FISIOLOGIA UMANA Dott. Ernesto Rampin ANNO ACCADEMICO 2008-2009 APPARATO CARDIOVASCOLARE DEFINIZIONE • Il sistema cardiovascolare, ha la funzione di fornire a tutte le cellule l’ossigeno e i nutrienti per la loro vita e di asportare l’anidride carbonica e le sostanze di rifiuto del loro metabolismo attraverso il SANGUE. • Il sistema cardiovascolare è costituito da formazioni tubulari in continuità tra di loro nelle quali scorre il sangue e dal cuore con funzione di pompa per consentire il movimento del fluido. • Le formazioni tubulari vengono chiamate VASI e si dividono in ARTERIE VENE e CAPILLARI. SANGUE - GENERALITÀ Il sangue, scorrendo nel sistema vascolare, ha la funzione di: a) fornire ai tessuti le sostanze nutritizie e l’ossigeno di cui abbisognano; b) asportare le sostanze di rifiuto e l’anidride carbonica che verranno eliminati dagli organi preposti (reni, fegato, polmoni). Nel sangue si evidenzia una parte liquida (PLASMA 50-55%) e una parte cellulata (EMATOCRITO 45-50%). Il plasma è costituito prevalentemente da acqua (90%), da sali minerali, da proteine a basso peso molecolare (8%). Inoltre circolano i prodotti assorbiti dal tubo digerente, gli ormoni prodotti dalle ghiandole endocrine, gli enzimi necessari al metabolismo. Quando dal plasma si asportano le proteine si ottiene il SIERO. La parte cellulata è costituita da GLOBULI ROSSI, GLOBULI BIANCHI e PIASTRINE. SANGUE: COMPOSIZIONE PLASMA 50-55% acqua 85-90% proteine 8% SIERO sali minerali nutrienti -proteine ormoni enzimi SANGUE 5,5-6.5 litri Globuli rossi 5.000.000xμl (emazie eritrociti) CELLULE 45-50% Ematocrito Globuli bianchi 7.000x μl (leucociti) Prodotte nel midollo osseo Piastrine 350.000x μl EMOPOIESI GLOBULI ROSSI Globuli rossi o eritrociti o emazie: vengono prodotti nel midollo osseo (midollo emopoietico). Hanno la forma di un disco schiacciato al centro, con un diametro di 7-8 μm. Sono privi di nucleo e contengono l’emoglobina, sostanza complessa specializzata nel legare molecole di ossigeno e anidride carbonica (vedi apparato respiratorio). Gli eritrociti vivono mediamente 120 gg quindi tendono a deformarsi assumendo forma sferica, inoltre la membrana cellulare perde l’elasticità e giunti alla milza, vengono distrutti a causa della struttura di questo organo. Sono circa 5-6 milioni per ml. Per definire lo stato di salute oltre al numero di emazie è importante la quantità di emoglobina (Hb) contenuta. Normalmente si considera il valore normale di Hb pari 13-15 g/dl di sangue. Al di sotto di questo valore si parla di ANEMIA, al di sopra di POLIGLOBULIA. GLOBULI BIANCHI Sono prodotti nel midollo osseo emopoietico, sono preposti alla difesa immunitaria dell’organismo. I globuli bianchi sono circa 7000 per ml di sangue e comprendono cellule con morfologia e funzioni differenti. Vengono suddivisi in: Granulociti (70%): preposti alla immunità aspecifica e generica, a loro volta vengono divisi in granulociti neutrofili, basofili, eosinofili e monociti. Linfociti (30%): preposti alla immunità specifica e a loro volta suddivisi in B-linfociti e T-linfociti. PIASTRINE Sono frammenti di cellule giganti, i MEGACARIOCITI che sono prodotti nel midollo osseo. Hanno la funzione di iniziare la riparazione dell’endotelio vasale nel caso di lesioni, richiamando nella ferita una proteina plasmatica, il FIBRINOGENO, che trasformandosi in FIBRINA completa la riparazione della parete del vaso lesionato. Sono circa 350.000-400.000 per ml. Quando raggiungono valori inferiori a 100.000 si parla di piastrinopenia, se superano i 500.000 siamo in presenza di piastrinosi. ARTERIE DELLA GRANDE CIRCOLAZIONE • Le arterie DELLA