Misurazione della Gittata Cardiaca: Metodi e Principi Fondamentali PDF

MISURAZIONE DELLA GITTATA CARDIACA: METODI E PRINCIPI FONDAMENTALI La gittata cardiaca, ovvero il volume di sangue pompato dal cuore in un minuto, è un parametro cruciale per valutare la funzione cardiovascolare. Esistono diversi metodi per misurarla. In questa lezione, ci concentreremo su un metodo...

MISURAZIONE DELLA GITTATA CARDIACA: METODI E PRINCIPI FONDAMENTALI La gittata cardiaca, ovvero il volume di sangue pompato dal cuore in un minuto, è un parametro cruciale per valutare la funzione cardiovascolare. Esistono diversi metodi per misurarla. In questa lezione, ci concentreremo su un metodo che si basa sul principio di diluizione e sul principio di Fick. Principio di Diluizione: La Misura di un Volume Sconosciuto Il principio di diluizione è un metodo fondamentale per misurare un volume incognito. Questo principio si basa sul fatto che la concentrazione di una sostanza in un dato volume è data dal rapporto tra la quantità di sostanza e il volume in cui è contenuta: Concentrazione = Quantità di sostanza / Volume Se si introduce una quantità nota di sostanza (l'indicatore) in un volume sconosciuto e si attende che si distribuisca uniformemente (raggiungendo l'equilibrio), la concentrazione finale permette di calcolare il volume. Volume = Quantità di sostanza / Concentrazione Anche se una certa quantità dell'indicatore è già presente, il principio è lo stesso: si aggiunge un'ulteriore quantità di sostanza e si calcola la differenza di concentrazione pre e post-aggiunta. Volume = Quantità di sostanza aggiunta / Variazione di concentrazione Principio di Fick: La Misura del Flusso di Sangue Attraverso un Organo Questo principio si basa sull'idea che la quantità di una sostanza che entra in un organo deve essere uguale a quella che esce, se non c'è accumulo o perdita della sostanza nell'organo. Analizzando il flusso di sangue attraverso un organo (come i polmoni), possiamo esprimere: Flusso di sangue (Fi): Il volume di sangue che entra nell'organo per unità di tempo. Concentrazione della sostanza in entrata (Qi): La quantità della sostanza per unità di volume di sangue che entra. Quantità di sostanza in entrata: Dato dal prodotto di Flusso in entrata e Concentrazione in entrata. Se aggiungiamo una quantità di sostanza ΔQ all'interno dell'organo, la quantità in uscita sarà data da: Quantità di sostanza in uscita è il prodotto tra Flusso in uscita e la nuova Concentrazione in uscita. Il flusso in entrata è uguale al flusso in uscita, quindi non si accumula sangue o non se ne perde. La differenza nella quantità di sostanza tra l'uscita e l'entrata (ΔQ) è quindi data dal flusso per la variazione di concentrazione della sostanza tra l'uscita e l'entrata dell'organo: ΔQ = Flusso × (Concentrazione in uscita - Concentrazione in entrata) Misurare la Gittata Cardiaca con il Principio di Fick e gli Scambi Gassosi Polmonari Per misurare la gittata cardiaca con il principio di Fick, dobbiamo analizzare il flusso di sangue attraverso un organo dove passa l'intera gittata cardiaca: i polmoni. Durante il passaggio del sangue dai polmoni, avviene uno scambio di gas: Ossigeno (O2): Viene aggiunto al sangue nei capillari alveolari. La quantità di ossigeno che passa  dal polmone al sangue è nota come consumo di ossigeno. Possiamo quindi calcolare la gittata cardiaca usando il principio di Fick: 1. Misura del consumo di ossigeno: Si misura la quantità di ossigeno che viene assorbita dai polmoni. 