ATTIVITA’ MECCANICA DELATTIVITA’ MECCANICA DELCUORECUORE

Il pda cardiaco determina la contrazionemuscolare. La successione di contrazioni erilasciamenti (sistole-diastole) costituisconoil ciclo cardiaco.

Il pda cardiaco determina la contrazionemuscolare grazie al Ca2+ che entra nellacellula durante il plateau del pda e rilasciatodal reticolo sarcoplasmatico (RS).

1. Durante il pda si aprono icanali Ca2+ (2). L’ingresso di Ca2+

stimola la liberazione di Ca2+ dalRS (3-4).5-6. Ca2+ + troponina determinacontrazione muscolare

Accoppiamento elettroAccoppiamento elettro--meccanico nel cuoremeccanico nel cuore

5-6. Ca2+ + troponina determinacontrazione muscolare7. Nella fase di rilasciamento ilCa2+ viene riportato nel RS (8) eespulso dalla cellula in scambiocon il Na+ (9) la cuiconcentrazione è regolata dallapompa ATPasi-Na+/K+ (10).

La forza della contrazione muscolare dipende dal numero diinterazioni actina-miosina, che è regolato dal livello di Ca2+

intracellulare (LEC + RS) = contrattilitàFattori che Ca2+ contrattilità cardiaca, e quindi la forza dicontrazione = Effetto inotropo positivo.

• Effetto inotropo positivo: Catecolamine (Noradrenalina ed Adrenalina) ↑ingresso Ca2+

durante il pda

• Effetto inotropo negativo: Acetilcolina (vago) ↓ingresso Ca2+ durante il pda Farmaci (Calcio antagonisti)↓ingresso Ca2+ durante il pda

Nella contrazione muscolare finalizzata a spostare uncarico (POSTCARICO) si ha:1) fase isometrica, il muscolo sviluppa la tensionenecessaria a vincere la forza esercitata dal carico2) fase isotonica, il muscolo si accorcia e sposta il caricoMaggiore è il carico da spostare maggiore è la tensione chesi deve sviluppare in fase isometrica e minore èl’accorciamento.

La contrazione cardiaca è finalizzata a spingere il sanguenel sistema arterioso. Perché questo avvenga all’internodei ventricoli si deve generare una Pressione maggiore diquella presente nell’aorta e nell’arteria polmonare(POSTCARICO). La P all’interno delle camere cardiache è generata dallatensione sviluppata durante la contrazione.

La contrazione dei ventricoli (sistole) è divisibile in:1) fase isometrica (isovolumetrica): il muscolo sviluppala tensione necessaria a portare la P del ventricolo alvalore necessario per vincere la P presente nell’arteria.2) fase isotonica: il muscolo si accorcia e il sangue vienespinto dal ventricolo all’arteria. L’entitàdell’accorciamento determina il volume di sangue espulsodal ventricolo (gittata sistolica)Anche il rilasciamento muscolare comprende: fase isometrica (isovolumetrica): la tensione (P)diminuisce senza allungamento delle fibre. fase isotonica: le fibre si allungano.

Anche il rilasciamento muscolare comprende: fase isometrica (isovolumetrica): la tensione (P)diminuisce senza allungamento delle fibre. fase isotonica: le fibre si allungano.

La sequenza di contrazione-rilasciamento(sistole-diastole) del cuore viene detta ciclocardiaco (durata circa 800 msec).Lo spostamento del sangue dagli atri ai ventricolie dai ventricoli alle arterie è determinato da unadifferenza di P.

La sequenza di contrazione-rilasciamento(sistole-diastole) del cuore viene detta ciclocardiaco (durata circa 800 msec).Lo spostamento del sangue dagli atri ai ventricolie dai ventricoli alle arterie è determinato da unadifferenza di P.

Inizio rilasciamento ventricolo ↓Pv. Quando Pv<PA, sangue tendea refluire nel ventricolo Chiusura valvole semilunari.Diastole isovolumetrica (↓Pv avolume costante)

Atrio pieno di sangue e ventricoloin rilasciamento. Pa>Pv si aprono levalvole A-V e il sangue è spintonel ventricolo. Riempimento delventricolo (diastole isotonica)

Volume sangue nelventricolo alla fine delladiastole (Volumetelediastolico, VTD) 140 ml

Volume sangue nelventricolo a finesistole 70 ml(Volumetelesistolico VTS)

Riempimentoventricolocompletato dasistole atriale(presistole)

Volume sangue nelventricolo alla fine delladiastole (Volumetelediastolico, VTD) 140 ml

Inizio sistole ventricolo Chiusura valvole A-V.Ventricolo camera chiusa sistole isometrica(isovolumetrica) ↑Tensione = ↑Pv

