Circolazione Coronarica: Aspetti Anatomici e Fisiologici PDF

CIRCOLAZIONE CORONARICA: ASPETTI ANATOMICI E FISIOLOGICI L'obiettivo di questa lezione è comprendere le peculiarità del circolo coronarico, un sistema vascolare cruciale per l'apporto di ossigeno e nutrienti al cuore. Origine e Pressione di Perfusione Le arterie coronarie originano direttamen...

CIRCOLAZIONE CORONARICA: ASPETTI ANATOMICI E FISIOLOGICI L'obiettivo di questa lezione è comprendere le peculiarità del circolo coronarico, un sistema vascolare cruciale per l'apporto di ossigeno e nutrienti al cuore. Origine e Pressione di Perfusione Le arterie coronarie originano direttamente dall'aorta ascendente. Questo aspetto è meccanicamente significativo perché la pressione di perfusione coronarica coincide con la pressione aortica. Esistono anche anastomosi con altri distretti circolatori, come le arterie toraciche interne, le arterie bronchiali e le arterie del diaframma. Caratteristiche del Circolo Coronarico 1. Resistenza Bassa: Il circuito coronarico è breve, il che implica una bassa resistenza al flusso (la resistenza aumenta con la lunghezza). 2. Pressione di Perfusione Elevata: La pressione aortica garantisce una perfusione efficiente del cuore. 3. Alta Densità Capillare: Il miocardio presenta una densità capillare elevatissima, quasi un capillare per ogni fibra muscolare. Ciò riduce la distanza per la diffusione di ossigeno e substrati,  garantendo un rapido rifornimento. 4. Capillari Sempre Pervi: A differenza di altri organi, come il muscolo scheletrico, tutti i capillari miocardici sono aperti, consentendo un flusso continuo. Ciò è reso necessario dalla continua attività cardiaca. Distribuzione del Flusso e Importanza del Subendocardio Flusso Non Omogeneo: La distribuzione del flusso sanguigno non è uniforme, con una perfusione maggiore delle regioni subendocardiche (interne) rispetto a quelle epicardiche (esterne), con un rapporto di circa 1,2:1. Motivi di Questa Distribuzione: Questa distribuzione è fondamentale perché le regioni subendocardiche sono sottoposte a maggiore stress durante la sistole a causa della compressione dovuta alla pressione ventricolare e alla contrazione muscolare. Questo stress aumenta la loro richiesta di ossigeno. Circoli Collaterali: Esistono circoli collaterali tra arterie, ma non a livello terminale. Queste connessioni aiutano a perfondere regioni che non ricevono direttamente sangue dalle arterie principali. Flusso Coronarico e Fasi del Ciclo Cardiaco Flusso Diastolico: Il flusso coronarico avviene principalmente durante la diastole, la fase di rilassamento cardiaco. Elevata Estrazione di Ossigeno: Il cuore estrae dal sangue arterioso una quantità di ossigeno maggiore rispetto ad altri organi. Questa alta estrazione implica che, in caso di maggiore richiesta, l'estrazione di ossigeno non può essere aumentata di molto, a differenza del flusso. Capacità di Aumento del Flusso: Nonostante un flusso già elevato a riposo, il circolo coronarico può aumentare il flusso di 4-5 volte in caso di necessità. Ipertrofia e Angiogenesi Ipertrofia Cardiaca: L'ipertrofia delle fibre muscolari (aumento delle dimensioni delle cellule cardiache) non è sempre accompagnata da una corrispondente angiogenesi (formazione di nuovi vasi sanguigni). Ciò può compromettere la perfusione nelle aree ipertrofiche. Plessi Coronarici e Dinamiche di Perfusione Plessi Epicardici e Subendocardici: La circolazione coronarica è caratterizzata da due plessi principali: epicardico e subendocardico, tra loro interconnessi. Perfusione durante la Diastole: Durante la diastole, il tessuto subendocardico è ben perfuso, ricevendo più sangue rispetto al tessuto epicardico. Compressione Sistolica: Durante la sistole, i vasi subendocardici vengono compressi, riducendo il flusso sanguigno in quest'area, che tuttavia dispone di una certa riserva. Mioglobina: Le cellule subendocardiche sono più ricche di mioglobina, una proteina che lega l'ossigeno, contribuendo a supportare il metabolismo durante i periodi di ridotto flusso. Apporto di Ossigeno dal Lume Ventricolare: Il tessuto subendocardico può ricevere ossigeno anche dal sangue contenuto nel lume ventricolare. Differenze Emichetra le Camere Cardiache Ventricolo Sinistro: La parte subendocardica del ventricolo sinistro è particolarmente svantaggiata a causa della maggiore pressione (120 mmHg al culmine della sistole) e della tensione intramuscolare (circa 120 mmHg). Ventricolo Destro: Nel ventricolo destro, le pressioni sistoliche sono molto inferiori (circa 25 mmHg). Resistenza Coronarica Sede della Resistenza: La resistenza al flusso nel circolo coronarico è dovuta per il 70% alle piccole arterie e arteriole, soprattutto a quelle subendocardiche. Ciò è in contrasto con il resto dell'organismo, dove circa il 50% della resistenza è dovuta alle arteriole. Conseguenze dell'Ostruzione: L'occlusione di un vaso coronarico porta a lesioni/infarti nel territorio da esso irrorato. Circoli Collaterali e Compensazione Connessioni tra Arterie: Le connessioni tra le arterie coronariche non sono sufficienti a garantire la perfusione nelle regioni distali in caso di ostruzione. Spero che questa rielaborazione sia utile per la comprensione della complessa fisiologia della circolazione coronarica. LA PERCENTUALE DI GITTATA CARDIACA RISERVATA AL CUORE Nonostante il cuore rappresenti solo lo 0,4% della massa corporea (circa 300g), riceve una porzione significativa della gittata cardiaca: il 4-5%, pari a 200-250 ml/min, su una gittata cardiaca complessiva di 5L/min. Il flusso sanguigno nel cuore è di circa 60-80 ml/min per 100g di tessuto.  Per sopravvivere, il cuore necessiterebbe di almeno 60 ml/min, ma anche a riposo ne riceve una quantità maggiore. Effetto Meccanico del Ciclo Cardiaco sul Flusso Coronarico L'effetto meccanico del ciclo cardiaco sul flusso coronarico è fondamentale. I vasi coronarici sono pervi e aperti quando la pressione transmurale è positiva (pressione interna > pressione esterna). L'aumento della pressione esterna provoca la compressione dei vasi. Pressione di Perfusione La pressione di perfusione coronarica è equivalente alla pressione aortica. Analizziamo come le variazioni di pressione durante il ciclo cardiaco influenzano il flusso coronarico nei ventricoli: 1. Diastole: La pressione aortica è elevata e superiore alla pressione intraventricolare. I vasi sono pervi e aperti. Nessun problema di perfusione sia nel ventricolo sinistro che destro. 2. Sistole nel Ventricolo Destro: La pressione aortica è superiore alla pressione ventricolare destra (20-25 mmHg). Non c'è ostacolo alla perfusione. 3. Sistole nel Ventricolo Sinistro: La pressione aortica (circa 120 mmHg al picco) può essere inferiore alla pressione ventricolare (fino a 121 mmHg). Questo determina la compressione e la chiusura dei vasi coronarici. Analisi Dettagliata del Flusso Coronarico nel Ventricolo Sinistro 1. Fasi Iniziali della Sistole Isovolumetrica: La pressione ventricolare aumenta rapidamente, pur rimanendo inferiore alla pressione aortica. La pressione crescente esercita una compressione sui vasi coronarici, riducendo gradualmente il flusso. 2. Fase Tarda della Sistole Isovolumetrica: La pressione ventricolare supera la pressione aortica, comprimendo completamente i vasi. Può verificarsi un leggero riflusso di sangue dall'aorta ai vasi coronarici. 3. Eiezione (Prima Parte): La pressione ventricolare aumenta parallelamente alla pressione aortica. Il flusso coronarico aumenta leggermente, grazie all'aumento di pressione di perfusione. 4. Eiezione (Parte Finale): La pressione ventricolare e aortica diminuiscono. Il flusso coronarico diminuisce. 