Apparato cardiocircolatorio Nei vertebrati l'apparato è chiuso, cioè caratterizzato da vasi sanguigni e linfatici, inoltre può essere: semplice, si ha un solo circolo sanguigno (con la pompa cardiaca composta da un atrio e un ventricolo) ed è ben adattato per la respirazione mediante branchie, dei pesci. Negli anfibi la presenza di un apparato semplice rende parziale l'adattamento all'ambiente subaereo. doppio, si ha un doppio sistema sanguigno (con la pompa cardiaca composta da due atri e due ventricoli), di cui uno serve per sfruttare efficacemente i polmoni.

Lunghezza totale di arterie, vene e capillari: 100.000 km (2 volte e mezzo il giro del mondo)

Cuore: è un muscolo striato, ma involontario Cuore: è un muscolo striato, ma involontario. Ha due compiti fondamentali: la struttura muscolare pompa il sangue in tutti gli organi attraverso le arterie, mentre il tessuto specifico di conduzione, dà origine al battito cardiaco.

Letto capillare Una delle caratteristiche più sorprendenti del sistema circolatorio dei vertebrati è il letto capillare, una fitta rete che collega il circuito arterioso e quello venoso. Il lato arterioso di ciascun letto capillare porta il sangue ossigenato dal cuore ai tessuti, mentre il sangue povero di ossigeno raccolto dai tessuti risale attraverso le vene al cuore, aiutato in questo dalla pompa muscolare, cioè dalla pressione esercitata dai muscoli sulle vene.

Vene Le vene hanno una struttura molto simile a quella delle arterie, solo che le arterie hanno pareti più robuste ed elastiche perché devono sopportare la forte pressione del sangue. Inoltre la grande differenza è che le vene possiedono delle valvole dette "a nido di rondine" che impediscono al sangue di rifluire (tornare indietro) per effetto della forza di gravità. Le vene di tutti i distretti presentano una componente prevalentemente elastica della parete. Le vene possono avere la medesima distribuzione delle arterie, decorrendo parallelamente a queste, come negli arti, oppure avere un'arborizzazione propria e differente, come nel fegato e nel cervello.

Arterie vasi sanguigni che nascono dai ventricoli e portano il sangue poco ossigenato ai polmoni (attraverso l'arteria polmonare che nasce dal ventricolo destro) e sangue ossigenato a tutto il corpo (attraverso l'aorta che nasce dal ventricolo sinistro);

La grande circolazione La grande circolazione prende l'avvio dal ventricolo sinistro che, contraendosi, spinge il sangue ricco di ossigeno nell'aorta e da qui in tutte le arterie del corpo, che trasportano il sangue ossigenato ai diversi tessuti e apparati. Dai tessuti, il sangue attraverso, il sistema delle vene cave, raggiunge l'atrio destro del cuore.

La piccola circolazione Dal ventricolo destro inizia la piccola circolazione: da qui il sangue viene pompato, tramite l'arteria polmonare, nei polmoni dove negli alveoli circondati da una ricca rete di capillari, cede l'anidride carbonica e si arricchisce di ossigeno. Tramite le vene polmonari raggiunge l'atrio sinistro del cuore e da qui riparte tutto il ciclo precedente.

Aorta Origina dal ventricolo sinistro del cuore, con un diametro di circa 3 cm, dirigendosi verso l'alto dando origine all'aorta ascendente, piega formando l'arco aortico andando ad appoggiarsi alla colonna vertebrale, discende formando l'aorta discendente, attraversa il diaframma fino a formare, dalla quarta vertebra lombare le arterie iliache comuni e l'arteria sacrale media.

Aorta ascendente

Arco aortico

Il cuore Nel corso di una vita media il cuore si contrae più di 2,5 miliardi di volte. A riposo il cuore si contrae 60-80 volte al minuto e pompa circa 95 ml di sangue per ogni battito (6 litri al minuto). Durante uno sforzo fisico molto intenso la frequenza può raggiungere le 200 contrazioni al minuto pompando quasi 200 ml a battito (50 litri al minuto).