Pv>PA Aperturavalvole semilunari.Sistole isotonica(accorciamento) espulsione sangue dalventricolo: Gittatasistolica = 70 ml

Volume sangue nelventricolo a finesistole 70 ml(Volumetelesistolico VTS)

• Fase isometrica (isovolumetrica):Valvole semilunari ed atrio-ventricolari chiuse.Ventricolo camera chiusa: le fibre muscolari si rilascianosenza variare la lunghezza. Il volume rimane costante mala T diminuisce ↓Pv• Fase isotonica:Quando Pv < P atrio (Pa) il sangue è spinto nel ventricolo,le valvole-atrio ventricolari si aprono riempimentoventricolo (fibre si allungano, il volume aumenta).Il riempimento è completato dalla Presistole (sistoleatriale) che contribuisce per il 25%. Si raggiunge il VTD.

DIASTOLE (530 msec)DIASTOLE (530 msec)

• Fase isotonica:Quando Pv < P atrio (Pa) il sangue è spinto nel ventricolo,le valvole-atrio ventricolari si aprono riempimentoventricolo (fibre si allungano, il volume aumenta).Il riempimento è completato dalla Presistole (sistoleatriale) che contribuisce per il 25%. Si raggiunge il VTD.

• Fase isometrica o isovolumetrica:Inizio sistole l’iniziale aumento di Pv spinge il sangueverso l’atrio chiusura valvole atrio-ventricolari (I tonocardiaco). Ventricolo camera chiusa (valvole A-V esemilunari chiuse), la contrazione avviene in condizioniisometriche. C’è sviluppo di tensione senza variazioni delvolume ↑Pv (Sn: 5 80 mmHg, Ds: 2 9 mmHg).

SISTOLE (270 msec)SISTOLE (270 msec)

• Fase isotonica:Quando Pv > P arteriosa diastolica (aorta 80 mmHg,arteria polmonare 8 mmHg) apertura valvole semilunari accorciamento fibre muscolari espulsione sangue.Il volume di sangue espulso dal ventricolo ad ogni sistole(GITTATA SISTOLICA) è ~70 ml. Nel ventricolo rimaneil VTS.

• Fase isotonica:Quando Pv > P arteriosa diastolica (aorta 80 mmHg,arteria polmonare 8 mmHg) apertura valvole semilunari accorciamento fibre muscolari espulsione sangue.Il volume di sangue espulso dal ventricolo ad ogni sistole(GITTATA SISTOLICA) è ~70 ml. Nel ventricolo rimaneil VTS.

Gittata sistolica = 70-90 ml.La percentuale di Volume telediastolico (VTD) espulsacome Gittata sistolica (Gs) prende il nome di:

Frazione di eiezione 50% - 70%. (Parametro controllatodai cardiologi per valutare la piena efficienza del cuore).

GSGSVTDVTD

Frazione diFrazione dieiezioneeiezione X 100X 100==

Frazione di eiezione 50% - 70%. (Parametro controllatodai cardiologi per valutare la piena efficienza del cuore).

Quando le fibre ventricolari iniziano a rilasciarsi,la Pv scende al di sotto della P arteriosa. Ilsangue tende a refluire dall’arteria al ventricoloe determina chiusura delle valvole semilunari (IItono). Inizia la fase di rilasciamento (diastole)isovolumetrico perché il ventricolo ancora unavolta è una camera chiusa (valvole semilunarichiuse, valvole A-V chiuse).

Quando le fibre ventricolari iniziano a rilasciarsi,la Pv scende al di sotto della P arteriosa. Ilsangue tende a refluire dall’arteria al ventricoloe determina chiusura delle valvole semilunari (IItono). Inizia la fase di rilasciamento (diastole)isovolumetrico perché il ventricolo ancora unavolta è una camera chiusa (valvole semilunarichiuse, valvole A-V chiuse).

Variazioni pressorie:Variazioni pressorie:Arteria polmonare e aortaArteria polmonare e aorta

Ventricolo Ds e SnVentricolo Ds e SnAtrio Ds e SnAtrio Ds e Sn

• La T massima sviluppabile da un muscolo in contrazione isometrica èfunzione della lunghezza (Relazione lunghezza-tensione)• La T prodotta ad una data lunghezza è somma di: T passiva: sviluppata quando il muscolo viene allungato (PRECARICO) T attiva: sviluppata durante la contrazione isometrica (dipende dallalunghezza del sarcomero (interazioni actina-miosina)

Nel cuore la relazioneLunghezza-Tensione diventa unarelazione Volume-PressioneLa lunghezza delle fibreventricolari in diastole dipendedal volume del ventricolo alla finedella diastole (VTD).La T passiva alle diverselunghezze determina il valore diP diastolica del ventricolo.La T attiva alle diverselunghezze determina il valore diP sistolica del ventricolo (sistoleisometrica).

