Sistema cardiovascolare
•
Cuore (2 pompe) e vasi
sanguigni
•
Trasporto del sangue in tutte le
parti del corpo in due circoli:
– Polmonare
– Sistemico (resto del corpo)
•
Col sangue vengono trasportati
nutrienti, vitamine, ioni, e
acqua assorbiti dal sistema
digerente; O2 diffuso dai
polmoni, CO2 diffuso dal
metabolismo dei tessuti, ormoni
secreti dal sistema endocrino ai
bersagli specifici.
1
Cuore
•
•
•
Organo muscolare cavo
2 pompe distinte: cuore destro e cuore sinistro.
Ciascuna pompa ha 2 camere: atrio e ventricolo
Cuore
Valvole cardiache
2
1
Valvole cardiache
(tessuto connettivo, si aprono e chiudono passivamente)
•
Valvole atrioventricolari (A-V)
– Valvola tricuspide
– Valvola mitrale
– Si aprono quando pA>pV (durante la
diastole, rilassamento del V.) e si
polmonare
chiudono quando pA<pV cioe’ durante la
sistole (contrazione del V.) Impediscono il
riflusso di sangue dai ventricoli agli atri
tricuspide
mitrale
•
Valvole semilunari: (V-arterie)
– Valvola aortica (tra Vs. e aorta)
– Valvola polmonare (tra Vd. e a.
polmonare)
– Si aprono quando pV>p(arterie) cioe’
durante la sistole del V. e si chiudono
quando pV<p(arterie) cioe’ durante la
diastole del V. Impediscono il riflusso di
sangue dalle arterie ai ventricoli
aortica
3
Percorso del
sangue nel cuore
dal circolo sistemico
vene cava inferiore e superiore
atrio destro
ventricolo destro
arteria polmonare
circolo polmonare
vena polmonare
atrio sinistro
ventricolo sinistro
arteria aorta
circolo sistemico
4
2
Pareti cardiache
• 3 strati distinti
• Endocardio: strato piu’ interno, tessuto
epiteliale che delimita l’ intero sistema
circolatorio.
• Miocardio: lo strato piu’ spesso,
contenete il muscolo cardiaco
• Epicardio: membrana esterna
sottile attorno al cuore
5
Muscolo cardiaco (I)
• Muscolo striato costituito da sarcomeri come il muscolo scheletrico.
• Le cellule contengono numerosi mitocondri (40% del volume
cellulare)
miofilamenti
mitocondri
× 44000
6
3
Muscolo cardiaco (II)
• Cellule contigue (sincizio) sono
messe in contatto da strutture
chiamate dischi intercalari che
contengono 2 tipi di giunzioni
specializzate
– Gap junction: come le sinapsi elettriche,
permette la veloce propagazione del
potenziale d’ azione a cellule adiacenti
– Desmosomi: struttura cellulare di
connessione meccanica
striature
dischi
intercalari
Se una cellula del sincizio e’ stimolata, l’
impulso viene condiviso da tutte le
altre cellule del sincizio
× 250
7
Atri e ventricoli sono sincizi
• Il muscolo cardiaco forma 2 sincizi o unita’
funzionali legati dalle gap junctions: 1) i due atri
e 2) i due ventricoli
• Non ci sono gap junctions tra cellule contrattili
atriali e ventricolari. E’ necessario uno speciale
sistema conduttivo per trasmettere impulsi dagli
atri ai ventricoli
8
4
Potenziali d’ azione cardiaci
• 2 tipi di cellule: contrattili e
autoritmiche
• Le cellule contrattili si
contraggono quando sono
stimolate
• Le cell. autoritmiche si
autostimolano e si
contraggono in assenza di
stimolo esterno (pacemakers)
• I potenziali d’ azione dei due
tipi cellulari sono anche
diversi
autoritmica
contrattile
9
Cellule autoritmiche:
potenziali “pacemakers” (“segnapassi”)
•
Queste cellule non presentano un
potenziale di riposo stabile
•
Il ciclo depolarizz-pot. azioneripolarizzazione si ripete in
continuazione (circa 70 al minuto, 3
