LEZIONE N°1 PDF - Fisiologia II - 04/03/2024

Fisiologia II Lezione 1 - 04/03/2024 Giuseppe Di Giovanni Sbobinatori: Francesco Arcella, Noemi Aiello Revisionatori: Aurora Alcaro Argomenti trattati: Introduzione fisiologi...

Fisiologia II Lezione 1 - 04/03/2024 Giuseppe Di Giovanni Sbobinatori: Francesco Arcella, Noemi Aiello Revisionatori: Aurora Alcaro Argomenti trattati: Introduzione fisiologia cardiovascolare Il professore introduce il corso dicendo che il corso di fisiologia nel secondo semestre offrirà, oltre alle lezioni, il tutoraggio e il tirocinio. LIBRI CONSIGLIATI Utilizzerà anche ricerche scientifiche per avere notizie sempre più aggiornate. ESEMPIO DOMANDE PROVE IN ITINERE INIZIO LEZIONE William Harvey, persona molto importante per la fisiologia e la fisiologia cardiovascolare, è un medico inglese che nel 1600 è venuto a studiare a Padova da Cambridge. In quel periodo storico l’Italia era uno dei posti migliori per studiare medicina e l’Università di Padova era una delle più prestigiose. In quel periodo molti europei venivano a studiare soprattutto a Padova in quanto, essendo sotto il dominio della repubblica veneziana, la Chiesa aveva un’influenza minore sull’Università per questo era più aperta anche agli stranieri. Egli tornato in Inghilterra affrontò per la prima volta con un metodo scientifico e sperimentale un problema che a noi oggi pare scontato: la circolazione del sangue. Quando pensiamo al sangue oggi sappiamo che circola all’interno del nostro organismo e che il cuore è la pompa. Esso è importante per la respirazione e altri motivi. Storicamente però nel 1600 avevamo la visione galenica della circolazione: il sangue non circolava ma veniva prodotto dal fegato e con un meccanismo che in inglese si chiama ebb and flow, cioè di flusso e riflusso, veniva trasportato agli organi che se ne nutrivano fino ad arrivare all’atrio destro, trasformarsi in pleura, arrivare ai polmoni e liberarsi dei prodotti di scarto. C’era poi il cuore sinistro che produceva un altro tipo di sangue più rosso e che Galeno pensava fosse importante per la trasmissione per la produzione e trasmissione di calore. C’era perciò solo produzione e consumo del sangue senza circolazione. Questo concetto di Galeno rimase per 12 secoli (II d.C. - XIV d.C.). Prima di Harvey anche un medico spagnolo aveva proposto la circolazione del sangue ma egli fu bruciato dalla Sacra Rota, in quanto andava contro una visione che era stata accettata dalla Chiesa stessa. Harvey però, essendo medico inglese della casa reale, ed essendo appoggiato dai reali inglesi, riuscì a pubblicare un volumetto di poche pagine il “De Motu Cordis” (Sul movimento del cuore), nel 1628, in cui presentava i proprio studi sperimentali sia sull’uomo che sulle pecore con cui aveva riscontrato che il sangue, non veniva prodotto dal fegato ma era in circolazione del cuore che lo faceva circolare dalle arterie e con le vene lo faceva ritornare al cuore. In quel momento non si rese conto del microcircolo dei capillari (non era stato inventato il microscopio). Successivamente Malpighi, in Italia a Padova, completò la nostra circolazione con le arterie, i capillari e le vene. Affinché questa nuova visione venisse accetta passarono 50 anni e fu molto difficile per i medici di quel tempo accettarla, in ogni caso oggi sappiamo che il sangue circola e che grazie ad essa che la vita è possibile. Per capire meglio la circolazione del sangue presentiamo il caso del signor Greco. Questo è l’elettrocardiogramma del signor Greco: ELETTROCARDIOGRAMMA = rappresentazione grafica dei cambiamenti di voltaggio che possono essere registrati sulla superficie del nostro corpo, perché il cuore come il cervello è un organo elettrico che produce un piccolo campo elettrico e questo campo elettrico produce dei voltaggi che non sono fissi ma cambiano in base al ciclo cardiaco. Nella prima derivazione abbiamo un elettrocardiogramma che è nella norma ma procedendo sulle altre derivazioni incominciano a presentarsi dei sintomi patognomonici di qualcosa che sta succedendo al signor