Apparato Cardiocircolatorio 2
cuore
Il cuore
• Fisiologia cellulare e generale (4.3 pg
127)
– Il cardiomiocita
– Elettrofisiologia: canali ionici, PDA…
– Contrattilità: calcio, miosina….
– Diversi tipi di cardiomiociti
• Fisiologia umana del cuore (5 pg 533)
– La funzione di pompa
– La attività elettrica (ECG)
– Energetica/metabolismo/circolazione
coronarica
Il cuore e’ la pompa: fa circolare il sangue
• Due pompe affiancate
(cuore dx e cuore sin)
• Pompa a due tempi
(sistole e diastole):
flusso discontinuo
• Pompa di pressione e
pompa di volume
La funzione di pompa richiede un
succedersi ritmico e coordinato di
eventi (ciclo cardiaco)
• Elettrici : ciclo cardiaco elettrico (origine e
diffusione del pda)
• Contrattili: ciclo cardiaco muscolare
(contrazione e rilasciamento)
• Valvolari: apertura e chiusura delle valvole
La sequenza degli eventi nel
ciclo cardiaco
Ciclo cardiaco: 1 secondo a 60 battiti/minuto
muscolo cardiaco
pompa
Sistole 0.33 s
contrazione
spinta
Diastole 0.66 s
rilasciamento
riempimento
Attenzione sul ventricolo: il ventricolo è la vera pompa !
L’alternarsi regolare di sistole e diastole è
determinato dalla attività elettrica
Ritmicamente il pda nasce nel nodo sa e si diffonde a atrii e ventricoli
il cuore è autoritmico: ogni secondo (a riposo) nasce un pda
nel nodo senoatriale:
Dario di Francesco e Denis Noble
La corrente funny
Il pda si diffonde seguendo il sistema di
conduzione e cambia di forma
Connessina
(verde)
Fibroblasti
(blu)
Cardiomiociti
(rossi)
La velocità di conduzione/propagazione del pda
lungo il sistema di conduzione non è costante
La propagazione del pda e la forma del pda
condizionano la morfologia delle onde ECG
La propagazione del pda e la forma del pda
condizionano la morfologia delle onde ECG
Fra zone già depolarizzate e zone ancora
polarizzate si crea una ddp: il dipolo cardiaco
La sequenza degli eventi nel
ciclo cardiaco
Ciclo cardiaco: 1 secondo a 60 battiti/minuto
muscolo cardiaco
pompa
Sistole 0.33 s
contrazione
spinta
Diastole 0.66 s
rilasciamento
riempimento
Attenzione sul ventricolo: il ventricolo è la vera pompa !
La sequenza sistole/diastole e contrazione/rilasciamento
deve coordinarsi con la sequenza apertura/chiusura delle
valvole
Le valvole si aprono e si chiudono secondo gradienti pressori:
Semilunari
: aperte : pressione ventricolare>pressione arteriosa
chiuse : pressione arteriosa> pressione ventricolare
Atrioventricolari :aperte :pressione atriale > pressione ventricolare
chiuse : pressione ventricolare > pressione atriale
Le valvole fanno rumore (toni cardiaci) in chiusura e non in apertura
I flussi attraverso l’orifizio valvolare ristretto (stenosi) o attraverso una
valvola incontinenti fanno rumore : soffi o murmurs
I toni cardiaci
Stetoscopio e fonendoscopio
I toni cardiaci
• S1: chiusura atrio-ventricolari : lup
– Componente valvolare
– Componente muscolare
– Componente eiettiva
• S2: chiusura semilunari : dup
• S3: riempimento rapido
• S4: sistole atriale
fonocardiografia
• La valutazione della funzione valvolare è
basata su
– Ascoltazione
– Fonocardiografia
– Ecocardiografia
– Ecodoppler
La sequenza degli eventi nel
ciclo cardiaco
Ciclo cardiaco: 1 secondo a 60 battiti/minuto
muscolo cardiaco
pompa
Sistole 0.33 s
contrazione
spinta
Diastole 0.66 s
rilasciamento
riempimento
Attenzione sul ventricolo: il ventricolo è la vera pompa !
Il ventricolo è la vera pompa !
• Sistole ventricolare
– Sistole isovolumetrica
– Sistole con eiezione
– Protodiastole
– Rilasciamento isometrico
• Diastole ventricolare
– Riempimento rapido
– Riempimento lento - diastasi
– Sistole atriale
Wiggers 1916
Ventricolo destro:
Volumi uguali
Pressioni 3-4 volte minori
LA GITTATA O PORTATA CARDIACA
La funzione di pompa del cuore è finalizzata a
generare il flusso di sangue :
La gittata cardiaca / portata cardiaca / cardiac
output
è il parametro che misura questa funzione.
La gittata cardiaca è il prodotto di gittata sistolica
(volume sistole) per frequenza cardiaca
Q = SV x HR
La gittata cardiaca si può misurare con
-- il principio di Fick (applicato al polmone e ai
gas respiratori)
-- con il metodo di diluizione dinamico
(colorante o soluzione fisiologica fredda)
-- calcolando con l’ecocardiografia la gittata
sistolica e moltiplicando per la frequenza
……
Principio di Fick
• Quantità aggiunta = quantità che esce- quantità che entra
• VO2 = Q · Conc O2 art – Q · Conc O2 ven
• VO2 = (Conc O2 art – Conc O2 ven) · Q
• Q = VO2 / (Conc O2 art – Conc O2 ven)
• 0.25 litri/min/(0.2 litri/litro – 0.15 litri/litro) = 5 litri/min
Gittata sistolica =
= volume tele diastolico - volume tele sistolico
= 120 ml - 50 ml = 70 ml
Frazione di eiezione = 70/120 = 0.58
Metodo di Simpson per il calcolo
delle aree
Come valutare la prestazione del
cuore come pompa ?