Nel cuore la relazioneLunghezza-Tensione diventa unarelazione Volume-PressioneLa lunghezza delle fibreventricolari in diastole dipendedal volume del ventricolo alla finedella diastole (VTD).La T passiva alle diverselunghezze determina il valore diP diastolica del ventricolo.La T attiva alle diverselunghezze determina il valore diP sistolica del ventricolo (sistoleisometrica).

Volume ventricolare diastolico (ml)

50 100 150 200 250 300

A – B: Diastole isotonica(Riempimento ventricolo)B – C: Sistole isovolumetricaC – D: Sistole isotonica,(espulsione sangue in aorta)D – A: Diastole isovolumetrica(Rilasciamento)

Gittata sistolica

Valvola aorticaaperta

Sistoleisovolumetrica

Valvola mitralechiusaPr

essi

one

vent

ricol

o Sn

(mm

Hg)

EiezioneValvolaaorticachiusa

Diastoleisovolumetrica

Valvolamitrale aperta

Singolo ciclo cardiaco

ANDAMENTO VANDAMENTO V--P DURANTE IL CICLO CARDIACOP DURANTE IL CICLO CARDIACOSistole isotonica

Valvola mitralechiusa

VTD

Pres

sion

e ve

ntric

olo

Sn (m

mH

g)

Diastole isotonicaValvola

mitrale aperta

Volume ventricolo Sn (ml)VTS

Il VTD determina la T passiva = P diastolica (PRECARICO).La sistole è prima isovolumetrica. Si sviluppa la T (P) necessaria a vincere ilcarico applicato al cuore (POSTCARICO) = P arteriosa diastolica. La sistolediventa isotonica, le fibre si accorciano il sangue viene espulso e il volume delventricolo diminuisce (GS).Aumenti del POSTCARICO richiedono sviluppo di maggiore P durante la sistoleisometrica. Questo determina riduzione della GS

Il ciclo cardiaco si costruisce nella parte bassa della curva V-P

III: sistole isotonica,periodo di eiezione

Valore max di Pisometrica che il

ventricolo può svilupparead un dato VTD

I: diastole isotonica, periodo diriempimento

II: sistoleisovolumetrica

IV: diastoleisovolumetrica

La relazione V-P applicata al cuore è nota come:

Legge di Frank-Starling o Legge del cuore:La forza di contrazione sviluppata dalle fibre cardiachedurante la sistole dipende dalla loro lunghezza iniziale,determinata dal Volume telediastolico (VTD).Il VTD dipende dal Ritorno venosoMaggiore ritorno venoso maggiore forza di contrazionesistolica maggiore Gittata sistolica.

Il VTD dipende dal Ritorno venosoMaggiore ritorno venoso maggiore forza di contrazionesistolica maggiore Gittata sistolica.

Curva di funzionalità cardiacaCurva di funzionalità cardiaca

Valori normali ariposo

Esprime la Legge di Starling e mette in relazione Gittata sistolica eVolume telediastolico.

VTD (ml)

70

140

Modificazioni curva funzionalità cardiacaG

itta

ta s

isto

lica Normale

Simpatico (NA e A)

2

Aumento contrattilità:effetto inotropo positivodel simpatico sposta lacurva di funzionalitàcardiaca verso l’alto. Aparità di lunghezza iniziale(VTD), la gittata sistolicaaumenta.

VTD

Git

tata

sis

tolica

1

Aumento contrattilità:effetto inotropo positivodel simpatico sposta lacurva di funzionalitàcardiaca verso l’alto. Aparità di lunghezza iniziale(VTD), la gittata sistolicaaumenta.

Toni cardiaciToni cardiaci

La chiusura delle valvoleatrio-ventricolari esemilunari genera inseguito alla creazione diturbolenza del sangue deisuoni: I e II tonocardiaco.Il suono prodotto da ognivalvola può essere sentitoin punti del torace nondirettamente sopra levalvole, ma lievementedistanti dalla proiezioneanatomica della valvola sultorace, detti focolai diauscultazione

La chiusura delle valvoleatrio-ventricolari esemilunari genera inseguito alla creazione diturbolenza del sangue deisuoni: I e II tonocardiaco.Il suono prodotto da ognivalvola può essere sentitoin punti del torace nondirettamente sopra levalvole, ma lievementedistanti dalla proiezioneanatomica della valvola sultorace, detti focolai diauscultazione

6

AP

MT

2° TONO generato dallachiusura delle valvolesemilunari (aortica epolmonare).

Coincide con la fine dellasistole ventricolare.

