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La funzione meccanica del cuore
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La legge di Poiseuille (relazione tra pressione e flusso)
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Il flusso F ( volume che passa attraverso una sezione di un tubo) si misura in l/min, ml/ore, etc P2-P1= R*F, F=(P2-P1)/R, 1/R=G Il flusso va da pressione maggiore a pressione minore R=8ηl/π r4 (esatta in regime di flusso laminare)
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Vasi in serie: RT=R1+R2
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Vasi in parallelo
1
FT
1/RT=1/R1+1/R2 FT=F1+F2
2
F1
FT
F2
P2
P1
F
l
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Vasi in serie: il flusso è uguale nei due vasi Vasi in parallelo: la differenza di pressione (∆P) è identica ai due capi Nei singoli vasi in parallelo il flusso è inversamente proporzionale ad R1, R2,.. Vasi in parallelo: maggiore è il loro numero, minore la RT
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Caduta di pressione – Procedendo lungo un vaso, la pressione scende (l aumenta) – Lungo il vaso, la caduta di pressione è proporzionale alla R di quel pezzo di vaso P1
R1
P2
R2
P3
F
R3
P4
Il ciclo cardiaco • • •
Il ciclo cardiaco dura, a riposo, 0.8 s: 0.1 sistole atriale, 0.3 sistole ventricolare e diastole atriale, 0.4 diastole atriale e ventricolare. Frequenza= 60 s/0.8s=70 b/m La gettata sistolica è di circa 80 ml, circa 70 ml restano nel ventricolo (volume telesistolico Volume telediastolico=150 ml
• Riempimento Ventricolare
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– 70 ml circa sono residui dalla sistole precedente – 60 ml affluiscono durante la diastole – 20 ml affluiscono durante la sistole atriale Sistole ventricolare Alla fine della sistole atriale si chiudono le valvole atrio-ventricolari Sistole isometrica, finchè P≤80 mm/Hg (pressione arteriosa-aortica minima) Quando la P ventricolare è maggiore di quella aortica si apre la valvola aortica. Efflusso, rapido, poi lento, Pmax 120 mm/Hg Quando la P ventricolare è minore di quella aortica si chiude la valvola aortica (all’incirca, alla fine della sistole). Diastole isometrica Riempimento Il flusso è regolato (on-off) da valvole unidiraezionali aperte o chiuse a seconda della ∆P. Funzione dei muscoli papillari
(Casella-Taglietti) • • • •
Pressioni nel ventricolo Dx: stesso andamento temporale, ma minore ampiezza (0-30 mm/Hg) Pressioni atriali (v. figura) Pressione arteriosa grande circolo (90-130 mm/Hg); pressione ventricolo SX: 0-130 mm/Hg Pressione arteriosa massima piccolo circolo (circa 30 mm/Hg)
La gettata cardiaca (GC) GC= gettata sistolicaxfrequenza cardiaca= 70 mlx 70 b/min= 4900 ml≈ 5 l La gettata sistolica può circa triplicare La frequenza cardiaca può circa triplicare La GC aumenta 9 volte ≈ 45 l (aumenta ovviamente anche la ventilazione polmonare) La Gc aumenta – –
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durante l’esercizio fisico quando fa caldo
Controllo della gettata sistolica : la legge di Starling (regolazione intrinseca) Volgarmente, più sangue arriva, più sangue esce
F, P sistolica
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0 0
50
100
150
200
Volume (ml), lunghezza fibre cardiaca, P diastolica
250
300
350
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Controllo della gettata sistolica: ortosimpatico (regolazione estrinseca)
Sinapsi, Ach Sinapsi, NA
Neurone Midollo spinale
Neurone gangliare Miocita ventricolare
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Sinapsi gangliare, Ach, recettore nicotinico Sinapsi neurone-miocita, noradrenalina, recettore ß adrenergico G protein, attiva adenilato ciclasi, aumenta AMP ciclico, aumenta PKA, aumenta ICa2+, aumenta la forza di contrazione Controllo della gettata sistolica: midollare del surrene L’ortosimpatico innerva la midollare: sinapsi neurone-cellula midollare (Ach) La midollaresecerne Adrenalina, che va in circolo e raggiunge tutte le varie parti del corpo, cuore incluso Stesso meccanismo molecolare: G protein, attiva adenilato ciclasi, aumenta AMP ciclico, aumenta PKA, aumenta ICa2+, aumenta la forza di contrazione
Controllo della frequenza: problema complesso • • • • •
Legge del ritmo dominante La frequenza max è circa 200 b/min La frequenza viene controllata agendo sulle cellule del nodo seno-atriale L’ortosimpatico (NA) e la midollare del surrene (adrenalina) aumentano la frequenza Parasimpatico diminuisce la frequenza: proteina Gi, inibisce Adenilato Ciclasi
Sinapsi, Ach
Neurone Midollo spinale
Sinapsi, NA
Miocita nodo seno-atriale
Neurone gangliare
Sinapsi, Ach
Sinapsi, Ach Miocita nodo SA
Nervo vago Neurone vagale
Neurone Gangliare Nel cuore
• If: attivata dall’iperpolarizzazione • ICa2+: attivata dalla depolarizzazione, corrente transiente Ca2+
Ca2+ K+
10 mV
0.8 s
If (cationica) -60 mV
K+
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Ach diminuisce If ed iperpolarizza (apre canali al potassio tramite Gßγ) NA ed Adrenalina aumenta If