miliardi di volte in 70 anni di vita)
•
La depolarizzazione nelle cellule
autoritmiche e’ dovuta essenzialmente
ad una corrente ‘inward’ del Ca2+
•
4 tipi di canali:
– Apertura canali HCN (corrente di
depolarizzazione lenta If di Na+/K+)
– Apertura canali Ca2+ e canali Na+
– Ripolarizzazione per corrente ‘outward’
(canali K+)
10
5
Cellule contrattili:
plateau del potenziale d’ azione
• Depolarizzazione molto
piu’ rapida, corrente
‘inward’ del Na+
• Fase di plateau
– Diffusione ‘outward’ K+
– Diffusione ‘inward’ Ca2+
• Ripolarizzazione
– Diffusione ‘outward’ K+
– Canali Ca2+ chiusi
11
Il sistema di conduzione cardiaca
Le cellule autoritmiche sono
collocate nel
• Nodo senoatriale (SA)
L’ attivazione cardiaca
prosegue nel:
• Nodo atrioventricolare (AV)
• Fascio atrioventricolare (o
fascio di His)
• Fasci sinistro e destro
(branche) delle fibre di
Purkinje (FFP)
SA
70-80 (pacemaker)
AV e FAV 40-60
FFP
20-40
12
6
Eccitazione cardiaca
•Comincia nel nodo senoatriale (SA), e rapidamente si espande su entrambi gli atri
•Viaggia anche lungo il ‘sistema. conduttivo’ del cuore e attraverso i ventricoli
•Affinche’ il pompaggio sia efficiente, gli atri devono contrarsi prima dei ventricoli.
Questo avviene a causa del ritardo nel nodo AV, che permette agli atri una
contrazione completa prima che i ventricoli iniziano a contrarsi
•Gli atri e i ventricoli devono contrarsi come unita’. L’ impulso viaggia cosi
velocemente negli atri e ventricoli che essi si contraggono rispettivamente nello
stesso momento
fibre di
Purkinje
fibre
striate
× 650
13
Cellule contrattili: Periodo refrattario
- Il periodo refrattario
circa 250 ms equivalente al periodo della
contrazione (fase di
plateau del pot. d’ az.)
-Sommazione e tetano
impossibili (sarebbero
fatali !)
-Meccanismo
protettivo per
assicurare alternanza di
contrazione e
rilassamento
14
7
Elettrocardiogramma (ECG)
• Registrazione dell’ attivita’
elettrica del cuore
1
• Onda P: depolarizzazione
atriale
mV
• Complesso QRS:
depolarizzazione ventricolare
P
• Onda T: ripolarizzazione
0
ventricolare
R
T
QS
• Diagnostica di aritmie e
danneggiamenti del muscolo
cardiaco
t
Pot az
atriale
Pot az
ventricolare
15
Ciclo cardiaco: elettrocardiogramma
1
23
4
5
6
•
Gli eventi elettrici dell ECG sono
correlati agli eventi meccanici
–
–
–
DIASTOLE
SISTOLE
Onda P = depolarizzazione
atriale = sistole atriale
Complesso QRS = depolarizz.
Ventricolare = sistole ventric.(e
contemporanea diastole atriale)
Onda T = ripolarizzazione
atriale = diastole ventricolare
DIASTOLE
16
8
Pressione ventricolare e arteriosa
Pressione arteriosa
Intervallo dei valori normali
- Pressione massima
(sistolica) 125 - 150
- Il valore massimo
coincide con la
pressione massima
ventricolare (valvola
aortica aperta)
- “Incisura dìcrota” alla
chiusura della valvola
aortica
Volume del ventricolo sinistro (ml)
- Pressione minima
(diastolica) 70 - 90
1 2 3
4
diastole sistole
1
2
3
4
diastole sistole
5
6
diastole
5
6
diastole
17
Gittata e Riserva cardiaca
• Gittata cardiaca: E’ il volume di sangue pompato da
ciascun ventricolo al minuto. E’ uguale alla frequenza
cardiaca (70-80 per min a riposo) per il volume di sangue
pompato in media da una singola contrazione ventricolare
(cirva 75 ml)
= 5500 ml/min (5.5 l/min) che e’ circa uguale al volume
totale del sangue.
