Iniziamo una parte che riguarda il controllo del
cuore. Per fare questo diamo alcune semplici
definizioni.
Gittata o portata cardiaca : quantità di sangue
pompata dal cuore al minuto (circa 5l/min)
Frequenza cardiaca : numero di battiti nell’unità
di tempo (in media 72 battiti/min)
Gittata sistolica o volume sistolico : volume di
sangue espulso per ogni sistole (ca 70ml)
Appare evidente che
Gittata cardiaca= frequenza x gittata sistolica
Risulta quindi possibile modificare la gittata cardiaca
agendo sulla frequenza, sulla gittata sistolica o su
entrambi.
Il controllo della frequenza è soprattutto sotto il
controllo del sistema nervoso autonomo con controllo
simpatico e parasimpatico (nervo vago).
Il controllo del volume sistolico è intrinseco secondo un
meccanismo che vedremo (legge di Frank-Starling) o
estrinseco grazie a fattori che controllano la forza di
contrazione.
Ricordiamo fin da adesso che il cuore è
sotto controllo simpatico e parasimpatico e
che la sua frequenza dipende da un’azione
concomitante delle due branche. In
condizioni normali il tono parasimpatico
risulta dominante.
Il sistema nervoso autonomo (SNA) controlla
l’ambiente interno del nostro organismo in maniera
coordinata. Controlla la frequenza cardiaca, la
pressione sanguigna, la digestione, la respirazione, il
pH del sangue e altre importanti funzioni. Questi
controlli sono fatti in maniera autonoma senza presa
di coscienza del fenomeno.
Le due branche del SNA consistono di due set di
neuroni: un neurone pregangliare localizzato nel SNC
che si connette ad un secondo neurone che si trova
in un ganglio al di fuori del SNC.
SNC -> Nervo pregangliare -> Ganglio ->
Nervo postgangliare -> Organo
In corrispondenza di ciascuna sinapsi sono
rilasciati neurotrasmettitori che veicolano
l’informazione al nervo successivo o all’organo
stesso.
Il sistema simpatico e il sistema parasimpatico lavorano
in tandem in maniera agonista o antagonista. Il sistema
simpatico, in particolare, è deputato a fornire energia e
risposte specifiche in situazioni di stress o estrema
attività fisica (FIGHT AND FLY RESPONSE). Si ha
allora aumento della pressione sanguigna, della
frequenza cardiaca, aumento del rifornimento di sangue
al muscolo scheletrico a spese del tratto gastrointestinale, dei reni e della cute. Le pupille si dilatano e
così i bronchioli migliorando la visione e l’ossigenazione.
L’energia è fornita stimolando la glicogenolisi nel fegato
e la lipolisi nel tessuto adiposo.
A riposo l’organismo ha bisogno di riposare e
ottenere nuova energia (REST AND DIGEST
RESPONSE). Questi sono i compiti del sistema
parasimpatico che abbassa la frequenza
cardiaca e la pressione sanguigna, devia sangue
alla cute e al tratto gastro-intestinale, contrae
le pupille e i bronchioli, stimola la secrezione
delle ghiandole salivari e la peristalsi.
I corpi cellulari dei neuroni autonomi pre-gangliari si
trovano nel SNC. I neuroni simpatici hanno origine
dalla colonna intermedio-laterale dei segmenti
toracici e lombari (fra T1 e L3) del MS (sistema
toraco-lombare). Le fibre simpatiche escono dal
midollo ed entrano nella catena paravertebrale
formata da 22 gangli presente sui due lati della
colonna vertebrale. Gli organi innervati dal sistema
simpatico includono cuore, polmoni, esofago,
stomaco, intestino tenue e crasso, fegato, vescica e
organi genitali.
I neuroni del sistema parasimpatico (sistema craniosacrale) originano dalle cellule del nucleo motorio
dorsale del vago e dalla regione sacrale del SNC.
Gli stessi organi innervati dal sistema simpatico sono
innervati dal parasimpatico.