5. Diastole: Il ventricolo si rilassa e la compressione sui vasi termina. Si verifica un picco di flusso coronarico nella protodiastole, dovuto al gradiente di pressione favorevole (pressione aortica alta e pressione ventricolare bassa). Il flusso diminuisce gradualmente durante la diastole, a causa della progressiva diminuzione della pressione aortica. Effetto dell'Invecchiamento e Rigidità Aortica Con l'invecchiamento, l'aorta perde elasticità e diventa più rigida:  Aumento del Flusso Sistolico: La pressione che il ventricolo deve esercitare per pompare sangue in un'aorta più rigida aumenta, portando ad un maggiore flusso coronarico nella sistole. Diminuzione del Flusso Diastolico: Il declino della pressione aortica durante la diastole è più rapido, riducendo il flusso coronarico in questa fase del ciclo cardiaco. Spero che questa rielaborazione sia utile per comprendere le interazioni tra ciclo cardiaco e flusso coronarico. EFFETTO DELL'ESERCIZIO MUSCOLARE SULL'ATTIVITÀ CARDIACA E FLUSSO CORONARICO Durante l'esercizio muscolare, il flusso coronarico dovrebbe aumentare sia durante la sistole che la diastole, a causa dell'incremento dell'attività cardiaca. Tuttavia, la dinamica del flusso coronarico durante l'esercizio è complessa e presenta alcune peculiarità: A Riposo: Il flusso coronarico aumenta con l'incremento della pressione di perfusione. Durante l'Esercizio: Il flusso coronarico si riduce a parità di pressione di perfusione rispetto alle condizioni di riposo. Aumento della Frequenza Cardiaca: La tachicardia riduce il tempo di diastole, il che limita la perfusione ventricolare durante questa fase. Forza di Contrazione: L'aumento della forza di contrazione ventricolare può comprimere ulteriormente i vasi, senza necessariamente aumentare proporzionalmente la pressione aortica. Relazione tra Flusso Coronarico e Pressione di Perfusione Flusso coronarico e pressione di perfusione sono direttamente correlati: l'aumento della pressione generalmente si traduce in un aumento del flusso. Fattori che Influenzano la Resistenza Vascolare Coronarica Il flusso coronarico è influenzato dalla resistenza vascolare coronarica, a sua volta modificata: 1. Eventi Meccanici del Ciclo Cardiaco: La compressione dei vasi durante la sistole riduce il flusso, mentre la diastole favorisce la perfusione. 2. Localizzazione della Resistenza: Il 70% della resistenza risiede nelle piccole arterie e arteriole, in particolare quelle subendocardiche. 3. Controllo Metabolico: L'attività metabolica locale influenza la vasodilatazione e la vasocostrizione dei vasi coronarici. 4. Controllo Nervoso: Il sistema nervoso autonomo modula la resistenza vascolare coronarica. 5. Farmaci: Alcuni farmaci possono influenzare la resistenza coronarica. Controllo Metabolico del Flusso Coronarico Il professore sottolinea che molti aspetti del controllo metabolico sono comuni alla regolazione del flusso nelle arteriole sistemiche. Pertanto, rimanda ad una discussione più approfondita quando si affronterà la regolazione del calibro delle arteriole. In questa fase, si limita ad elencare i fattori coinvolti nel controllo metabolico. Riserva di Perfusione Coronarica Definizione: La riserva di perfusione coronarica è la differenza tra il flusso coronarico a riposo e il flusso massimo possibile in condizioni di vasodilatazione. Confronto tra Distretti: La riserva di perfusione varia a seconda dei distretti: Cuore: Può aumentare il flusso di circa 5 volte rispetto alle condizioni di riposo. Muscolo Scheletrico: Ha una riserva molto maggiore, in quanto la vasodilatazione può aumentare significativamente il flusso durante l'attività fisica. Rene: Non ha molta riserva di perfusione, in quanto la perfusione renale è già elevata a riposo. Termoregolazione: Può aumentare o diminuire il flusso a seconda delle necessità. Spero che questa rielaborazione sia utile per studiare l'effetto dell'esercizio sull'attività cardiaca e la