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PRINCIPI DELL'ELETTROCARDIOGRAMMA - CAP 1

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Capitolo 1. PRINCIPI DELL’ELETTROCARDIOGRAMMA
SISTEMA DI REGISTRAZIONE. Il cuore è un muscolo particolare che ha la capacità di generare impulsi elettrici in grado di provocarne la contrazione ritmica. Questi impulsi originano nel
sistema di conduzione del cuore e, da qui, si propagano agli atri e ai ventricoli.
L’elettrocardiogramma (ECG) è la registrazione grafica dell’attività elettrica del cuore. Questa attività ha un basso voltaggio; tuttavia, poiché l’organismo è costituito in alta percentuale da acqua
nella quale sono disciolti numerosi elettroliti in grado di trasportare cariche elettriche, l’attività elettrica del cuore viene trasmessa attraverso tutto il corpo ed è quindi registrabile alla sua superficie.
In termini di intensità e direzione, l’attività elettrica registrata a livello della superficie corporea
corrisponde alla media delle depolarizzazioni e delle ripolarizzazioni che si producono in un dato
momento nelle cellule cardiache e rappresenta pertanto un’approssimazione abbastanza precisa e
riproducibile dell’attività elettrica netta del cuore.
L’ECG si ottiene utilizzando un elettrocardiografo (Fig. 1-1), costituito da diversi elettrodi capaci di rilevare i potenziali elettrici del cuore in vari punti della superficie corporea e collegati
a un sistema di registrazione. Quest’ultimo riporta i dati su un foglio di carta millimetrata che,
scorrendo a una velocità stabilita, permette di calcolare la durata (tempo) e l’ampiezza (voltaggio)
di ogni onda. I collegamenti dell’apparecchio sono realizzati in modo che una deflessione verso
l’alto indica un potenziale positivo e una deflessione verso il basso un potenziale negativo.
Nell’elettrocardiografo, è possibile selezionare la velocità di scorrimento della carta (10, 25, 50
e 100 mm/s), la calibrazione (5, 10 e 20 mm/mV) e le derivazioni che si registrano in un dato
momento. Gli elettrodi non vengono posizionati casualmente ma in punti prestabiliti, al fine di
conseguire una standardizzazione che consente di ottenere elettrocardiogrammi identici in tutte le
loro parti e dati tra loro confrontabili.
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Posizionando gli elettrodi, è possibile ottenere 12 derivazioni (Fig. 1-1) che registrano simultaneamente l’attività elettrica del cuore. In altre parole, si osserva il medesimo fenomeno da 12
posizioni differenti.
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! ! ! !! FIGURA 1-1. Posizione degli elettrodi
delle diverse derivazioni.
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Oltre alle 12 derivazioni standard (3 bipolari degli arti, 3 unipolari degli arti e 6 unipolari precordiali), esistono anche derivazioni esofagee, derivazioni per terapia intensiva (impiegate nelle unità
di terapia speciale) e derivazioni intracardiache.
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DERIVAZIONI DEL PIANO FRONTALE O DEGLI ARTI. Esistono 6 derivazioni degli
arti o del piano frontale: 3 derivazioni degli arti (I, II e III) e 3 derivazioni degli arti aumentate
(aVR, aVF e aVL).
Le derivazioni degli arti sono quelle che scelse originariamente Einthoven nel 1901 per registrare i potenziali elettrici nel piano frontale. Gli elettrodi vengono applicati sul braccio sinistro (LA),
sul braccio destro (RA) e sulla gamba sinistra (LL). Tutti gli elettrocardiografi sono inoltre dotati
di un elettrodo per la gamba destra (RL) e della derivazione corrispondente, che funge da messa a
terra e non produce alcun tracciato elettrocardiografico.
Nota importante: gli elettrodi devono essere posizionati al di sopra del polso o della caviglia; in caso
di amputazione, a livello del moncone. Per un adeguato contatto degli elettrodi con la cute, si ricorre
all’applicazione di una pasta o di un gel speciale o all’applicazione di alcol.