2. Misura della concentrazione di ossigeno: Si misura la concentrazione di ossigeno nel sangue che entra (venoso) e nel sangue che esce (arterioso) dai polmoni. La gittata cardiaca è quindi data dalla seguente formula: Gittata cardiaca = Consumo di ossigeno / (Concentrazione di ossigeno arterioso - Concentrazione di ossigeno venoso) In condizioni stazionarie, la quantità di ossigeno che viene sottratta al sangue arterioso dai tessuti è uguale alla quantità di ossigeno che entra nel sangue a livello dei capillari alveolari. Riepilogo Il principio di diluizione e il principio di Fick sono fondamentali per la misurazione della gittata cardiaca. Il principio di Fick, applicato ai polmoni e allo scambio di ossigeno, permette di determinare il flusso di sangue cardiaco basandosi sulla differenza di concentrazione di ossigeno tra il sangue arterioso e venoso e sul consumo di ossigeno da parte dell'organismo. Spero che questa spiegazione dettagliata sia utile per lo studio della misurazione della gittata cardiaca. LA LEGGE DI FICK PER I GAS E GLI SCAMBI GASSOSI POLMONARI La legge di Fick è fondamentale per capire come avvengono gli scambi gassosi a livello polmonare e tissutale. Questa legge descrive come le molecole di un gas si muovono da una regione di alta pressione parziale a una regione di bassa pressione parziale. Differenze Rispetto alla Legge di Fick per i Soluti A differenza dei soluti, per i gas non si considera il gradiente di concentrazione ma il gradiente di pressione parziale, che è direttamente proporzionale alla concentrazione stessa. Questo perché la pressione parziale di un gas riflette la sua "attività" o "tendenza" a muoversi. Scambio di Ossigeno nei Polmoni Alveoli: La pressione parziale di ossigeno (PO2) nell'aria alveolare è di circa 100 mmHg. Sangue Venoso: Il sangue venoso che arriva ai capillari alveolari ha una PO2 di circa 60 mmHg. Diffusione: L'ossigeno diffonde dall'alveolo al sangue attraverso la barriera alveolo-capillare, fino a quando la PO2 del sangue e quella dell'alveolo diventano uguali. Scambio di Ossigeno nei Tessuti  Sangue Arterioso: Il sangue arterioso, carico di ossigeno dai polmoni, arriva ai tessuti. Interstizio Tissutale: La pressione parziale di ossigeno nell'interstizio dei tessuti a riposo è di circa 40 mmHg. Diffusione: L'ossigeno diffonde dal sangue arterioso ai tessuti, fino a quando la PO2 del sangue e quella dell'interstizio diventano uguali. Il gradiente di diffusione è quindi rovesciato rispetto al polmone. La Curva di Saturazione dell'Emoglobina: Un Fattore Chiave Per capire quanta ossigeno viene scambiata tra polmoni e tessuti, è fondamentale considerare la relazione tra la pressione parziale dell'ossigeno (PO2) e la saturazione dell'emoglobina (la percentuale di emoglobina che lega ossigeno). Affinità Elevata: A PO2 superiori a 70 mmHg, l'emoglobina ha una grande affinità per l'ossigeno e lo lega saldamente. Affinità Decrescente: A PO2 inferiori a 70 mmHg, l'affinità dell'emoglobina per l'ossigeno si riduce rapidamente. Questo è cruciale per permettere all'ossigeno di staccarsi dall'emoglobina e passare ai tessuti quando ne hanno bisogno. Calcolo della Quantità di Ossigeno Trasportata dal Sangue Emoglobina: Ogni grammo di emoglobina può legare 1,3 ml di ossigeno. Concentrazione di Emoglobina: La concentrazione media di emoglobina nel sangue è di circa 15 g/dL (150 g/L). Capacità di Trasporto Totale: Di conseguenza, ogni litro di sangue può trasportare circa 200 ml di ossigeno (150 g/L * 1.3 ml/g = 195 ml/L ≈ 200 ml/L). Saturazione e Contenuto di Ossigeno nel Sangue Sangue Arterioso: In condizioni normali, quando la PO2 è di 100 mmHg, l'emoglobina è quasi completamente satura (100%). Sangue Venoso: Nei tessuti la PO2 scende a circa 40 mmHg. La curva di saturazione dell'emoglobina è ripida a questi valori di PO2, per cui l'emoglobina cede una grande quantità di ossigeno. Infatti, l'emoglobina è satura solo al 75%, nel sangue venoso. Di conseguenza, il contenuto di ossigeno scende da 200 ml/L nel sangue arterioso a 150 ml/L nel sangue venoso. Calcolo della Gittata Cardiaca Ora che abbiamo una comprensione della quantità di ossigeno nel sangue arterioso e venoso possiamo applicare il principio di Fick. Concentrazione Arteriosa di Ossigeno: 200 ml/L Concentrazione Venosa di Ossigeno: 150 ml/L Differenza di Concentrazione: 200 ml/L - 150 ml/L = 50 ml/L Consumo di Ossigeno (a riposo): 250 ml/min Applichiamo la formula della gittata cardiaca: Gittata Cardiaca = Consumo di