Anatomia
Fibre pregangliari
Fibre postgangliari
Trasmet
titore
pregangliare
Trasmett
itore
postgangliare
Simpatico
Toraco/
Lombare
Corte
Lunghe
ACh
NE
Parasimpatico
Cranio/
Sacrale
Lunghe
Corte
ACh
ACh
Vediamo adesso come il sistema simpatico controlla la
frequenza cardiaca. Le cellule pacemaker del nodo SA
hanno una frequenza intrinseca di scarica di 100
battiti/min circa. Questo ritmo intrinseco è influenzato
dal SNA con un controllo vagale dominante sul tono
simpatico. Questo “tono vagale” porta la frequenza di
scarica del pacemaker a circa 72 battiti/min.
Vago
Simpatico
50
200 bpm
Frequenza intrinseca 100-110 battiti/min
Controllo simpatico: meccanismi
Il sistema simpatico attraverso il legame NE e
recettori adrenergici β1 causa un aumento
della frequenza cardiaca (effetto cronotropo),
ma anche un aumento della forza di
contrazione (effetto inotropo) a causa di un
aumentato ingresso di calcio attraverso i
canali del calcio potenziale-dipendenti L-type
o diidropiridina (DHP)-sensibili.
7-helix spanning receptor
Aumento nella velocità di
depolarizzazione della fase 0
Controllo vagale: meccanismi
Il sistema parasimpatico agisce attraverso
il rilascio di acetilcolina (ACh) sui
recettori colinergici muscarinici M2,
determinando un rallentamento della
frequenza cardiaca per iperpolarizazione
della membrana. Questo a seguito di un
maggior efflusso di ioni K+ dalla cellula
attraverso canali K+ muscarino-dipendenti.
Meccanismo
d’azione dell’ACh
Variazione del
potenziale di riposo
per azione dell’uscita
di ioni K+
Il vago dx influenza il nodo SA, mentre il vago sx
influenza il nodo AV rallentando la conduzione.
L’azione del sistema parasimpatico è battito-perbattito, quindi molto rapida perché:
il nodo SA e il nodo AV sono molto ricchi di
acetilcolinesterasi che degrada rapidamente
l’ACh presente nello spazio sinaptico
ACh agisce direttamente sui canali del potassio
senza intermedio di secondi messaggeri
Il sistema simpatico è più lento perché :
NE viene ricaptata dai terminali assonici e
non degradata enzimaticamente
l’accoppiamento fra recettori β e canali
del Ca2+ avviene attraverso un secondo
messaggero (c-AMP).
Metabolismo a livello
sinaptico di ACh
Metabolismo a livello
sinaptico di NE
Riflesso dei barocettori:
modulazione della frequenza cardiaca
I barocettori sono terminali nervosi specializzati,
sensibili a distorsioni meccaniche e deputati alla
percezione di variazioni improvvise della pressione
arteriosa. Diciamo subito che la pressione arteriosa
media (che definiremo più avanti) è circa 100mmHg.
Variazioni improvvise di questo valore determinano una
variazione immediata IN SENSO OPPOSTO della
frequenza cardiaca.
I barocettori si trovano nella parete dei grossi vasi
sanguigni nell’arco aortico e nel seno carotideo.
Localizzazione dei
barocettori
Sono recettori di tipo FASICO, sono cioè molto
indicati per segnalare variazioni di pressione, più
che valori assoluti.
Va detto che i barocettori giocano un ruolo chiave
nel controllo della pressione sanguigna a breve
termine. Il controllo della pressione a lungo termine
gioca sul controllo del bilanciamento fra fluidi in
ingresso e fluidi in uscita dal corpo ed è pertanto
affidato al sistema renale.
Aumento della pressione arteriosa
Stiramento dei barocettori
Sistema nervoso e feed-back al SNA
Diminuzione della pressione arteriosa
Nessuna risposta
0 < p < 60mmHg
Risposta rapida
p > 60mmHg
Saturazione
p > 180mmHg
Barocettori del seno carotideo
+
Se aumenta la
pressione sanguigna
Nervo del seno (n. di Hering)
+
Nervo glossofaringeo
Barocettori dell’arco aortico
+
Nucleo del tratto solitario bulbare
Simpatico
+
Vago
Diminuzione della
frequenza cardiaca e
della forza di contrazione
e vasodilatazione
Nervo vago
Nervo glossofaringeo
Nucleo del tratto
solitario bulbare
Simpatico
+
Vago
Il nervo glossofaringeo e
il nervo vago sono
rispettivamente il IX e il
X nervo cranico e sono a
funzione mista
(sensoriale e motoria)
insieme al trigemino (V)
e al facciale (VII)
Riflesso di Bainbridge
Francis Arthur Bainbridge (1915)
Questo tipo di riflesso è correlato all’aumento del volume
sanguigno: questo provoca accelerazione cardiaca in seguito a
distensione dell’atrio dx per azione su recettori di stiramento
localizzati in entrambi gli atri (alla giunzione fra le cave e alla
giunzione fra le vene polmonari). La resezione dei nervi vaghi
inibisce l’effetto.
