Principali Funzioni dell’App. Cardiovascolare
Distribuzione (ossigeno e sostanze nutritive)
Rimozione (anidride carbonica e scorie del metabolismo)
Trasporto (ormoni)
Mantenimento (temperatura corporea, pH)
Prevenzione (infezioni - funzione immunitaria)
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Apparato Cardiovascolare
Una pompa (il cuore)
Un sistema di canali (i vasi sanguigni)
Un vettore fluido (il sangue)
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2
FISIOLOGIA CARDIACA
LA MECCANICA CARDIACA
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ANATOMIA CARDIACA
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Anatomia cardiaca
• Rimuovendo la parete cardiaca anteriore, si rendono visibili
le cavità cardiache (atri e ventricoli).
• La metà destra del cuore è separata da quella sinistra dai
setti interatriale e interventricolare.
• La comunicazione tra l’atrio e il ventricolo di ciascuna metà
è regolata dalla valvola tricuspide a destra e dalla valvola
mitrale a sinistra.
• Le valvole polmonare e aortica regolano il flusso ematico
fra il ventricolo destro e l’arteria polmonare e tra il
ventricolo sinistro e l’aorta.
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Le CAMERE cardiache
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Le VALVOLE cardiache
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Circolazione Coronarica
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Circolazione coronarica
• É formata dai vasi sanguigni che portano il sangue al
muscolo cardiaco.
• Anche se durante il ciclo cardiaco le 4 camere del cuore si
riempiono e si svuotano di sangue, il tessuto muscolare del
cuore (miocardio) è talmente spesso che è necessaria una
rete vascolare che lo perfonda penetrando in profondità.
• I vasi che portano al miocardio sangue ricco di ossigeno si
chiamano arterie coronarie (destra e sinistra); i vasi che
rimuovono il sangue deossigenato dal muscolo cardiaco si
chiamano vene cardiache.
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Tessuto Muscolare Cardiaco
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Tessuto muscolare cardiaco
• É rappresentato da muscolo striato simile a quello scheletrico,
denominato miocardio.
• Le cellule del miocardio costituiscono nel loro insieme una vera
e propria rete definita “sincizio funzionale”.
• Le singole miocellule sono saldate tra loro da strutture
denominate “dischi intercalari” costituiti da zone di membrana
cellulare adiacenti e interdigitate tra loro (strie intercalari, o gap
junctions), che sono sinapsi elettriche.
• Il citoplasma è differenziato in tubuli e vescicole, delimitate da
membrane costituenti nel loro insieme il “sistema
sarcotubulare”, e in strutture fibrillari contrattili, simili a quelle del
tessuto muscolare scheletrico.
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Genesi e Conduzione
dell’impulso cardiaco
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Genesi e Conduzione dell’impulso cardiaco
Nodo Senoatriale (SA)—marcapassi (pacemaker) (100110 battiti/min frequenza cardiaca intrinseca)
Nodo Atrioventricolare (AV)—ritarda l’impulso di 0.13 s
Fascio AV (fascio di His)
Fibre di Purkinje—con una trasmissione 6 volte più rapida
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Il P.A. Miocardico
1. Depolarizzazione rapida
2. Plateaux
3. Ripolarizzazione
4. Potenziale di riposo
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Il P.A. miocardico
• Per potersi contrarre, la cellula miocardica deve sviluppare un
potenziale d’azione.
• I meccanismi alla base della sequenza depolarizzazione
rapida-plateau-ripolarizzazione sono identificabili in rapide e
transitorie variazioni delle conduttanze di membrana di alcune
specie ioniche.
• L’aumento delle conduttanze di Na+ e Ca2+ causa un
aumento del flusso di cariche positive verso l’interno della
cellula con conseguente depolarizzazione (il Ca2+ è
responsabile della fase di plateau), mentre la ripolarizzazione
coincide con l’aumento della conduttanza per il K+.
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I potenziali PACEMAKER
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I potenziali pacemaker
• Le cellule del nodo SA non hanno un potenziale di riposo
stabile.
• Vi è in queste cellule una spontanea tendenza alla
depolarizzazione fino al raggiungimento del valore soglia.
• La forma del potenziale d’azione è diversa (non vi sono né un
potenziale rapido all’inizio né un evidente periodo di plateau).
