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1 Cuore

2 Cuore: cavità Il cuore è costituito da quattro cavità: - 2 ATRI, con parete piuttosto sottile, che ricevono il sangue proveniente dalle vene e lo passano ai ventricoli; - 2 VENTRICOLI, che pompano il sangue nelle arterie. La parte destra del cuore riceve (ATRIO) il sangue proveniente da tutti i tessuti e lo invia (VENTRICOLO) ai polmoni, mentre la parte sinistra, dopo aver ricevuto dai polmoni (ATRIO) il sangue ossigenato, lo pompa (VENTRICOLO) a tutto il corpo.

3 Cuore: valvole Il flusso a senso unico del sangue è garantito dalle valvole cardiache: due sono poste tra atri e ventricoli (tricuspide a destra e bicuspide o mitrale a sinistra) e due tra ventricoli ed arterie (semilunari polmonare ed aortica).

4 84% del volume di sangue si trova nel circolo sistemico e il rimanente 16% è suddiviso fra circolo polmonare (9%) e cavità cardiache (7%). Le arterie e arteriole contengono il 18% dell intera volemia I capillari sono molto estesi ma corti 1mm di lunghezza- per cui non hanno molta capacità, accolgono 6% della volemia

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6 Ciclo cardiaco Eccitazione atriale Eccitazione ventricolare inizio completa inizio completa nodo SA Nodo AV Il PDA generato nel nodo SA si propaga alle cellule contrattili atriali e, tramite la rete internodale, al nodo AV. La presenza dello scheletro fibroso impedisce la propagazione dei PDA dalle cellule contrattili atriali a quelle ventricolari. Dal nodo AV, attraverso i tessuti di conduzione, i potenziali si propagano alle cellule contrattili ventricolari.

7 Eccitazione atriale inizio nodo SA Eccitazione ventricolare completa inizio completa nodo AV Eccitazione atriale. L attività ritmica del nodo SA viene dapprima condotta attraverso la muscolatura dell atrio destro e poi in quella dell atrio sinistro. La conduzione attraverso gli atri è molto rapida in quanto le cellule muscolari sono relativamente grandi e presentano un potenziale di riposo molto negativo. ECCITAZIONE ATRIALE Conduzione del PDA dagli atri ai ventricoli. Nella porzione inferiore dell atrio destro si trova un altra regione specializzata (nodo AV). Quando il PDA raggiunge questa regione diventa meno intenso e più lento (conduzione decrementale). Il ritardo provocato dal nodo AV consente che gli atri finiscano di contrarsi prima che i ventricoli inizino la loro contrazione.

8 L impulso, dal nodo AV, passa nel fascio di inizio His e, lungo le due completa branche, fino alla rete di fibre di Purkinje. nodo SA Nodo AV Queste strutture sono costituite da cellule muscolari specializzate per una conduzione molto rapida dell impulso. Dalle fibre di Purkinje l impulso viene trasmesso alle fibre muscolari delle pareti ventricolari e ne stimola la contrazione. L onda di propagazione dell impulso da parte del sistema di rapida conduzione è un onda di depolarizzazione che attraversa il cuore dalla base all apice e dalla superficie endocardica a quella epicardica. Eccitazione ventricolare inizio completa ECCITAZIONE VENTRICOLARE

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10 L ECG L ECG mostra la somma dei potenziali elettrici di tutte le cellule cardiache in ogni istante. La depolarizzazione è il segnale per la contrazione, mentre la ripolarizzazione per il rilasciamento. La ripolarizzazione atriale è un evento non rappresentato da onde.

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12 L ONDA DI DEPOLARIZZAZIONE NELLA MASSA CARDIACA 1. Eccitazione spontanea del nodo SA 2. Attivazione degli atri che si completa in circa 100 ms e spinge il sangue nei ventricoli rilasciati 3. Eccitazione del nodo AV, l onda di eccitamento arriva ai ventricoli con un ritardo di circa 100 ms che permette il completamento del riempimento ventricolare 4. Eccitazione del fascio di His 5. Attivazione del setto che, irrigidendosi, diviene un sostegno per la contrazione ventricolare 6. Attivazione dell apice, poi delle pareti (dall endocardio all epicardio) ed infine della base Il punto 6 permette lo svuotamento dei ventricoli verso il cono arterioso. In circa 100 msec la depolarizzazione ventricolare è completa.

