Fisiologia dell’apparato cardiovascolare:

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1 Fisiologia dell’apparato cardiovascolare:
Introduzione storica (W. Harvey) Definizione Elementi costitutivi Modello semplificato Classificazione composizione e funzione dei vasi Caduta di pressione nel sistema Velocità del sangue nel circuito Volume di sangue e sua distribuzione: compliance e capacitanza Pressione circolatoria media La pompa: struttura macroscopica del cuore Valvole cardiache Pareti delle quattro camere Potenziale d’azione cardiaco Variazioni di eccitabilità: periodi refrattari Cellule nodali e potenziale di pacemaker Determinazione della frequenza cardiaca La conduzione nel cuore

2 STORIA: La fisiologia è una scienza sperimentale: nulla è dato per scontato! Esempio: la circolazione del sangue Fino al XVII° secolo vigevano le teorie fondate sulla filosofia aristotelica, secondo cui la natura è formata di 4 elementi (aria, acqua, fuoco, terra). Il corpo umano è una fucina che fabbrica in continuazione umori cattivi, che devono essere eliminati e produce il calore necessario alla vita. Il cuore è una pompa (già allora) che spinge il sangue, continuamente formato dal fegato: la metà destra nelle vene che si distribuiscono alla cute per disperdere gli umori maligni, la metà sinistra nelle arterie per diffondere il calore formato dai polmoni, ritenuti una fornace

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5 IL SISTEMA CARDIOCIRCOLATORIO
E' un sistema di trasporto che mette in movimento un tessuto liquido (sangue), specializzato per la distribuzione di: gas respiratori (ossigeno e anidride carbonica), ioni, materiali nutritizi (glucidi, aminoacidi, lipidi), prodotti di scarto del metabolismo cellulare, proteine, messaggeri chimici (ormoni), acqua, calore.

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8 ELEMENTI COSTITUTIVI: pompa cardiaca (doppia), tubi, elementi filtranti. Due sistemi in serie: circolo sistemico, costituito da numerosi sistemi in parallelo e circolo polmonare.

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10 MODELLO SEMPLIFICATO DEL SISTEMA CIRCOLATORIO
Cuore pompa Vene vasi di capacitanza Arterie vasi di trasporto 20 : 1 venule arteriole Capillari vasi di scambio Sangue tessuto liquido Vasi di resistenza

11 I VASI. La loro struttura non è omogenea e la differenziazione funzionale dipende dalla struttura. Sono elementi costitutivi comuni della parete dei vasi: l'endotelio, con la sua membrana basale; la media, contenente fibre muscolari liscie, fibre elastiche e fibre collagene in diverse proporzioni; l'avventizia, contenente tessuto connettivo lasso, terminazioni nervose (simpatiche) e vasi (vasa vasorum).

12 Gli elementi della media possono essere disposti su più strati e la direzione delle fibre (muscolari ed elastiche) può essere circolare o spirale, fino a diventare quasi longitudinale.

13 Componenti della parete
arterie Componenti della parete Avventizia f. connettive f. elastiche f. muscolari lisce membr. basale cell. endoteliali arteriole capillari venule vene

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16 ARTERIE: di grosso calibro; prevale la componente elastica; funzione: mantenimento della pressione in diastole (effetto mantice: windkessel); ARTERIOLE: meno di 200 micron; distinzione funzionale più che anatomica; prevale la componente muscolare, a disposizione circolare; funzione: determinazione della resistenza d'ingresso al microcircolo e della resistenza periferica totale;

17 CAPILLARI: meno di 8 micron; parete costituita solo di endotelio e membrana basale; funzione: scambi (non possono avvenire negli altri distretti); VENULE: parete relativamente muscolare; funzione: regolazione della resistenza postcapillare; deposito volume circolante: facilita ritorno venoso VENE MEDIE E GRANDI: prevale progressivamente la componente collagene, con elementi muscolari; funzione: regolazione della capacitanza sistemica.

18 CIRCOLO POLMONARE: minori differenze fra arterie e vene; scarsa componente muscolare; mancano le arteriole (pressione più bassa).

19 PRESSIONE NEL CIRCOLO SISTEMICO: all'uscita dal cuore è pulsatile ( mmHg; media 95); nelle grandi arterie diminuisce poco il valore medio e aumenta la pulsatilità; nelle arteriole c'è grande caduta di pressione (fino a mmHg) e sparisce la pulsatilità; nei capillari, ulteriore caduta, fino a 10 mmHg; fino all'atrio destro ulteriore progressiva caduta fino a 0 mmHg.