Ossigeno / (Differenza di Concentrazione Artero-Venosa) Gittata Cardiaca = 250 ml/min / (50 ml/L) = 5 L/min Quindi, a riposo, la gittata cardiaca media è di circa 5 litri al minuto. In Sintesi La legge di Fick, applicata ai gas, permette di capire come avvengono gli scambi di ossigeno tra alveoli e sangue e tra sangue e tessuti. La curva di saturazione dell'emoglobina è fondamentale per comprendere come il sangue trasporta l'ossigeno e lo rilascia nei tessuti. Questi concetti sono fondamentali per il calcolo della gittata cardiaca, un parametro chiave per la valutazione della funzione cardiovascolare. Spero che questa rielaborazione dettagliata sia utile per il tuo studio. PERFUSIONE: LA DISTRIBUZIONE DELL'OSSIGENO NEL CORPO La perfusione è il processo attraverso il quale il sangue, e quindi l'ossigeno, viene distribuito ai tessuti del corpo. Mentre la concentrazione arteriosa di ossigeno può essere misurata in qualsiasi arteria del sistema circolatorio, è importante sottolineare che la concentrazione venosa di ossigeno è variabile e dipende da diversi fattori, tra cui l'attività metabolica e l'apporto di ossigeno dell'organo in questione. L'Importanza del Sangue Venoso Misto Il sangue venoso che ritorna al cuore non è uniforme in quanto riflette le diverse estrazioni di ossigeno dai vari distretti corporei. Ecco perché, per calcolare la gittata cardiaca con il principio di Fick, dobbiamo utilizzare il sangue venoso misto. Questo sangue è rappresentativo del ritorno venoso da tutto il corpo ed è misurabile nel ventricolo destro, dopo che si è raccolto da tutte le vene del corpo. Il sangue venoso misurato in una vena periferica, come ad esempio in una vena del braccio, non riflette l'estrazione di ossigeno da tutto il corpo, e quindi non è corretto utilizzarlo per questo tipo di calcoli. Applicazione del Principio di Fick al Flusso Venoso Il principio di Fick non si applica solo alla gittata cardiaca ma può essere utilizzato per misurare il flusso di sangue venoso che drena un singolo organo, misurando il consumo di ossigeno dell'organo e la differenza di concentrazione artero-venosa di ossigeno in quell'organo. Il Concetto di Estrazione di Ossigeno La quantità di ossigeno che viene estratta dal sangue e utilizzata dai tessuti varia a seconda dell'organo e del suo livello di attività metabolica. Ad esempio, un organo con alta attività metabolica (come un muscolo attivo) estrarrà più ossigeno dal sangue rispetto a un organo con bassa attività (come un organo a riposo). Relazione tra Attività, Saturazione e Pressione Parziale dell'Ossigeno Saturazione del Sangue Venoso: La saturazione di ossigeno del sangue venoso misto, che arriva ai polmoni, si aggira intorno al 75%, ma può variare a seconda dell'attività dell'organismo e della perfusione dei vari distretti. Fattori che Influenzano la Saturazione di Ossigeno: La saturazione di ossigeno può essere influenzata da diversi fattori: 1. Ridotto Consumo di Ossigeno: Quando un organo lavora poco, la pressione parziale dell'ossigeno nel sangue venoso aumenta, perché ne viene estratto di meno, con una riduzione del flusso  venoso. Questo può accadere in condizioni di sedazione, durante la ventilazione meccanica o in condizioni di ipotermia. 2. Aumento del Consumo di Ossigeno: L'ipertermia, che stimola l'attività muscolare, riduce la pressione parziale dell'ossigeno nel sangue venoso, perché ne viene estratto di più. 3. Aumento della Gittata Cardiaca: Un aumento della gittata cardiaca, sia fisiologico (durante l'esercizio) che patologico (ad esempio in caso di anemia), aumenta l'apporto di ossigeno. Il Limite Inferiore della Pressione Parziale di Ossigeno La pressione parziale dell'ossigeno (PO2) nei tessuti può teoricamente abbassarsi fino allo zero, ma in pratica una PO2 troppo bassa è dannosa per le cellule e può portare alla morte cellulare. Aumento dell'Estrazione di Ossigeno con l'Attività Durante l'attività fisica, aumenta la richiesta di ossigeno da parte dei muscoli. Per soddisfare questa maggiore richiesta, l'organismo mette in atto diversi meccanismi, tra cui: 1. Aumento della Perfusione: Aumenta la gittata cardiaca per fornire più sangue e ossigeno ai tessuti. 