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I potenziali PACEMAKER
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I potenziali pacemaker
• La fase 4 non è caratterizzata da una linea isoelettrica, ma da
una linea obliqua, indice che il potenziale di riposo tende
spontaneamente alla depolarizzazione.
• Infatti, le conduttanze di Na+ e Ca2+ aumentano
progressivamente, contemporaneamente alla diminuzione della
conduttanza per il K+.
• Una volta raggiunta la soglia, si innesca il potenziale d’azione
che, comunque, è carente nelle fasi 1 e 2.
• Infatti, si ha un aumento della conduttanza per il Na+, sia pure in
modo non così accentuato come nel caso della miocellula
funzionale. La conduttanza per il Ca2+, inoltre, non è così
prolungata nel tempo da dar luogo alla fase di plateau.
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Controllo estriseco del cuore
• La pendenza positiva del potenziale di riposo delle cellule
pacemaker, in assenza di altri elementi di regolazione,
porterebbe il nodo SA a una frequenza intrinseca di scarica
pari a 100-110 battiti/min.
• Vi è quindi un meccanismo di regolazione che consente
alla frequenza cardiaca di stabilizzarsi a riposo su un
valore al di sotto di quello intrinseco (tono parasimpatico),
e uno che consente di elevarsi, nel corso di esercizio fisico,
più di tre volte al di sopra del valore di riposo (sistema
simpatico, adrenalina e noradrenalina).
(continua)
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Controllo estriseco del cuore
• Il legame del mediatore chimico noradrenalina (NA) con i
recettori β1-adrenergici induce un aumento della concentrazione
intracellulare di cAMP, con conseguente apertura di canali per il
Ca2+. Ciò comporta, a sua volta, una diminuzione della
conduttanza per il K+ e, in definitiva, un aumento della
pendenza della fase di depolarizzazione spontanea.
• Il legame del mediatore chimico acetilcolina (ACh) legandosi ai
recettori muscarinici M2, per azione interposta di una proteina G,
fa sì che si aprano particolari canali per il K+, rallentando
l’apertura di quelli per il Ca2+, con effetto finale di una
diminuzione della pendenza della depolarizzazione spontanea.
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Tono Cardiaco
1. Rapporto tra attivazione simpatica (+) e
parasimpatica (-)
Tono Cardiaco =
Impulsi Eccitatori
Impulsi Inibitori
1. simpatico > parasimpatico = ↑ FC (azione cronotropa
positiva)
2. simpatico = parasimpatico = ↔ FC
3. parasimpatico > simpatico = ↓ FC (azione cronotropa
negativa)
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Accoppiamento Eccitazione
Contrazione
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Accoppiamento eccitazione-contrazione
• I potenziali d’azione registrati con elettrodi extracellulari
riproducono l’andamento di un tracciato ECG.
• La risposta meccanica segue nel tempo il fenomeno
elettrico (e segue alla liberazione di Ca2+ dalle cisterne del
reticolo sarcoplasmatico, analogamente a quanto accade
nel muscolo scheletrico).
• La lunga durata del potenziale di azione intracellulare, che
coincide all’incirca con la durata della risposta meccanica,
e la lunga durata del periodo refrattario assoluto, fanno sì
che, a differenza del muscolo scheletrico, il miocardio non
possa sviluppare contrazioni tetaniche.
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La Meccanica della Cellula Cardiaca
CONTRAZIONE ISOMETRICA
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Contrazione isometrica
• In azzurro è rappresentata la curva lunghezza-tensione
passiva, che descrive le tensioni passivamente sviluppate
dal preparato muscolare “stirato”, o “precaricato”, alle
diverse lunghezze L1, L2 e L3.
• Se a ciascuna delle lunghezze precedenti di stimola
massimalmente il muscolo, si ottengono valori di tensione
superiori ai precedenti (T1, T2 e T3) che forniranno la curva
lunghezza-tensione isometrica massima (in rosso).
• Lmax indica la lunghezza alla quale si ottiene il massimo
sviluppo di tensione attiva.
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La Meccanica della Cellula Cardiaca
CONTRAZIONE ISOTONICA
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Contrazione isotonica
• Il muscolo si contrae accorciandosi, ma sviluppando
sempre la stessa tensione.