Breve ed acuto

1° TONO generato dallachiusura delle valvoleatrio-ventricolari (mitralee tricuspide).

Coincide con l’inizio dellasistole ventricolare.

Basso e prolungato

6 2° TONO generato dallachiusura delle valvolesemilunari (aortica epolmonare).

Coincide con la fine dellasistole ventricolare.

Breve ed acuto

ECOCARDIOGRAFIAECOCARDIOGRAFIA

Ultrasuoni attraverso la parete toracica vengono riflessicome echi dalle strutture interne. La sequenza e lecaratteristiche delle onde riflesse danno informazioni suldiametro delle cavità, sullo spessore della parete e ilmovimento delle valvole cardiache.

GITTATA CARDIACAGITTATA CARDIACA

Volume di sangue espulso dal cuore in un minuto. Dipendedalle esigenze metaboliche dell’organismo e quindi dalconsumo di O2

• Consumo O2 medio in condizioni basali 250 ml/minGC = 5 l/min

• Consumo O2 durante esercizio fisico 3-4 l/minGC = 25-30 l/min

GC = F x GsGli aumenti di GC sono possibili grazie ad aumenti dellafrequenza cardiaca e della gittata sistolica.

Frequenzacardiaca

Parasimpatico cardiaco

Gittata Cardiaca = Gs x FGittata Cardiaca = Gs x FEffetto cronotropo negativoEffetto cronotropo negativo

EffettoEffetto cronotropo positivocronotropo positivo

Simpatico cardiaco Gittatacardiaca

+

Gittatasistolica

EffettoEffetto inotropo positivoinotropo positivo

Pressione arteriosa

Volumetelediastolico

PostcaricoPostcarico

PrecaricoPrecarico (Legge di Frank Starling)(Legge di Frank Starling)

Gittatacardiaca

+

+

Aumenti della Gittata sistolica:Aumenti della Gittata sistolica:• Meccanismo di Frank-StarlingAumenti di VTD (precarico) per aumenti diritorno venoso

• Aumento della contrattilitàAumento dell’attività simpatica cardiaca

Il meccanismo di Frank-Starling permette di equilibrare laGC con il RV e di mantenere un preciso equilibrio tra GCdel ventricolo destro e sinistro.

1) GC Ds 2) RV Sn

Per il meccanismo diFrank-Starling,all’aumento del RVcorrisponde un aumentodella GC del secondoventricolo. Le due GCrisultano così uguali.

Ogni improvviso aumentodi GC di un ventricoloprovoca un maggior RVall’altro ventricolo.

4) GC Sn

Per il meccanismo diFrank-Starling,all’aumento del RVcorrisponde un aumentodella GC del secondoventricolo. Le due GCrisultano così uguali.

3) VTD

Il meccanismo di Frank-Starling permette al cuore dimantenere costante la Gittata cardiaca anche in casi diaumento della P arteriosa (POSTCARICO).

Condizioni inizialiVTD = 120 ml, GS = 70 ml, VTS = 50 ml

Aumenta Pa GS diminuisce (70 50 ml)e RV rimane costante (70 ml)

Condizione 1

↓GSVTSVTS = VTD - GS = 120 - 50 = 70 ml

Con RV costante , VTDVTD = VTS + RV = 70 + 70 = 140 ml

VTS=50 ml

GS=70 ml

VTD=120ml

GS=50 ml

Condizione 1

↓GSVTSVTS = VTD - GS = 120 - 50 = 70 ml

Con RV costante , VTDVTD = VTS + RV = 70 + 70 = 140 ml

VTS=70 ml

RV=70 ml

GS=60 ml

RV=70 ml

VTS=80 ml

Condizione 2Per Frank-Starling: VTD GS (50 ml 60 ml)

quindi:,VTS = VTD - GS = 140 - 60 = 80 ml

Con RV costante. VTD aumenta ulteriormenteVTD = VTS + RV = 80 + 70 = 150 ml

GS=70 ml

Condizione 3Ulteriore aumento VTD ulteriore aumento GSche torna ai valori normali. VTS e VTD rimangono

però costantemente aumentatiVTS = VTD - GS = 150 - 70 = 80 mlVTD = VTS + RV = 80 + 70 = 150 ml

RV=70 ml

VTS=80 ml

Condizione 3Ulteriore aumento VTD ulteriore aumento GSche torna ai valori normali. VTS e VTD rimangono

però costantemente aumentatiVTS = VTD - GS = 150 - 70 = 80 mlVTD = VTS + RV = 80 + 70 = 150 ml

Grazie al meccanismo di Frank-Starling, la Tattiva sviluppata dal ventricolo aumenta conconseguente aumento di GS.Si raggiunge un equilibrio tra GS e RVmantenendo il ventricolo in uno stato didilatazione