2. Aumento dell'Estrazione di Ossigeno: I tessuti estraggono una maggiore quantità di ossigeno dal sangue. 3. Aumento della Differenza Artero-Venosa: Con l'aumento dell'attività fisica la differenza tra la concentrazione di ossigeno nel sangue arterioso e venoso aumenta. A riposo la differenza artero-venosa di ossigeno è di circa 5 ml/dl. Durante lo sforzo fisico la differenza artero-venosa di ossigeno può raggiungere valori molto elevati (fino a 120 ml/dl). Relazione tra Sforzo Fisico e Pressione Parziale di Ossigeno Maggiore sarà l'attività fisica e lo sforzo, minore sarà la pressione parziale dell'ossigeno nei tessuti (< 40 mmHg). In Sintesi La perfusione, la saturazione e la pressione parziale dell'ossigeno sono parametri chiave per capire come l'ossigeno viene distribuito e utilizzato nel corpo. La perfusione deve essere adeguata alle esigenze metaboliche di ogni organo. La misurazione della differenza artero-venosa per l'ossigeno, tramite l'utilizzo del sangue venoso misto, è fondamentale per valutare l'estrazione di ossigeno a livello sistemico e per calcolare la gittata cardiaca. Spero che questa rielaborazione dettagliata sia utile per il tuo studio. APPLICAZIONE DELLA LEGGE DI FICK: LA DIFFUSIONE DEI GAS NEI TESSUTI E IL RUOLO DELL'ATTIVITÀ METABOLICA La legge di Fick, come abbiamo visto, descrive come i gas si muovono attraverso un gradiente di pressione parziale. In questa sezione, approfondiremo come l'attività metabolica delle cellule influenza questo processo e la diffusione dei gas respiratori nei tessuti. Diffusione dell'Ossigeno a Livello Tissutale: Un Approfondimento 1. Condizioni di Riposo: Interstizio: In un tessuto a riposo, la pressione parziale dell'ossigeno (PO2) nell'interstizio è di circa 40 mmHg. Questo valore è inferiore alla PO2 del sangue arterioso (100 mmHg), perché le cellule consumano costantemente ossigeno per la loro attività metabolica. Interno Cellulare: Nelle cellule che lavorano in condizioni di riposo, la PO2 può essere inferiore, anche intorno ai 23 mmHg. L'ossigeno diffonde dall'interstizio all'interno della cellula. 2. Aumento dell'Attività Metabolica: Diminuzione della PO2 Intracellulare: Quando le cellule aumentano la loro attività metabolica, il consumo di ossigeno aumenta, e di conseguenza la PO2 all'interno della cellula diminuisce ulteriormente (es. fino a 11 mmHg). Riduzione della PO2 Interstiziale: Questa riduzione della PO2 intracellulare crea un maggiore gradiente, che fa sì che più ossigeno diffonda dall'interstizio verso la cellula. Di conseguenza anche la PO2 nell'interstizio si abbassa (es. fino a 20 mmHg), e per via del gradiente il sangue venoso che arriva nell'interstizio si equilibra, quindi anche la sua PO2 diminuisce (es. fino a 20mmHg). L'Impatto dell'Aumento dell'Attività Metabolica sul Sangue Venoso L'aumento dell'attività metabolica ha un impatto significativo sul sangue venoso: Aumento dell'Estrazione di Ossigeno: Anziché estrarre 5 ml di ossigeno per decilitro di sangue a riposo, l'organismo con molti organi in stato di alta attività può arrivare a estrarne 10 ml/dl. Diminuzione della PO2 Venosa: La PO2 del sangue venoso diminuisce (es. fino a 20 mmHg), poiché il sangue che torna dai tessuti ha ceduto più ossigeno.  