Le derivazioni degli arti sono bipolari in quanto registrano la differenza di potenziale elettrico
tra due poli, positivo e negativo; si definisce asse della derivazione la linea che unisce tali poli
(ciascuna linea è suddivisa in due metà, una positiva prossima al polo positivo e una negativa
prossima al polo negativo):
• Derivazione I: differenza di potenziale tra braccio sinistro e braccio destro (LA - RA).
• Derivazione II: differenza di potenziale tra gamba sinistra e braccio destro (LL - RA).
• Derivazione III: differenza di potenziale tra gamba sinistra e braccio sinistro (LL - LA).
Secondo la concezione di Einthoven, il corpo umano è costituito da un conduttore di grande volume al cui centro è presente una sorgente di attività elettrica, rappresentata dal cuore. Sebbene
questa idea non sia completamente esatta, essa aiuta a comprendere come l’attività elettrica del
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cuore origini in un punto, il teorico “centro elettrico cardiaco”. In base a questa concezione, posizionando gli elettrodi su braccio destro, braccio sinistro e gamba sinistra (o, secondo Einthoven,
anche su spalla destra, spalla sinistra e pube) e congiungendo gli assi delle derivazioni bipolari, si
ottengono i tre lati di un triangolo equilatero (triangolo ipotetico di Einthoven), al cui centro è
situato il cuore (Fig. 1-2). Il polo positivo delle derivazioni degli arti si trova a livello di braccio
sinistro (I) o gamba sinistra (II, III).
Le caratteristiche del triangolo di Einthoven sono le seguenti:
• È equilatero.
•
•
•
•
I suoi tre lati (I, II e III) sono equidistanti dal cuore.
I suoi tre vertici corrispondono alle radici degli arti: spalla destra, spalla sinistra e pube.
Il triangolo rappresenta il piano frontale che passa per il centro del cuore.
Tutti i vettori che rappresentano l’attività elettrica cardiaca originano dal centro elettrico del
cuore, ossia dal centro del triangolo.
Se si traslano i tre lati del triangolo di Einthoven verso il centro dello stesso, si ottiene un sistema
di riferimento triassiale che, senza alterare la relazione matematica tra le diverse derivazioni,
permette di proiettare più facilmente i vettori su ciascuno degli assi delle derivazioni.
Anche se Buerger ha dimostrato successivamente che il triangolo di Einthoven non si adatta alla realtà
anatomica (i suoi poli non costituiscono un triangolo equilatero, ma scaleno, e il cuore non occupa il
centro dello stesso), per comprendere i concetti teorici dell’elettrocardiografia si dimostra molto più utile
questo sistema di riferimento.
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eI
az
riv
ion
I
De
az
ion
riv
eI
De
II
Derivazione I
Assi delle derivazioni
bipolari: sistema triassiale
FIGURA 1-2. Derivazioni bipolari (piano frontale). A) Triangolo di Einthoven e B) Sistema
triassiale.
Queste derivazioni registrano solo differenze di potenziale elettrico, ma non il potenziale assoluto
presente in un punto determinato della superficie corporea. A tal fine, basandosi sull’idea di Einthoven secondo la quale il cuore si trova al centro di un triangolo equilatero, Wilson ideò delle
nuove derivazioni degli arti in grado di registrare i potenziali assoluti, nonché qualsiasi fenomeno
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elettrico rilevato nella regione miocardica sottostante. Per ottenere queste derivazioni, è necessario disporre di un punto a potenziale 0 con il quale confrontare i voltaggi ottenuti. Questo punto
a potenziale 0 (chiamato terminale centrale) si ottiene unendo i 3 elettrodi situati alle estremità
(LA+RA+LL) mediante resistenze di 5000 W. L’asse delle derivazioni si ottiene unendo ciascun
elettrodo positivo (braccio sinistro, braccio destro e gamba sinistra) al punto a potenziale 0 (terminale centrale) che funge da elettrodo indifferente; in questo modo, l’appaiamento dell’elettrodo
indifferente a un elettrodo positivo consente di considerare la relativa derivazione come bipolare.
