funzione di pompa del cuore; regolazione della contrattilità; regolazione nervosa del cuore

LA CELLULA MIOCARDICA Struttura cellulare del cuore: sincizio funzionale per l'esistenza di dischi intercalari, che contengono giunzioni stette. Analogo ai muscoli lenti: alta densità di capillari, in rapporto di 1:1 con le cellule muscolari. Rapporto pressione/volume (analogo a tensione/lunghezza): differenze con il muscolo scheletrico; base per spiegare l'autoregolazione cardiaca (legge di Frank Starling); il cuore lavora nel tratto ascendente della curva.

RICORDARE: CURVA TENSIONE/LUNGHEZZA DEL MUSCOLO SCHELETRICO Esiste una lunghezza ottimale alla quale il muscolo produce il massimo della forza (o dell’accorciamento)

 Tensione totale Tensione passiva Tensione attiva Nel cuore, la tensione passiva (pressione diastolica) aumenta prima della lunghezza ottimale: Il cuore funziona nel braccio ascendente della curva

Nel cuore, il rapporto tensione/lunghezza nella parte ascendente della curva è più ripido che nel muscolo scheletrico: non entra in gioco soltanto il fattore geometrico (formazione di un numero maggiore di ponti laterali), ma anche la sensibilità al calcio della macchina contrattile aumenta con l’aumentare della lunghezza dei sarcomeri.

Le due tappe fondamentali nello studio della funzione di pompa: Cuore isolato di rana di Frank: contrazioni isometriche a precarico crescente Preparato cuore-polmoni di Starling Innervato o denervato Controllo indipendente delle due variabili che determinano il lavoro sistolico del cuore: precarico (ritorno venoso) e postcarico (impedenza aortica)

L’esperimento di Frank

Pressione sistolica (isometrica) Pressione diastolica (aumento volume) Esperimento di Frank

Grafico ricavato dall’esperimento di Frank

MASSIMI ISOMETRICI MASSIMI ISOMETRICI CORRETTI

Il Professor E.H, Starling

Preparato cuore-polmoni

Il “cardiometro”

Preparato cuore- polmoni di Starling Il serbatoio venoso può essere alzato o abbassato per variare il precarico La resistenza arteriosa può essere modificata par variare il postcarico

Pressione 0 mmHg Pressione 100 mmHg

Aumento del postcarico

Effetto dell’aumento di pressione sul flusso coronarico e quindi sulla contrattilità

LEGGE DEL CUORE DI FRANK e STARLING: Quando non è insufficiente, il cuore automaticamente produce il lavoro richiesto dal sistema circolatorio. Lavoro = Forza x spostamento (dine * cm) = pressione x volume dine * cm -2 *cm 3 = dine * cm

LEGGE DEL CUORE DI FRANK e STARLING: A parità di postcarico, la gettata sistolica è unguale al riempimento diastolico Al variare del postcarico, la gettata sistolica rimane uguale al riempimento diastolico L’equilibrio non è immediato, ma richiede qualche battito

Diagramma (anello) pressione/volume

cm grammi Un elastico ideale quando è stirato sviluppa una forza proporzionale all’allungamento Il rapporto fra allungamento e forza (angolo della retta) è chiamato modulo di Young o di elasticità e misura l’elastanza di un materiale: più è alto più rigido è il materiale Un materiale molto rigido ha un’alta elastanza; Un materiale molto elastico ha una bassa elastanza;

Nel corso dell’attivazione, si modifica l’elastanza del cuore: È una palla molto elastica in diastole È una palla molto più rigida in sistole

La massima elastanza del cuore si verifica alla fine della sistole. La pendenza di questa retta è una misura obiettiva di contrattilità miocardica (indipendente da pre e post carico)

Volume telesistolico

L’aumento del volume telediastolico (precarico) aumenta il lavoro perché aumenta la gettata sistolica (rettangolo grigio) L’aumento della pressione (postcarico) aumenta il lavoro perché mantiene la stessa gettata sistolica (rettangolo blu) ma con maggiore pressione

FUNZIONE DI POMPA: REGOLAZIONE INTRINSECA Preparato cuore-polmoni: spiegazione dei fenomeni. Importanza pratica nell'adeguamento della gittata al ritorno venoso. Come funziona per aumenti del precarico e del postcarico (regolazione eterometrica). Curve pressione telediastolica/lavoro sistolico in vivo. Variazioni di contrattilità (regolazione omeometrica): effetto della distensione delle fibre. REGOLAZIONE ESTRINSECA Controllo nervoso; interazione vago-simpatica. Controllo umorale: catecolamine circolanti; ormoni tiroidei; insulina; glucagone; gas del sangue.