13 La ripolarizzazione atriale avviene in concomitanza con la depolarizzazione dei ventricoli. La ripolarizzazione dei ventricoli è condizionata dalla durata della fase di plateau che hanno i miociti presenti nelle diverse zone del ventricolo: le cellule attivate per ultime (miociti della base e della regione epicardica) hanno PDA più brevi (circa 300 msec) ed iniziano a ripolarizzarsi per prime rispetto alle cellule dell apice ventricolare e della regione endocardica (circa 400 msec). Essa procede perciò dall epicardio all endocardio.

14 Il ciclo cardiaco: le fasi Diastole ventricolare: a) fase isovolumetrica b) riempimento rapido c) diastasi (riempimento lento) d) sistole atriale Sistole ventricolare: a) contrazione isovolumetrica b) eiezione

15 Curva pressione-volume

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18 I sarcomeri del miocardio possono essere allungati senza danno fino a 2,3 micron (NB scheletrico fino a 3,65 micron). In effetti la relazione F/lunghezza si stabilisce tra 1,8 e 2,3 micron, con Lo a 1,8 micron. I miociti cardiaci sono molto rigidi, poco distensibili, sia per la rete connettivale che li avvolge sia per le proprietà della titina del sarcomero. Ecco che le fibre cardiache che subiscono un allungamento aumentano la loro forza isometrica (nell intervallo 1,8-2,3 micron). I miociti cardiaci mostrano pertanto una maggiore forza di retrazione elastica

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21 Regolazione intrinseca della gettata sistolica Il cuore ha la capacità intrinseca di regolare l uscita di sangue (gettata sistolica) in risposta a modificazioni della quantità in entrata: legge del cuore di Frank-Starling; cioè esiste una relazione di proporzionalità diretta tra volume diastolico del cuore e gettata sistolica. Se aumenta il ritorno del sangue al cuore, aumenterà anche il volume telediastolico del cuore, con conseguente aumento della gittata sistolica: il cuore espelle lo stesso volume di sangue che riceve. Questo è dovuto ad un aumento della lunghezza delle fibre muscolari cardiache. Ciò aumenta la forza di contrazione ventricolare e causa l espulsione di una maggiore gettata sistolica. Il cuore, mediante il meccanismo di Frank-Starling, regola la forza di contrazione di ciascun ventricolo in modo indipendente e rapido, adeguandola alla quantità di sangue che vi torna ed assicurando che la gettata media dei due ventricoli resti costante. Se, ad es. si verifica un improvviso aumento della pressione aortica, la pressione all interno del ventricolo deve salire perché la valvola aortica possa aprirsi ed il sangue possa essere espulso. In seguito al carico pressorio aumentato, le fibre cardiache si accorceranno di meno, un volume minore di sangue verrà espulso (gettata sistolica ridotta) e più sangue rimarrà nel cuore alla fine della sistole (volume telediastolico aumentato). Il meccanismo di Frank-Starling fornisce al cuore una maggiore forza di contrazione per il battito successivo con un aumento della gettata sistolica.

22 Il cuore esprime la miosina II lenta La relazione forza-velocità del muscolo cardiaco è simile a quello del muscolo scheletrico, eccetto che la velocità massima di accorciamento è più bassa (figura). Questo è in accordo con una velocità più bassa della ATPase della miosina cardiaca e con la più lenta velocità dei cicli dei ponti trasversali.

23 La velocità max di accorciamento in assenza di carico, aumenta al crescere della lunghezza iniziale mentre nel muscolo scheletrico rimane costante (questa caratteristica risiede nella velocità dei cicli operativi.