Greco: - Onde Q patologiche - Inversione onda T: che indica la ripolarizzazione dei ventricoli che invece di essere positiva è negativa  - elevazione del segmento S-T: periodo isoelettrico dovuto al fatto che i ventricoli sono in completa depolarizzazione dove normalmente è 0 ma in alcuni casi come in questo è sopraelevato. Successivamente abbiamo detto che mentre stiamo registrando l’elettrocardiogramma, il signor Greco decede e prima del decesso registriamo un’attività elettrica completamente diversa dalla prima derivazione: non ci sono più onde e segmenti ma solamente un’oscillazione del potenziale cardiaco che è la perdita della funzione di pompa del cuore. Il cuore non si contrae e si rilassa ma è in un tremolio contrattile: viene a mancare la produzione di una pressione che metta il sangue nell'aorta e nell’arteria polmonare. Il corpo umano va incontro a shock cardiaco, non c’è più immissione nel sangue nella circolazione e il paziente morirà. La cardioversione o defibrillazione tramite uno shock elettrico mira a tentare di ridare il ritmo sinusale al cuore. Quello che è successo al signor Greco è un infarto del miocardio, letale, siccome il nostro cervello riesce a sopravvivere in assenza di ossigeno per alcuni minuti, gli altri organi un po’ di più, però nell’arco di 10-15 min. se non avviene la cardioversione non è possibile risvegliare il paziente. Più l’ossigeno si abbassa nei cardiomiociti più loro sono predisposti ad entrare in fibrillazione. In questo tracciato notiamo all’inizio un sistema QRS, poi abbiamo una depressione del segmento S-T, un’inversione delle onde T e poi la fibrillazione ventricolare. Una volta sezionato il cuore del signor Greco notiamo un grosso strato di grasso attorno all’epicardio e il ventricolo sinistro presenta una colorazione scura e una colorazione chiara. La colorazione chiara è la parte dell’infarto in quanto le cellule lisate hanno perso gli enzimi che si colorano e che riscontriamo nella parte sana dello spessore del ventricolo. Anche se all’interno del ventricolo abbiamo l’ossigeno del sangue ossigenato proveniente dai polmoni con 100 mmhg di pressione parziale di ossigeno, i cardiomiociti muoiono per mancanza di ossigeno perché la diffusione dell’ossigeno non è bastevole per mantenere il metabolismo delle cellule cardiache. Le malattie cardiache sono la prima causa di morte nella civiltà del mondo occidentale e comprendiamo diverse malattie o cardiopatie: Nel 2020 la situazione cambiò a causa del Covid che passò come prima causa di morte seguita dalle malattie cardiache ma ad oggi le statistiche sono tornate nella norma con le malattie cardiache e il cancro rispettivamente prima e seconda. La diffusione è un trasporto di una sostanza da un lato più concentrato ad uno meno concentrato. Einstein studiò la relazione tra il tempo necessario per far diffondere una sostanza x e scoprì che era proporzionale al quadrato della distanza. Il glucosio infatti a livello dei capillari e delle sinapsi ha un tempo di diffusione molto breve, infatti è il meccanismo tramite il quale le sostanze si muovono da un compartimento ad un altro. Nella cartilagine invece ci vogliono circa 8 min per terminare con il ventricolo sinistro in cui ci vogliono circa 13h, è impossibile che la diffusione possa mantenere il trasporto delle sostanze. L’evoluzione perciò ha portato alla formazione dell’apparato cardiovascolare i nutrienti e i gas dai polmoni ai tessuti. Quindi a livello dei polmoni abbiamo la diffusione, perchè lo spessore tra capillari e alveoli è solo 0.3 µm e, come sappiamo, la diffusione per piccole dimensioni come questa è veloce. Dai polmoni ai tessuti è, invece, il cuore che produce l’energia pressoria. Il cuore produce una pressione rappresentata dalla differenza di pressione tra il ventricolo sinistro e l’atrio destro che permette al sangue di circolare nel sistema cardiovascolare. A livello dei capillari entra nuovamente in gioco la diffusione, in quanto possiedono uno spessore di 10 µm, per cui le sostanze possono migrare secondo il loro gradiente di