GRANDE CIRCOLAZIONE costituiscono un sistema a resistenza e sono caratterizzate da tessuto elastico e da una ricca muscolatura liscia. Partendo dal cuore con la aorta, arteria di circa 2,5 cm di diametro con una area trasversa interna di circa 4,5 cm2, si verifica una serie di suddivisioni e diramazioni di calibro sempre più piccolo fino ad arrivare ai CAPILLARI con diametro interno di circa 6 micron ma con una superficie totale di circa 4500 cm2. • Per definizione le arterie contengono sangue con percorso centrifugo: dal cuore alla periferia. Le arterie della grande circolazione contengono sangue arterioso ossigenato. DISTRETTO ARTERIOSO-2 VENE DELLA GRANDE CIRCOLAZIONE • Le vene della GRANDE CIRCOLAZIONE costituiscono un sistema a capacitanza con tessuto elastico e muscolatura liscia ridotta rispetto alle arterie. Iniziano dai capillari (quindi in continuità con le arterie), che unendosi progressivamente tra loro formano due vene: la cava inferiore e la cava superiore di circa 3 cm di diametro e 18 cm2 di superficie totale. • Per definizione le vene contengono sangue con percorso centripeto: dalla periferia al cuore. • Le vene portano il sangue venoso, poco ossigenato e carico di anidride carbonica, dalla periferia al cuore. DISTRETTO VENOSO-2 ISTOLOGIA DI ARTERIE E VENE ISTOLOGIA DEI VASI CAPILLARI-1 CAPILLARI-2 CIRCOLAZIONE CAPILLARE PICCOLA CIRCOLAZIONE-1 • Per PICCOLA CIRCOLAZIONE si intende il sistema di ossigenazione del sangue che partendo dal cuore porta sangue ai polmoni e quindi dai polmoni al cuore. • Nella piccola circolazione le arterie contengono sangue venoso (CENTRIPETE) e le vene sangue arterioso (CENTRIFUGHE). CIRCOLAZIONE: SCHEMA GLOBALE La grande e la piccola circolazione sono posizionate in parallelo CUORE anatomia AIA CARDIACA CUORE • Atrio destro, riceve sangue venoso dalle vene cave e comunica attraverso la valvola tricuspide con il • Ventricolo destro che, attraverso la valvola polmonare, invia sangue venoso alla arteria polmonare e quindi ai polmoni. • Atrio sinistro, riceve sangue arterioso dalle vene polmonari e comunica attraverso la valvola mitrale con il • Ventricolo sinistro che attraverso la valvola aortica invia sangue arterioso alla aorta e quindi alla grande circolazione. FASI CARDIACHE • Diastole atriale, il sangue entra negli atri. Le valvole tricuspide e mitrale sono chiuse (gli atri sono rilassati). • Sistole atriale, le valvole tricuspide e mitrale si aprono (gli atri sono contratti), il sangue passa nei ventricoli che si trovano in • Diastole ventricolare, le valvole aortiche e polmonari sono chiuse (i ventricoli sono rilassati), il sangue passa dagli atri ai ventricoli • Sistole ventricolare le valvole mitrale e tricuspide si chiudono (i ventricoli si contraggono), il sangue viene spinto nelle arterie aorta e polmonare attraverso le rispettive valvole. Il ciclo completo si compie in circa un secondo con 60 cicli per minuto: FREQUENZA CARDIACA. MECCANICA CARDIACA TONI CARDIACI Auscultando la regione cardiaca si odono dei rumori chiamati “toni cardiaci”. Primo tono (I° tono): provocato dalla chiusura delle valvole mitrale e tricuspide, corrisponde all’inizio della sistole ventricolare. E’ prolungato e cupo. Secondo tono (II° tono): provocato dalla chiusura delle valvole aortica e polmonare, corrisponde alla fine della sistole ventricolare. E’ breve e chiaro GETTATA CARDIACA SISTOLICA • E’ la quantità di sangue che viene pompata da ciascun ventricolo per battito e corrisponde a circa 80 ml pari a circa 5000 ml al minuto • Dipende dalla frequenza cardiaca e dalla forza sviluppata dal miocardio. • La forza sviluppata dal miocardio