20 Arterie piccole 120 mmHg 60 Aorta Arterie grandi Arteriole Capillari Venule V. sx Vene Atrio dx

21 Le arteriole sono i vasi di resistenza perché a questo livello è massima la caduta di pressione; inoltre, sono i principali regolatori della resistenza perché hanno muscolatura liscia abbondante e a disposizione circolare e sono riccamente innervate.

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24 VELOCITA' DEL SANGUE NEL CIRCUITO: è inversamente proporzionale alla sezione totale di ogni compartimento: massima nell'aorta, ridotta nelle arteriole, molto bassa nei capillari; nelle vene che tornano al cuore la velocità va aumentando, ma non raggiunge quella dell'aorta perché la sezione delle grandi vene è maggiore.

25 capillari piccole arterie arteriole venule piccole vene grandi arterie Grandi vene Vene centrali aorta Dimostrazione schematica (non in scala) delle variazioni della sezione totale del letto vascolare a diversi livelli. Diminuisce il diametro dei singoli vasi, ma aumenta la sezione totale. A pari livello, la sezione delle vene è maggiore di quella delle arterie.

26 DISTRIBUZIONE DEL SANGUE: è funzione della capacitanza di ogni distretto: circa 4/5 sono contenuti nelle vene; una parte non trascurabile è contenuta nei capillari. DISTRIBUZIONE DEL VOLUME IN ECCESSO: il sistema circolatorio è disteso e pertanto gli elementi elastici sono in tensione e sviluppano pressione.

27 A cuore fermo, il circuito contiene una PRESSIONE CIRCOLATORIA MEDIA (anche detta sistemica media o pressione di riempimento) di 7 mmHg. Il volume di sangue che genera questa pressione si deve considerare come volume in eccesso il rapporto fra la componente venosa e arteriosa del volume in eccesso è di 20:1

28 L’inverso della compliance è la capacitanza: DP/DV
Il rapporto fra volume in eccesso e pressione sviluppata si chiama complianza (compliance DV/DP): dipende dall'elasticità dei vasi. La compliance venosa è molto maggiore di quella arteriosa. La compliance del circolo polmonare è elevata in tutti gli elementi. L’inverso della compliance è la capacitanza: DP/DV

29 LA POMPA. La struttura del cuore comprende 4 cavità (atrii e ventricoli), separate da un setto in: metà destra, che riceve sangue venoso dalle vene sistemiche e lo pompa nell'arteria polmonare e metà sinistra che riceve sangue arterioso dalle vene plomonari e lo pompa nell'aorta

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31 Il cuore è dotato di una coppia di valvole atrio-ventricolari (tricuspide e mitrale) e una coppia di valvole semilunari, che separano i ventricoli dalle rispettive arterie La presenza di valvole conferisce unidirezionalità al movimento del sangue Non esistono valvole fra le vene e gli atrii Il funzionamento delle valvole è passivo: si aprono e si chiudono seguendo gradienti di pressione.

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33 Sono possibili variazioni patologiche (es. ipertrofia).
Lo spessore della parete delle camere cardiache è proporzionale alla pressione che ogni camera sviluppa: sottile negli atri, più spesso nel ventricolo destro, molto più spesso nel ventricolo sinistro. Prima della nascita le pareti ventricolari hanno spessori simili perché a destra la pressione è elevata come a sinistra. Sono possibili variazioni patologiche (es. ipertrofia).

34 IL POTENZIALE D'AZIONE CARDIACO
Si distinguono diversi tipi di cellule: nodali (nodo seno-atriale e nodo atrio-ventricolare); di conduzione (fascio di His e fibre di Purkinije); comuni o di lavoro. I meccanismi elettrici e di membrana sono simili a quelli delle altre cellule eccitabili: ci soffermeremo soprattutto sulle differenze.

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36 MIOCARDIO COMUNE: potenziale in 5 fasi
0 - depolarizzazione rapida per apertura di canali per il sodio voltaggio-dipendenti 1 - parziale breve ripolarizzazione per aumento transitorio conduttanza al cloro e al potassio

37 2 - plateau: potenziale stabile su valori leggermente positivi per circa 0.2 s; dovuto all'aumento della conduttanza al calcio (apertura di "canali lenti") e riduzione della conduttanza al potassio 3 - ripolarizzazione per progressivo aumento della conduttanza al potassio e chiusura dei canali lenti; 4 - potenziale di riposo, stabile a -90 mV.