concentrazione e di nuovo dai capillari, tramite la vena cava, possono tornare all’atrio destro tramite convenzione. La diffusione, quindi, rimane cruciale per il trasporto di soluti a breve distanza, ma non per lunga distanza. Quindi, le limitazioni della diffusione come processo di trasporto hanno reso necessaria l’evoluzione del sistema cardiovascolare, infatti il sistema cardiovascolare è il primo sistema di organi a svilupparsi nell’embrione Il prof legge la slide: Il cuore, la nostra pompa, circa 300g di peso, batte 100 mila volte al giorno con volume (gittata cardiaca) di circa 5L che però non è stabile, ma può aumentare fino a 30L negli atleti élite, da qui si può già comprendere che la gittata cardiaca è sempre accoppiata all’attività e alle necessità degli organi, quindi se si è in movimento (durante uno sport) la richiesta di ossigeno aumenta e possiamo fornire maggiore ossigeno ai tessuti grazie all’aumento della gittata cardiaca del flusso ematico, arrivando a circa 6/7 volte in più rispetto al riposo. In 1 minuto il cuore pompa 5L, per cui in un giorno pompa circa 7 mila litri di sangue. In un anno pompiamo circa 2 milioni e mezzo di litri di sangue che corrisponde a tutta l’acqua di una piscina olimpionica. Il prof legge la slide: Com'è distribuita la gittata cardiaca di 5L al minuto? Essenzialmente: - 25% (¼) va al fegato e al digerente - 25% (¼) va ai muscoli - 4% va al cuore Se confrontiamo questi valori al consumo di ossigeno sappiamo che un individuo a riposo consuma 250 mL di O2 al minuto di cui: - 30% consumato da fegato e digerente - 25% consumato dai muscoli - 10% consumato dal cuore Fegato e muscoli hanno la stessa percentuale di flusso sanguigno e di consumo di ossigeno. Il cuore riceve il 4% ma consuma il 10% di tutto l’ossigeno, perché a causa delle funzioni di continua pompa estrae tanto ossigeno in quanto deve continuamente lavorare. Infatti, rispetto ai muscoli che estraggono solo il 25% dell’ossigeno nel sangue, il cuore riesce ad estrarre il 75% di ossigeno dal sangue; questa però è una funzione fisiologica che risulta essere un pericolo per l’organo in quanto, nel caso di aumentata necessità di consumo di ossigeno, si ritrova quasi al massimo dell’estrazione possibile di O2, quindi è prono all’ipossia che scatena aritmie, come la fibrillazione, che possono essere letali. Quindi il sistema fisiologico è alla base di una sensibilità dell’organo a ipossia stessa. La gittata cardiaca può essere regolata: come abbiamo detto, a riposo è 5L mentre durante attività fisica aumenterà perché, essenzialmente, i nostri muscoli avranno bisogno di più ossigeno; gli atleti grazie all’allenamento costante riescono a raggiungere gittate cardiache di 25/30 litri al minuto. La gittata cardiaca è il sangue immesso nel sistema cardiovascolare in un minuto e questo è funzione della frequenza cardiaca (battiti per minuto) e della gittata sistolica, sangue eiettato per ogni singola contrazione (ogni singola sistole) nel sistema arterioso sia polmonare sia aortico e ritornano gli stessi 70 mL di gittata sistolica con il ritorno venoso. Se 70 battiti al minuto è la frequenza e 70 mL la gittata sistolica, abbiamo circa 4.90L, quindi 5L al minuto, a riposo. Durante l’esercizio possiamo aumentare la frequenza cardiaca, ad esempio in questo caso passiamo da 70 a 180 battiti al minuto e, inoltre, è possibile aumentare la gittata sistolica, in questo caso 120 mL. Gli atleti avranno un’alterazione morfologica delle camere e dei ventricoli con ipertrofia cardiaca potendo per cui arrivare ad elevati livelli di eiezione ventricolare. Dunque, la gittata cardiaca possiamo modificarla con la frequenza e con la gittata sistolica, ma il cuore stesso com’è che si adatta? In maniera automatica perchè segue la legge di Starling (o legge del cuore) ovvero: la gittata cardiaca aumenta all’aumentare della pressione di riempimento delle camere cardiache cioè se c’è un maggiore ritorno venoso e l’atrio aumenta, quindi viene stirato, in maniera automatica lo stiramento dei cardiomiociti determina un aumento della