Inoltre, in questo caso, ogni derivazione viene suddivisa dal suo punto di mezzo in una parte positiva e una negativa. Le derivazioni degli arti (VR, VF e VL), attraverso una tecnica incorporata
nell’elettrocardiografo da Goldberger, presentano un’ampiezza di voltaggio aumentata del 50%
circa. Nella loro denominazione, la lettera “a” indica un potenziale aumentato mentre la lettera
“V” indica una derivazione unipolare (terminologia precedente: derivazioni monopolari degli arti):
• Derivazione aVR: elettrodo positivo sul braccio destro.
• Derivazione aVL: elettrodo positivo sul braccio sinistro.
• Derivazione aVF: elettrodo positivo sulla gamba sinistra.
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Le derivazioni degli arti (I, II e III) presentano una relazione matematica con le derivazioni degli arti
aumentate (aVR, aVF e aVL) del piano frontale (Fig. 1-3). Sono situate all’interno del triangolo di
Einthoven, in modo tale che le derivazioni I, II e III formano i tre lati e le derivazioni aVR, aVF e aVL
i tre vertici del triangolo. Nelle derivazioni degli arti aumentate, il polo positivo è situato all’estremità
sopra indicata, mentre nel caso delle derivazioni degli arti è situato a livello del braccio sinistro (I) o
della gamba sinistra (II, III). Le derivazioni sono perpendicolari due a due. Se al sistema triassiale si aggiungono gli assi delle derivazioni aVR, aVL e aVF, anch’esse situate nel piano frontale, si ottiene un
sistema di riferimento esassiale (con 6 derivazioni che si intersecano in un unico punto), in cui ogni
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derivazione ha una parte positiva e una negativa e il limite tra queste due parti corrisponde al centro
dell’asse di ciascuna derivazione, coincidente con il centro elettrico del cuore (Fig. 1-3).
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⊕
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⊕
⊕
⊕
⊕
Assi delle derivazioni degli arti
(A: sistema triassiale) e delle derivazioni
degli arti aumentate (B) del piano frontale.
FIGURA 1-3. Derivazioni degli arti. Sistema
esassiale. Si ottiene un sistema esassiale
aggiungendo al sistema triassiale (A) gli assi delle
derivazioni aVR, aVF e aVL.
⊕
⊕
⊕
I (0º)
⊥ aVF (90º)
II (60º) ⊥ aVL (-30º)
III (120º) ⊥ aVR (-150º)
Sistema esassiale
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Come verificare la corretta posizione degli elettrodi? In base alla relazione esistente tra le derivazioni
del piano frontale e conosciuta come legge di Einthoven, il potenziale registrato nella derivazione II è
uguale alla somma dei potenziali registrati nelle derivazioni I e III. Questa relazione si basa sulla legge
delle tensioni di Kirchoff, secondo la quale la somma totale delle forze di tensione agenti tra i diversi
punti di un circuito è uguale a zero.
(LL - RA) = (LA - RA) + (LL - LA) = II = I + III
Ciò si dimostra utile per rilevare eventuali errori nel posizionamento degli elettrodi:
→ Se le derivazioni I e III sono positive, deve esserlo necessariamente anche la derivazione II, con voltaggio simile alla somma dei voltaggi delle prime due.
→ Se le derivazioni I e III sono negative, deve esserlo anche la derivazione II, con voltaggio simile alla
somma dei voltaggi delle prime due.
→ Se gli elettrodi sono stati posizionati correttamente e l’onda P è positiva in aVR o aVL o il complesso
QRS è positivo in aVR, ciò indica la presenza di un ritmo anomalo. Variando la posizione degli elettrodi
degli arti, la registrazione delle derivazioni precordiali non subisce alterazioni in quanto il potenziale dell’elettrodo indifferente corrisponde alla somma dei potenziali dei 3 elettrodi degli arti.
DERIVAZIONI PRECORDIALI. Esistono anche 6 derivazioni nel piano orizzontale del torace, chiamate derivazioni precordiali (Fig. 1-4), che sono di tipo bipolare (si utilizza un elettrodo
indifferente a potenziale 0, chiamato terminale centrale di Wilson, al quale vengono “appaiati”
elettrodi di superficie positivi collocati nella regione toracica):
• V1 lungo la linea parasternale destra
(4o spazio intercostale).