Quindi:
Ritorno venoso
Frequenza cardiaca
Aumento volume ematico
Stiramento dei recettori atriali
Nervo vago
Rilascio di ANP
Aumento della diuresi
Aumentata
escrezione di acqua
Bulbo
Ipovolemia
Scarica efferente
simpatica al nodo SA
Aumento della frequenza cardiaca
Volume sanguigno
Distensione delle pareti atriali
(specie a dx)
Stimolazione lungo il
nervo vago
Rilascio di ANP
Vasodilatazione a.a.
Secrezione di
ADH
Riassorbimento di H2O
dall’urina
VFG e quindi
l’ultrafiltrazione renale
Regione bulbare
Scarica efferente simpatica
al nodo SA
Frequenza cardiaca e
forza di contrazione
L’infusione venosa porta ad un bilanciamento di due effetti.
Infusione
endovenosa
Aumento pressorio
atrio dx
Stimolazione
recettori atriali
Riflesso di
Bainbridge
Aumento della
gittata cardiaca
Aumento
pressione arteriosa
+
Frequenza
cardiaca
Riflesso
barocettivo
-
Aritmia respiratoria
Durante l’attività respiratoria la frequenza cardiaca
aumenta nella fase inspiratoria e diminuisce nella fase
espiratoria. Questo equivale a dire che c’è un aumento
dell’attività simpatica in fase inspiratoria e dell’attività
vagale nella fase espiratoria.
Vago
Simpatico
Frenico
Inspirazione
Pressione
intratoracica
Espansione dei vasi
venosi toracici
con aumento del
ritorno venoso
Gittata
cardiaca
Pressione
arteriosa
Azione dei
barocettori
Effetto
Bainbridge
ν cardiaca in
inspirazione
ν cardiaca in
espirazione
Regolazione intrinseca dell’azione di
pompa del cuore:
meccanismo di Frank-Starling
Per meccanismo di Frank-Starling o legge
intrinseca del cuore, si intende la capacità
che ha un cuore denervato di adattarsi a
condizioni variabili in base alle sue
capacità intrinseche.
Il nome Frank-Starling deriva dai due fisiologi che per
primi individuarono e studiarono il meccanismo. Essi in
particolare descrissero la risposta di un cuore isolato di
rana alle variazioni del pre-carico. Successivamente
descrissero anche la risposta a modificazioni del postcarico, cioè della pressione arteriosa.
Se il ritorno venoso al cuore aumenta e quindi aumenta la
pressione nell’atrio dx (pre-carico), vi sarà un aumento
del volume ventricolare perché il ventricolo non riuscirà
a pompare tutto il volume di sangue. L’accumulo di sangue
determina nel corso dei battiti successivi una dilatazione
della camera.
PREMESSA: la quantità di sangue pompata dal
cuore ogni minuto è determinata dalla quantità di
sangue che torna al cuore, cioè dal RITORNO
VENOSO.
TANTO MAGGIORE È LO STIRAMENTO A CUI
IL CUORE È SOTTOPOSTO DURANTE IL
RIEMPIMENTO, TANTO MAGGIORE SARÀ LA
FORZA DI CONTRAZIONE E LA QUANTITÀ DI
SANGUE POMPATA NELL’AORTA.
In altri termini il cuore pompa
tutto il sangue che gli arriva
impedendo un accumulo
eccessivo nel sistema venoso
Ricordiamo che, poiché il muscolo cardiaco lavora a
l < l0, quando il muscolo viene stirato, il grado di
sovrapposizione dei filamenti aumenta permettendo
una contrazione maggiore. Vale la pena ricordare
che, entro certi limiti, la quantità di sangue pompata
dal cuore dipende dal ritorno venoso e non da
variazioni di pressione del circolo arterioso.
