Potenziale d azione cardiaco: tessuto di lavoro
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- Giordano Negri
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1 Potenziale d azione cardiaco: tessuto di lavoro 40 K+, corrente transiente 20 0 Ca2+ entra mv Na+ attiva corrente Na+ inattiva corrente Na+ attiva corrente K+ transiente inattiva corrente K+ transiente attiva corrente Ca2+ L attiva delayed rectifier si chiudono i canali Ca2+ tipo L si chiudono i canali delayed rectifier K+ delayed si chiudono i canali Ca2+ tipo L Inward rectifier closed -60 Inward rectifier open Inward rectifier closed Inward rectifier open Caratteristiche particolari: dura circa 200 ms, durante il plateau entra Ca 2+ e si inattiva la inward rectifier. ms
2 Potenziale d azione e contrazione Ca2+ entra 0-20 mv Contrazione ms
3 Potenziale d azione, contrazione e refrattarietà 40 K+, corrente transiente 20 Ca2+ entra 0 mv Na+ K+ delayed -60 Contrazione Refrattarietà assoluta relativa ms
4 Accoppiamento eccitazione-contrazione Il potenziale d azione innesca la contrazione tramite il Ca 2+ induced Ca 2+ release Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ No No Contrazione
5 La forza di contrazione è proporzionale all ingresso di Ca 2+ Il Ca 2+ induced Ca 2+ release non è un fenomeno tutto-o-nulla Il sistema Ca 2+ induced Ca 2+ release è costituito da sottosistemi di Ca 2+ induced Ca 2+ release (canali ionici-store) funzionalmente indipenenti L eliminazione del Ca 2+ citosolico pone fine alla contrazione Il Ca 2+ viene riassorbito negli store da una Ca 2+ -ATPasi di membrana Il Ca 2+ viene estruso da una Ca 2+ -ATPasi di membrana e da uno scambiatore Na + /Ca 2+ La forza e la frequenza di contrazione sono modulabili
6 Propagazione del potenziale d azione nel miocardio Nel miocardio le cellule sono connesse tramite gap junctions Il PdA si trasmette da una cellula all altra mediante correnti elettrotoniche che scorrono attraverso le gap junction il PdA insorge nel nodo seno-atriale e si propaga velocemente ad entrambi gli atrii Giunto il nodo atrio-ventricolare rallenta ed impiega circa 0.1 s per passare nel vicino fascio di His. Qui invade rapidamente i ventricoli, tramite i due fasci (Dx e Sx) di His e le fibre del Purkinje. Note: gli atri sono separati dai ventricoli da tessuto fibroso. Solo attraverso il nodo atrio-ventricolare l eccitamento può passare dagli atri ai ventricoli
7 L eccitamento si propaga alle cellule adiacenti tramite le Gap junction mv mv mv
8 Propagazione del potenziale d azione nel miocardio Rosso: veloce Giallo : lento
9 Ritmicità (insorgenza del PdA) La contrazione è innescata dal PdA Il PdA insorge spontaneamente nel nodo seno-atriale, ad una frequenza di circa 70 i/min Il PdaA insorge spontaneamente nel nodo atrio-ventricolaree, ad una frequenza inferiore Il PdA insorge spontaneamente nel fascio di His e nelle fibre del Purkinje, ad una frequenza ancora inferiore Dominanza del ritmo più frequente Caratteristiche elettiche delle cellule del nodo seno atriale: Basso Vm -60 mv Corrente depolarizzante spontanea I f Insorgenza di una corrente di Ca 2+
10 Potenziale d azione nel nodo S-A If: attivata dall iperpolarizzazione I Ca2+ : attivata dalla depolarizzazione, corrente transiente Ca2+ Ca2+ K+ 10 mv K+ 0.8 s If (cationica) -60 mv