• V2 lungo la linea parasternale sinistra
(4o spazio intercostale).
• V3 a metà distanza tra V2 e V4.
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• V4 lungo la linea medioclaveare
(5o spazio intercostale).
• V5 lungo la linea ascellare anteriore
(5o spazio intercostale).
• V6 lungo la linea ascellare media
(5o spazio intercostale).
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In situazioni particolari (destrocardia, infarto destro), è possibile posizionare gli elettrodi sulla
parte destra del torace (da V3R a V6R); di norma si utilizzano le posizioni V3R (stessa posizione di
V3 ma sull’emitorace destro) e V4R (stessa posizione di V4 ma sull’emitorace destro). In caso di
infarto posteriore, è possibile collocare gli elettrodi nelle posizioni posteriori V7-9 (V7 sulla linea
ascellare posteriore, V8 sulla linea scapolare posteriore e V9 sul bordo sinistro del rachide).
POSTERIORE
Ventricolo
sinistro
Ventricolo
destro
ANTERIORE
AN
ORE
Gli assi delle derivazioni precordiali nel piano
orizzontale sono situati: V1 a 115º, V2 a 94º, V3
a 58º, V4 a 47º, V5 a 22º e V6 a 0º.
Il centro del cuore nel piano orizzontale
si trova sul lato sinistro.
FIGURA 1-4. Derivazioni precordiali (piano orizzontale).
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DERIVAZIONI PER TERAPIA INTENSIVA. Nelle unità di terapia intensiva è comune
ricorrere al monitoraggio continuo utilizzando una derivazione toracica bipolare modificata.
L’elettrodo positivo viene posizionato nella sede abituale di V1 e l’elettrodo negativo vicino alla
spalla sinistra. Un terzo elettrodo, che funge da messa a terra, viene in genere posizionato sulla
spalla destra (Fig. 1-5). Il tracciato ottenuto può essere assimilato a quello prodotto da una derivazione precordiale V1 modificata (MCL1) ed è molto utile per valutare l’eventuale presenza
di aritmie; tuttavia, se si desidera monitorare eventuali segni di ischemia (alterazioni di ST-T) è
preferibile collocare l’elettrodo positivo nella posizione V4 o V5 (MCL4, MCL5).
Messa
a terra
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FIGURA 1-5. Derivazione precordiale modificata. Per monitorare il ritmo cardiaco
utilizzando abitualmente l’elettrodo positivo MCL1.
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ELETTROFISIOLOGIA DELLA CELLULA MIOCARDICA. Abbiamo visto che l’ECG registra l’attività elettrica cardiaca attraverso elettrodi posizionati sulla superficie del corpo. L’origine di questa attività risiede nelle cellule miocardiche capaci di contrarsi (depolarizzazione) e di
rilasciarsi (ripolarizzazione), nonché nel tessuto di conduzione specializzato (responsabile della
generazione e della propagazione degli impulsi elettrici). A ogni battito cardiaco si produce una
sequenza ripetuta che ha inizio nel nodo senoatriale (SA), dove ha origine l’impulso cardiaco,
si propaga attraverso gli atri e il nodo atrioventricolare (AV) e, infine, attraverso il sistema di
His-Purkinje, giunge ai ventricoli che rispondono contraendosi in maniera sincrona, facilitando il
pompaggio del sangue attraverso il sistema circolatorio.
L’elettrocardiografia si basa, pertanto, sul comportamento dei potenziali di azione (depolarizzazione e ripolarizzazione) delle cellule cardiache. Come si può intuire, è importante conoscere le
caratteristiche elettrofisiologiche delle cellule cardiache, dal momento che la presenza di un ritmo
cardiaco normale dipende dalla normale produzione di potenziali d’azione (un’alterazione nella
generazione di questi potenziali favorisce l’insorgenza di disturbi del ritmo cardiaco).