• Riserva cardiaca: differenza tra gittata normale e massimo
volume possibile (permette alla gittata cardiaca di
aumentare drammaticamente durante l’ attivita’ fisica). Il
18
massimo puo’ essere anche 25-35 l/min
9
Variazione della frequenza cardiaca
•
•
•
Le cellule del nodo senoatriale sono soggette al controllo
del Sistema Nervoso Autonomo sia Simpatico (risposte
a stress) che Parasimpatico (attivita’ corporee
‘vegetative’)
Stimolaz. parasimpatica -> diminuz. frequenza cardiaca
Stimolaz. simpatica -> aumento frequenza cardiaca
Stimol. Simpatica
rilascio norepinefrina nel
nodo SA aumento
corrente If dei canali
HCN) che aumenta con
[cAMP] aumento
frequenza cardiaca
Stimol. Parasimpatica
rilascio Ach nel nodo SA diminuzione [cAMP] diminuzione If diminuzione frequenza
cardiaca
19
Variazione della gittata sistolica:
legge di Frank-Starling
• Controllo intrinseco,
legato all’ ammontare
di ritorno venoso
• Se aumenta il volume
ventricolare a fine
diastole, allora
aumenta la gittata
cardiaca (Legge di F.S.). La forza del
muscolo cardiaco varia
con la tensione delle
pareti della miofibra,
che e’ funzione del
volume ventricolare
Controllo estrinseco dalla stimolazione del
simpatico – rilascio di noradrenalina –
aumento permeabilita’ al calcio (inward) –
aumento n. ponti actina-miosina attivati –
20
maggiore contrazione
10
Riflesso barocettivo
21
Flusso di sangue nel circolo sistemico
• Pressione idraulica in discesa
• Sezione totale dei vasi e area di
diffusione aumenta verso la
periferia (max nei capillari)
• Velocità di flusso diminuisce
verso la periferia (minima nei
capillari)
Sezione totale
Velocità di
flusso
La velocita’ di flusso dipende dalla sezione
22
totale
11
Flusso attraverso i vasi sanguigni
• Direttamente proporzionale al gradiente di
pressione
• Inversamente proporzionale alla resistenza
vascolare
flusso =
∆p
R
legge di Ohm
∆p = diff. pressione tra il punto iniziale e
quello finale del vaso sanguigno
R = ostacolo al flusso dovuto all’ attrito con le
pareti vasali. Dipende dalla viscosita’ del
sangue, dalla lunghezza del vaso, e dal
diametro del vaso r
R ∝ L/r4 (legge di Hagen-Poiseille)
23
Flusso attraverso i vasi sanguigni
• In ciascun distretto sistemico varra’ la legge di Ohm
flussolocale =
∆plocale
Rlocale
• Considerando l’ intero circolo sistemico:
flusso gittata cardiaca
∆p pressione arteriosa,
R resistenza periferica totale
gittata =
parteriosa
Rtotale
parteriosa = gittata × Rtotale
Per muovere il sangue, il cuore deve generare una pressione che
24
vinca la resistenza totale nei circoli sistemico e polmonare
12
Arterie
• Tunica intima (cellule endoteliali),
• Tunica media (muscolo liscio),
• Tunica avventizia (tessuto
connettivo)
• Trasporto di sangue dal cuore ai