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12 La funzione meccanica del cuore La legge di Poiseuille (relazione tra pressione e flusso) Il flusso F ( volume che passa attraverso una sezione di un tubo) si misura in l/min, ml/ore, etc P2-P1= R*F, F=(P2-P1)/R, 1/R=G Il flusso va da pressione maggiore a pressione minore R=8ηl/π r 4 (esatta in regime di flusso laminare) Vasi in serie: R T =R1+R2 1 2 Vasi in parallelo 1/RT=1/R1+1/R2 F T =F1+F2 F T F1 F2 F T P1 P2 F l
13 Vasi in serie: il flusso è uguale nei due vasi Vasi in parallelo: la differenza di pressione ( P) è identica ai due capi Nei singoli vasi in parallelo il flusso è inversamente proporzionale ad R1, R2,.. Vasi in parallelo: maggiore è il loro numero, minore la R T Caduta di pressione Procedendo lungo un vaso, la pressione scende (l aumenta) Lungo il vaso, la caduta di pressione è proporzionale alla R di quel pezzo di vaso P1 R1 P2 R2 P3 R3 P4 F
14 Il ciclo cardiaco Il ciclo cardiaco dura, a riposo, 0.8 s: 0.1 sistole atriale, 0.3 sistole ventricolare e diastole atriale, 0.4 diastole atriale e ventricolare. Frequenza= 60 s/0.8s=70 b/m La gettata sistolica è di circa 80 ml, circa 70 ml restano nel ventricolo (volume telesistolico Volume telediastolico=150 ml Riempimento Ventricolare 70 ml circa sono residui dalla sistole precedente 60 ml affluiscono durante la diastole 20 ml affluiscono durante la sistole atriale Sistole ventricolare Alla fine della sistole atriale si chiudono le valvole atrio-ventricolari Sistole isometrica, finchè P 80 mm/hg (pressione arteriosa-aortica minima) Quando la P ventricolare è maggiore di quella aortica si apre la valvola aortica. Efflusso, rapido, poi lento, Pmax 120 mm/hg Quando la P ventricolare è minore di quella aortica si chiude la valvola aortica (all incirca, alla fine della sistole). Diastole isometrica Riempimento Il flusso è regolato (on-off) da valvole unidiraezionali aperte o chiuse a seconda della P. Funzione dei muscoli papillari
15 (Casella-Taglietti) Pressioni nel ventricolo Dx: stesso andamento temporale, ma minore ampiezza (0-30 mm/hg) Pressioni atriali (v. figura) Pressione arteriosa grande circolo ( mm/hg); pressione ventricolo SX: mm/hg Pressione arteriosa massima piccolo circolo (circa 30 mm/hg)
16 La gettata cardiaca (GC) GC= gettata sistolicaxfrequenza cardiaca= 70 mlx 70 b/min= 4900 ml 5 l La gettata sistolica può circa triplicare La frequenza cardiaca può circa triplicare La GC aumenta 9 volte 45 l (aumenta ovviamente anche la ventilazione polmonare) La Gc aumenta durante l esercizio fisico quando fa caldo Controllo della gettata sistolica : la legge di Starling (regolazione intrinseca) Volgarmente, più sangue arriva, più sangue esce F, P sistolica Volume (ml), lunghezza fibre cardiaca, P diastolica
17 Controllo della gettata sistolica: ortosimpatico (regolazione estrinseca) Sinapsi, Ach Sinapsi, NA Neurone Midollo spinale Neurone gangliare Sinapsi gangliare, Ach, recettore nicotinico Miocita ventricolare Sinapsi neurone-miocita, noradrenalina, recettore ß adrenergico G protein, attiva adenilato ciclasi, aumenta AMP ciclico, aumenta PKA, aumenta I Ca2+, aumenta la forza di contrazione Controllo della gettata sistolica: midollare del surrene L ortosimpatico innerva la midollare: sinapsi neurone-cellula midollare (Ach) La midollaresecerne Adrenalina, che va in circolo e raggiunge tutte le varie parti del corpo, cuore incluso Stesso meccanismo molecolare: G protein, attiva adenilato ciclasi, aumenta AMP ciclico, aumenta PKA, aumenta I Ca2+, aumenta la forza di contrazione