Il battito cardiaco L'attività di pompaggio del miocardio è avviata e controllata da un sistema di conduzione elettrica dello stimolo. Esso provvede affinché migliaia di cellule muscolari situate negli atri e nei ventricoli si contraggano sincronicamente. Il ritmo per l'attività comune è dato dal nodo sinusale, costituito da un gruppo di cellule situate nell'atrio destro. Tramite apposite vie di conduzione dello stimolo, gli impulsi elettrici dati dal nodo sinusale passano dagli atri fino alla muscolatura dei due ventricoli. Nodo senoatriale Nodo atrioventricolare

Elettrocardiogramma Onda P: è la prima onda che si genera nel ciclo, e corrisponde alla depolarizzazione degli atri. È di piccole dimensioni, poiché la contrazione degli atri non è così potente. La sua durata varia tra i 60 e i 120 ms, l'ampiezza (o altezza) è uguale o inferiore ai 2,5 mm. Complesso QRS: si tratta di un insieme di tre onde che si susseguono l'una all'altra, e corrisponde alla depolarizzazione dei ventricoli. L'onda Q è negativa e di piccole dimensioni, e corrisponde alla depolarizzazione del setto interventricolare; la R è un picco molto alto positivo, e corrisponde alla depolarizzazione dell'apice del ventricolo sinistro; la S è un'onda negativa anch'essa di piccole dimensioni, e corrisponde alla depolarizzazione delle regioni basale e posteriore del ventricolo sinistro. La durata dell'intero complesso è compresa tra i 60 e 90 ms. In questo intervallo avviene anche la ripolarizzazione atriale che però non risulta visibile perché mascherata dalla depolarizzazione ventricolare. Onda T: rappresenta la ripolarizzazione dei ventricoli. Non sempre è identificabile, perché può anche essere di valore molto piccolo. Onda U: è un'onda che non sempre è possibile apprezzare in un tracciato, dovuta alla ripolarizzazione dei muscoli papillari. Tratto ST: rappresenta il periodo in cui le cellule ventricolari sono tutte depolarizzate e pertanto non sono rilevabili movimenti elettrici. Da ciò deriva che di norma è isoelettrico, cioè posto sulla linea di base del tracciato, da cui si può spostare verso l'alto o il basso di non più di 1 mm. Intervallo QT: rappresenta la sistole elettrica, cioè il tempo in cui avviene la depolarizzazione e la ripolarizzazione ventricolare. La sua durata varia al variare della frequenza cardiaca, generalmente si mantiene tra i 350 e i 440ms. Il tracciato ECG viene compilato su carta millimetrata, che scorre nell'elettrocardiografo ad una velocità di 25 mm al secondo, quindi cinque lati di quadrati da 5 mm rappresentano 1 secondo. È quindi facile immaginare come si possa immediatamente ricavare la frequenza cardiaca, valutando quanto tempo passa tra un ciclo e l'altro (si misura il tempo intercorso tra due picchi R). A solo titolo di esempio se abbiamo un complesso ogni 4 quadrati da 5 millimetri, significa che la nostra frequenza è attorno ai 75 battiti al minuto. Ovvero, visto che ogni quadrato da 5 mm corrisponde a 0,2 s e, quindi, 4 quadrati a 0,8 s,basterà dividere 60 s (1 minuto) per 0,8 s per ottenere la frequenza di 75 battiti al minuto, appunto. Oppure, più semplicemente, possiamo dividere 300 per il numero di quadrati da 5 mm fra due picchi R adiacenti. In caso di ritmo irregolare la distanza sarà la media fra 3 distanze R-R adiacenti. Le scariche elettriche del cuore si possono registrare graficamente nell' elettrocardiogramma (ECG).