Le caratteristiche elettrofisiologiche delle cellule cardiache sono: eccitabilità, conduzione, refrattarietà e automatismo.
Eccitabilità. Le cellule cardiache sono caratterizzate dalla loro capacità di eccitarsi, ossia di rispondere a stimoli esterni (chimici, termici, meccanici o elettrici) attraverso la generazione di una
risposta elettrica (o potenziale d’azione cardiaco) e, successivamente, propagare tale risposta
allo scopo di contrarsi. Poiché la membrana cellulare separa due ambienti acquosi (intracellulare
ed extracellulare) a differente concentrazione ionica, tra i due lati della membrana esiste una dif-
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ferenza di potenziale chiamata potenziale di membrana (Em). Il potenziale di membrana nella
cellula cardiaca a riposo viene denominato potenziale di riposo.
Il potenziale di riposo delle cellule muscolari atriali e ventricolari, nonché quello del sistema di
His-Purkinje oscilla tra -80 e -90 mV, mentre nelle cellule dei nodi SA e AV varia tra -65 e -50 mV.
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Il principale ione responsabile del potenziale di riposo è K+, in quanto la sua concentrazione
intracellulare è in un rapporto di 30:1 rispetto alla concentrazione extracellulare, per cui lo ione
tende a uscire dalla cellula secondo gradiente. Gli ioni Na+, Ca2+ e Cl- presentano un gradiente
opposto dal momento che le loro concentrazioni sono più elevate nell’ambiente extracellulare;
tuttavia, poiché la membrana delle cellule cardiache è meno permeabile a questi ioni, essi contribuiscono solo in misura limitata al mantenimento del potenziale di riposo. Questi gradienti di
concentrazione sono mantenuti grazie alla presenza di meccanismi di trasporto attivo responsabili dell’uscita del Na+ (pompa Na+-K+ ATPasi o pompa del sodio) e dell’uscita del Ca2+ (scambiatore Na+ - Ca2+).
La domanda che bisogna porsi è la seguente: come fanno le cellule miocardiche a generare una
risposta elettrica? La risposta risiede nella capacità di queste cellule di produrre correnti ioniche attraverso l’apertura o la chiusura di canali che attraversano a tutto spessore la membrana
e che sono responsabili di variazioni del potenziale di membrana. A questo riguardo, è noto
che, quando si verifica un ingresso di Na+ o Ca2+ nella cellula, questa si depolarizza in quanto
il potenziale di membrana diventa meno negativo, mentre quando si verifica una fuoriuscita di
K+ o un ingresso di Cl-, si facilita la ripolarizzazione poiché il potenziale di membrana diventa
più negativo.
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L’eccitazione delle cellule cardiache ha luogo quando uno stimolo è in grado di ridurre il potenziale
di membrana fino a un livello critico (potenziale soglia). Il potenziale soglia delle cellule miocardiche
atriali e ventricolari è prossimo a -60 mV, mentre quello delle cellule dei nodi SA e AV è vicino a -40
mV. Se il potenziale di riposo è prossimo al potenziale soglia, la cellula sarà in grado di rispondere
a stimoli relativamente deboli; viceversa, se il potenziale di riposo si allontana dal potenziale soglia,
saranno necessari stimoli più intensi per determinare l’attivazione e la risposta della cellula. Questa
proprietà spiega perché non sia necessaria una ripolarizzazione completa della membrana fino al valore di riposo (-90 o -60 mV) prima che la cellula possa essere stimolata andando incontro a una nuova
depolarizzazione.