regolazione del flusso coronarico. LA RISERVA CORONARICA: DEFINIZIONE E IMPORTANZA La riserva coronarica è la capacità del circolo coronarico di aumentare il flusso sanguigno in risposta ad una maggiore richiesta di ossigeno da parte del cuore. Doppler e Adenosina: L'uso del doppler permette di visualizzare il flusso coronarico. L'adenosina, un potente vasodilatatore, aumenta il flusso coronarico ed è utilizzata per studiare la riserva coronarica. La concentrazione di adenosina aumenta in proporzione all'attività metabolica del tessuto cardiaco. Stenosi Coronarica e Limiti alla Riserva Coronarica Effetto della Stenosi: Una stenosi coronarica (restringimento di un vaso) aumenta la resistenza al flusso, riducendo la perfusione. Grado di Stenosi e Riserva: La riserva coronarica rimane relativamente stabile fino a una stenosi del 60%. Oltre questa soglia, la capacità di aumentare il flusso diminuisce drasticamente. Conseguenze: Una severa stenosi limita la capacità del cuore di rispondere alle aumentate richieste di ossigeno, portando a squilibrio tra apporto e domanda di ossigeno con possibile infarto. Grafici: I grafici mostrano il flusso coronarico in funzione del grado di stenosi, confrontando il flusso basale con il flusso in iperemia (massima vasodilatazione). La riserva coronarica è preservata fino a una certa soglia di stenosi, dopodiché diminuisce bruscamente. Aumento della Richiesta di Ossigeno: Strategie di Adattamento Un aumento della richiesta di ossigeno può essere soddisfatto mediante: 1. Aumento della Gittata Cardiaca: Incrementando il volume di sangue pompato dal cuore, così da aumentare l'apporto di ossigeno a tutto l'organismo. Il controllo nervoso e metabolico si occuperanno della corretta distribuzione agli organi. 2. Adattamenti Locali: Localmente, nei singoli distretti, si attuano due meccanismi: Vasodilatazione: Aumento del flusso sanguigno mediante la dilatazione dei vasi locali. Aumento dell'Estrazione di Ossigeno: Maggior prelievo di ossigeno dal sangue che attraversa l'organo o il tessuto. Schemi di Adattamento Solo Aumento dell'Estrazione: In questo scenario, il flusso rimane costante, ma la pressione  parziale di ossigeno (pO2) nel sangue venoso diminuisce poiché viene estratto più ossigeno dal sangue arterioso. Solo Vasodilatazione: In questo caso, il flusso aumenta in modo significativo senza un aumento dell'estrazione. Combinazione dei Due Meccanismi: La strategia più comune prevede una combinazione dei due meccanismi, con una minore vasodilatazione ed un minore aumento dell'estrazione. Miocardio: Elevata Estrazione di Ossigeno a Riposo pO2 Venosa: Il miocardio ha una pO2 venosa molto bassa (18 mmHg o meno) già a riposo, il che indica una elevata estrazione di ossigeno rispetto ad altri organi. Limitazioni: Il miocardio non può aumentare molto l'estrazione di ossigeno, quindi deve fare affidamento principalmente alla vasodilatazione per soddisfare le aumentate richieste. Muscolo Scheletrico: Flessibilità nell'Adattamento Risposta all'Attività: Quando il muscolo scheletrico lavora, si osserva un aumento dell'attività simpatica e della gittata cardiaca. Vasodilatazione Locale: Importante vasodilatazione locale, che aumenta il flusso di diverse volte. Aumento dell'Estrazione: Possibilità di aumentare l'estrazione di ossigeno, grazie alla bassa estrazione a riposo (35-40 ml/min) che permette di incrementare notevolmente la differenza arterovenosa (fino a 15 ml/dl). Confronto Giovani e Anziani: Nei grafici viene evidenziata la differenza tra giovani ed anziani, con particolare attenzione alla diversa risposta al riposo in piedi e supini, e al diverso allenamento. Effetto dell'Allenamento: L'allenamento aumenta significativamente la capacità di estrazione di ossigeno sia nei giovani che negli anziani. Recupero Post-Esercizio nel Muscolo Scheletrico Flusso e Consumo di Ossigeno: Il