è proporzionale al riempimento ventricolare diastolico che, distendendo le fibre muscolari, ne aumenta la forza al momento della sistole. PRESSIONE DEL SANGUE • La pressione che il sangue presenta all’interno dei vasi dipende dalla gettata sistolica e dalle resistenza offerte dalla arterie (resistenze periferiche). • La pressione varia da un valore max di circa 120140 mmHg al momento della sistole ventricolare (pressione sistolica o massima), ad un valore minimo di 70-80 mmHg al momento della diastole ventricolare. • I valori si riferiscono ad arterie di media grandezza quale la arteria omerale. Al diminuire del calibro delle arterie diminuisce la pressione perché è aumentato il letto vascolare. RITORNO VENOSO Il ritorno venoso al cuore è assicurato: • principalmente dal lavoro muscolare degli arti inferiori • dalla pressione negativa esistente nel distretto toracico (vedi apparato respiratorio) • in minima parte dal cuore come pompa aspirante • contribuisce anche il circolo linfatico Le vene di calibro maggiore degli arti inferiori presentano nel loro lume alcune valvole a nido di rondine che riducono il reflusso dovuto alla gravità (V. slide “Istologia di arterie e vene”) PRESSIONE VASALE CIRCOLAZIONE LINFATICA • La circolazione linfatica è costituita da vasi detti vasi linfatici, con decorso pressochè parallelo alle vene, dove scorre un liquido costituito da ultrafiltrato ematico, quindi con composizione simile al plasma anche se con percentuali più basse di sostanze proteiche. La linfa è inoltre ricca di linfociti. • Nel percorso dei vasi linfatici sono inseriti dei piccoli organi parenchimatosi di consistenza dura elastica, detti LINFONODI. Nei linfonodi si trovano numerosi linfociti e granulociti con funzione di difesa immunitaria sia specifica che aspecifica. Tutti i vasi linfatici afferiscono ad un vaso unico, detto DOTTO TORACICO, che percorre il torace confluendo nella vena cava inferiore e quindi la linfa entra nella grande circolazione. CIRCOLAZIONE LINFATICA CIRCOLAZIONE FETALE ATTIVITÀ ELETTRICA CARDIACA • Il cuore presenta un muscolo particolare che si differenzia sia dallo striato (volontario) che dal liscio (involontario), è comunque un muscolo involontario • Le fibre muscolari che lo compongono presentano lateralmente la “fusione” di parte della membrana cellulare detta “giunzione” che costituisce un ponte di bassa resistenza elettrica attraverso il quale si propaga l’eccitazione da una fibra all’altra • Il potenziale di riposo della membrana cellulare è di -80 mV • La stimolazione di una fibra produce un potenziale di azione che, propagato alle altre fibre, è responsabile della contrazione del miocardio. TESSUTO DI CONDUZIONE • Nel miocardio sono presenti delle vie preferenziali nelle quali il potenziale d’azione si propaga con maggior velocità e regola la contrazione di tutte le rimanenti cellule del miocardio: TESSUTO DI CONDUZIONE • Nel tessuto di conduzione si riconoscono due regioni specializzate per generare e programmare il ciclo cardiaco, in modo che alla sistole atriale corrisponda la diastole ventricolare e viceversa • Le due regioni sono il nodo del seno atriale (SA) situato sull’atrio destro e il nodo atrio ventricolare (AV) situato sulla parte atriale del setto atrio ventricolare destro TESSU TO DI CONDU ZIONE PACE MAKERS ATRIOVENTRICOLARI • Il nodo seno atriale, stimolato da terminazioni nervose del sistema autonomo, si depolarizza e gli impulsi che si generano vengono propagati al rimanente miocardio prima che le cellule si depolarizzano autonomamente. Quindi il nodo SA impone il ritmo di depolarizzazione all’intero muscolo cardiaco. • Il