• Poiché al muscolo è stato imposto un carico prima di farlo
contrarre, la contrazione inizia da una condizione di
precarico (volume teledistolico).
• Se, immediatamente dopo l’inizio della contrazione
precaricata, è imposto al muscolo un ulteriore carico, la
contrazione sarà ancora isotonica ma contro il nuovo
carico (postcarico – pressioni distoliche dell’aorta e
dell’arteria polmonare).
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La Meccanica della Cellula Cardiaca
Effetti della Noradrenalina
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Effetti della noradrenalina
• L’aggiunta di noradrenalina al liquido di perfusione del
preparato muscolare provoca uno spostamento verso l’alto
della curva di massima tensione isometrica.
• La noradrenalina, per contro, non ha alcun effetto sulla
contrattilità passiva del muscolo.
• Lo spostamento verso l’alto della curva di massima
tensione isometrica consente anche un guadagno in
termini di accorciamento del muscolo (contrazione
isotonica contro post-carico).
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Punti
Chiave
Struttura e Funzione dell’Apparato
Cardiovascolare
Il sangue che passa attraverso il cuore
entra attraverso gli atri e viene espulso
attraverso i ventricoli.
Il ventricolo sinistro deve esprimere
maggiore potenza rispetto alle altre cavità
e presenta, perciò, un miocardio più
spesso, in seguito ad ipertrofia.
Il tessuto cardiaco è capace di iniziare le
proprie pulsazioni senza controllo nervoso
e possiede un proprio sistema di
conduzione.
(continua)
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Punti
Chiave
Struttura e Funzione dell’Apparato
Cardiovascolare
Il nodo SA è il pacemaker del cuore;
stabilisce e regola la pulsazione e coordina
l’attività in ogni parte del cuore.
La frequenza cardiaca e la forza di
contrazione possono essere modificate dal
sistema nervoso autonomo oppure dal
sistema endocrino.
L’ECG è una registrazione dell’attività
elettrica del cuore e può essere utilizzato
per mettere in luce disfunzioni cardiache.
(continua)
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Punti
Chiave
Struttura e Funzione dell’Apparato
Cardiovascolare
L’aumento di contrattilità del miocardio è
garantito attraverso un aumento della
quantità di calcio che si rende disponibile
per la creazione dei ponti actina-miosina.
Curva lunghezza-tensione isometrica.
Contrazione lunghezza tensione isotonica.
Effetti della noradrenalina.
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The one minute paper
Write down one main point from
today’s lecture and also one question
that you may have about this topic.
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Domande
• Elencare le principali funzioni dell’apparato cardiovascolare.
• Illustrare e descrivere la struttura del cuore e lo schema del flusso
ematico attraverso le valvole e le cavità cardiache.
• Illustrare e descrivere le principali caratteristiche morfologiche e
funzionali del tessuto muscolare cardiaco.
• Illustrare e spiegare la genesi e la conduzione dell’impulso
cardiaco.
• Illustrare la differenza fra potenziali d’azione delle cellule muscolari
cardiache rispetto a quelle delle cellule del nodo SA e quelle
muscolari scheletriche. Spiegare le differenze nelle basi ioniche dei
tre tipi di potenziale d’azione.
• Illustrare e spiegare l’effetto del tono parasimpatico e simpatico sul
potenziale d’azione delle cellule del nodo SA (controllo estrinseco).
• Qual’è il significato della lunga durata del periodo refrattario
assoluto nel miocardio?
• Costruire la curva lunghezza-tensione di un preparato di muscolo
papillare isolato, in condizioni isometriche ed isotoniche.
• Illustrare l’effetto dell’adrenalina sulla capacità di contrazione
isometrica ed isotonica del muscolo cardiaco.
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Letture Consigliate
•
Autori vari. Fisiologia dell’uomo.
– Capitoli 10 (cuore) e 11 (circolazione)
•
Vander, Sherman, Luciano. Fisiologia
dell’uomo.
– Capitolo 9 – sezioni B e C (DISPONIBILE IN
BIBLIOTECA)
•
Wilmore and Costill. Fisiologia dell’Esercizio
Fisico e dello Sport.
– Capitolo 7
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