Pertanto, il potenziale d’azione cardiaco (Figg. 1-6a e b) è la rappresentazione schematica delle
variazioni che subisce il potenziale di membrana di una cellula cardiaca durante la depolarizzazione e la ripolarizzazione. Nel potenziale d’azione cardiaco si distinguono cinque fasi:
1 Fase 0 di depolarizzazione rapida, che dura da 0,5 a 2 millisecondi. La fase 0 definisce
l’ampiezza del potenziale d’azione cardiaco. In seguito a uno stimolo, si producono modificazioni di conformazione delle proteine di membrana, a cui conseguono l’apertura dei
canali del Na+ dipendenti dal voltaggio che determinano una corrente rapida di ingresso
di ioni Na+ chiamata INa (nelle cellule muscolari atriali e ventricolari e nel sistema di HisPurkinje) e l’apertura dei canali del Ca2+ che determinano una corrente lenta di ingresso di
ioni Ca2+ chiamata ICaL attraverso i canali di tipo L (nelle cellule dei nodi SA e AV). In questo
modo, il potenziale di membrana raggiunge il potenziale soglia, aumenta a valori di circa -65
mV (o -50 mV nei nodi) rispetto al potenziale di riposo di -90 mV (-60 mV nei nodi) e, in
seguito alla generazione di un flusso di ingresso massivo di ioni Na+ (o Ca2+) all’interno della
cellula, si produce una depolarizzazione della membrana fino a un valore di +20 o +30 mV.
Quando la cellula si depolarizza, inizia a contrarsi. I canali del Na+ dipendenti dal voltaggio
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restano aperti per 1 o 2 ms e successivamente entrano in uno stato di inattivazione (stato
chiuso non conducente).
I canali rapidi del Na+ sono bloccati dagli agenti antiaritmici di classe I, come la chinidina o la lidocaina, mentre i canali lenti del Ca2+ sono bloccati dagli antiaritmici di classe IV, come il verapamil, il
diltiazem o le diidropiridine.
2 Fase 1 di ripolarizzazione rapida precoce, responsabile della morfologia a punta del po-
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tenziale d’azione di alcune cellule cardiache (importante solo nelle cellule muscolari atriali,
ventricolari e di Purkinje). Questa fase inizia con l’inattivazione dei canali rapidi del Na+ (INa)
e l’apertura di due canali di uscita del K+, che generano correnti di uscita (una corrente
transitoria ad attivazione e inattivazione rapida, importante nelle cellule atriali e ventricolari
e chiamata Ito, e una corrente ultrarapida rettificatrice tardiva presente solo nelle cellule
atriali e chiamata IKur). In seguito a questi eventi, il potenziale di membrana si avvicina a +10
mV.
3 Fase 2 di ripolarizzazione lenta o fase di plateau, in cui la velocità di ripolarizzazione si riduce considerevolmente. Questa fase rende conto della lunga durata del potenziale d’azione
cardiaco e consente alla cellula di terminare la contrazione e iniziare il rilasciamento. La fase
di plateau è dovuta al raggiungimento di un equilibrio tra due correnti di ingresso degli ioni
Na+ e Ca2+ (una corrente lenta di ingresso del Na+ chiamata INaL, attraverso una piccola frazione dei canali del sodio inattivati in maniera incompleta alla fine della fase 0, e una corrente del
Ca2+ chiamata ICaL attraverso i canali di tipo L) e tre correnti rettificatrici tardive di uscita
degli ioni K+ (ad attivazione ultrarapida -IKur, rapida -IKr e lenta -IKs). In questa fase predomina
la corrente di ingresso del Ca2+ attraverso i canali lenti (a inattivazione più tardiva rispetto ai
canali del Na+ ), che innesca la contrazione cardiaca. Infatti, questo ingresso di ioni Ca2+ sti-
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mola i recettori della rianodina (R e R2) situati sulla superficie del reticolo sarcoplasmatico e
determina la liberazione di Ca2+ da questo organulo al citosol, a livello del quale lo ione si lega
alla troponina C dando inizio alla contrazione. Questo evento è all’origine dell’accoppiamento
tra eccitazione elettrica e risposta contrattile (accoppiamento elettromeccanico). La liberazione
del Ca2+ nel citosol inattiva il canale del Ca2+, impedendo un ingresso eccessivo dello ione nella
cellula. La lenta velocità di ripolarizzazione fa sì che il potenziale di membrana si mantenga
attorno a 0 mV.
