Principali Funzioni dell App. Cardiovascolare

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1 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) 1

2 Apparato Cardiovascolare Una pompa (il cuore) Un sistema di canali (i vasi sanguigni) Un vettore fluido (il sangue) 2

3 FISIOLOGIA CARDIACA LA MECCANICA CARDIACA 3

4 ANATOMIA CARDIACA 4

5 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. 5

6 Le CAMERE cardiache 6

7 Le VALVOLE cardiache 7

8 Circolazione Coronarica 8

9 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. 9

10 Tessuto Muscolare Cardiaco 10

11 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. 11

12 Genesi e Conduzione dell impulso cardiaco 12

13 Genesi e Conduzione dell impulso cardiaco Nodo Senoatriale (SA) marcapassi (pacemaker) ( 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 13

14 Il P.A. Miocardico 1. Depolarizzazione rapida 2. Plateaux 3. Ripolarizzazione 4. Potenziale di riposo 14

15 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 Ca 2+ causa un aumento del flusso di cariche positive verso l interno della cellula con conseguente depolarizzazione (il Ca 2+ è responsabile della fase di plateau), mentre la ripolarizzazione coincide con l aumento della conduttanza per il K +. 15

16 I potenziali PACEMAKER 16

17 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). 17

18 I potenziali PACEMAKER 18

19 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 Ca 2+ 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 Ca 2+, inoltre, non è così prolungata nel tempo da dar luogo alla fase di plateau. 19

20 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 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) 20

21 Controllo estriseco del cuore Il legame del mediatore chimico noradrenalina (NA) con i recettori β 1 -adrenergici induce un aumento della concentrazione intracellulare di camp, con conseguente apertura di canali per il Ca 2+. 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 M 2, per azione interposta di una proteina G, fa sì che si aprano particolari canali per il K +, rallentando l apertura di quelli per il Ca 2+, con effetto finale di una diminuzione della pendenza della depolarizzazione spontanea. 21

22 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) 22

23 Accoppiamento Eccitazione Contrazione 23

24 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 Ca 2+ 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. 24

25 La Meccanica della Cellula Cardiaca CONTRAZIONE ISOMETRICA 25

26 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 L 1, L 2 e L 3. Se a ciascuna delle lunghezze precedenti di stimola massimalmente il muscolo, si ottengono valori di tensione superiori ai precedenti (T 1, T 2 e T 3 ) che forniranno la curva lunghezza-tensione isometrica massima (in rosso). Lmax indica la lunghezza alla quale si ottiene il massimo sviluppo di tensione attiva. 26

27 La Meccanica della Cellula Cardiaca CONTRAZIONE ISOTONICA 27

28 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). 28

29 La Meccanica della Cellula Cardiaca Effetti della Noradrenalina 29

30 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). 30

31 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) 31

32 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) 32

33 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. 33

34 The one minute paper Write down one main point from today s lecture and also one question that you may have about this topic. 34

35 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. 35

36 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 36

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