forza di contrazione, accoppiando il ritorno venoso all'inotropismo (forza di contrazione), cioè metterà più sangue nel sistema vasale. È un sistema automatico, non c’è bisogno di nessun controllo, è il cuore stesso che effettua il controllo su cardiomiociti e sarcomeri (vedremo in seguito). Dal punto di vista medico significa che: se riduciamo il ritorno venoso per un’emorragia, diminuisce il riempimento dell’atrio (ovvero meno stiramento), diminuzione dunque del volume di sangue immesso fino a raggiungere un valore di shock cardiocircolatorio, perché la quantità di sangue non è compatibile con le funzioni del nostro organismo. Possiamo controllare la gittata cardiaca anche con il sistema nervoso vegetativo (simpatico e parasimpatico), in quanto non siamo in grado di agire ad esempio sulla nostra frequenza cardiaca, anche se la meditazione e altri esercizi di wellness mentale, riusciamo a controllare l’ansia e di conseguenza il battito cardiaco. I sistemi simpatico e parasimpatico possono controllare la gittata sistolica, inoltre l’acetilcolina, il nervo vago possono diminuire l’attività del nodo senoatriale (pacemaker principale) causando bradicardia. Esempio: a causa di uno spavento delle persone possono avere una sincope vaso-vagale e quindi svenire, questo perché si è verificata una iperattività vagale, abbassamento della frequenza del pacemaker centrale che si manifesta con una sincope dovuta a shock cardiocircolatorio. Altro meccanismo di controllo della gittata cardiaca sono gli ormoni, ad esempio l’adrenalina, e i farmaci come quelli che aumentano l’inotropismo o quelli importanti per le aritmie. Cosa fa circolare il sangue? Il nostro cuore come una pompa. (riferendosi alla slide sottostante) Se questo è un vaso che rappresenta il nostro sistema vascolare, vediamo che se P1 è più grande di P2 allora il sangue fluirà nel nostro condotto e il flusso è proporzionale alla differenza di pressione arteriosa meno la pressione venosa (Pa – Pv) questa è la legge di Darcy, legge dell’idraulica, che rappresenta il flusso come il rapporto della differenza di pressione sulla resistenza della circolazione. Resistenza è quella prodotta dal sistema vascolare e nel singolo vaso è uguale alla differenza di pressione sul flusso ematico. Le pressioni nel sistema cardiovascolare: C'è un distretto ad alta pressione, quello sistemico, che ha pressione di 120 mmHg per la sistolica (massima) e 80 mmHg per la diastolica (minima). Distretto a bassa pressione, quello polmonare, pressione massima 25 mmHg e 15 mmHg per la diastolica. Questo grafico ci mostra il profilo della pressione lungo la circolazione dal ventricolo sinistro all’atrio destro alla fine, possiamo notare che la pressione è pulsatoria va da circa 0 a 120 nell’atrio e nel ventricolo sinistro e poi diminuisce nell’aorta da 80 a 120 e se seguiamo questo grafico vediamo che resta pulsatoria fino al tratto in cui la pressione media diminuisce da 60 a 35 (che è l’inizio dei capillari) e questa parte di circolazione è quella che fa trasformare il flusso da pulsatile a continuo nei capillari. Quindi a livello dei capillari avremo un flusso continuo e a bassa pressione, importante per facilitare gli scambi tra il sangue e i tessuti. La velocità nell’aorta è la massima 23 cm per secondo e invece diminuisce alla vena cava quando arriva nell’atrio destro circa 10. È massimo nell’aorta ed è al minimo nei capillari per poi ri-aumentare, ma mai raggiungere la stessa velocità, perché ovviamente nel circolo il sangue perde di energia, e dal ventricolo di sinistra all'atrio di destra dissipiamo energia con l'attrito e questo si perde anche in termini di velocità. Se invece guardiamo l'area di sezione dei vasi vediamo che questa aumenta andando dall'aorta alle arteriole e aumenta al massimo ai capillari e tutti messi insieme rappresentano la parte maggiore del sistema vascolare, per questo la velocità a livello dei capillari è la minima per poi l'aria ritornare alla vena cava che è il vaso che arriva all'atrio di destra. La freccia (in verde) mostra come la pressione