18 Controllo della frequenza: problema complesso Legge del ritmo dominante La frequenza max è circa 200 b/min La frequenza viene controllata agendo sulle cellule del nodo seno-atriale L ortosimpatico (NA) e la midollare del surrene (adrenalina) aumentano la frequenza Parasimpatico diminuisce la frequenza: proteina Gi, inibisce Adenilato Ciclasi Sinapsi, Ach Sinapsi, NA Miocita nodo seno-atriale Neurone Midollo spinale Neurone gangliare Nervo vago Sinapsi, Ach Sinapsi, Ach Miocita nodo SA Neurone vagale Neurone Gangliare Nel cuore
19 If: attivata dall iperpolarizzazione I Ca2+ : attivata dalla depolarizzazione, corrente transiente Ca2+ Ca2+ K+ 10 mv K+ 0.8 s If (cationica) -60 mv
20 Ach diminuisce If ed iperpolarizza (apre canali al potassio tramite Gßγ) NA ed Adrenalina aumenta If Ca2+ Ca2+ K+ 10 mv K+ 0.8 s If (cationica) NA, A soglia -60 mv Ach
21 Controllo della frequenza: che cosa succede alla diastole 180 b/min, il ciclo dura 0.33 s : 0.1 sistole atriale, 0.3 sistole ventricolare??? Durante la diastole avviene il riempimento dei ventricoli e l irrorazione del ventricolo Sx Diminuisce la durata del PdA e della sistole SNO aumenta la forza di contrazione, aumenta la frequenza, accorcia la durata del PdA e della sistole, aumentando l attività della SERCA (fosfolambano)
22 C è un tono basale sia per il SNO che per il SNP, evidenziabile con il taglio della rispettiva innervazione Effetti del SNO Cronotropo positivo Inotropo positivo Dromotropo positivo Effetti del SNP Cronotropo negativo Inotropo negativo, ma assai scarso Dromotropo negativo Parasimpatico agisce prevalentemente tramite una Gi, quindi può solo inibire l attività dell adenilato ciclasi
23 Organizzazione schematica del sistema circolatorio E un sistema ramificato e deramificato di vasi, chiuso Interposto tra i vasi (in serie) vi è una pompa muscolare, il cuore
24 Tipi di vasi Vasi di accumulo a bassa complianza (aorta) Vasi di trasporto: arterie Vasi di resistenza (variabile): arteriole Vasi di scambio: capillari Vasi di trasporto:vene Vasi di accumulo ad alta complianza (2 litri, costituiscono una riserva di sangue): grosse vene Complianza : V/ P Le vene hanno una complianza>> delle arterie Dimensione e struttura dei vasi
25 La legge di Poiseuille (relazione tra pressione e flusso) Il flusso F ( volume che passa attraverso una sezione di un tubo) si misura in l/min, ml/ore, etc P2-P1= R*F, F=(P2-P1)/R, 1/R=G Il flusso va da pressione maggiore a pressione minore R=8ηl/π r 4 (esatta in regime di flusso laminare) Vasi in serie: R T =R1+R2 Vasi in parallelo 1/RT=1/R1+1/R2 F T =F1+F2 F T 1 2 F1 F2 F T P1 P2 F l
26 Vasi in serie: il flusso è uguale nei due vasi Vasi in parallelo: la differenza di pressione ( P) è identica ai due capi Nei singoli vasi in parallelo il flusso è inversamente proporzionale ad R1, R2,.. Vasi in parallelo: maggiore è il loro numero, minore la R T Caduta di pressione Procedendo lungo un vaso, la pressione scende (la lunghezza l aumenta) Lungo il vaso, la caduta di pressione è proporzionale alla R di quel pezzo di vaso P1 R1 P2 R2 P3 R3 P4 F
27 - La pressione è oscillatoria nel sistema arterioso. - La pressione tende a scendere man mano ci si allontana dal ventricolo - La pressione scende poco ai capi del sistema arterioso, molto ai capi delle arteriole, non molto ai capi dei capillari, molto poco ai capi delle vene, che sfociano negli atrii. Le cadute di pressione sono proporzionali alla resistenza globale del letto arterioso, arteriolare, capillare e venoso. Riguardare il concetto di vasi in serie ed in parallelo.