Riduzione della Saturazione Venosa: La saturazione dell'emoglobina nel sangue venoso si riduce. Non più i 3/4 dell'emoglobina sono legati all'ossigeno, ma solo la metà (es. 50%). In termini di quantità di ossigeno trasportato, questo significa che il sangue venoso avrà 10 ml di ossigeno per decilitro, invece dei 15 ml/dl della condizione di riposo. Il Ruolo del Gradiente di Pressione nei Polmoni Il sangue venoso, con una PO2 di 40 mmHg (o inferiore se l'attività metabolica è alta), torna ai polmoni dove avviene lo scambio gassoso: Gradiente di Pressione: La PO2 dell'aria alveolare è sempre di circa 100 mmHg. La differenza tra la PO2 alveolare e quella del sangue venoso crea un gradiente che spinge l'ossigeno dall'alveolo verso il sangue venoso. Maggiore Efficienza: Minore è la PO2 del sangue venoso (per via dell'alta estrazione di ossigeno dai tessuti), maggiore è il gradiente di pressione e quindi maggiore è la forza con cui l'ossigeno entra nel sangue. Il Circolo Vizioso della Richiesta di Ossigeno e il Limite della Gittata Cardiaca Se un organismo quadruplica la sua attività: Consumo di Ossigeno: Il consumo di ossigeno aumenta da 250 ml/min a 1 L/min. Aumento della Differenza Artero-Venosa: La differenza artero-venosa aumenta da 50 ml/L a 100 ml/L. Aumento della Gittata Cardiaca: La gittata cardiaca deve aumentare fino a circa 10 L/min per soddisfare questa maggiore richiesta di ossigeno. Tuttavia, la gittata cardiaca non può aumentare all'infinito, quindi esiste un limite alla quantità di ossigeno che può essere fornita ai tessuti in risposta ad attività estreme. In Sintesi La legge di Fick si applica alla diffusione dei gas a livello tissutale, dove l'attività metabolica delle cellule influenza il gradiente di pressione parziale e quindi la quantità di ossigeno che entra nelle cellule. Un aumento dell'attività metabolica aumenta il consumo di ossigeno, riduce la PO2 e la saturazione del sangue venoso e crea un maggiore gradiente che spinge l'ossigeno dai polmoni al sangue venoso. L'attività metabolica influisce sulla gittata cardiaca, con aumenti della gittata in base al fabbisogno di ossigeno dei tessuti. Spero che questa rielaborazione dettagliata sia utile per il tuo studio. IL PRINCIPIO DI DILUIZIONE DI UN TRACCIANTE: UN METODO VERSATILE PER MISURARE VOLUMI E FLUSSI Il principio di diluizione di un tracciante è un metodo versatile per misurare volumi e flussi nel sistema circolatorio. L'idea fondamentale è quella di introdurre una sostanza tracciante (radioisotopo, colorante, proteina marcata) in un punto specifico del sistema circolatorio e misurare la sua concentrazione a valle. Come Funziona: 1. Iniezione del Tracciante: Si inietta una quantità nota di tracciante in un vaso sanguigno. 2. Distribuzione: Il tracciante si distribuisce in un certo volume di sangue. 3. Prelievi Seriali: Si effettuano prelievi di sangue seriali a valle del punto di iniezione per seguire l'andamento della concentrazione del tracciante nel tempo. 4. Calcolo del Volume/Flusso: Il volume o il flusso di sangue si calcola dividendo la quantità di tracciante iniettata per la concentrazione media del tracciante e, se necessario, moltiplicando per il tempo. Tempo di Circolo: Misurare la Velocità del Flusso Sanguigno L'analisi della curva di concentrazione del tracciante nel tempo non solo permette di calcolare volumi e flussi, ma fornisce anche informazioni sul tempo di circolo. Interpretazione della Curva di Concentrazione: Andamento della Curva: Dopo l'iniezione, la concentrazione del tracciante aumenta rapidamente, poi si abbassa. Un successivo aumento di concentrazione indica il ritorno della sostanza tracciante al punto di prelievo dopo aver completato il suo ciclo attraverso il sistema circolatorio. Tempo di Circolo: L'analisi della curva permette di calcolare il tempo impiegato dal tracciante per percorrere un determinato circuito (es. tra due vene, tra una vena e un capillare, o tra due diversi punti del sistema cardiovascolare). Metodi Alternativi per Misurare il Tempo di Circolo:  Sostanze Gustative: Si può usare una sostanza amara o dolce iniettata nel circolo, misurando il tempo impiegato dal paziente per percepirla a livello linguale. Coloranti: Iniettando un colorante, si può misurare il tempo di circolo in base al tempo che impiega per colorare un determinato punto. Etere Etilico: Iniettando etere etilico, si può misurare il tempo impiegato per raggiungere i polmoni, poiché il paziente percepirà un odore di alcol nell'espirato. Fattori che Influenzano il Tempo di Circolo Diversi fattori possono influenzare il