nodo atrio ventricolare viene eccitato successivamente al nodo SA ECCITAZIONE FIBRE MIOCARDICHE Le cellule muscolari sono eccitate da terminazioni nervose appartenenti al sistema autonomo: • Fibre del SISTEMA SIMPATICO che innervano gli atri e in parte i ventricoli. Il mediatore biochimico è la noradrenalina. Aumenta la frequenza del nodo SA, la velocità di conduzione atrioventricolare, la eccitabilità della fibra muscolare, la forza di contrazione del miocardio. • Fibre del SISTEMA PARASIMPATICO (nervo vago) che innervano gli atri. Il mediatore biochimico è la acetilcolina. Riduce la frequenza del nodo SA, la velocità di conduzione atrioventricolare, la eccitabilità della fibra muscolare. FREQUENZA DEI PACE MAKERS • Il nodo del SA (seno atriale) può emettere impulsi ogni 60-100 secondi • Il nodo AV (atrio ventricolare) può emettere impulsi ogni 40-60 secondi • I ventricoli autonomamente possono emettere impulsi ogni 20-40 secondi Dopo emesso l’impulso e aver iniziato la depolarizzazione, succede un periodo refrattario per cui i nodi sono insensibili a qualsiasi sollecitazione ATTIVITA’ ELETTRICA ATRIALE Quando il nodo del SA viene eccitato e quindi depolarizzato, propaga la depolarizzazione alle fibre degli atri e, attraverso una via preferenziale, al nodo AV, dove lo stimolo viene bloccato a causa della minore velocità di reazione. Le fibre muscolari depolarizzate si contraggono provocando la sistole atriale. A questa fase segue la ripolarizzazione delle fibre muscolari atriali con conseguente rilassamento e quindi diastole atriale. ATTIVITA’ ELETTRICA VENTRICOLARE Quando gli atri sono ripolarizzati (rilassati-diastole), il nodo AV inizia la depolarizzazione che, attraverso la via preferenziale a bassa resistenza del fascio di His, propaga la depolarizzazione lungo i fasci di branca destra e sinistra e quindi alle fibre del Purkinje che raggiungono e depolarizzano le miofibrille ventricolari provocando la contrazione: sistole ventricolare. Quando le cellule muscolari iniziano a ripolarizzarsi, le cellule si rilassano e inizia la diastole ventricolare. TRIANGOLO DI EINTHOVEN Sfruttando il principio elettrico che in conduttore a volume avente la forma di un triangolo equilatero con al centro una fonte di corrente elettrica, la somma dei potenziali esistente ai vertici è sempre uguale a zero, abbiamo la possibilità di misurare, con strumenti sensibili la corrente elettrica che percorre il miocardio. Infatti si può misurare un potenziale elettrico rapportandolo ad un potenziale uguale a zero e, secondo Einthoven, il cuore è al centro di un triangolo equilatero avente i vertici sui polsi e sulla caviglia sinistra (derivazioni unipolari). Possiamo anche effettuare una misurazione dove un polo è negativo e uno positivo e calcolare la differenza algebrica. ELETTROCARDIOGRAMMA ECG Sfruttando questi principi e posizionando sul corpo umano degli elettrodi collegati ad un potenziometro sensibile, possiamo misurare le variazioni di potenziale della massa miocardica ottenendo un tracciato particolare: l’ELETTROCARDIOGRAMMA ECG Il tracciato elettrocardiografico è rappresentato da una serie di picchi derivati dal potenziale elettrico misurato. UTILITA’ DELL’ECG Attraverso la lettura del tracciato possiamo ricavare: Frequenza cardiaca ed eventuali aritmie, Posizione dell’asse cardiaco Ischemia miocardica Infarto miocardico Anomalie della composizione elettrolitica del sangue (ioni sodio potassio calcio) ELETTROCARDIOGRAMMA ECG DERIVATE FASI ECG CONDUZIONE VENTRICOLARE PROIEZIONI ELETTRICHE INNERVAZIONE DEL CUORE REGOLAZIONE FREQUENZA CARDIACA CONTROLLO DELLA PRESSIONE ARTERIOSA