diminuisca da 100 mmHg ai 60 della meta arteriola per arrivare ai 30 dei capillari, questa è la zona di caduta del potenziale, dove il sistema nervoso vegetativo può agire nel variare la resistenza. Abbiamo visto che variando la resistenza, variamo il flusso, quindi la contrazione di questi vasi determinerà una variazione di resistenza e una variazione di pressione. Mentre la pressione venosa è di solo 5-10 mmHg quando arriva all'atrio di destra. Il prof fornisce un esempio che riguarda il flusso, su come può essere regolato e come dipende dalle resistenze. In questo caso abbiamo tre corsie, però una corsia sola è libera, per far si che il flusso rimanga costante nella parte di sinistra e di destra bisogna aumentare la velocità. Questo è il principio di che vedremo nei nostri capillari, che ci mostrerà che nei casi di stenosi il flusso aumenterà di velocità per mantenersi costante. Per avere a destra e a sinistra lo stesso flusso di un'auto al secondo: - a sinistra con tre corsie la velocità sarà di 10 km/h - a destra con una corsia la velocità invece aumenterà di 30 km/h per avere sempre un'auto al secondo. Perché la velocità del sangue rallenta fino ad essere quasi nulla nei capillari? La velocità dipende dallo spazio sul tempo, in realtà nei vasi parleremo di volume piuttosto che di spazio, e dobbiamo considerare non solo il singolo diametro di un capillare, ma il diametro di tutti i capillari in totale, questo fa aumentare la superficie trasversale, per questo nei capillari c'è la minore velocità possibile che è circa 500 volte minore dell’aorta e questo faciliterà gli scambi nei nostri capillari. Il sistema vascolare è fatto da diverse da almeno 5 classi funzionali principali di vasi: - i vasi elastici, l'aorta e le grandi arterie che servono per l'accomodamento del volume sistolico e sono importanti per la conversione delle iniezioni intermittente a continua; - i vasi conduttori che sono più elastici e trasportano il sangue agli organi;  - i vasi di resistenza che sono queste mete arteriole importanti per aumentare e variare la resistenza del sistema cardiovascolare; - i vasi di scambio, che sono i capillari - i vasi di capacitanza, che sono invece le vene, importanti per il trasporto e riescono ad accomodare grosse quantità di sangue senza cambiare la pressione interna e quindi hanno un’elevata compliance. Da questo grafico è possibile osservare che il sangue distribuito nel nostro sistema vascolare è per circa il 65% nei vasi venosi e il rimanente 35% nelle arterie, nei capillari, nel cuore e nei polmoni, proprio perché le vene sistemiche sono dei rèservoir di volume (serbatoi) che possono fornire, per esempio, sangue anche in situazioni di perdite come nell'emorragie. L'idraulica della circolazione: il seguente è un circuito che vedremo molto spesso nelle nostre lezioni in cui il cuore è al centro, fatto da 2 pompe che sono messe in serie, e una circolazione sistemica e polmonare dove alcuni organi sono in parallelo, ciò significa che ognuno ha una propria circolazione e altri, invece, in serie quando uno è messa dopo l'altro, per esempio nei sistemi portali. Il problema dei sistemi portali è che il trasporto diretto tra gli organi è di irriverenza medica, perché il fallimento del primo organo determina anche il fallimento del secondo organo che si traduce in un problema anatomico che diventa poi funzionale. Questa raffigurata nella slide è una piega da decubito in un tallone di un paziente allettato per parecchie settimane ed è un altro esempio che ci fa capire che la diffusione dell'ossigeno non è abbastanza per riuscire ad ossigenare le nostre cellule. Sebbene la pelle sia in contatto con l'aria atmosferica, l'ossigeno nell'aria atmosferica non è in grado di nutrire le cellule della pelle e quindi con una compressione continua, per esempio del tallone di questo paziente, si ottengono queste ulcere, queste piaghe al decubito che determinano la necrosi tissutale. Il professore conclude proiettando un esempio di possibile domanda presente nella prova in itinere. Risposta corretta A