Onda P: è la depolarizzazione degli atri. Il tracciato ECG viene compilato su carta millimetrata, che scorre nell'elettrocardiografo ad una velocità di 25 mm al secondo, quindi cinque lati di quadrati da 5 mm rappresentano 1 secondo. È quindi facile ricavare la frequenza cardiaca, valutando quanto tempo passa tra un ciclo e l'altro (si misura il tempo intercorso tra due picchi R). Onda P: è la depolarizzazione degli atri. Complesso QRS: si tratta di un insieme di tre onde che si susseguono l'una all'altra, e corrisponde alla depolarizzazione dei ventricoli. Onda T: rappresenta la ripolarizzazione dei ventricoli. Onda U: è un'onda che non sempre è possibile apprezzare in un tracciato, dovuta alla ripolarizzazione dei muscoli papillari. Tratto ST: rappresenta il periodo in cui le cellule ventricolari sono tutte depolarizzate e pertanto non sono rilevabili movimenti elettrici. Intervallo QT: rappresenta la sistole elettrica Ad es., se abbiamo un complesso ogni 4 quadrati da 5 millimetri, significa che la nostra frequenza è attorno ai 75 battiti al minuto. Ovvero, visto che ogni quadrato da 5 mm corrisponde a 0,2 s e, quindi, 4 quadrati a 0,8 s,basterà dividere 60 s (1 minuto) per 0,8 s per ottenere la frequenza di 75 battiti al minuto. In caso di ritmo irregolare la distanza sarà la media fra 3 distanze R-R adiacenti.

Emoglobina l’emoglobina degli eritrociti è una proteina di trasporto indispensabile per veicolare l’ossigeno e l’anidride carbonica tra i polmoni e i tessuti l’emoglobina assolve ad una funzione estremamente importante, contribuisce a mantenere il valore di pH costante in condizioni fisio-patologiche, funzionando quindi anche da sistema tampone (Mioglobina, proteina di deposito, presente nelle fibrocellule del miocardio e del muscolo scheletrico, ha la funzione di trasferire l’ossigeno della emoglobina del sangue alla citocromo-ossidasi mitocondriale. Ha infatti una affinità per l’ossigeno superiore a quella dell’emoglobina).

L’emoglobina dell’adulto (HbA) è un tetramero costituito da 4 catene a due a due uguali (2a e 2b); ogni subunità porta un gruppo eme (gruppo prostetico contenente un nucleo di Ferro bivalente)

Eme l’ossigeno si lega agli atomi di ferro bivalenti l’eme ha una struttura tetrapirrolica, il ferro centrale crea 4 legami di coordinazione con gli atomi di azoto dell’anello tetrapirrolico, uno con un residuo istidinico della globina e un sesto legame di coordinazione avviene con la molecola dell’ossigeno (ossiemoglobina) l’ossigeno si lega agli atomi di ferro bivalenti

Legame dell’ossigeno all’emoglobina La forma ad S italica è dovuta alla interdipendenza funzionale dei suoi 4 emi. Il primo eme si combina lentamente con l’ossigeno, Il secondo per influenza del primo (già ossigenato) si combina più velocemente e così via (effetto cooperativo). Tale modalità è caratteristica della struttura quaternaria e costituisce un esempio di regolazione allosterica.

l’emoglobina è stata la prima proteina di cui sono stati osservati effetti allosterici (modificazioni strutturali) questa può infatti assumere 2 conformazioni, la forma R (“relaxed” o rilassata) e la forma T (“tense” o tesa); il passaggio dall’una all’altra forma è data da interazioni elettrostatiche che dipendono dalla presenza o l’assenza di legami fra l’eme e la molecola di ossigeno aumentando la pressione parziale dell’ossigeno, un numero sempre più crescente di molecole assume forma R, più affine all’ossigeno; la cooperatività tra le subunità, e quindi anche l’affinità verso l’ossigeno, cresce all’aumentare della pressione parziale dell’ossigeno

La quantità di O2legata all’Hb (contenuto di O2) cresce in rapporto alla pO2seguendo una curva ad andamento sigmoide