flusso e il consumo di ossigeno si riducono con un andamento  esponenziale dopo l'esercizio. Differenza Arterovenosa: La differenza arterovenosa, inizialmente elevata, ritorna gradualmente al valore di riposo con andamento esponenziale. Saturazione del Sangue Venoso: La saturazione del sangue venoso aumenta. Differenze tra Cuore e Muscolo Scheletrico Il muscolo scheletrico può usare ampiamente sia la vasodilatazione che l'aumento dell'estrazione per rispondere alle aumentate richieste di ossigeno. Il cuore, invece, a causa della già elevata estrazione a riposo, fa più affidamento sulla vasodilatazione per aumentare l'apporto di ossigeno. Spero che questa rielaborazione sia utile per studiare la riserva coronarica e le dinamiche di perfusione e ossigenazione del miocardio e del muscolo scheletrico. CONFRONTO TRA MIOCARDIO E MUSCOLO SCHELETRICO: DIFFERENZE NELLA RISPOSTA ALLA RICHIESTA DI OSSIGENO Miocardio:  Estrazione di Ossigeno: Il cuore ha una limitata capacità di aumentare l'estrazione di ossigeno perché, già a riposo, estrae una percentuale elevata. La riserva di estrazione è quindi limitata. Perfusione: Può aumentare la perfusione (flusso sanguigno) grazie alla vasodilatazione. Il flusso può aumentare di 4-5 volte rispetto al flusso a riposo, che è già molto elevato. Muscolo Scheletrico: Perfusione: Può aumentare il flusso di 20 volte grazie alla vasodilatazione indotta dai processi metabolici locali. Estrazione di Ossigeno: Ha una riserva di estrazione maggiore rispetto al cuore. Analisi Grafica di Flusso e Estrazione I grafici mostrano il confronto tra muscolo scheletrico e cuore rispetto al consumo di ossigeno e all'estrazione. È importante notare che le scale dei grafici sono diverse. Muscolo Scheletrico: Aumentando il consumo di ossigeno (da 250 ml/min a 2.5-3 L/min), la perfusione può aumentare di 20 volte (+2000%). L'estrazione di ossigeno può aumentare di 4 volte. La pO2 venosa a riposo è di circa 40 mmHg (il muscolo scheletrico a riposo estrae meno ossigeno rispetto alla media degli altri organi) e può diminuire fino a 10-12 mmHg all'aumentare dell'attività. Cuore:  Il flusso può aumentare di 4-5 volte (da 250 ml/min a più di 1 L/min). L'estrazione di ossigeno può aumentare solo del 50%. La pO2 venosa, partendo da circa 18 mmHg nel sangue arterioso, può arrivare a circa 12 mmHg. Controllo della Perfusione degli Organi: Meccanismi Selettivi La perfusione dei vari organi è regolata da meccanismi che permettono di indirizzare il flusso sanguigno verso i distretti che ne hanno più bisogno: Distribuzione del flusso: La capacità di un distretto di modificare la propria perfusione permette di aumentare il flusso verso gli organi più attivi, senza alterare la pressione arteriosa sistemica. Vasodilatazione Locale: In un organo attivo, la vasodilatazione locale riduce la resistenza, aumentando il flusso sanguigno a parità di pressione di perfusione. Esempio dell'Esercizio Muscolare Durante l'esercizio muscolare: Aumento della Gittata Cardiaca: La gittata cardiaca aumenta in valore assoluto, il che incrementa il flusso a tutti gli organi. Redistribuzione della Gittata Cardiaca: La distribuzione della gittata cardiaca cambia tra i diversi organi: Cuore: Il cuore aumenta la frazione di gittata cardiaca che riceve di 4-5 volte, grazie alla sua capacità di vasodilatazione limitata. Muscolo Scheletrico: Il muscolo scheletrico riceve una percentuale maggiore di gittata cardiaca (circa l'80% rispetto al 20% a riposo), grazie alla sua grande capacità di vasodilatazione. Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio del confronto tra miocardio e muscolo scheletrico e per la comprensione dei meccanismi di controllo della perfusione degli organi. REGOLAZIONE DEL FLUSSO CORONARICO: MECCANISMI DI VASODILATAZIONE La vasodilatazione, fondamentale per aumentare il flusso sanguigno in un organo che ne ha bisogno, è regolata da diversi fattori. Nel contesto del circolo coronarico, i principali meccanismi di controllo sono: 1. Fattori Metabolici Locali: Adenosina: Un importante fattore vasodilatatore, la cui concentrazione aumenta con l'attività metabolica (ATP → ADP → AMP → adenosina). 