Ca2+
Ca2+ K+
10 mV
K+
0.8 s
If (cationica) -60 mV
NA, A
soglia Ach
Controllo della frequenza: che cosa succede alla diastole • • • •
180 b/min, il ciclo dura 0.33 s : 0.1 sistole atriale, 0.3 sistole ventricolare ??? Durante la diastole avviene il riempimento dei ventricoli e l’irrorazione del ventricolo Sx Diminuisce la durata del PdA e della sistole SNO aumenta la forza di contrazione, aumenta la frequenza, accorcia la durata del PdA e della sistole, aumentando l’attività della SERCA (fosfolambano)
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C’è un tono basale sia per il SNO che per il SNP, evidenziabile con il taglio della rispettiva innervazione
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Effetti del SNO – Cronotropo positivo – Inotropo positivo – Dromotropo positivo
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Effetti del SNP – Cronotropo negativo – Inotropo negativo, ma assai scarso – Dromotropo negativo
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Parasimpatico agisce prevalentemente tramite una Gi, quindi può solo inibire l’attività dell’adenilato ciclasi
Organizzazione schematica del sistema circolatorio • •
E’ un sistema ramificato e deramificato di vasi, chiuso Interposto tra i vasi (in serie) vi è una pompa muscolare, il cuore
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Tipi di vasi
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Arterie: conduzione ed accumulo sistolico – Componente elastica e muscolare, Endotelio
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Arteriole: controllo del flusso – Componente muscolare,Endotelio
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Capillari: scambio – Endotelio
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Vene: conduzione (ritorno al cuore), accumulo – Limitata componente elastica e muscolare, Endotelio
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La legge di Poiseuille (relazione tra pressione e flusso)
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Il flusso F ( volume che passa attraverso una sezione di un tubo) si misura in l/min, ml/ore, etc P2-P1= R*F, F=(P2-P1)/R, 1/R=G Il flusso va da pressione maggiore a pressione minore R=8ηl/π r4 (esatta in regime di flusso laminare)
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Vasi in serie: RT=R1+R2
1 •
2
Vasi in parallelo FT 1/RT=1/R1+1/R2 FT=F1+F2
F1
FT
F2
P2
P1
F
l
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Vasi in serie: il flusso è uguale nei due vasi Vasi in parallelo: la differenza di pressione (∆P) è identica ai due capi Nei singoli vasi in parallelo il flusso è inversamente proporzionale ad R1, R2,.. Vasi in parallelo: maggiore è il loro numero, minore la RT
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Caduta di pressione – Procedendo lungo un vaso, la pressione scende (la lunghezza l aumenta) – Lungo il vaso, la caduta di pressione è proporzionale alla R di quel pezzo di vaso P1
R1
P2
R2
P3
F
R3
P4
- La pressione è oscillatoria nel sistema arterioso. - La pressione tende a scendere man mano ci si allontana dal ventricolo - La pressione scende poco ai capi del sistema arterioso, molto ai capi delle arteriole, non molto ai capi dei capillari, molto poco ai capi delle vene, che sfociano negli atrii. Le cadute di pressione sono proporzionali alla resistenza globale del letto arterioso, arteriolare, capillare e venoso. Riguardare il concetto di vasi in serie ed in parallelo.
Controllo riflesso della pressione arteriosa. Vi sono delle cellule specializzate che “misurano” la pressione arteriosa (sono dette recettori per la pressione o pressocettori). Se la pressione scende, 1) viene attivato il Sistema Nervoso Ortosimpatico, che a) Aumenta la forza di contrazione del miocordio b) Aumenta la frequenza di contrazione c) Causa veno-costrizione. Questa aumenta il ritorno venoso, quindi la gettata sistolica. Tutto questo aumenta la forza di contrazione del ventricolo e la gettata cardiaca 2) viene inibito il Sistema Nervoso Parasimpatico, il che aumenta la frequenza cardiaca. Il SNO agisce anche sui vasi, favorendo la contrazione delle fibre muscolari lisce dei vasi del distretto splancnico (stomaco, intestino), renale e cutaneo, e favorendo l’afflusso di sangue al cuore ed al Sistema Nervoso Centrale.
Aggiustamenti cardiovascolari in caso di emorragia: vengono privilegiati il cuore e l’encefalo. La freccia verso l’alto significa “aumento”
Uno stimolo emotivo può inibire il SNO ed attivare il SNP. La freccia verso l’alto significa “aumento”
Passando dalla posizione orizzontale a quella eretta, il peso della colonna di sangue tende a distendere le pareti delle vene degli arti inferiori, il sague si accumula nelle vene ed i ritorno venoso tende a diminuire. Il riempimento cardiaco diminuisce e diminuisce la pressione. Questo può cusare un leggero svenimento. Normalmente, passare dalla posizione orizzontale a quella eretta attiva il SNO, che causa una venocostrizione che impedisce l’accumulo d sangue nelle vene.