tempo di circolo, tra cui la gittata cardiaca, la volemia e la resistenza vascolare. Applicazione del Principio di Diluizione per la Misura della Gittata Cardiaca Il metodo di diluizione di un tracciante si applica anche alla misurazione della gittata cardiaca. Interpretazione dei Grafici: Concentrazione Media: La concentrazione media del tracciante è proporzionale alla gittata cardiaca. Tempo di Diluizione: Il tempo di diluizione è inversamente proporzionale alla gittata cardiaca. Più è breve il tempo, maggiore sarà la gittata e viceversa. Esempio di Calcolo: Ad esempio, se iniettiamo 5 mg di colorante e la concentrazione media è 1,6 mg/L, e il tracciante ci mette 39 secondi a passare attraverso il sistema, la gittata cardiaca sarebbe  di circa 4.8 L/min. Termodiluizione: Un Metodo Alternativo per la Misura della Gittata Cardiaca La termodiluizione è un metodo molto diffuso negli ambienti di terapia intensiva o durante interventi chirurgici. Anziché misurare la diluizione di un tracciante, si misura la diluizione della temperatura. Come Funziona la Termodiluizione: 1. Catetere di Swan-Ganz: Si utilizza un catetere di Swan-Ganz, che viene inserito nell'atrio destro, poi nel ventricolo destro e quindi nell'arteria polmonare. Il catetere è dotato di vari lumi. 2. Iniezione di Soluzione Fredda: Si inietta nel lume prossimale del catetere una piccola quantità di soluzione fisiologica fredda nell'atrio destro. 3. Rilevamento della Temperatura: Il termistore, posto all'estremità del catetere nell'arteria polmonare, rileva l'abbassamento di temperatura del sangue. 4. Calcolo della Gittata Cardiaca: Il tempo impiegato dal volume di sangue raffreddato a passare dall'atrio destro all'arteria polmonare e la diminuzione di temperatura media sono i parametri fondamentali per calcolare la gittata cardiaca. Analisi del Grafico della Termodiluizione Curva Inversa: Il grafico della temperatura nel tempo ha un andamento inverso rispetto a quello della diluizione di un tracciante. La temperatura del sangue diminuisce nel tempo, e raggiunge un minimo prima di tornare alla normalità. Equazione di Stewart-Hamilton: Si utilizza l'equazione di Stewart-Hamilton per calcolare la gittata cardiaca.  Assenza di Ricircolo: Il metodo della termodiluizione, a differenza della diluizione di un tracciante, non risente del fenomeno del ricircolo. Altri Metodi per Misurare la Gittata Cardiaca: 1. Flussimetria Elettromagnetica: Questo metodo si basa sulla misurazione del campo elettrico generato dal sangue in movimento in un campo magnetico. L'intensità del campo elettrico è proporzionale al flusso sanguigno. 2. Ecodoppler: L'ecodoppler utilizza il fenomeno dell'effetto doppler per misurare la velocità del flusso sanguigno e calcolare la gittata sistolica, che moltiplicata per la frequenza cardiaca permette di stimare la gittata cardiaca. In Sintesi Il principio di diluizione di un tracciante è un metodo versatile per la misurazione di volumi e flussi. La termodiluizione, in particolare, è un metodo ampiamente utilizzato negli ambienti ospedalieri, grazie alla sua praticità e affidabilità. Altri metodi, come la flussimetria elettromagnetica e l'ecodoppler, offrono approcci alternativi per misurare la gittata cardiaca, basati su principi fisici diversi. Spero che questa rielaborazione dettagliata sia utile per il tuo studio. LAVORO CARDIACO: STATICO, DINAMICO E CONSUMO DI OSSIGENO Il cuore svolge un lavoro fondamentale per pompare il sangue in tutto l'organismo. Questo lavoro può essere suddiviso in lavoro statico e lavoro dinamico. Inoltre, per comprendere appieno l'efficienza cardiaca è necessario correlare il lavoro compiuto con il consumo di ossigeno. Lavoro Statico: La Tensione delle Fibre Miocardiche Definizione: Il lavoro statico è il lavoro necessario per sviluppare tensione nelle fibre del miocardio, permettendo alla pressione all'interno del ventricolo di superare quella dell'aorta o dell'arteria polmonare. Si tratta di lavoro meccanico, ma senza spostamento o movimento. Consumo di Ossigeno: Per produrre la tensione delle fibre ventricolari, il cuore consuma ossigeno. Lavoro Dinamico: Pressione-Volume e Accelerazione Il lavoro dinamico è il lavoro che comporta lo spostamento del sangue, ed è dato da: 1. Lavoro Pressione-Volume: Calcolo: Si stima misurando l'area del diagramma pressione-volume, che ha come base il volume di eiezione e come altezza la pressione ventricolare al momento di chiusura della valvola semilunare (pressione media durante l'eiezione). 