2. Meccanismo Miogeno: Risposta intrinseca dei vasi sanguigni alle variazioni di pressione. 3. Fattori Rilasciati dall'Endotelio: L'endotelio vascolare rilascia sostanze che modulano il tono vascolare. 4. Controllo Nervoso: Il sistema nervoso autonomo influenza la contrazione e il rilassamento del muscolo liscio vascolare. Digressione sul Muscolo Liscio: Meccanismi di Contrazione Per capire come questi meccanismi agiscono, è necessario comprendere la fisiologia del muscolo liscio vascolare, il cui rilassamento porta alla vasodilatazione: Caratteristiche del Muscolo Liscio: Consuma poca energia e la sua contrazione può essere regolata da diversi meccanismi: Controllo Nervoso: Il sistema nervoso autonomo rilascia neurotrasmettitori che depolarizzano le fibre muscolari lisce, provocando contrazione. Potenziali d'Azione Spontanei: Alcuni muscoli lisci generano spontaneamente potenziali d'azione attraverso variazioni cicliche del potenziale di riposo. Contrazione Senza Potenziale d'Azione: Altri si contraggono senza depolarizzazione, in risposta a ligandi come neurotrasmettitori, ormoni, farmaci o sostanze prodotte  localmente. Contrazione Senza Variazione Elettrica: Alcuni si contraggono senza variazioni elettriche, attraverso stimoli meccanici o chimici. Attivazione della Cellula Muscolare Liscia: Diverse Vie La contrazione del muscolo liscio può avvenire tramite tre meccanismi principali: 1. Controllo Elettrico: Un neurotrasmettitore apre canali cationici che depolarizzano la cellula, generando un potenziale d'azione e aprendo canali per il calcio (Ca2+). 2. Recettori Metabotropici: Attivazione di recettori che avviano vie biochimiche, aumentando la concentrazione intracellulare di Ca2+. 3. Stimoli Meccanici: Lo stiramento della membrana apre canali cationici, permettendo l'ingresso di Ca2+. Ruolo del Calcio nella Contrazione del Muscolo Liscio Calcio come Interruttore: In tutti i casi, la contrazione è mediata dall'aumento di Ca2+ intracellulare, che però non si lega alla troponina come nel muscolo striato. Via di Contrazione: Il Ca2+ si lega alla calmodulina, attivandola. Il complesso Ca2+-calmodulina attiva la chinasi delle catene leggere della miosina, che fosforila le teste della miosina, permettendone il legame con l'actina e avviando il ciclo di contrazione. Fattori e Strutture Coinvolte nel Controllo del Muscolo Liscio Vascolare Recettori, sostanze e canali coinvolti nella contrazione del muscolo liscio vascolare (e coronarico) verranno descritti in dettaglio in seguito. Controllo Metabolico e Vasodilatazione Consumo di Ossigeno: Quando un tessuto (es. cuore) lavora di più, consuma più ossigeno, con conseguente abbassamento della pO2 locale. Rilasciamento Muscolare: La riduzione della pO2 induce il rilassamento del muscolo liscio nelle arteriole, portando a vasodilatazione. Adenosina: La concentrazione di adenosina aumenta in proporzione all'idrolisi dell'ATP (ATP→ADP→AMP→adenosina). L'adenosina è un potente vasodilatatore del circolo coronarico. Fattori che Promuovono l'Iperpolarizzazione (e Rilassamento) del Muscolo Liscio Apertura dei Canali del Potassio: I fattori che promuovono l'apertura dei canali del potassio e l'iperpolarizzazione della cellula muscolare liscia (con conseguente rilassamento) sono: Aumento della temperatura Liberazione di metaboliti Aumento della concentrazione extracellulare di potassio (K+). Radicali liberi e formazione di H2O2. Anidride carbonica (CO2). Spero che questa rielaborazione sia utile per lo studio della regolazione del flusso coronarico e della fisiologia del muscolo liscio.