Emoglobina e trasporto di CO2 l’emoglobina partecipa al trasporto dell’anidride carbonica dai tessuti ai polmoni; circa il 90% della CO2 non viene trasportata come tale ma viene prima convertita in ione bicarbonato HCO3-, molto più solubile nei polmoni lo ione HCO3- viene riconvertito in CO2 che viene eliminata con l’espirazione i 2 processi sono rispettivamente accoppiati alla deossigenazione e all’ossigenazione dell’emoglobina (HbH, HbO2) a questi 2 processi interviene anche l’anidrasi carbonica, presente negli eritrociti, che permette l’interconversione tra acido carbonico in CO2 e viceversa

CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ CO2 + +H3N-globina -OOCHN-globina + 2H+ la CO2 è un prodotto del metabolismo aerobico e deve essere trasportato ai polmoni per essere rilasciato dal nostro organismo la maggior parte della CO2 viene convertita in bicarbonato, HCO3-, mediante l’azione dell’anidrasi carbonica e quindi rilasciato nel plasma CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ la restante CO2 si lega reversibilmente all’emoglobina attraverso la formazione di un legame carbamidico con gli a-amino gruppi della porzione N-terminale dei polipeptidi della globina CO2 + +H3N-globina -OOCHN-globina + 2H+

Effetto tampone

L’effetto Bohr CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ È il rilascio di ossigeno da parte dell’emoglobina che si osserva quando la concentrazione di ioni H+ aumenta (il pH diminuisce). L’effetto Bohr è fisiologicamente importante, in quanto i tessuti che stanno ossidando grandi quantità di sostanze nutrienti, e che di conseguenza hanno bisogno di grandi quantità di ossigeno, generano ioni H+, rilasciando CO2 nel sangue: CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ A livello dei tessuti periferici un aumento della pCO2 diminuisce l’affinità di Hb per O2. Tale fenomeno sembra dovuto sia all’azione diretta che il legame CO2 / Hb esercita sull’affinità di Hb per O2, sia all’effetto indiretto di un aumento della concentrazione idrogenionica e quindi ad una diminuzione di pH.   A livello dei polmoni le condizioni metaboliche sono opposte e il fenomeno ha luogo in senso opposto. Facilitando il rilascio di ossigeno, questi ioni H+ consentono il deposito di O2 extra in quei tessuti che stanno consumando molto attivamente

Effetto Haldane La CO2 passa attraverso la membrana dell’eritrocita al suo interno, qui reagisce con H2O andando a formare l’acido carbonico (H2CO3) che, essendo un prodotto volatile, si dissocerà velocemente in H+ e HCO3- (ione bicarbonato). Lo ione bicarbonato uscirà dalla membrana eritrocitaria tramite lo scambiatore cloro-bicarbonato che farà entrare lo ione cloruro (Cl-) che porterà ad aver un rigonfiamento della cellula. A livello dei tessuti periferici la pO2 diminuisce perchè O2 viene utilizzato. Hb non legata è in grado di legare CO2 ed è inoltre un acido di debole di HbO2, perciò è in grado di accettare H+ e quindi favorire la reazione di idratazione di CO2. A livello dei polmoni un aumento della pO2 ha come effetto una diminuzione della capacità di CO2 di legarsi chimicamente ( o per legame ad Hb o per idratazione ). La formazione di molecole di HbO2 che avviene quando il sangue entra nei capillari polmonari porta alla formazione di ioni H+, che fanno regredire la reazione di idratazione di CO2.   In altri termini: Un aumento della pCO2 nel sangue, correlato ad un aumento di pH, facilita il rilascio di O2 (EFFETTO BOHR). Il rilascio di O2 da parte dell’emoglobina ( HbO2 ? Hb ) facilita la rimozione di CO2 (EFFETTO HALDANE). Ma l’H+ che abbiamo lasciato in sospeso che fine fa? Va a reagire con l’Hb-O2, provocando il distacco di O2 che sarà rilasciato nel tessuto e formando Hb-H (idrossi-emoglobina). Adesso il nostro eritrocita potrà tornare nei capillari alveolari ove HCO3- ri-entrerà nella membrana, reagirà con Hb-H formando nuovamente H2O e CO2 così da lasciar Hb libero di legar O2 e di espellere tramite l’espirazione l’anidride carbonica.