2. Lavoro di Accelerazione: Definizione: L'energia necessaria per accelerare il sangue, imprimendogli la velocità necessaria per essere eiettato dal ventricolo. Formula: L'energia cinetica, E = (1/2) m v^2, dove m è la massa del sangue e v è la sua velocità. Confronto tra i Lavori dei Due Ventricoli Ventricolo Sinistro: Il ventricolo sinistro esegue un lavoro pressione-volume elevato, poiché pompa 70 ml di sangue (volume di eiezione) contro una pressione media durante la sistole di 100- 110 N/m². Il lavoro di accelerazione è trascurabile rispetto al lavoro pressione-volume. Ventricolo Destro: Il ventricolo destro pompa lo stesso volume di sangue (70ml) ma contro una pressione minore (circa 15 N/m²). Il suo lavoro di accelerazione è uguale a quello del ventricolo sinistro, ma in proporzione pesa di più rispetto al lavoro pressione-volume. Conclusioni: Il lavoro totale del ventricolo sinistro è circa 10 volte maggiore del lavoro totale del ventricolo destro. Il lavoro di accelerazione, seppur non rilevante in condizioni di riposo, contribuisce di più al lavoro del ventricolo destro che non a quello del ventricolo sinistro. Lavoro Totale del Cuore Il lavoro totale svolto dal cuore è dato dalla somma dei lavori pressione-volume e di accelerazione di entrambi i ventricoli. Questo valore è circa 1.182 Joule. Durante l'esercizio fisico, l'importanza del lavoro di accelerazione aumenta poiché la velocità del sangue aumenta. Consumo di Ossigeno e Rendimento Cardiaco Il lavoro totale compiuto dal cuore non si limita al lavoro meccanico esterno (come il lavoro dinamico), ma include anche il lavoro statico. Per questo motivo è importante correlare il lavoro cardiaco con il consumo di ossigeno: Consumo di Ossigeno: Il consumo medio di ossigeno da parte del cuore è di circa 0.08-0.10 mL/g/min. Un cuore di 300 grammi consuma circa 24-30 mL di ossigeno al minuto. Il cuore da solo consuma il 10% di tutto l'ossigeno utilizzato dall'organismo a riposo.  Rendimento Cardiaco: Il rendimento cardiaco si calcola dividendo il lavoro meccanico esterno per il consumo di ossigeno. Relazione tra Lavoro e Consumo: Aumentare il lavoro esterno, quindi il volume di eiezione, aumenta poco il consumo di ossigeno; mentre aumenta molto, il consumo di ossigeno se aumenta il post carico (la pressione). Fattori Determinanti la Richiesta di Ossigeno del Cuore La richiesta di ossigeno da parte del cuore è influenzata da diversi fattori: Contrazione: La maggior parte dell'energia e dell'ossigeno viene spesa per la contrazione (80%). Rilasciamento: Il rilasciamento delle fibre richiede il consumo del 1% di energia per le pompe che fanno uscire il calcio. Mantenimento della Struttura e Altre Funzioni: Il restante 15-20% dell'energia è usato per il mantenimento della struttura, la trasmissione dei segnali elettrici e la sintesi di proteine. Fattori specifici che influenzano il consumo di ossigeno: 1. Frequenza Cardiaca: Aumentando la frequenza del 50%, il consumo di ossigeno aumenta del 50%. 2. Contrattilità: Aumentando la pressione sviluppata durante la sistole, il consumo di ossigeno aumenta in proporzione. 3. Postcarico: Un aumento del postcarico (la resistenza contro cui il cuore deve pompare) del 50% aumenta il consumo di ossigeno di circa il 50%, questo avviene difficilmente. 4. Precarico: L'aumento del precarico aumenta poco il consumo di ossigeno. 