IL CICLO CARDIACO
Eventi meccanici che caratterizzano il
funzionamento del cuore. La durata normale di
un ciclo è di 0.8 s a riposo: 1/3 è occupato dalla
fase sistolica e 2/3 dalla fase diastolica. La
frequenza cardiaca è il reciproco della durata
del ciclo (però espresso al minuto) e varia fra
individui diversi e in diverse condizioni.
0.8 s = 800 ms
60.000/800=75 bpm (battiti/min)
Ciclo cardiaco: durata 0.8 s
Sistole 38.7%
Diastole 61.2%
Durata ciclo 0.80
Sistole atriale 13.8%
Sistole isometrica 8.3%
Durata sistole 0.31
Efflusso rapido 11.3%
Diastasi 23.8%
Efflusso lento 18.3%
Protodiastole 5%
Durata diastole 0.49
Riempimento rapido 13.8%
Diastole isometrica 10%
La sistole si suddivide in: sistole isovolumetrica,
eiezione rapida, eiezione lenta, protodiastole.
La diastole si suddivide in: diastole
isovolumetrica, riempimento rapido, riempimento
lento (diastasi), sistole atriale.
Per il ventricolo sinistro vanno analizzate le
curve di: ECG (per riferimento), pressione
ventricolare (PV), pressione aortica (PAo),
pressione atriale sinistra (PAt), volume
ventricolare, flusso aortico (FAo),
fonocardiogramma.
IL CICLO CARDIACO
Pressione
Flusso
Pressione
Volume
aortico
atriale
ventricolare
aortica
ventricolare
Fonocardiogramma
SISTOLE ISOVOLUMETRICA: l'inizio coincide
con l'onda R dell'ECG; la valvola semilunare è
chiusa e la mitrale si chiude immediatamente (I°
tono): il ventricolo diventa una camera chiusa;
rapido aumento di PV dai valori telediastolici (68 mmHg) al valore della PAo (80 mmHg); finisce
quando si apre la valvola semilunare aortica; la
PAt subisce una piccola onda bifasica; il volume
ventricolare non varia; il FAo è zero.
La velocità di salita della PV nella sistole
isovolumetrica (derivata prima = DP/Dt)
dipende dalla contrattilità miocardica ed è
usata come indice di contrattilità: es. la
stimolazione del simpatico la fa aumentare,
l’ischemia la fa diminuire
EIEZIONE RAPIDA: inizia all'apertura della valvola aortica;
La PV continua ad aumentare, fino al massimo (120 mmHg);
aumenta anche la PAo, che si mantiene leggermente al di
sotto della PV; Il FAo raggiunge rapidamente il massimo;
vengono espulsi circa i 3/4 della gittata sistolica
Il valore massimo raggiunto dalla PV (e anche dalla PAo)
dipende: a) dalla gettata sistolica; b) dalla compliance del letto
arterioso (Ca), in particolare alla radice dell’aorta; c) in misura
minore dalle resistenze periferiche totali (RPT)
L’insieme di Ca e RPT costituisce il postcarico per il cuore e
stabilisce l’impedenza d’ingresso dell’aorta
L’impedenza d’ingresso dell’aorta (del sistema arterioso) è
importante per l’”accoppiamento meccanico” cuore-vasi.
Se questo è ottimale, l’energia spesa nel trasferimento del
sangue dal cuore all’aorta è minimizzata.
Si chiama “adattamento d’impedenza” (impedance coupling;
matching) qualunque intervento che migliori questa condizione
Esempi: 1) se dai un calcio ad una palla di pietra, la palla non si
muove e ti spacchi il piede; se la palla è elastica, il calcio la fa
partire e il piede non subisce un trauma eccessivo; se la palla è
troppo elastica, non riesci a farla correre
2) Per percepire i rumori generati dal cuore (toni cardiaci) è
necessario appoggiare l’orecchio al torace oppure usare uno
strumento (stetoscopio o fonendoscopio) che ha la funzione di
adattare l’impedenza del mezzo di trasmissione del suono
(aria) a quello di produzione e di percezione (acqua)
È difficile calcolare l’impedenza aortica e valutare
l’accoppiamento cuore/vasi. Si ritiene tuttavia che
l’allenamento aerobico migliori l’accoppiamento, favorendo
l’ipertrofia dello strato elastico delle arterie
EIEZIONE LENTA: la velocità di eiezione si riduce molto;
La PV non aumenta più e poi comincia a scendere; la PAo
raggiunge e supera di poco la PV; si completa l'eiezione
sistolica; nel ventricolo rimane il volume telesistolico (in
genere, circa 60 ml: non vi è mai svuotamento completo); la
PAt aumenta lentamente.