tessuti
• Agisce come serbatoio di
mantenimento della pressione
quando, durante la diastole
ventricolare, le pareti collassano
verso l’ interno
25
Pressione arteriosa
-parteriosa
= gittata × Rtotale
• Dovuta alla pressione prodotta
dalla contrazione dei ventricoli
Contrazione ventricolare
Valvola semilunare aperta
Resistenza
periferica
• L’ aorta e le grandi arterie
stabilizzano con la loro
elasticita’ la pressione pulsatoria
aortica alla pressione arteriosa
media
Pressione arteriosa sistolica
Rilassamento ventricolare
Valvola semilunare chiusa
• Quindi al posto della pressione
arteriosa pulsatoria, si usa la
pressione arteriosa media
(PAM) definita come:
PAM = Pdiastolica + 1/3 (Psistolica – Pdiastolica
)
26
Pressione arteriosa diastolica
13
Pressione arteriosa istantanea e media
Pressione sistolica
Pressione istantanea
La differenza tra le due
pressioni si chiama
pressione pulsatoria
Pressione
diastolica
Pressione
media
27
Arteriole
• Distribuiscono l’ output cardiaco tra gli organi sistemici
• La resistenza dei vasi (e quindi il flusso) varia in seguito a
vasodilatazione o vasocostrizione
• Fattori che influenzano il diametro delle arteriole: controllo
estrinseco ed intrinseco
Controllo estrinseco: il
sistema simpatico del
SNA innerva i vasi su
tutto il corpo;
Il parasimpatico
controlla i vasi dei
genitali esterni
28
14
Controllo intrinseco delle arteriole
• Cambiamenti all’ interno del tessuto che alterano il diametro
delle arteriole e regolano il flusso sanguigno in risposta a
stati funzionali o stati di stress
• Importanti soprattutto nel muscolo scheletrico, nel cuore e
nel cervello
• Esempio: Meccanismo intrinseco di aumento di flusso
sanguigno in un tessuto attivo (iperemia attiva)
–
–
–
–
–
–
–
Aumento attivita’ metabolica del tessuto
Aumento CO2 e acidi, diminuzione O2
Rilassamento muscoli lisci delle pareti delle arteriole
Vasodilatazione
Diminuzione resistenza dei vasi sanguigni
Aumento di flusso sanguigno
Aumento supporto di O2 e nutrienti al tessuto attivo
29
Meccanismi omeostatici che assicurano un flusso
continuo di sangue ai capillari :
Elasticità arterie - Vasodilataz./restriz. arteriole - Sfinteri pre-capillari - Valvole venose
Muscular arteries
A parità di ∆p:
Flusso ∝ r 4
flusso ∝
∆p 4
×r
L
30
15
Fattori che determinano la pressione del sangue
La pressione arteriosa media dipende da:
-
Frequenza cardiaca
Forza di contrazione (Inotropia)
Volume ematico totale (fattori di ritenzione idrica)
Resistenza periferica (fattori di vasorestrizione)
Pressione arteriosa media
PAM = flusso x Rarterioles
parteriosa = gittata × Rtotale
Gittata sistolica
Ritorno venoso
Volume di
sangue
Resist. Totale
Gittata cardiaca
Anatomia
vascolare
Freq.