28 Controllo riflesso della pressione arteriosa. Vi sono delle cellule specializzate che misurano la pressione arteriosa (sono dette recettori per la pressione o pressocettori). Se la pressione scende, 1) viene attivato il Sistema Nervoso Ortosimpatico, che a) Aumenta la forza di contrazione del miocordio b) Aumenta la frequenza di contrazione c) Causa veno-costrizione. Questa aumenta il ritorno venoso, quindi la gettata sistolica. Tutto questo aumenta la forza di contrazione del ventricolo e la gettata cardiaca 2) viene inibito il Sistema Nervoso Parasimpatico, il che aumenta la frequenza cardiaca. Il SNO agisce anche sui vasi, favorendo la contrazione delle fibre muscolari lisce dei vasi del distretto splancnico (stomaco, intestino), renale e cutaneo, e favorendo l afflusso di sangue al cuore ed al Sistema Nervoso Centrale.
29 Aggiustamenti cardiovascolari in caso di emorragia: vengono privilegiati il cuore e l encefalo. La freccia verso l alto significa aumento
30 Uno stimolo emotivo può inibire il SNO ed attivare il SNP. La freccia verso l alto significa aumento
31 Passando dalla posizione orizzontale a quella eretta, il peso della colonna di sangue tende a distendere le pareti delle vene degli arti inferiori, il sague si accumula nelle vene ed i ritorno venoso tende a diminuire. Il riempimento cardiaco diminuisce e diminuisce la pressione. Questo può cusare un leggero svenimento. Normalmente, passare dalla posizione orizzontale a quella eretta attiva il SNO, che causa una venocostrizione che impedisce l accumulo d sangue nelle vene.
32 La pressione arteriosa tende a dimunuire con l emorragia Compliance delle arterie: se le arterie hanno maggire compliance, diminuisce la massima La pressione arteriosa aumenta con l aumentare dellle R periferiche La pressione arteriosa può aumentare con l aumento della GC Le arteriole ottimizzano la distribuzione del flusso sanguigno La resistenza delle arteriole (cioè il loro calibro) è controllata dalle cellule muscolari liscie I capillari consentono gli scambi e consentono il passaggio di tutte le molecole, proteine escluse. Le poche proteine che filtrano sono riassorbite dai vasi linfatici. Eccezioni: 1) nei capillari cerebrali l endotelio controlla in modo attivo la permeabilità degli ioni, costituendo la BLOOD-BRAIN BARRIER (veicolazione farmaci al SNCentrale); nei capillari epatici la permeabilità alle proteine è rimarchevole. STRUTTURA del circolo capillare: minidomini irrorati da una arteriola, con sfinteri precapillari e shunt artero-venoso. La circolazione nei capillari in condizioni basali è alternata. La massima irrorazione si ottiene aprendo tutti gli sfinteri e chiudendo lo shunt.
33 Elasticità dele arterie La gettata sistolica in parte procede, in parte si accumula nell aorta ascendente L elasticità delle arterie, principalmente l aorta ascendente, fa sì che P ed F non vadano a zero durante la diastole Il polso arterioso è la deformazione elastica dell aorta ascendente che si trasmette a tutto l albero arterioso (e torna anche indietro) Maggiore è la rigidità delle arterie, maggiore è la velocità di propagazione Polso arterioso: fasi anacrotica, catacrotica, onda dicrota (incisura aortica Polso : frequenza cardiaca Polso ampio e celere: insufficienza Polso piccolo e tardo: stenosi P=120 P=90
34 Scambi a livello dei capillari I capillari sono molto vicini alle cellule: nel cuore 1 capillare ogni cardiocita La diffusione è perciò efficiente Q= C x tempo x (K x superficie di scambio) K elevata poiché i capillari sono costituiti dal solo endotelio Superficie di scambio 1000 m 2 La pressione osmotica è dovuta alle proteine del sangue, principalmente albumine Trasporto di massa (pressione idraulica): Psanguigna-Posmotica (Pinterstizio 0) Lato arteriolare Lato venulare (valori nel circolo sistemico) Esce più liquido di quanto ne rientri: ci pensano i vasi linfatici Edema: accumulo di liquidi nell interstizio H 2 O+ soluti H 2 O+ soluti
Vasi in serie: R T =R1+R2. Vasi in parallelo 1/RT=1/R1+1/R2 F T =F1+F2 F T
La funzione meccanica del cuore La legge di Poiseuille (relazione tra pressione e flusso) Il flusso F ( volume che passa attraverso una sezione di un tubo) si misura in l/min, ml/ore, etc P2-P1= R*F, F=(P2-P1)/R,
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