5. Conduzione dei Segnali Elettrici: 6. Temperatura: L'aumento della temperatura corporea fa aumentare l'attività cardiaca e quindi il consumo di ossigeno. In Sintesi Il lavoro cardiaco è un processo complesso che può essere suddiviso in lavoro statico e dinamico. Il lavoro dinamico è a sua volta diviso in lavoro pressione-volume e lavoro di accelerazione. Il consumo di ossigeno è strettamente legato alla quantità di lavoro che il cuore deve compiere. Fattori come la frequenza cardiaca, la contrattilità, il postcarico e la temperatura influenzano la richiesta di ossigeno da parte del cuore. Spero che questa rielaborazione dettagliata sia utile per il tuo studio. SUBSTRATI ENERGETICI: MUSCOLI SCHELETRICI E CUORE A CONFRONTO Quando i muscoli scheletrici iniziano un'attività fisica, l'energia necessaria proviene da diverse fonti. L'utilizzo di questi substrati varia in base alla durata e all'intensità dell'esercizio. Substrati Energetici nei Muscoli Scheletrici: 1. Fase Iniziale (Primi Secondi): Riserve di ATP: Le scorte di ATP preesistenti nel muscolo sono limitate. Fosfocreatina: La fosfocreatina viene utilizzata per rigenerare rapidamente ATP. Assenza di Apporto di Ossigeno: In questa fase iniziale, l'apporto di ossigeno e nutrienti è lo stesso che a riposo. La mioglobina funge da piccola riserva di ossigeno, ma insufficiente a  sostenere l'attività a lungo termine. Esempio: Questo è il substrato utilizzato per attività molto brevi e intense come la corsa dei 100 metri. 2. Fase Transitoria (Primi Minuti): Glicolisi Anaerobica: Il glucosio immagazzinato come glicogeno muscolare viene scisso e sottoposto a glicolisi anaerobica per produrre ATP, con produzione di lattato come sottoprodotto. Adattamenti Fisiologici: Durante questa fase, l'organismo comincia ad adattarsi all'aumentata richiesta di energia, con modificazioni a livello cardiocircolatorio e respiratorio. 3. Fase di Lavoro Prolungato: Fonti Aerobiche: Se l'esercizio è di intensità moderata e può essere prolungato nel tempo, si passa all'utilizzo di fonti aerobiche. Glucosio Plasmativo: All'inizio, viene utilizzato il glucosio presente nel sangue. Acidi Grassi: Successivamente, e proporzionalmente alla durata dell'esercizio, si inizia ad ossidare quantità sempre maggiori di acidi grassi per produrre energia. Substrati Energetici nel Cuore: Il cuore, a differenza dei muscoli scheletrici, ha una peculiarità nel modo in cui ottiene energia. Fonti Principali: Acidi Grassi: L'ossidazione degli acidi grassi fornisce la maggior parte dell'energia necessaria (40-60%). Glucosio: L'ossidazione del glucosio contribuisce al 20-40% della produzione di energia. Altri Substrati: In quantità minore vengono usati aminoacidi e lattato. Glicolisi Limitata: L'attività glicolitica (anaerobica) nel cuore è molto limitata, a causa della bassa  quantità di enzimi specifici. Quindi, non può fare affidamento sulla glicolisi anaerobica, come fanno i muscoli scheletrici. Necessità di Ossigeno: Per questo motivo, in caso di aumento della prestazione, il cuore ha la necessità di ricevere più ossigeno, lavorando in condizioni aerobiche. Circolo Coronarico: L'apporto di ossigeno e substrati al cuore avviene tramite il circolo coronarico, che deve essere in grado di aumentare il flusso quando il cuore lavora. Adattamenti del Cuore in Insufficienza: Aumento della Glicolisi: In caso di insufficienza cardiaca, si verifica un aumento della glicolisi (anaerobica), ma sempre in maniera limitata. Ridotta Ossidazione del Glucosio: Si riduce l'ossidazione del glucosio. In Sintesi I muscoli scheletrici utilizzano diverse fonti energetiche, passando dall'ATP e fosfocreatina, alla glicolisi anaerobica, fino all'ossidazione aerobica di glucosio e acidi grassi. Il cuore invece, utilizza principalmente acidi grassi e glucosio in condizioni aerobiche, con una limitata capacità di ricorrere alla glicolisi anaerobica. Per questo motivo, l'attività del cuore dipende dall'adeguato apporto di ossigeno tramite il circolo coronarico. Spero che questa rielaborazione dettagliata sia utile per il tuo studio. content_copy download Use code with caution. Markdown