cardiaca
Fattori
vascolari
Inotropia
Compliance
venosa
Rene: controllo
[Na+] e volume
H2O
Fattori
tissutali
Fattori
neuro-umorali
31
Ipertensione
∆p = flusso × R
- In Italia, circa il 23% delle persone risulta iperteso pAsistolica>140
mmHg). Tra i pericoli maggiori: ictus ed emorragia cerebrale
- La maggior parte dei casi di ipertensione e’ dovuta ad aumento della
resistenza periferica delle arteriole (invecchiamento) senza variazioni
della gittata cardiaca
- Altra causa di ipertensione e’ l’ aumento di volume ematico dovuto a
eccesso di ritenzione idrica (eccesso di sali nella dieta)
- La pressione arteriosa è sotto controllo omeostatico per la presenza di
barocettori e osmocettori encefalici, con afferenze verso il rene ed il
sistema nervoso autonomo (vasodilatazione). L’ ipertensione cronica
rappresenta un fallimento dell’ omeostasi (adattamento/down- 32
regulation dei recettori sensoriali)
16
Capillari
•
•
Vel. di flusso sanguigno minima: Sito di scambio dei materiali tra sangue e tessuti
Lo scambio puo’ avvenire per semplice diffusione attraverso le pareti
• Questa diffusione e’ favorita da
• Pareti sottili dei capillari (uguale allo
spessore di una cellula)
• Diametro piccolo (globuli rossi ed il plasma
a ridosso delle pareti)
• Numerosita’ (10-40 miliardi) che si traduce
in un aumento enorme di superficie di
scambio
• Lo scambio puo’ avvenire anche per
• diffusione attraverso pori (collocati tra le
cellule che formano le pareti dei capillari)
• pinocitosi (trasporto vescicolare) o come
• flusso di massa
33
Flusso di massa (bulk flow)
•
Il flusso di massa è il flusso (filtrazione) di plasma sanguigno privo di globuli rossi
fuori dai capillari, che si mescola con il fluido interstiziale circostante, e viene
quindi riassorbito nei capillari.
•
La filtrazione è dovuta alla pressione idraulica del sangue, e normalmente eccede il
riassorbimento, dovuto alla pressione osmotica diretta verso l’ interno dei capillari.
•
Per questa ragione il plasma tenderebbe ad accumularsi nei tessuti determinandone il
rigonfiamento
•
Il sistema di vasi linfatico provvede a ritrasportare questo plasma in eccesso nel
sangue
•
Il flusso di massa non e’ importante per lo scambio di materiali (questo avviene per
lo piu’ per diffusione) quanto per regolare la distribuzione di fluido tra plasma e
liquido interstiziale, che e’ importante per mantenere la normale pressione 34
sanguigna
17
Sistema linfatico
• Drenano il fluido dallo
spazio interstiziale e lo
riportano nel sangue
• Capillari linfatici
(terminali)
– Sono vasi ciechi simili ai
capillari
• I capillari linfatici -> vasi
linfatici afferenti ->
linfonodi -> vasi efferenti > dotti linfatici
– I vasi linfatici hanno valvole
– I dotti linfatici riversano la
linfa nelle vene succlavie
35
Funzioni del sistema linfatico
–Ritorno delle proteine del plasma al sangue
–Trasporto dei lipidi dai vasi linfatici intestinali
al sangue
–Collabora alla difesa dell’ organismo portando
il plasma a contatto con i linfonodi (ghiandole
del sistema immunitario)
36
18
Vene
• Struttura simile alle arterie ma pareti piu’
sottili in grado di collassare quando sono
vuote
• Presenza di endotelio con formazioni
valvolari che impediscono il riflusso di
sangue
• Le vene favoriscono il passaggio del sangue
con bassa resistenza dai tessuti al cuore
• In condizioni normali a riposo circa 2/3 del
contenuto di sangue sono mantenuti nelle
vene (serbatoio di contenimento del sangue)
• Per questo motivo sono importanti perche’
permettono adeguamenti della gittata
cardiaca
37
Compliance (capacitanza) venosa
• La capacitanza di un vaso sanguigno è direttamente proporzionale
all‘ elasticità delle sue pareti. Viene definita come segue:
C=
•
•
∆V
∆p
∆V è la variazione di volume;
∆p è la variazione di pressione, ovvero la differenza tra la pressione
intravasale e la pressione esterna al vaso
• Per basse pressioni la compliance di una vena è 24 volte maggiore di
quella di una arteria.
• In virtù di ciò le vene possono sostenere più ampie variazioni del
38
volume ematico con piccole variazioni di pressione
19
Ruolo del muscolo e delle valvole nel
ritorno venoso
- Quando i muscoli
scheletrici degli arti
inferiori si contraggono,
comprimono le vene
spingendo il sangue a
bassa pressione dalla
periferia verso il centro
- Le valvole venose
impediscono il reflusso
39
40
20