4 Fase 3 di ripolarizzazione finale, in cui aumenta la velocità di ripolarizzazione e il potenziale
di membrana raggiunge nuovamente i suoi valori iniziali di riposo. In questa fase si inattivano
i canali lenti di ingresso del Na2+ e del Ca2+ e si attivano completamente i canali di uscita
del K+ attivati durante la fase 2. Alla fine della fase 3, si attivano altre tre correnti di uscita
del K+ (IK1, corrente che ripolarizza la membrana fino al potenziale di riposo presente prima
dell’eccitazione della cellula e la cui densità è maggiore nei miociti ventricolari rispetto a
quelli atriali, ma identica tra cellule subepicardiche, subendocardiche e M ventricolari; IKATP,
generata dai canali attivati in seguito alla riduzione dei livelli cellulari di ATP; infine una corrente generata da canali accoppiati a proteine G inibitorie e attivati dall’acetilcolina – IKACh – o
dall’adenosina – IKAdo – in seguito all’attivazione dei rispettivi recettori M2 e A1; l’attivazione
di quest’ultima corrente nelle cellule atriali iperpolarizza la membrana e riduce marcatamente
la durata del potenziale d’azione). Alla fine della fase 3, malgrado il ripristino del normale
potenziale di riposo, all’interno della cellula si riscontrano un eccesso di ioni Na+ e una deplezione di ioni K+. Questa situazione stimola l’attività della pompa Na+-K+ ATPasi, che espelle
ioni Na+ e introduce ioni K+.
5 Fase 4, corrispondente all’intervallo diastolico compreso tra la fine di un potenziale d’azione e l’inizio del successivo. Nelle cellule ventricolari e atriali, prive di automatismo, la fase
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4 è pianeggiante (isoelettrica) e dipende dall’attivazione della pompa Na+-K+ ATPasi (per
ogni 3 ioni Na+ espulsi, entrano 2 ioni K+) e dello scambiatore Na+-Ca2+ (NCX1:3Na+:1Ca2+),
che ripristinano le concentrazioni ioniche ai due lati della membrana. È importante ricordare
che la direzione di movimento di questi ioni (verso l’interno o verso l’esterno) dipende sia dal
potenziale di membrana sia dal gradiente ionico. Quando il potenziale di membrana è negativo
(ad es., durante le fasi 3 e 4 del potenziale d’azione), il canale NCX1 trasporta Ca2+ all’esterno
e facilita l’ingresso di Na+ all’interno della cellula, mentre quando la cellula si depolarizza (fasi
0, 1 e 2 del potenziale d’azione), lo scambiatore funziona in direzione opposta (ossia lo ione
Na+ esce dalla cellula e lo ione Ca2+ entra). In altre parole, lo scambiatore NCX1 contribuisce
anche all’ingresso di Ca2+ durante la fase di plateau del potenziale d’azione.
Nelle cellule dei nodi SA e AV e in quelle del sistema di His-Purkinje, provviste di automatismo, la fase 4 è inclinata e dipende dal numero di canali del Na+ (nel sistema His-Purkinje)
o del Ca2+ (nei nodi) che si trovano allo stato di riposo e sono quindi disponibili per iniziare una
lenta depolarizzazione diastolica spontanea, dovuta al fatto che, quando la membrana raggiunge il potenziale di riposo, tali canali si mantengono aperti. Questa depolarizzazione dipende
da un equilibrio tra la riduzione delle correnti di uscita del K+ e l’attivazione di varie correnti
di ingresso.
Nelle cellule del sistema di His-Purkinje, questo equilibrio implica la riduzione progressiva
delle correnti di uscita del K+ (IK1) e l’attivazione prolungata di una corrente lenta di ingresso
di Na+ (If) che si attiva a potenziali di membrana compresi tra -40 e -100 mV.
Nelle cellule dei nodi, l’equilibrio si produce tra la riduzione delle correnti di uscita del K+
e l’attivazione di varie correnti di ingresso: inizialmente una corrente di background del Na+
(Ib), seguita da una corrente lenta di Na+ che si attiva a valori di iperpolarizzazione compresi
tra -40 e -65 mV (If) e raggiunge la massima intensità a -100 mV, permettendo di spostare il
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