4
Variazioni della pressione
arteriosa non hanno quasi
effetto sull’output
cardiaco
3
2
1
0
0
50
100
150
200
250
Pressione arteriosa media (mmHg)
Curva della funzione ventricolare
P atriale
Output del volume
ventricolare
Ouput ventricolare (l/min)
Output cardiaco (l/min)
5
15
10
5
0
0
4
8
12
Pressione atriale dx (mmHg)
16
Aumentato ritorno
venoso all’atrio dx
Aumento dell’output
cardiaco
Distensione dell’atrio
dx con aumento del pre-carico
Distensione della camera
ventricolare *
Allungamento delle
fibre muscolari
(l~l0)
Aumento della
forza di contrazione
* Un eccesso di distensione
riduce la gittata per
sovradistensione delle fibre
Aumento della resistenza
arteriosa
(post-carico)
Aumento della pressione arteriosa
Aumento del volume residuo
Compensazione sull’azione
di pompa del cuore
Diminuzione del volume sistolico
Aumento del volume diastolico
Aumento della lunghezza
delle fibre
Controllo estrinseco del cuore
Il controllo estrinseco del cuore è legato
al sistema nervoso autonomo come già
detto e quindi alle afferenze simpatiche
che aumentano la contrattilità atriale e
ventricolare e la frequenza cardiaca.
L’attività cardiaca è inoltre soggetta al controllo da
* Changes in TH status influence cardiac action by three
parte
di ormoni
come gli ormoni della midollare del
different
routes:
surrene
(adrenalina soprattutto e noradrenalina) nelle
1. The biologically relevant TH, T3, exerts a direct
risposte d’allarme, della tiroide* (aumentano la
effect on cardiac myocytes by binding to nuclear
frequenza
di scarica influencing
inducendo tachicardia
e inoltre
T3 receptors
cardiac gene
expression
promuovono
vasodilatazione), dell’insulina e del
2. T3 may influence the sensitivity of the
glucagone.
sympathetic system
T3 leads to hemodynamic alterations in the
Inoltre:
periphery that result in increased cardiac filling
3.
Ipossiaand
induce
aumento della
contrattilità
e della
modification
of cardiac
contraction.
frequenza cardiaca
Ipercapnia stimola la frequenza cardiaca attraverso
l’attivazione dei chemocettori periferici
Quali sono i chemocettori che determinano una variazione
della frequenza cardiaca?
Soglia di
attivazione dei
chemocettori
pO2 < 80mmHg
pCO2 > 40mmHg
pH < 7.4
I chemocettori attivati
determinano un aumento
dell’attività respiratoria ed
una scarica simpatica a livello
cardiaco, ma anche un aumento
della pressione arteriosa.
GC
FC
-
↑ vago
VS
+
+
+
↑ simpatico
↑ VTD
↑ adrenalina surrenalica
+
+
↑ RV
In conclusione quindi possiamo definire:
VS= VTD – VTS
dove VS= volume sistolico eiettato
VTD= volume tele-diastolico, cioè volume
ventricolare alla fine del riempimento (ca 150ml)
VTS= volume tele-sistolico, cioè volume
ventricolare residuo (ca 50-60ml)
Il VS può variare in funzione delle due variabili.
Vediamo come.
VS=VTD-VTS
+
-
VS
VTD
+
Pre-carico
(meccanismo
Frank-Starling
che aumenta VS
all’aumentare del
ritorno venoso)
VTS
+
Post-carico
(riduzione di VS
all’aumentare della
pressione aortica
che si oppone allo
svuotamento del
ventricolo)
Contrattilità
(una forte attività
simpatica aumenta la
forza di contrazione e
riduce quindi il volume
residuo aumentando il
volume sistolico)
Shock circolatorio
Si conoscono 4 tipi diversi di shock circolatorio:
Ipovolemico: causato da perdita massiva di volume
plasmatico (es. emorragia grave)
Cardiogeno: riduzione della gittata per insufficienza
cardiaca
Vasogeno: distinto in settico e anafilattico e legato ad
una massiccia vasodilatazione periferica indotta da
sostanze vasodilatanti
Neurogeno: causato da massiccia vasodilatazione
periferica indotta da perdita di tono simpatico
