). Ciò che ci interessa sapere è che probabilmente le pompe che buttano fuori i cationi non sono così ekcaci nel mantenere stabile il potenziale di membrana. In queste cellule infatti si veriUca un arricchimento progressivo di cariche positive (russo netto di sodio in ingresso) e il sodio si accumula Uno a raggiungere la soglia che provoca il potenziale d'azione (perché si attivano i canali voltaggio-dipendenti per il calcio). Le correnti che portano a questa depolarizzazione vengono deUnite funny (F): sono complesse e non del tutto chiarite. L'ingresso netto di cariche positive, dunque, non è controbilanciato dalle cariche positive che vengono buttate fuori, per cui raggiunta la soglia si aprono canali per il calcio voltaggio-dipendenti: la depolarizzazione è dovuta all'ingresso netto di ioni calcio. La lettera : “g” del graUco indica la conduttanza che, per il sodio, è maggiore nelle fasi che precedono il potenziale d'azione, permettendo il raggiungimento del valore soglia. Una volta formatosi il potenziale d'azione, senza alcuna stimolazione esterna, esso si propaga mediante un meccanismo abbastanza “semplice”, ma “costoso”. Una volta generato l'impulso, vi saranno, a stretto contatto fra di loro, due ambienti con segno elettrico diverso: il frammento di Ubra in cui il potenziale d'azione è positivo all'interno, mentre a Uanco vi è un frammento di Ubra in cui il potenziale di riposo è negativo all’interno. Le cariche di segno opposto si attraggono, quindi quelle positive si portano in avanti, causando in quel punto un’altra depolarizzazione che porterà (man mano che arrivano altre cariche positive) al raggiungimento del valore soglia con conseguente formazione di un nuovo potenziale d'azione. Quindi, in realtà, non è lo stesso potenziale iniziale che si sposta: si formano più potenziali d'azione, uno in ogni punto. Il potenziale d'azione si propaga con un meccanismo autorigenerativo: non è lo stesso potenziale d'azione che avanza, ma i suoi prodotti (il prof. il deUnisce “i suoi Ugli, i suoi nipoti”). Perché l'impulso non torna indietro? Il fenomeno di ripolarizzazione, spesso, non fa ritornare la membrana ai valori precedenti, ma a valori ancora più bassi, dando luogo ad un fenomeno noto come iperpolarizzazione postuma. Per questo : motivo l'impulso tende a viaggiare in avanti e non indietro. Il potenziale d'azione generato nelle cellule pacemaker del nodo del seno si propaga non soltanto all'interno di una stessa Ubrocellula, ma anche all'interno delle cellule adiacenti, grazie al fatto che tra le cellule del tessuto sono presenti delle giunzioni comunicanti (altro non sono che sinapsi elettriche) che permettono la cortocircuitazione delle cellule del miocardio. Per questo motivo il miocardio è stato deUnito anche un sincizio funzionale (l'aggettivo “funzionale” si riferisce a qualcosa di limitativo: un vero sincizio è dato dalla fusione di più elementi in un elemento solo). Il sincizio funzionale è importante perché ogni volta che nasce un potenziale d'azione nel nodo del seno, questo si propaga in tutto il miocardio a contatto, permettendo contrazioni sincrone (se ciò non si veriUcasse si andrebbe incontro a fenomeni di Ubrillazione e fascicolazione, che sono incompatibili con la vita). Quale altro tessuto del nostro corpo funge da sincizio funzionale? Il tessuto osseo. Basti immaginare gli osteociti, che presentano prolungamenti citoplasmatici, che permettono l'instaurarsi di contatti che permettono il passaggio di stimoli. Altre cellule sono gli astrociti a livello dei quali, tramite le tight junctions, è permesso il passaggio selettivo di molecole. Gli astrociti formano una struttura nota come panglian network. : Dall’immagine sottostante vediamo come il potenziale d'azione può essere registrato nelle diverse sedi del cuore e può cambiare aspetto. Nel momento in cui il potenziale si propaga dal miocardio speciUco a quello comune, esso cambia di forma (Ugura in alto a destra). (Poi riprendo a sistemare da qua) Io ho quasi Unito. È che sono stanco e sto rallentando i ritmi ahah. Vabbè ci sta, si cazzeggia un po’, io Unisco sta lezione e ciao. Notare che il prof in 3x va lo stesso piano. AHAHAHAHAHAH è vero. Ma sta parte la lasciamo?. Si, è una testimonianza del nostro scleramento mentale. SpeciUchiamo anche che sono le ore 00:35 (della settimana senza lezioni in cui la gente normale esce e si diverte. → https://www.youtube.com/watch?v=RgKAFK5djSk). Se confrontiamo il potenziale d'azione delle cellule pacemaker con quelle del miocardio comune, possiamo notare rispettivamente delle caratteristiche diverse e peculiari. Ad esempio il potenziale delle cellule del miocardio comune ha una fase di depolarizzazione più rapida (e quindi più ripida), proprio per il fatto che se ne occupa la corrente del sodio, che passa più velocemente quando si aprono i rispettivi canali (0). Dopo la rapida depolarizzazione iniziale comincia una ripolarizzazione che però dura pochissimo perché, come possiamo osservare, la cellula si mantiene in uno stato di depolarizzazione per molto tempo, Uno a quando non passa alla ripolarizzazione deUnitiva. Il “soggiorno” nella fase di depolarizzazione è stato deUnito plateau (letteralmente signiUca “altopiano”), della durata di 200 ms (tempo molto lungo, considerando che a livello sinaptico il tempo è di circa 1 ms). Il plateau è determinato da una corrente di calcio in ingresso. :  * In rosso il potenziale del miocardio di lavoro, in azzurro il potenziale delle cellule pacemaker. Cosa accade durante il plateau? I canali del sodio (che si sono attivati per primi) vengono inattivati, ma contemporaneamente si attivano quelli del potassio (1). La corrente del potassio in uscita viene controbilanciata dalla corrente di calcio che entra, determinando il plateau per circa 200 ms (2). A questo punto, le correnti di calcio si inattivano e prevalgono le correnti di potassio in uscita, permettendo la ripolarizzazione (tra 2 e 3). Questo lungo periodo permette alla Ubrocellula miocardica di rimanere refrattaria: un sistema eccitabile, durante un potenziale d'azione, non può essere eccitato, in quanto refrattario. Questa refrattarietà dura essenzialmente quanto il potenziale d’azione anche se, nella parte terminale di quest’ultimo, la refrattarietà assoluta viene sostituita dalla refrattarietà relativa in cui stimoli particolarmente intensi potrebbero evocare un altro potenziale d’azione. : In generale però possiamo affermare che il potenziale d'azione cardiaco, con la sua lunga depolarizzazione, mantiene la cellula cardiaca refrattaria ad eventuali altri stimoli. Ciò è utile perché, se la cellula cardiaca diventasse eccitabile quando ancora è contratta, eventuali altri stimoli provenienti da porzioni pacemaker anomale (focolai ectopici: vedi lezione 4) causerebbero contrazioni continue. Se nella Ubrocellula muscolare scheletrica il tetano è un evento Usiologico e importante per mantenere a lungo la forza di contrazione, nel cuore è un evento nefasto: se il miocardio ventricolare andasse incontro al tetano Unirebbe di svolgere la sua funzione emodinamica (il cuore deve continuamente contrarsi e rilassarsi perché se rimanesse contratto non vi sarebbe compatibilità con la vita). Nella Ubrocellula muscolare scheletrica un singolo evento elettrico (potenziale elettrico) può indurre un evento meccanico di breve durata e inte