24 Gli elementi passivi del tessuto connettivo nel muscolo cardiaco, comunque, sono più rigidi e la relazione tra la lunghezza e la forza passiva è spostata a sinistra rispetto al picco della curva lunghezza-forza attiva

25 REGOLAZIONE ESTRINSECA della contrattilità cardiaca

26 Classificazione dei recettori per le catecolamine Tipo di recettore Bersaglio Effetto Agonista 1 Musc. liscio arterie e vene Vasocostrizione Noradrenalina 2 Circolo cutaneo Vasocostrizione Noradrenalina 1 Nodo SA Sist. cond. card. Miocardio di lavoro freq. cardiaca veloc. conduz. forza contraz. Noradr. e adren. Noradr. e adren. Noradr. e adren. 2 Musc. liscio arterie e vene Vasodilatazione Adrenalina

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33 Sistema regolatore estrinseco: Catecolamine di origine endocrina o simpatica attraverso i recettori beta non solo aumentano l apertura dei canali DHPR e RyR2 ma aumentano anche l attività della SERCA2A SERCA2A : espressa nel miocardio e nelle fibre scheletriche lente Fosfolambano o recettore per il fosfato : Nella forma defosforilata inibisce l attività della SERCA; la sua fosforilazione da parte di PKA libera l attività della SERCA che riassorbe il calcio nel reticolo. Ne consegue una velocizzazione della fase di rilasciamento diastolico (effetto lusitropo) con conseguente aumento del tempo utili alla ricaptazione del calcio nel reticolo

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35 Il muscolo cardiaco dipende pesantemente dal metabolismo aerobico e pertanto contiene molti mitocondri e molta mioglobina. La mioglobina conferisce al cuore il suo caratteristico colore rosso. Come studiato in precedenza, il metabolismo aerobico è più efficiente della glicolisi nel produrre ATP. I problemi sorgono quando l approviggionamento di ossigeno è scarso. Questo ed altre difficoltà insorgono quando il flusso di sangue che irrora una regione del cuore è scarso o bloccato completamente. La contrazione si indebolisce rapidamente o si ferma del tutto, e se il flusso del sangue è ristretto per abbastanza tempo, le cellule del miocardio moriranno.

36 Regolazione intrinseca ed estrinseca: graduazione della contrazione Le fibre muscolari possono eseguire una contrazione graduata, generando una forza variabile in proporzione al numero di ponti trasversali attivi (legato alla quantità di Ca 2+ rilasciata). Le catecolamine influenzano la quantità di Ca 2+ disponibile legandosi ai recettori 1, aumentando il camp ed attivando due differenti meccanismi: 1) fosforilazione dei canali voltaggio-dipendenti per il Ca 2+ aumentando la probabilità di apertura; 2) fosforilando il fosfolambano che aumenta l attività della Ca 2+ -ATPasi. L allungamento del sarcomero (che in condizioni di riposo è inferiore alla lunghezza ottimale), dovuto all afflusso di sangue nelle cavità, determina un aumento della forza di contrazione. L allungamento del sarcomero (che in condizioni di riposo è inferiore alla lunghezza ottimale), dovuto all afflusso di sangue nelle cavità, determina un aumento della velocità di contrazione.

37 Grandezze cardiache Frequenza cardiaca: numero di battiti al minuto (70 a riposo; fino a 180 durante l esercizio) Volume o gittata sistolica: quantità di sangue espulso in ogni sistole Gittata o portata cardiaca: volume di sangue espulso in ogni minuto (4,5 L/min a riposo; fino a 20 L/min durante l esercizio)

38 Toni cardiaci Di norma nel cuore si generano quattro rumori, o toni, ma solo i primi due sono percepibili attraverso lo stetoscopio. Si tratta di vibrazioni causate nel cuore e nel torace dalla chiusura delle valvole cardiache e dall improvvisa cessazione del flusso sanguigno. Il primo tono cardiaco coincide con la chiusura delle valvole AV e corrisponde all inizio della sistole. Il secondo tono cardiaco si verifica al momento della chiusura delle valvole semilunari ed indica la fine della sistole. Il terzo tono cardiaco, più apprezzabile nei bambini con pareti toraciche sottili è costituito da poche vibrazioni a bassa frequenza, udibili meglio all apice. Si verifica alla prima fase della diastole ed è dovuto alle vibrazioni delle pareti ventricolari per l improvvisa cessazione della distensione ventricolare e la decelerazione del sangue che entra nei ventricoli. Il quarto tono cardiaco, occasionalmente udibile nei soggetti normali, è provocato dalle vibrazioni del sangue e dalle camere cardiache per effetto della contrazione atriale.

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