38 4 - potenziale di riposo, stabile a -90 mV
4 - potenziale di riposo, stabile a -90 mV. Conduttanza al sodio molto scarsa; conduttanza al potassio elevata. La pompa Na+/K+ ristabilisce i gradienti di concentrazione 2 - plateau: potenziale stabile su valori leggermente positivi per circa 0.2 s; dovuto all'aumento della conduttanza al calcio (apertura di "canali lenti") e riduzione della conduttanza al potassio 0 - depolarizzazione rapida per apertura di canali per il sodio voltaggio-dipendenti Arresto per chiusura ritardata canali sodio 3 - ripolarizzazione per progressivo aumento della conduttanza al potassio e chiusura dei canali lenti; 1 - parziale breve ripolarizzazione per aumento transitorio conduttanza al cloro e al potassio .05 .10 .15 .20 .25 .30 .35 .40 .45 s -90 -45 45 mV

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40 Durante il plateau si verifica una corrente di calcio, molto importante per l'accoppiamento elettromeccanico e per la regolazione della contrattilità

41 Variazioni di eccitabilità durante il potenziale d'azione: periodi refrattari. La risposta meccanica compare durante il potenziale e ha circa la stessa durata: il cuore non può essere tetanizzato

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43 contrazione Periodo refrattario assoluto Periodo refrattario relativo
-90 -45 45 mV contrazione Periodo refrattario relativo Eccitabilità normale .05 .10 .15 .20 .25 .30 .35 .40 .45 s

44 ECCEZIONI ALLE REGOLE SOPRA ESPOSTE: effetto di variazioni del potenziale di riposo molto lente: accomodazione. I canali Na+ voltaggio dipendenti si inattivano prima di aprirsi; lo spike diminuisce e la cellula può diventare ineccitabile.

45 I canali Na+ voltaggio dipendenti possono trovarsi in tre diverse condizioni:
Attivi ma chiusi (a riposo, polarizzazione) Aperti (spike) Inattivi (apice dello spike; periodo refrattario assoluto)

46 Modello di funzionamento dei canali voltaggio-dipendenti
polarizzazione Fattore di attivazione E Fattore di inattivazione I depolarizzazione

47 Canale Na+ voltaggio-dipendente.
Fattore di attivazione e di inattivazione

48 CELLULE NODALI. Il funzionamento del cuore è automatico, perché le cellule nodali sono in grado di auto-eccitarsi ritmicamente: funziona da generatore (pace-maker) primario il nodo senoatriale perché è dotato di ritmicità a frequenza maggiore

49 Il potenziale d'azione delle cellule nodali ha le seguenti caratteristiche:
1 - minore negatività alla fine della ripolarizzazione (-60 mV), dovuta a più elevata conduttanza al sodio 2 - lenta depolarizzazione spontanea dopo la ripolarizzazione, fino al raggiungimento di un livello soglia (potenziale di pace-maker), dovuta a progressiva riduzione della conduttanza al potassio

50 3 - fase di salita del potenziale più lenta che nelle cellule di lavoro, per apertura solo di canali lenti 4 - assenza di plateau.

51 Miocardio di lavoro Cell. nodali prepotenziale

52 Salita lenta: canali Ca2+ Arresto ripolarizzazione: corrente Na+
Prepotenziale: diminuzione conduttanza K+ Ripolarizzazione: corrente K+

53 Determinazione della frequenza cardiaca: dipende dalla pendenza del potenziale di pace-maker e dal livello di ripolarizzazione (regolazione nervosa).

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55 CONDUZIONE NEL CUORE: propagazione elettrotonica da cellula a cellula attraverso ponti laterali con giunzioni strette Importanza dell'ampiezza e della velocità della depolarizzazione nel determinare la velocità di conduzione

56 Vie di conduzione: fasci atriali funzionali, nodo AV, fascio di His, fibre di Purkinje, miocardio comune Variazioni della velocità di conduzione Determinazione dell'intervallo atrio-ventricolare

57 Osservare: sequenza temporale; variazione di morfologia