• Singoli parametri
–
–
–
–
–
gittata cardiaca
gittata sistolica o volume sistole o stroke volume
frazione di eiezione (ecocardiogramma)
dp/dt (misura press intracavitaria)
pressione sistolica o arteriosa massima
• La curva pressione-volume (Suga)
• La curva di funzione ventricolare (Starling e
Sarnoff)
Gittata sistolica =
= volume tele diastolico - volume tele sistolico
= 120 ml - 50 ml = 70 ml
Frazione di eiezione = 70/120 = 0.58
Metodo di Simpson per il calcolo
delle aree
La frazione di eiezione come
indice prognostico in pz
operati con sostituzione della
valvola aortica
dp/dt max : massima velocità di salita della pressione
intraventricolare (da cateterismo cardiaco)
Spesso normalizzata sulla pressione : dp/dt max / P
La pressione arteriosa sistolica o massima corrisponde
alla massima pressione sviluppata dal ventricolo,
eccetto il caso di stenosi aortica
Diagramma pressione-volume (Suga)
Curva pressione volume (Suga)
sistolica
afterload
preload
La curva pressione-volume consente di
distinguere :
1)gli effetti dell’aumento del volume di fine
diastole (EDV) o preload
2)gli effetti dell’aumento della pressione
aortica o afterload
3)gli effetti di variazioni di contrattilità
(inotropismo): curva di fine sistole
Aumento di afterload e di
preload a parità di contrattilità
Aumento di contrattilità a parità di preload e
afterload (con aumento della frazione di eiezione)
Afterload
preload
Curva di funzione ventricolare di Starling,
costruita con le coppie di valori di gittata
sistolica e volume di fine diastole
UCL dimostrazione sul cane (anestetizzato con cloroformio), 1900-1905
Dale e Starling
Bayliss
.
Curve di Sarnoff
Regolazione della funzione di
pompa: gittata cardiaca
• Q = HR ∙ SV
• HR: regolazione neuro-ormonale della
frequenza (azione sul nodo)
• SV: due regolazioni:
– Eterometrica: legge del cuore di Starling
– Omeometrica: regolazione della contrattilità
(ortosimpatico, catecolamine, farmaci…..
Energetica
metabolismo
circolo coronarico
Curva pressione volume (Suga)
sistolica
L’area
rappresenta il
lavoro
compiuto dal
ventricolo
E = F ∙∆ L
E = P ∙ ∆V
afterload
preload
Energetica cardiaca
•
•
•
•
•
Stroke Work: SW = stroke work
SW = (MAP)(SV) + 1/2 m v2
Stroke work totale = LSW + RSW
Lavoro/minuto = Stroke work totale∙ HR
Spesa energetica/minuto = VO2 ∙
equivalente calorico ossigeno
• Efficienza cardiaca = Lavoro/minuto /
spesa energetica totale/minuto
Dati di partenza
•
•
•
•
•
•
MAP a sinistra = 100 mmHg
MAP a destra = 30 mmHg
Q = 5 litri / min = 83 ∙10-6 m3/s
Diametro aorta = 2.5 cm
Area sezione aortica = 5 cm2 = 5 ∙10-4 m2
Velocità flusso aortico = 16 ∙ 10-2 m/s = 16 cm/s
• Spesa energetica per battito
– Flusso coronarico 0.2 l/min (4% Q)
– Estrazione ossigeno 0.1 l/l
– Consumo ossigeno 20 ml/min
– Spesa energetica: 400 J/min = 5.6 J/battito
• Lavoro di pressione
– Ventr sin: P∙V = 100 mmHg ∙ 70 ml = 13.3 P
0.07 l = 0.9 J
– Totale P V = 0.9 + 0.3 = 1.2 J/battito
• Lavoro cinetico = 2∙(0.07 kg (0.16 m/s)2) = 0.03
J/battito
• Efficienza 1.3 /5.5 = 0.25
Metabolismo cardiaco
• Metabolismo ossidativo basato sulla
attività mitocondriale di rigenerazione
dell’ATP
• Substrati utilizzati:
– Glucoso 20%
– Lattato 30%
– Acidi grassi 50%
Il circolo coronarico
• Flusso a riposo : 75 ml/min/100 g di
cuore (circa 200 ml/min): 4% gitt. card.
• Estrazione ossigeno molto alta
• Arteria: 200 ml O2/litro sangue
• Vena: 80 ml O2/litro sangue
• Differenza 120 ml O2/litro di sangue
• Consumo ossigeno: 10 ml O2/min/100 g
(circa 20 ml O2/min)
Massa cuore: 250 g (300 g maschi, 200 g femmine)
• Il consumo di ossigeno aumenta con
– Pressione arteriosa
– Frequenza
– Aumento inotropismo (catecolamine)
Il flusso coronarico è sensibile
alla attività cardiaca
Prevalentemente diastolico a
sinistra