Incisura dicrota: si
propaga lungo tutte le
arterie
La causa del “sorpasso” della PAo sulla PV si deve
individuare nella intensa dinamicità di questa fase: il
sangue è fortemente accelerato nell’aorta durante
l’eiezione rapida, ma nella fase successiva è decelerato,
per cui una certa quantità di energia cinetica si
trasforma, nel bulbo dell’aorta, in energia potenziale
(pressione). Il “sorpasso” è solo apparente e non influenza
il gradiente di pressione.
Domanda: se il gradiente di pressione apparente è
invertito, quando e con quale meccanismo si chiude la
valvola semilunare?
In questo (breve) momento entrambe le pressioni stanno
scendendo. Inizialmente, la velocità di caduta della
pressione è la stessa, ma arriva il momento in cui la PV
cade più rapidamente della PAo e questo fa chiudere la
valvola.
Fattori che determinano la velocità di caduta di PV:
rimozione del Ca2+ dal sarcoplasma (fattore lusitropo). È
aumentata dalla stimolazione del simpatico; è diminuita
dall’ischemia
Fattori che determinano la velocità di caduta di PAo: la
pressione arteriosa scende durante la diastole in modo
esponeziale, secondo una costante di tempo t=R*C
R = resistenze periferiche totali
C = compliance arteriosa
R = resistenze periferiche totali: sono regolate momento
per momento dai riflessi che controllano la pressione
arteriosa
C = compliance arteriosa: cambia poco o nulla a breve
termine, ma si riduce con l’età. Migliora con l’allenamento
aerobico
La costante di tempo t è utilizzata per stimare la gettata
sistolica sulla base dell’onda di pressione arteriosa (onda
sfigmica)
PROTODIASTOLE: è l'istante in cui la
PV cade più rapidamente della PAo; Il
FAo diventa zero e tende ad invertirsi;
l'iniziale reflusso di sangue dall'aorta al
ventricolo fa chiudere la valvola
semilunare (II° tono); compare l'incisura
dicrota sulla PAo; il valore di PV e PAo è
inferiore al massimo, ma non è fisso:
dipende dalla velocità di caduta di PV e
PAo.
DIASTOLE ISOVOLUMETRICA:
la PV scende rapidamente; la PAo scende
molto più lentamente; il volume ventricolare
non varia, perché il ventricolo è ancora una
camera chiusa; finisce quando PV diventa più
piccola di PAt e la valvola mitrale si apre:
questo avviene ad una pressione più elevata
di quella di chiusura, perché l'atrio ha
continuato a riempirsi.
RIEMPIMENTO RAPIDO: il volume ventricolare
aumenta rapidamente (circa i 2/3 del riempimento
totale) perché il sangue che si è accumulato nell'atrio
passa rapidamente nel ventricolo; La PV scende ancora
un poco e rimane leggermente inferiore alla PAt: se la
valvola mitrale non si aprisse la PV scenderebbe
ulteriormente fino a valori negativi, dimostrando
l'esistenza di un considerevole gradiente potenziale
di pressione; possibile udire il III° tono cardiaco,
dovuto a turbolenze; Il FAo rimane a zero fino alla
successiva fase di eiezione rapida; la PAo scende
secondo la propria costante di tempo.
PRESSIONE ATRIALE:
È opportuno osservare la curva di PAt: presenta 3 onde,
contraddistinte dalle lettere a, c, v. Queste onde si possono
riconoscere dal pulsare della vena giugulare al collo in un
individuo supino.
ONDA a: è dovuta alla contrazione
atriale. Quando si esaurisce, il gradiente
di pressione atrioventricolare si annulla.
Aumenta di ampiezza con l’aumentare della
frequenza cardiaca (si riduce il tempo di
diastole)
ONDA c: è bifasica.
La prima fase (positiva) è dovuta alla protrusione
dei lembi valvolari verso l’atrio, sotto la spinta
della PV che sta aumentando rapidamente.