W GS = gettata sistolica (in inglese: stoke volume = SV) Volume o pressione ventricolare alla fine della diastole A parità di pressione: GS * P = lavoro sistolico (in inglese: stoke work = SW) A parità di pressione e frequenza cardiaca (HR): GS*HR = gettata cardiaca (cardiac output = CO). CO*P = lavoro minuto o potenza (W) SW GS o SV CURVA DI STARLING: il riempimento ventricolare, misurato come volume o pressione telediastolica, determina il lavoro del cuore

CONCETTO DI CONTRATTILITA' Lavoro cardiaco: prodotto pressione*volume; cenno alla componente cinetica (1/2 mv 2 ) La componente cinetica, difficile da determinare, è percentualmente irrilevante per il ventricolo sinistro in condizioni basali ed è normalmente trascurata. Aumenta però quando la gettata sistolica è alta (esercizio fisico). È percentualmente più elevata per il ventricolo destro perché la pressione media è bassa (16 mmHg), mentre la pulsatoria è elevata (25-12= 13 mmHg)

Relazioni pressione/volume (Frank Starling) e forza/velocità: importanza del precarico e del postcarico nel determinare il lavoro del cuore. Variazioni di contrattilità: famiglia di curve di Starling. Fattori che regolano la massima forza e la massima velocità. Valutazione indiretta della contrattilità: derivata della pressione ventricolare (dP/dt).

A parità di altre condizioni (ritorno venoso e impedenza aortica), ogni variazione di contrattilità modifica il volume telediastolico del cuore (dilatazione nel cuore insufficiente) e di conseguenza anche il volume telesistolico perché per la legge di Starling la gettata sistolica rimane costante

VARIAZIONI DI CONTRATTILITA' Le variazioni di contrattilità (diminuita: ischemia; aumentata: stimolazione del simpatico) riducono o aumentano la riserva funzionale del cuore. Il cardiopatico sta bene a riposo, ma dopo un piano di scale gli manca il fiato; se prende un farmaco che aumenta la contrattilità, aumenta la sua capacità di svolgere lavoro. Nell’esercizio la GC aumenta da 4 a 6 (8) volte e la pressione aumenta del 50%. La sola legge di Starling consentirebbe un aumento del lavoro di circa 3 volte, ma la stimolazione del simpatico amplifica di molto la possibilità di aumentare il lavoro

Fattori che determinano P max : formazione di ponti laterali – disponibilità di Ca 2+ nel sarcoplasma durante l’attivazione. Regolazione fasica (simpatico) Fattori che determinano V max : proprietà enzimatiche (ATPasi) della miosina. Diverse isoforme, anche di actina. Analogia con fibre scheletriche lente (rosse) e veloci (pallide). Regolazione tonica (accoppiamento meccanico cuore-vasi)

nomenclatura effetto cronotropofrequenza inotropoforza contrazione dromotropovelocità di conduzione batmotropoeccitabilità lusitroporilasciamento metabolicoconsumo di ossigeno

REGOLAZIONE NERVOSA DEL CUORE Innervazione reciproca: parasimpatico (n. vaghi) e simpatico (fibre postgangliari dal ganglio stellato). effettoVagoSimpatico cronotropo inotropo-+++ dromotropo----+ batmotropo--+++ lusitropo+++ metabolico-+

REGOLAZIONE DELLA GETTATA CARDIACA Il cuore, quando funziona normalmente, non determina la funzione circolatoria, ma "serve" alle esigenze imposte dal sistema circolatorio, in termini di ritorno venoso (precarico) e di pressione arteriosa media (postcarico). I due fattori che determinano la gittata cardiaca sono la frequenza cardiaca e la gittata sistolica. Valori "normali" e loro variazioni. Regolazione della frequenza: frequenza intrinseca (100 bpm); influenze parasimpatiche e simpatiche. Tono autonomico e sue variazioni.

Gettata cardiaca: valori "normali" e loro variazioni. A riposo 5 l/min. Durante esercizio fisico aumenta normalmente di 4 volte; fino a 6 volte (=30 l/min; documentato) o a 8 volte (= 40 l/min; stimato) in soggetti molto allenati. Aumenta anche (in misura variabile): durante la digestione; quando il corpo disperde calore; in alcune condizioni patologiche.

Regolazione della frequenza: frequenza intrinseca (100 bpm); influenze parasimpatiche e simpatiche. Tono autonomico e sue variazioni. Entrambe le branche del SNA sono attive tonicamente. L’attività ha origine in centri bulbari, controllati sia da centri superiori, sia dai riflessi cardiovascolari