La seconda fase (negativa) è dovuta
all’accelerazione dei ventricoli verso i piedi
(battito percepito sulla superficie del torace),
nel momento corrispondente all’eiezione rapida
(principio di azione e reazione); i ventricoli sono
mobili, ma gli atri sono vincolati ai grandi vasi,
per cui vengono stirati in giù e la pressione al
loro interno cala
ONDA v: partendo da valori negativi (fine
dell’onda c), la pressione negli atri continua
ad aumentare, perché il sangue che arriva
dalle vene non può entrare nei ventricoli e
distende le pareti atriali, aumentando PAt.
Questo fa aprire le valvole atrioventricolari
a valori più alti di quelli di chiusura e
determina il riempimento ventricolare
rapido, dovuto al trasferimento veloce del
sangue accumulato durante la sistole
venricolare
RIEMPIMENTO LENTO:
la durata di questa fase, detta anche
diastasi, è variabile, e dipende dalla
frequenza cardiaca; si completa il
riempimento ventricolare; PAt e PV
aumentano in maniera esponenziale, ma
normalmente molto poco perché la
complianza ventricolare in diastole è
elevata.
SISTOLE ATRIALE: prima del ventricolo, si contrae
l'atrio: la PAt aumenta un poco, e così pure la PV; il
volume ventricolare aumenta del 10% circa. IV° tono.
Il contributo al riempimento ventricolare della sistole
atriale è modesto, perché non esistono valvole fra
grandi vene e atrii; il rilasciamento dell'atrio, che
avviene prima dell'inizio della contrazione ventricolare
(per il ritardo di conduzione AV), inverte il gradiente
di pressione; i lembi della valvola mitrale si allontanano
dalle pareti dell'orifizio, predisponendosi alla chiusura;
questo contribuisce ad impedire un rigurgito quando la
PV comincia a salire rapidamente, per cui di fatto il
contributo della contrazione atriale alla gettata
sistolica arriva al 30%.
IL FONOCARDIOGRAMMA: registrazione grafica
dei rumori prodotti dal cuore, detti toni cardiaci
IL primo tono: coincide con la chiusura delle valvole
atrioventricolari. Ha carattere cupo e durata più
lunga (tuuum). È prodotto dalla tensione delle
corde tendinee, che vibrano.
IL secondo tono: coincide con la chiusura delle
valvole semilunari. Ha carattere acuto e durata più
breve (toc). È prodotto dalla brusca distensione
delle pareti arteriose (aorta e polmonare)
coincidente con il “rimbalzo” del sangue sulle
tasche valvolari (onda dicrota)
IL terzo tono: coincide con la fase di riempimento
ventricolare rapido. È prodotta dal flusso
turbolento attraverso gli anelli atrioventricolari.
Udibile solo in presenza di un ritorno venoso
aumentato
IL quarto tono: coincide con la contrazione atriale.
Udibile solo in presenza di rallentato rilasciamento
ventricolare
Le valvole possono essere insufficienti (non
chiudono bene) oppure stenotiche (non aprono
bene). In ogni caso si possono udire soffi diastolici
o sistolici, dovuti al flusso turbolento del sangue
attraverso l’orifizio valvolare non bene aperto o
chiuso.
IL CICLO CARDIACO
ALCUNE OSSERVAZIONI:
il sangue si muove sempre seguendo
gradienti di pressione, non la forza di
gravità. In un individuo in stazione
eretta si può pensare ad una "caduta"
dall'atrio al ventricolo, ma ciò non
avviene perché il sistema circolatorio è
chiuso. Inoltre il ventricolo si riempie
indifferentemente dalla posizione del
corpo.
Il fatto che il riempimento ventricolare avvenga in
due fasi è molto importante, perché permette,
entro certi limiti, l'accorciamento del ciclo
cardiaco (aumento di frequenza) senza
compromettere il riempimento. Le malattie del
miocardio (ischemia) compromettono il
rilasciamento ventricolare, interferendo con la
fase di riempimento rapido.
La funzione delle valvole
atrioventricolari è ottimizzata dalla
presenza delle corde tendinee, ancorate
sui muscoli papillari: questi sono i primi a
contrarsi ed evitano che i lembi valvolari
vengano spinti verso gli atrii dal rapido
aumento di pressione ventricolare.
